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使用机械时,人们所做的功(FS)=直接用手对重物所做的功(Gh)。
3.应用:
斜面
①理想斜面:
斜面光滑;
②理想斜面遵从功的原理;
③理想斜面公式:
FL=Gh,其中:
F:
沿斜面方向的推力;
L:
斜面长;
G:
物重;
h:
斜面高度。
如果斜面与物体间的摩擦为f,则:
FL=fL+Gh;
这样F做功就大于直接对物体做功Gh。
[例]下列情况中,力对物体做了功的是()
A、起重机吊着工件静止在空中
B、小刚用300N的力提一桶水在平直路上行走100m
C、木块在水平光滑的冰面上匀速直线运动
D、小明用力推行李车使车在水平路面上前进
练习:
1、小强用1000N的水平推力将重3000N的小车沿水平路面移动了500m,小强的推力做功____J,重力做了____J的功。
2、一名装卸工人将质量为100kg的油桶,沿长5m、高1m的斜面推上货车,不计桶与斜面间的摩擦,这名工人所用的推力为N,推力做功J。
3、用动力臂是阻力臂2倍的轻质杠杆将重400N的货物抬高20cm,手向下压杠杆的力为200N,手下降的高度为cm,人对杠杆做了的功,若不使用杠杆,直接用手做功为J,比较可得出结论:
。
4、马拉着质量为2000kg的车在平直的公路上前进了200m,做了2×
105J的功,则马对车的拉力为。
5、船在水面上匀速前进,受到重力、浮力、牵引力和阻力的作用,其中对船做功的是。
A、重力B、浮力
C、牵引力D、阻力
6、使用自重可以忽略的动滑轮提起重100N的重物,人对绳子做功200J,则绳子自由端移动的距离为()
A、1mB、2m
C、3mD、4m
三、机械效率
1.有用功:
定义:
对人们有用的功。
公式:
W有用=Gh(提升重物)=W总-W额=ηW总
斜面:
W有用=Gh
2.额外功:
并非我们需要但又不得不做的功。
W额=W总-W有用
W额=fL
3.总功:
有用功加额外功或动力所做的功
W总=W有用+W额=FS=W有用/η
W总=fL+Gh=FL
4.机械效率:
①定义:
有用功跟总功的比值。
②公式:
斜面:
定滑轮:
动滑轮:
滑轮组:
③有用功总小于总功,所以机械效率总小于1。
通常用百分数表示。
某滑轮机械效率为60%表示有用功占总功的60%。
④提高机械效率的方法:
减小机械自重、减小机件间的摩擦。
5.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。
[例1]:
一个工人用图14-2所示的滑轮组提升2000N的货物,所用拉力为800N,绳子自由端10S内拉下了10m,不计绳重及摩擦,下列说法正确的是()
A、总功是8000J,效率为40%
B、有用功是2000J,效率为40%
C、有用功是8000J,效率为62.5%
D、总功是8000J,效率为62.5%
[剖析]如何判断有用功,额外功、总功是解机械效率有关问题的关键。
凡是用机械来升高物体的,使物体升高所做的功为有用功;
且有W有=Gh。
凡是动力所做的功就是总功;
且有W总=F·
S
由图分析可知,该滑轮组有4段绳子承担总重,所以S=4h,h=s/4=10m/4=2.5m
W有=Gh=2000N×
2.5m=5000J
W总=F·
S=800N×
10m=8000J
图14-2
η=W有/W总=5000J/8000J×
100%=62.5%
[例2]:
沿着长10m,高2m的斜面,将重2000N的物体匀速推上去,若不计斜面的摩擦力,拉力应多大?
若考虑斜面的摩擦力,所用拉力是500N,有用功是多少?
总功是多少?
斜面的机械效率是多少?
