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科学冲刺中考提前批机械效率
机械效率
超级跑车速度的秘密吗
2011年4月12日,英国伦敦,一辆新研发的“侦探猎犬”超音速汽车(简称SSC)模型在皇家骑兵卫队的阅兵场对游人展示。
该车达到1000英里(约合1609公里)每小时的速度,将创造短期内无法超越的世界纪录。
这款跑车采用13.5万匹马力的喷射机引擎,相当于180辆一级方程式赛车的马力总和,能在100秒内加速到极限。
时速1600公里,比喷射式民航客机的速度还快一倍。
在地表上,恐怕找不到能让这辆跑车大显身手的场所。
那么“超跑”是怎样达到这么快的速度呢?
发动机:
一般跑车都是用大马力、大扭矩、高转速的发动机。
这是为了让车表现出速度快、提速快、再次加速性能好等优点。
外观:
跑车的的外观从减少空气阻力和高速时车的稳定性上考虑,所以车成流线型、车身低矮。
舒适性:
跑车的目的就是跑得快,速度和车的整备质量是成反比的。
所以它在追求速度的同时也把和速度无关的东西减少了。
通过增大输出功率和减少能量损耗,大大提高了机械效率,从而使超级跑车的速度达到了一个令人惊讶的程度。
1、机械效率
1.有用功:
叫有用功。
2.额外功:
叫额外功。
3.总功:
有用功与额外功的总和。
4.机械效率:
即η=
。
特别提醒:
①有用功是由使用机械的目的所决定的。
当用滑轮组沿竖直方向提升物体时,滑轮组对物体竖直向上的拉力做的功就是有用功。
若使用滑轮组沿水平方向拉物体时,滑轮组对物体水平方向的拉力所做的功就是有用功。
②额外功是由机械克服本身的自重,相互接触物件间的摩擦阻力及绳重所做的功,而其中由于摩擦阻力及绳重所做的功是不易直接求出的,只能间接计算。
③总功是指动力对机械所做的功。
一般情况下使用滑轮组做功时,动力作用于绳子自由端,但也偶有例外,因此找准动力很重要。
④机械效率是有用功与总功的比值,只能小于或等于1,并且无单位。
5.物理意义机械效率是表示机械对总功利用率高低的物理量.若机械效率越大,表示该机械对总功的利用率越高,即机械做的有用功占它所做的总功的比例越大,或者说额外功占总功的比例越小,也说明该机械的性能越好.
6.计算机械效率的各种变形式.
①在竖直方向上提升物体,η=
=
=
=
(对于杠杆:
n=s/h=
;对于滑轮组:
n=s/h,s为动力移动的距离,h为物体提升的高度)
注:
若只计动滑轮的重,则F=(G+G轮)/n,机械效率η还可等于
即η=
。
②斜面:
(h物为物体上升的高度,L动力为拉力移动的距离)
7.机械效率的测量:
①原理:
②应测物理量:
钩码重力G、钩码提升的高度h、拉力F、绳的自由端移动的距离S
③器材:
除钩码、铁架台、滑轮、细线外还需刻度尺、弹簧测力计。
④步骤:
必须匀速拉动弹簧测力计使钩码升高,目的:
保证测力计示数大小不变。
⑤结论:
影响滑轮组机械效率高低的主要因素有:
A动滑轮越重,个数越多则额外功相对就多。
B提升重物越重,做的有用功相对就多。
C摩擦,若各种摩擦越大做的额外功就多。
绕线方法和重物提升高度不影响滑轮机械效率。
8.如何提高机械效率?
由η=
=
可知:
①当W有一定时,减少W额,可提高效率.比如影响滑轮组效率的因素有:
动滑轮和绳重;绳与轮之间的摩擦.所以,我们可以使用轻质材料做动滑轮或尽量减少动滑轮的个数;还可通过加润滑油来减少轴处的摩擦及使用较细的绳子等措施,以此来提高它的效率。
②当W额一定时,增加W有,可适当提高机械效率.比如,对于同一滑轮组(额外功不变),增加所提物体的重,
就会越大,机械效率就会越高。
二、理解功的原理,明白有用功、总功、额外功的含义及其关系
1.功的原理使用任何机械都不省功。
①对于理想机械(指不计摩擦、机械的重、绳重):
W人对机械=W机械对物体=W手或W总=W有。
②对于实际机械:
W人对机械(W总)>W机械对物体(W有)或W总=W有+W额。
2.有用功、总功、额外功的含义及各自的计算式.
