机械效率和机械能

第14课时┃机械效率机械能第14课时┃考点聚焦考点聚焦1．有用功、额外功和总功考点1机械效率名称有用功额外功总功定义为了达到目的而必须做的功我们不需要但又不得不做的功有用功与额外功之和，或动力所做的功公式W有用＝Gh(提升重物)＝W总－W额外＝ηW总W额外＝W总－W有用＝G动h(忽略摩擦的动滑轮、滑轮组)W总＝W有用＋W额外＝Fs＝W有用η第14课时┃考点聚焦2.机械效率(1)定义：有用功与总功的________。(2)公式：η＝________。(3)机械效率是一个比值，常用百分数表示。由于使用机械时总会做一些额外功，因此，机械效率总________(选填“大于”或“小于”)1。[注意]几个常用的机械效率公式：通用公式：η＝W有用W总；滑轮组平移物体：η＝fLFs＝fLFnL＝FnF；比值小于W有用W总第14课时┃考点聚焦滑轮组提升物体：η＝GhFs＝GhFnh＝GnF(若不考虑绳重和摩擦，只考虑滑轮重时，最终可表示为：η＝G物G物＋G动)。[点拨](1)有用功总小于总功，所以机械效率总小于1。(2)提高机械效率的方法：减小机械自重、减小机件间的摩擦。第14课时┃考点聚焦考点2机械效率的测量名称测量滑轮组的机械效率原理________________测量工具____________、____________所测量绳子移动距离s、物体上升高度h、拉力F、物体重力G注意事项必须使弹簧测力计沿竖直方向向上________提升重物，以保证测力计示数大小不变影响因素动滑轮个数、动滑轮重、绳重、物重、各种摩擦额外功产生在不考虑绳重和摩擦的情况下，产生额外功的原因是动滑轮的重，即W额外＝G动h刻度尺弹簧测力计匀速η＝W有用W总第14课时┃考点聚焦得出结论①滑轮组中动滑轮个数越多，越省力，但机械效率越______；②同一机械，提升的重物越重，机械效率越______；③提升相同重物上升相同的高度时，η定＞η动＞η组提高方法①减小动滑轮的重；②减小摩擦；③增加物重评估交流①重物提升高度不影响滑轮组的机械效率；②对于已经绕好的滑轮组，在测量其机械效率时，可以省去刻度尺这个工具，根据承担重物的绳子股数得到h与s之间的关系，即s＝nh，然后进行计算低高第14课时┃考点聚焦考点3动能和势能1．如果一个物体能够对别的物体做功，表示这个物体具有能量，简称能。[点拨](1)能量是表示物体做功本领大小的物理量，即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。第14课时┃考点聚焦2．动能和势能名称动能势能重力势能弹性势能定义物体由于______而具有的能物体由于被______而具有的能物体由于发生_____形变而具有的能影响因素大小与物体的______和物体运动______有关大小与_____和被举高的_____有关大小与物体的_____________有关联系动能和势能在一定条件下可以相互转化运动举高弹性质量速度质量高度弹性形变程度第14课时┃考点聚焦考点4机械能及其转化1．机械能：________和________的统称。单位是：______，简称________，符号是______。[点拨]物体的动能和势能可以相互转化，如果存在阻力，物体的机械能不断减小。2．机械能及其转化动能势能焦耳焦J第14课时┃考点聚焦[说明]物体具有机械能，可能只具有动能，也可能只具有势能，还可能同时具有动能和势能。[点拨](1)物体动能和重力势能间的转化规律条件运动情况动能重力势能转化方向质量一定加速下降增大减小重力势能转化为动能减速上升减小增大动能转化为重力势能第14课时┃考点聚焦(2)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。第14课时┃考点聚焦3．动能与势能转化问题的分析方法(1)首先分析决定动能大小的因素和决定重力势能(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。