解答:
400N4000J5000J80%
[剖析]若不考虑斜面摩擦力时,可以利用W人=W机,求出拉力F,根据FL=Gh得:
F=Gh/L=2000N×
2m/10m=400N
若考虑斜面摩擦,目的是将物体提高,有用功应是W有=Gh,总功应是W总=F’L,则:
2m=4000J
W总=F’L=500N×
10m=5000J
η=W有/W总=4000J/5000J×
100%=80%
1、沿着5m长的斜面把重200N的物体推到2m高处,推力是120N,则总功是,有用功是,额外功是,该斜面的机械效率是。
2、小华用动滑轮在10s内将重400N的货物匀速提高2m,所用拉力为250N,则在该过程中小华所做总功为,有用功为,机械效率为,小华做功的功率为,若不计绳重及摩擦,该动滑轮的重力为。
3、一个工人用图14-3所示滑轮组提起2000N的货物,滑轮组的效率为80%,当绳子自由端被拉下4m时,这个工人做功
J,所用拉力为N。
4、测量动滑轮机械效率的实验中,需要测量的物理量是、、
、,然后根据公式计算出机械效率。
5、用定滑轮、动滑轮、滑轮组分别提升同样重的物体,(若不计绳重及摩擦),其中机械效率最大的是()
A、定滑轮B、动滑轮C、滑轮组D、一样大
6、关于机械效率,下列说法正确的是()
A、越省力的机械,其机械效率越高
B、机械效率越高的机械,做功越多
C、做有用功越多的机械,其机械效率越高
图14-3
D、做同样的功,额外功越少,机械效率越高
四、功率
1.定义:
单位时间里完成的功。
2.物理意义:
表示做功快慢的物理量。
3.公式:
4.单位:
主单位W;
常用单位kWmW马力。
换算:
1kW=103W?
1mW=106W?
1马力=735W。
某小轿车功率66kW,它表示:
小轿车1s内做功66000J。
5.机械效率和功率的区别:
功率和机械效率是两个不同的概念。
功率表示做功的快慢,即单位时间内完成的功;
机械效率表示机械做功的效率,即所做的总功中有多大比例的有用功。
[例1]如图14-5所示,在水平拉力F的作用下,使物体m沿水平地面匀速直线运动,若滑轮与绳子质量及摩擦不计,已知物体m与地面间的摩擦力为100N,物体的运动速度为1m/s,那么拉力大小F和拉力的功率P的大小,下列说法正确的是()
A、拉力F大小为200N
B、拉力F大小为50N
C、拉力功率P大小为100W
D、拉力功率P大小为50W
[例2]某人用600N的水平推力,在半分钟内,将重400N的物体沿水平路面向前移动15m,重力对物体做功______J,人的水平推力对物体做的功为_____J,推力对物体做功的功率为W。
1、举重运动员在2s内把1800N的杠铃举高2m,他对杠铃做了___J的功,做功的功率为____W。
2、在学校跳绳比赛中,王红同学1min跳了120次,每次跳起的高度为5cm,已知她的质量为40kg,那么王红跳绳一次所做的功为_____J,其平均功率为____W。
3、甲、乙两台机器,甲的功率比乙的功率大,则()
A、甲比乙做功多
B、甲比乙做功快
C、甲比乙做功少
D、甲、乙做相同的功时甲用时间较多
4、如图14—6是甲、乙两物体做功与所需时间的关系图象,由图可知,甲物体的功率P甲与乙物体的功率P乙的大小关系是()
A、P甲>
P乙
B、P甲=P乙
C、P甲<
P乙
D、无法确定
5、关于机器的功率,下列说法中正确的是()
A、机器的功率越小,做功越慢
B、机器的功率越大,做功越多
C、机器的功率越小,机械效率越少
图14-6
D、机器的功率越大,做的有用功越多
6、“五·
一”假期,小林和爸爸一起去登山,小林用了15分钟,到达山顶,爸爸用了20分钟到达山顶,爸爸的体重是60kg,小林的体重是40kg,则小林与爸爸的登山功率之比为多少?
五、动能和势能?
1.能量:
一个物体能够做功,我们就说这个物体具有能。
理解:
①能量表示物体做功本领大小的物理量;
能量可以用能够做功的多少来衡量。
②一个物体“能够做功”并不是一定“要做功”也不是“正在做功”或“已经做功”。
如:
山上静止的石头具有能量,但它没有做功。
也不一定要做功。
2.知识结构:
3.探究决定动能大小的因素:
①猜想:
动能大小与物体质量和速度有关。
实验研究:
研究对象:
小钢球?