(1)有用功(W有)指机械克服有用阻力所做的功(对我们有用的功)。
求有用功W有,要看使用机械的目的。
①对于竖直方向上提升重物,目的是克服重力做功,故W有=Gh;
②对于水平方向匀速拉(推)物体,目的是克服摩擦阻力做功,故W有=f阻s物。
(2)总功(W总)指动力对机械所做的功.其表达式为:
W总=Fs.(F为直接作用在机械上的力)
(3)额外功(W额)指机械克服额外阻力(对我们无用但不得不做的)所做的功.对于只计滑轮的重而言,W额=G轮h。
特别提醒:
①机械效率与功率的区别
功率是表示机械做功的快慢,功率大只表示机械做功快;机械效率是表示机械对总功利用率高低的物理量,效率高只表示机械对总功的利用率高.因此,功率大的机械不一定机械效率高,如内燃机车的功率是4210W,但它的效率只有30—40%;而机械效率高的机械,它的功率不一定就大,如儿童玩具汽车的电动机效率可达80%,但功率只有几瓦.
②机械效率的高低与机械是否省力无内在联系,不能认为越省力的机械效率就越高.
【例1】李玲玲同学用水桶从水井中提水做清洁,她在把水从井底提上来的过程中,下列关于做功的说法中正确的是()
A.对桶所做的功是有用功B.对水所做的功是额外功
C.对水所做的功是有用功D.对水所做的功是总功
1.甲升降机比乙升降机的机械效率高,它们把相同质量的物体匀速提升相同的高度。
则()
A.乙升降机提升重物做的有用功较多
B.甲升降机的电动机做的额外功较多
C.甲升降机的电动机做的总功较少
D.乙升降机的电动机做的总功较少
2.某建筑工地要将同一个箱子从地面搬上二楼,如果分别采用如图所示的两种方式搬运,F1和F2做功的情况,以下判断正确的是()
A.两种方式机械效率一定相等
B.两种方式功率一定相等
C.两种方式所做的总功一定相等
D.两种方式所做的有用功一定相等
3.利用图所示的滑轮组,工人师傅用500N的力,在100s内把800N的重物匀速提升10m。
在此过程中()
A.他做的有用功是8000JB.他做的总功是1000J
C.他做功的功率是80WD.滑轮组的机械效率是80%
【例2】在铁架台上固定一个由定滑轮和一个动滑轮组成的滑轮组,在绳子末端用竖直方向0.8N的拉力使2N重的物体匀速上升,下面说法正确的是()
A.滑轮组的机械效率是83.3%B.滑轮组的机械效率是66.7%
C.绳端移动速度与物体上升速度相同D.绳端移动速度是物体上升速度的两倍
1.小明用两个相同的滑轮组成不同的滑轮组(如图所示),分别将同一物体匀速提高到相同高度,滑轮组的机械效率分别为η1、η2。
下列关系正确的是(忽略绳重及摩擦)()
A.F1>F2,η1=η2
B.F1>F2,η1>η2
C.F1 D.F1 2.在不计绳重和摩擦的情况下利用如图所示的甲、乙两装置分别用力把相同的物体匀速提升相同的高度若用η甲,η乙表示甲、乙两装置的机械效率,W甲、W乙表示拉力所做的功。 () A、η甲=η乙,W甲=W乙B、η甲>η乙,W甲>W乙 C、η甲<η乙,W甲<W乙D、η甲>η乙,W甲<W 甲乙 3.用如图所示的滑轮组提升重物,人用500N的拉力F,在20s内使重为800N的物体匀速上升了3m。 不计绳重和摩擦,则人拉绳子做功的功率和滑轮组的机械效率分别是() A.75W80%B.120W62.5% C.240W62.5%D.150W80% 【例3】小明同学利用圆珠笔杆、钢丝、细绳制成了如图所示的滑轮组用其匀速提升重物下列说法正确的是() A.拉细绳的力F等于钩码重力G的1/3 B.拉细绳的力F等于钩码重力G的1/7 C.用该滑轮组提起不同的钩码,机械效率相同 D.用该滑轮组提起不同的钩码,机械效率不同 1.