(2)要注意动能和势能相互转化过程中的能量损失和补充：如果除重力和弹力外没有其他外力做功，则动能和势能转化过程中机械能不变。(3)题目中如果有“在光滑斜面上滑动”，则表示没有能量损失——机械能守恒；如果有“在斜面上匀速下滑”，则表示有能量损失——机械能不守恒。第14课时┃知识纵横知识纵横1．功、功率和机械效率名称功功率机械效率定义力和物体在力的方向上移动距离的乘积单位时间内完成的功有用功与总功的比值物理意义表示力的作用成效表示做功的快慢表示机械做功的效率单位焦耳(J)瓦特(W)比值，无单位说明机械做功多，其功率不一定大，机械效率也不一定高，功率和机械效率没有必然联系第14课时┃知识纵横知识纵横2．简单机械的三种功和机械效率图14－1第14课时┃知识纵横知识纵横简单机械做功目的有用功(W有)总功(W总)额外功(W额)机械效率(η)杠杆(甲)提升物体GhFsFs－GhGhFs滑轮组(乙)提升物体GhFsFs－GhGhFs滑轮组(丙)平移物体fs1Fs2Fs2－fs1fs1Fs2第14课时┃归类示例归类示例►类型一机械效率命题角度：(1)通过具体事例考查有用功、额外功及总功的含义；(2)探究“滑轮组的机械效率”注意事项及数据处理；(3)探究“斜面的机械效率”注意事项及其数据处理；(4)对于具体不同机械能分析判断影响机械效率的因素；(5)有关机械效率的基本计算。第14课时┃归类示例例1[2011·宿迁]在探究“动滑轮的机械效率”时，某小组利用自重不同的两个动滑轮进行了如图14－2所示的三次测量，数据记录如下：图14－2第14课时┃归类示例实验序号钩码重/N动滑轮重/N拉力/N钩码上升的高度/m测力计移动的距离/m有用功/J总功/J机械效率/%140.52.30.20.40.80.9287.0240.92.50.20.40.81.080.0360.53.30.20.4(a)(b)(c)(1)完成表格中第3次数据(a)(b)(c)处的计算，填在下面的横线上：(a)__________；(b)________；(c)________。(2)通过比较________两次实验数据(选填实验序号)，可知动滑轮的机械效率与动滑轮的自重________(选填“有关”或“无关”)。1.21.3290.91和2有关第14课时┃归类示例(3)小明认为“同一个机械，它的机械效率是一个定值”，通过比较________两次实验数据(选填实验序号)，可知他的观点是________(选填“正确”或“错误”)的。1和3错误第14课时┃归类示例在“探究动滑轮的机械效率”的实验中还应注意：在实验操作上要做到竖直向上、匀速地拉动弹簧测力计。第14课时┃归类示例例2[2012·凉山]工人师傅用如图14－3所示的滑轮组，在10s内把900N的货物匀速提高2m，在此过程中，拉力所做的功是2400J。求：(1)拉力F移动的距离。(2)工人师傅所做有用功的功率。(3)滑轮组的机械效率。图14－3第14课时┃归类示例本题考查的知识要点：有用功、额外功、总功、功率和机械效率等。解答本题关键是要知道如何判断承担物体的绳子股数(n)，并且知道拉力通过的距离(s)和物体通过的距离(h)这两个距离的关系，理解三种功的意义，计算机械效率。[解析](1)s＝nh＝4×2m＝8m。(2)W有＝Gh＝900N×2m＝1800J，有用功的功率P＝W有t＝1800J10s＝180W。(3)η＝W有W总×100%＝1800J2400J×100%＝75%。[答案](1)8m(2)180W(3)75%第14课时┃归类示例例3如图14－4所示，小型牵引车通过滑轮组匀速打捞起深井中的物体，在被打捞的物体没有露出水面之前，牵引车以2m/s的速度匀速行驶，对绳的拉力为F1，F1的功率为P1；当被打捞的物体完全露出水面后，牵引车以6m/s的速度匀速行驶，对绳的拉力为F2，F2的功率为P2。