方法:
控制变量。
·
如何判断动能大小:
看小钢球能推动木块做功的多少。
如何控制速度不变:
使钢球从同一高度滚下,则到达斜面底端时速度大小相同。
如何改变钢球速度:
使钢球从不同高度滚下。
③分析归纳:
保持钢球质量不变时结论:
运动物体质量相同时;
速度越大动能越大。
保持钢球速度不变时结论:
运动物体速度相同时;
质量越大动能越大;
④得出结论:
物体动能与质量和速度有关;
速度越大动能越大,质量越大动能也越大。
4.机械能:
动能和势能统称为机械能。
①有动能的物体具有机械能;
②有势能的物体具有机械能;
③同时具有动能和势能的物体具有机械能。
(二)动能和势能的转化
1.知识结构:
2.动能和重力势能间的转化规律:
①质量一定的物体,如果加速下降,则动能增大,重力势能减小,重力势能转化为动能。
②质量一定的物体,如果减速上升,则动能减小,重力势能增大,动能转化为重力势能。
3.动能与弹性势能间的转化规律:
①如果一个物体的动能减小,而另一个物体的弹性势能增大,则动能转化为弹性势能。
②如果一个物体的动能增大,而另一个物体的弹性势能减小,则弹性势能转化为动能。
4.动能与势能转化问题的分析:
⑴首先分析决定动能大小的因素,决定重力势能(或弹性势能)大小的因素──看动能和重力势能(或弹性势能)如何变化。
⑵还要注意动能和势能相互转化过程中的能量损失和增大──如果除重力和弹力外没有其他外力做功(即:
没有其他形式能量补充或没有能量损失),则动能势能转化过程中机械能不变。
⑶题中如果有“在光滑斜面上滑动”则“光滑”表示没有能量损失──机械能守恒;
“斜面上匀速下滑”表示有能量损失──机械能不守恒。
(三)水能和风能的利用
2.水电站的工作原理:
利用高处的水落下时把重力势能转化为动能,水的一部分动能转移到水轮机,利用水轮机带动发电机把机械能转化为电能。
例题:
1、水电站修筑拦河大坝的目的是什么?
大坝为什么要设计成上窄下宽?
答:
水电站修筑拦河大坝是为了提高水位,增大水的重力势能,水下落时能转化为更多的动能,通过发电机就能转化为更多的电能。
1、中国跳水队被人们称为“梦之队”,跳水运动员跳水时的情景,运动员在离开跳板到落入水的过程中()
A、运动员的动能一直增大,机械能不变
B、运动员的重力势能一直减小,机械能不变
C、运动员的动能先减小,后增大,机械能不变
D、运动员的重力势能先减小后增大,机械能增大
2、骑自行车上坡前,往往要加紧蹬几下,加大速度,增加自行车上坡时的,上坡时,这些转化为,车就容易上到高处。
3、“会挽雕弓如满月,西北望,射天狼”的诗句表达了诗人苏轼企望为国御敌立功的壮志,拉弯的弓箭射出去,这一过程中能量的转化情况是转化为。
4、2003年3月20日,美英联军调用大量空降部队对伊拉克实施军事打击。
在空降兵离开机舱,尚未打开降落伞的一段时间里,他们在空中加速下降。
若不计空气阻力,那么在这段时间里,空降兵的重力势能,动能,机械能。
5、下列过程中,属于动能转化为势能的是()
A、雪撬从山坡上滑下
B、推开的弹簧门自动关闭
C、人造地球卫星从近地点向远地点运动
D、雪滴从空中落下
单元检测
一、填空题
1、如图14-17所示:
用滑轮组拉着一只木块P沿水平面以0.5m/s的速度匀速向右运动,此时弹簧测力计的读数为4N,若每只滑轮重1N,绳与滑轮间的摩擦不计,则该滑轮组的机械效率为,在2s内拉力F做的功为J。
图14-17
2、如图14-18所示的动滑轮把重为100N的物体匀速提升1m。
若不计轮重和摩擦,拉力F为N;
若不计摩擦,轮重为50N,则拉力F′为N,滑轮的机械效率为。
图14-18
3、如图14-19所示,某同学在做俯卧撑运动,可将他视为一个杠杆。
他的重心在A点,重力为500N,那么他将身体撑起,双手对地面的压力至少N。
若将他在1min内做了30个俯卧撑,每次肩部上升的距离均为0.4m,则他的功率至少为W。
图14-19
4、小婷跳绳时所穿鞋的总质量为0.4kg,她1min跳绳180次,假定每次双脚抬离地面的最大高度均为5cm,则每上升一次,她对鞋所做的功为J。