用四只完全相同的滑轮和两根相同的绳子组成如图所示的甲、乙两个滑轮组,不计绳子与滑轮的摩擦() A.甲较省力且机械效率较高 B.乙较省力且机械效率较高 C.两个滑轮组省力程度不同,机械效率相同 D.两个滑轮组省力程度相同,机械效率不同 2.如图所示,分别用甲、乙两套装置将同一物体匀速提升相同的高度,所用的拉力分别为F甲、F乙,它们的机械效率分别为η甲、η乙。 则下列关系正确的是(不计绳重与摩擦.且动滑轮重小于物重)() A.F甲>F乙η甲>η乙B.F甲 C.F甲>F乙η甲<η乙D.F甲 3.用相同的滑轮和绳子分别组成如图所示的甲、乙两个滑轮组,把相同的重物匀速提升相同的高度.若不计绳重及摩擦,下列说法正确的是() A,绳子受的拉力F1和F2大小相等,滑轮组的机械效率相同 B.绳子受的拉力F1和F2大小不相等,滑轮组的机械效率不同 C.绳子自由端移动的距离不相等,拉力对滑轮组所做的功相等 D.绳子自由端移动的距离不相等,拉力对滑轮组所做的功不相等 【例4】下图是研究“使用动滑轮是否省功”的实验装置(不考虑绳子、滑轮重和摩擦),下列判断中不正确的是() A.h B.F>G C.Fs=Gh D.η=1 1.图1、图2是由相同的滑轮组装的滑轮组,甲乙两人分别用两装置在相等时间内将质量相等的重物匀速提升相同的高度,空气阻力、摩擦、滑轮和绳子的质量均不计,下列说法正确的是() A.甲的拉力是乙的拉力的3倍 B.乙拉绳子的速度大小是甲拉绳子速度大小的2倍 C.甲拉力的功率大于乙拉力的功率 D.如果考虑滑轮质量,图1装置的机械效率比图2的小 2.如图所示,工人用滑轮组吊起质量为40kg的箱子,工人施加的拉力为25N,箱子被匀速竖直提升了2m,不计绳重和摩擦,去g=10N/kg,则滑轮组的机械效率为() A.62.5﹪B.100%C.80﹪D.50﹪ 3.用如图所示的滑轮组提升重物,人用500N的拉力F,在20s内使重为800N的物体匀速上升了3m。 不计绳重和摩擦,则人拉绳子做功的功率和滑轮组的机械效率分别是() A.75W80%B.120W62.5% C.240W62.5%D.150W80% 【例5】小明和兴趣小组的同学们利用如图3所示的装置探究斜面的机械效率,同学们对实验过程和装置发表了下列不同的看法,其中不正确的有() A.匀速拉动木块时,拉力与摩擦力是一对平衡力 B.斜面的机械效率与木块被拉动的距离是无关的 C.匀速拉动木块的过程中,木块的机械能是不变的 D.匀速拉动时,木块是要克服摩擦力做额外功的 1.如图所示,斜面长4m,高2m。 质量为50kg的小明站在斜面顶端,用平行于斜面向上的75N的拉力将100N重的物体从斜面底端匀速拉到斜面顶端,g=10N/kg,那么() A.小明对物体做的总功为1300JB.斜面的机械效率是75% C.物体所受的摩擦阻力为75ND.物体所受的摩擦阻力为25N 2.如图所示,有一斜面长为L,高为h,现用力F沿斜面把物重为G的物体从底端匀速拉到顶端。 已知物体受到斜面的摩擦力为f,则下列关于斜面机械效率η的表达式正确的是() A. B. C. D. 3.如图所示,斜面长6m,高3m,用沿斜面向上、大小为100N的拉力F使物体在5s内沿斜面移动了2m,下列说法正确的是() A、滑轮组的机械效率是40%B、物体重300N C、拉力F做的功是600JD、拉力F的功率是40W 【例6】用n股绳子组成的滑轮组,提起重力为G的物体。 若动滑轮的重力为G0,忽略轴间的摩擦和绳重,求证: 当该滑轮组不省力时,机械效率η≤1/n。 1.如图9所示,两小儿之辩,关于机械省力,省功以及机械效率的辩论,你支持哪一方的说法? 