已知物体重1.2×104N，体积为0.63m3，P2＝6P1。若不计摩擦、绳重及水的阻力，g取10N/kg。求：图14－4(1)被打捞的物体浸没在水中时受到的浮力是多少？(2)在整个打捞过程中，滑轮组的最大机械效率是多少？第14课时┃归类示例例3[答案](1)6.3×103N(2)95%[解析](1)物体受到的浮力为F浮＝ρ水gV排＝1.0×103kg/m3×10N/kg×0.63m3＝6.3×103N。(2)物体在水面以下上升的过程中，拉力做有用功目的是克服物重和物体所受浮力之差；物体离开水面上升过程中，拉力做的有用功，目的是克服物重。前后两次动滑轮重一定，所以物体在离开水后，滑轮组的机械效率大。由于P＝Fv，所以物体在水中时，P1＝F1v1；物体在水面以上时，P2＝F2v2；因为P2＝6P1，即F2v2＝6F1v1，所以F2＝2F1。不计摩擦、绳重和水的阻力时，物体在水中受到重力、浮力和拉力的作用匀速上升，此时F1＝13(G＋G0－F浮)；第14课时┃归类示例物体离开水面上升的过程中，受重力和拉力作用，此时F2＝13(G＋G0)。把F2＝2F1代入得13(G＋G0)＝23(G＋G0－F浮)即13×(1.2×104N＋G0)＝23×(1.2×104N＋G0－6.3×103N)，解得动滑轮重G0＝600N。当物体离开水面上升的过程中：F2＝13×(1.2×104N＋600N)＝4200N，所以滑轮组的最大机械效率为η＝W有用W总＝GhFs＝Gh3Fh＝G3F2＝1.2×104N3×4200N＝95%。本题第(2)问难度很大，不论物体浸没在水中还是离开水面，动滑轮重不变，突破的关键是利用两次拉力关系求出动滑轮的重力。第14课时┃归类示例►类型二影响动能和势能大小的因素命题角度：(1)通过生活事例考查对能、动能和势能概念的理解；(2)通过实验，探究影响物体动能大小的因素；(3)通过实验，探究影响物体重力势能大小的因素；(4)通过实验，探究影响物体弹性势能大小的因素。第14课时┃归类示例例4如图14－5所示是“探究物体动能的大小与什么因素有关”的实验示意图。图14－5(1)该实验要探究的是物体动能的大小与物体__________、__________的关系。(2)该实验物体的动能是指物体________(选填“A”或“B”)的动能。(3)该实验物体动能的大小是通过__________________________来反映的。速度质量AB移动距离的大小第14课时┃归类示例(4)该实验物体的速度是指物体A从斜面上静止滚下与物体B碰撞时________(选填“碰前A”、“碰后A”、“碰前B”或“碰后B”)的速度，它是通过________(选填“高度”或“质量”)来改变的。(5)实验中多次让物体从斜面同一高度上静止滚下时，应改变________(选填“物体A”或“物体B”)的质量，这是为了研究物体动能与物体质量的关系。碰前A高度物体A第14课时┃归类示例本题考查的知识点是物体动能的大小与什么因素有关，还需注意实验中运用了两种科学探究方法：一是控制变量法；二是转换法。[解析]物体动能的大小与物体质量和运动速度有关，所以在该实验中要探究的是物体动能的大小与速度和质量的关系；该实验的研究对象是小球，所以物体的动能是指物体A的动能；该实验物体动能的大小是通过物体A撞击木块B的距离来反映的；在研究物体动能与速度的关系时，要改变小球在斜面上的高度来改变小球的速度，而保持小球的质量不变；在研究物体动能与物体质量的关系时，应保持物体从斜面同一高度上静止滚下，但应换用质量不同的小球来进行实验。第14课时┃归类示例►类型三机械能及其转化命题角度：(1)对机械能概念的理解；(2)通过实验，探究机械能的相互转化；(3)列举生活实例，分析物体动能、势能之间的相互转化。第14课时┃归类示例例5[2012·成都]图14－6是运载火箭点火起飞的情景。在火箭离地升空的过程中，