跳跃时若上升所用的时间占每次跳跃时间的3/10,则每上升一次,她对鞋做功的平均功率为W(g=10N/kg)
5、正常人的心脏推动血液流动的功率约为1.5W,那么在一天时间内心脏做功J,如果心脏每分钟跳动60次,那么每跳动一次做功J。
6、甲、乙两位同学分别把同样重的木头从一楼搬到三楼,甲用的时间比乙用的时间长,两个人对木头做功的大小关系是W甲W乙(选填“>”)、“=”、“<”,对木头做功快的是同学。
7、我们可以用两种方法来判断物体做功的快慢。
图表示用挖掘机挖土与人力挖力做功的快慢不同,它所用的判断方法是:
做功时间相同,比较做功多少,另一种的判断方法是:
___________相同,比较。
二、选择题
1、物体受平衡力作用时,下列说法正确的是()
A、物体的机械能可能增大
B、物体的动能可能增大
C、物体的势能一定不变
D、物体机械能一定不变
2、在一次体育课上,甲、乙两同学进行爬竿比赛。
甲从某一位置匀速爬到竿顶用时9s,乙从同一位置匀速爬到竿顶用时10s,若甲、乙两人体重之比是6:
5,则他们爬竿的功率之比为P甲:
P乙是()
A、4:
3B、3:
4C、27:
25D、25:
27
3、司机开车上坡前,往往加大油门,以提高汽车的速度,这是为了()
A、增大动能
B、增大势能
C、增大惯性
D、减少阻力
4、小敏同学和他所骑的轻便自行车总重约600N,上学路上他骑车在20s内匀速通过了一段长100m的平直公路。
若自行车所受路面的阻力约为人和车总重力的0.05倍,则通过该段公路时,小敏同学蹬车的功率约为()
A、150WB、300WC、1500WD、3000W
7、关于机器的功率,下列说法中正确的是()
8、如图14-21所示,在水平拉力F作用下,使重40N的物体A匀速移动5m,物体A受到地面的摩擦力为5N,不计滑轮、绳子的重力及滑轮与绳子间的摩擦,拉力F做的功为()
A、50JB、25J
C、100JD、200J
图14-21
9、一物体沿斜面匀速下滑,物体的()
A、动能增加,势能减小
B、动能不变,势能减小
C、动能和势能都减小
D、机械能的总量保持不变
三、实验题
1、某小组同学在做“测滑轮组的机械效率”实验时,对一滑轮组进行了两次实验,测得数据如下表:
实验
次数
钩码重力/N
钩码上升的高度/m
弹簧测力计的示数/N
弹簧测力计上升的高度/m
机械效率(η)
1
1.8
0.1
1.2
0.3
2
3.6
0.2
1.5
0.6
(1)请你计算两次实验的机械效率并填入表内。
(2)该实验装置至少由——只定滑轮和只动滑轮组成。
(3)两次实验测得的机械效率不同,说明。
四、计算
1、用100N的拉力沿长5m、高1m的斜面将300N的重物匀速拉到斜面顶端,求:
(1)斜面的机械效率;
(2)物体与斜面间摩擦力多大?
2、电动自行车轻便、实用、无污染,很受人们喜爱,下表是某种型号电动自行车的相关数据,若骑车人质量为80kg,在2h内连续匀速行驶36km,根据表中数据。
求:
质量m/kg
40
电能转化为机械能的效率η
75%
工作电压U/V
32
速度υ(m/s)
≤20
骑车人质量为80kg的平均阻力F/N
20
(1)这台电动自行车在2h内克服阻力所做的功。
(2)电动自行车匀速行驶时的工作电流。
5、站在高台上把一个质量为2kg的物体以400J的动能抛出,一球运动过程中机械能不变,经过了3s,它的动能变为100J,且势能为900J,问:
(1)当其势能为600J时,物体运动的位置是在抛出点的上方还是下方,这时的动能为多少?
(2)当其动能为800J时,物体的重力势能是多大?
(3)当物体撞击地面前一瞬间,动能多大?
6、如图所示,小球在h高处具有机械能为180焦,让小球(斜面光滑,水平面粗糙),小球将木块推动了4米,已知木块重20牛,求:
(1)在B处的小球的动能是多大?
(2)木块重力做的功是多少?
(3)在水平面上克服摩擦力做的功总共是多少?
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