不支持另外一方的原因是什么? 2.如图甲,邻居大叔 正吃力地把一重物送往高台,放学回家的小翔看见后急忙前去帮忙。 他找来一块木板,搭成图乙所示的斜面,结果非常轻松的把重物推到了高台上。 关于这两种方法,下列说法正确的是: () A.甲乙机械效率是一样的B.大叔克服重力做功较多 C.两人做同样多的有用功D.小翔做功的功率要大些 【例7】如图所示,用一滑轮组拉着重为8×104N的汽车沿水平方向匀速移动,汽车所受的阻力为车重的0.03倍,此时要在绳端加以F=1000N的水平拉力,试求: ①滑轮组的机械效率为多少? ②若汽车移动的速度为0.2m/s,1min内拉力F做了多少J的功? (滑轮和绳的自重不计,绳足够长)。 1.如图所示,用滑轮组拉着重600牛的物体A沿水平方向匀速移动,在40秒内物体移动了8米,拉力F做的功为1280焦.求: (1)拉力F的大小及拉力的功率; (2)若动滑轮的重为12牛(不计绳重及摩擦),计算滑轮组的机械效率. 2.物体A在滑轮组的作用下,10秒钟内沿水平地面匀速移动了1米。 拉力F的大小如图所示。 不计绳和滑轮重,拉力F的功率是多少瓦? 3.用如图所示的滑轮组来拉动钢锭,已知钢锭与地面间的摩擦力f为1200N,若此时滑轮组的机械效率为80%. (1)求拉绳子的力F至少为多大? (2)如果想用更小的力拉动钢锭,请你提出一条可行性建议. 题组训练A组 1.一位建筑工人要把建筑材料运送到楼上,他使用了如图7所示的装置进行升降,已知吊篮的质量为m1,建筑材料的质量为m2,人对绳的拉力为F,吊篮在拉力作用下匀速上升了h,那么有用功和滑轮组的机械效率分别为() A.m2gh ×100%B.m2gh ×100% C.(m1+m2)gh ×100%D.(m1+m2gh) ×100% 2.利用图所示的滑轮组,工人师傅用500N的力,在100s内把800N的重物匀速提升10m。 在此过程中() A.他做的有用功是8000JB.他做的总功是1000J C.他做功的功率是80WD.滑轮组的机械效率是80% 3.如图(不计绳重与摩擦,且动滑轮重G动小于物重G),用它们分别将重相同的甲、乙两物体匀速提升相同的高度,所用的拉力分别为F甲、F乙,它们的机械效率分别为η甲、η乙。 则下列关系正确的是: () A.F甲<F乙B.F甲>F乙C.η甲<η乙D.η甲=η乙 第3题图 第4题图 4.如图所示,小冯分别用甲、乙两滑轮把同一桶沙从一楼地面提到二楼地面,用甲滑轮所做的总功为W1,机械效率为η1;用已滑轮所做的总功为W2,机械效率为η2,若不计绳重与摩擦,则() A.W1=W2η1=η2B.W1=W2η1<η2 C.W1<W2η1>η2D.W1>W2η1<η 5.在图所示的滑轮组装置中,所挂重物的重力G=50N,当施加在绳子自由端的拉力为F=30N,重物恰好匀速上升,绳重及一切摩擦均可忽略不计,由此可知() A.该装置的机械效率为60%B.该装置的机械效率为55.6% C.该装置中动滑轮重为5ND.该装置中动滑轮重为10N 6.下列说法正确的是: 多选() A.机械做功越快,机械效率就越高 B.做功时间越长,机械功率越大 C.功率大的机械比功率小的做功快 D.所有机械的机械效率都小于1 7.如图所示,甲、乙是同一滑轮组的不同绕法,用它们分别把同一重物匀速提升(绳重及摩擦不计),下列说法正确的是: (多选) A.乙较省力B.甲较省功 C.甲的机械效率较高D.甲、乙的机械效率相同 8.两个完全相同的滑轮,其重力均为20N,分别用图甲、乙两种方式,将重400N的物体以相同的速度匀速竖直提升了10m,不计绳重和摩擦,则下列判断正确的是() A.F1做的功大于F2做的功 B.F1和F2做的功相等 C.F1做功的功率小于F2做功的功率 D.甲的机械效率小于乙的机械效率 9.小华用一个动滑轮在20s内将重400N的货物匀速竖直提高1m,所用的拉力为250N,则在这一过程中小华所做的有用功是J,总功是J,额外功是J,该动滑轮的机械效率是。 10、某人利用重10N的动滑轮提起重150N的重物,若不计动滑轮重、绳重和摩擦,绳端的拉力应是__________N,机械效率是__________;若不计绳重和摩擦,拉力应是__________N,机械效率是__________;若实际拉力是90N,则机械效率__________。 11.如图所示,用一动滑轮拉一物体A以0.5m/s的速度在水平面上作匀速直线运动,物体A重为20N,受到的摩擦阻力是物重的0.2倍,水平拉力为2.5N,则在2s内拉力做的功是________J,滑轮的机械效率是______(不计滑轮重力) 12.一个滑轮组的机械效率为80%,当做了40J的额外功时,做的总功是J,如果被提升的重物为80N,此时重物被提升m。 13.用两个动滑轮和两个定滑轮组成的滑轮组提升重物,当将一个重为1000N的重物匀速提升2m时,人站在地面上所用的拉力为312.5N,若不计绳重和摩擦,则该滑轮组所做的有用功是J,机械效率是。 14.一人师傅常利用斜面把重物搬运到汽车上。 如图,汽车车厢高度h=1.5m,斜面长度s=3m,现用力F沿斜面把重为G=1800N的重物匀速拉到车上。 若不计摩擦,拉力F为________N;若实际拉力F′=1200N,则该斜面的机械效率是_____________%。 15.如图24所示,小型牵引车通过滑轮组匀速打捞起深井中的物体。 已知物体重1.2×103N,密度为1.6×103kg/m3。 测得物体在出水面前、后牵引车作用在绳子上的拉力之比为1: 2。 若不计摩擦、绳重及水的阻力。 g取10N/kg。 问: (1)物体出水面前,滑轮组的机械效率是多少? (2)物体出水面后上升的速度1m/s,牵引车拉力的功率是多大? 题组训练B组 1.如右图所示,物重G为600N,用滑轮组将重物匀速提升5m,所用的拉力F为250N,滑轮组的机械效率为_______;若不计摩擦,被提升的物重增加时,滑轮组的机械效率将________。 (选填“变大”、“变小”或“不变”)。 2. 如图6所示,用一动滑轮拉一物体A以0.5m/s的速度在水平面上作匀速直线运动,物体A重为20N,受到的摩擦阻力是物重的0.2倍,水平拉力为2.5N,则在2s内拉力做的功是_______,滑轮的机械效率是______(不计滑轮重力) 3.下列关于功率和机械效率的说法中,正确的是() A.功率大的机械,做功一定多 B.做功快的机械,功率一定大 C.效率高的机械,功率一定大 D.做功多的机械,效率一定高 4.关于机械效率,下列说法正确的是() A.有用功越大,机械的机械效率就越高 B.额外功越大,机械的机械效率就越低 C.总功越大,机械的机械效率就越低 D.有用功与总功的比值越大,机械的机械效率就越高 5.甲、乙两机械,甲的机械效率是70%、乙的机械效率是50%,下列说法中正确的是() A、使用甲机械做功省力B、甲机械做功快 C、相同时间内,甲机械完成的功多D、乙机械的额外功在总功中占的比例大。 6. 小雪和小红在“测滑轮组机械效率”的实验中,一起组装好如图8所示的实验装置,他们分别记下了钩码和弹簧测力计的位置。 (1)小红__________向上拉动弹簧测力计,使钩码升高,并由弹簧测力计读出拉力为0.5N, 同时小雪用用刻度尺测出钩码提升的高度为0.1m,以上测量准确无误,其他被测物 理量和计算的数据如下表: 钩码重(N) 弹簧测力计提升的高度(m) 有用功(J) 总功(J) 机械效率 2 0.4 0.2 0.2 100% (2)小雪和小红测得滑轮组的机械效率为100%,他们意识到出现了错误,请你帮助找出原因 ______________________ (3)该滑轮组的机械效率实际为_____ (4)若提升的钩码重增加到6N,则该滑轮组的机械效率将_______(选填变大、变小、不变) 7. 如图所示,物体重180N,动滑轮重20N,绳重和摩擦不计.在拉力F的作用下,物体正以0.1m/s的速度匀速上升.求: (1)拉力F; (2)拉力做功的功率;(3)动滑轮的机械效率. 8.某人在河岸上,借助岸边的大树,利用滑轮组通过拉绳使停泊在水中的船匀速靠岸.已知滑轮组是由一个定滑轮和两个动滑轮组成的(滑轮和拉绳自重不计),船的总质量为7.92×103kg,船匀速移动时受到水的阻力是船重的0.01倍,船受到滑轮组的拉力与人拉绳子的力始终水平,若人的拉力是220N,船靠岸的速度是0.3m/S,(g=10N/kg)求: (1)画出滑轮组的组装图。 (2)滑轮组的机械效率。 (3)人拉绳的功率。 9.一质量为6kg的石块,沉在装水的容器底部,某同学用一动滑轮将石块从水中匀速提起1m,但石块没有露出水面,如图所示,已知绳的自由端拉力为25N,求石块在上升过程中: (1)石块受到的浮力为多少? (2)绳的自由端拉力做功为多少? (3)动滑轮的机械效率为多少? (ρ石=3×103kg/m3,g=10N/kg) 10. 如图10所示,建筑工地上的吊车是靠电动机来提升货物,货物重103N,电动机的额定电流为4A,电阻为20Ω;电动机正常工作时,作用在绳子上的拉力为500N,l分钟内将货物匀速提升了6m。 求: (1)滑轮组的机械效率是多少? (2)电动机的额定功率是多少? 11.为了打捞沉在江中的物体,采用浮筒与起重工程船相结合的办法。 沉在江中物体的体积为0.2m3,物质的密度为8×103kg/m3,把4个浮筒固定在物体四周,并用绳捆住物体,绳的上端固定在起重船滑轮组的动滑轮下端的吊钩上,动滑轮重为2×103N。 当用压缩气体把浮筒充气后,每个浮筒可以产生1×103N的浮力,如图20所示(图中只能显示2个浮筒)。 起重工程船上的电动机带动钢丝绳,通过图示的滑轮组使物体以速度v1=1cm/s竖直上升,在物体未出水面前,电动机拉钢丝绳的拉力为F1,滑轮组的机械效率为η1;当物体完全离开水面后,电动机拉钢丝绳的拉力为F2,滑轮组的机械效率为η2,物体在空中竖直匀速上升的速度为v2。 设电动机的功率保持不变,绳子、钢丝绳和浮筒重均忽略不计,滑轮组的轮与轴的摩擦及物体在水中的阻力不计,江水的密度为103kg/m3,g取10N/kg。 求: ⑴F1和F2;⑵η1∶η2;⑶v2。 (结果保留2位有效数字) 12.如图所示,用力F拉400N的物体在水平地面上做匀速直线运动,重物以10cm/s的速度移动,物体与地面间的摩擦力是物重的0.2倍,若不计滑轮的重及滑轮与绳的摩擦,则: (1)弹簧秤的示数为多大? 拉力的功率为多大? (2)若考虑滑轮的重及滑轮与绳的摩擦,实际拉绳子的力为32N,则滑轮组的机械效率为多大? 13.某人站在岸上利用滑轮组使停泊在水中的船匀速靠岸,已知滑轮组由两个定滑轮和两个动滑轮组成(滑轮重不计),如图所示,船重1.02 ,船移动时受到水的阻力是船重的0.01倍,人水平拉绳的力为240N,船靠岸的速度为0.72km/h。 求
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