0  193802  193810  193816  193820  193826  193828  193832  193838  193840  193846  193852  193856  193858  193862  193868  193870  193876  193880  193882  193886  193888  193892  193894  193896  193897  193898  193900  193901  193902  193904  193906  193910  193912  193916  193918  193922  193928  193930  193936  193940  193942  193946  193952  193958  193960  193966  193970  193972  193978  193982  193988  193996  447090 

5.质量为40 kg的物体,在光滑的水平面上做匀速直线运动,在5 s内通过的距离为10 m,那么外力对物体做的功为_____J,功率是_____W。

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4.如图1所示,重为100 N的物体在F的作用下以12 m/s的速度在水平地面上做匀速直线运动,此时,弹簧秤的示数为4 N,则拉力F=_____,功率是_____W。

 

                            图1

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3.举重运动员在3 s内把1500 N的杠铃举高到1.8 m,他对杠铃做了_____J的功,功率是_____W,若举在空中停了3 s,则这个过程做了_____J的功,功率是_____W。

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2.两台机器的功率之比为3∶2,它们做同样的功所需要的时间之比为______;在相同的时间里,做功之比为______。

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1.物体在_________叫功率,它是反应物体_____的物理量,国际单位制中的单位是_____。某机器的功率为5 W,其物理意义是_________。

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1.人用筐将砖运送到楼上。2.人用滑轮将砖运送到楼上。3.使用起重机将砖运送到楼上。

提问:以上三种方法,除了机械效率不同外还有什么不同。(待学生思考不必要求立即回答)。 [例2] 一个人用通常的步伐走上三楼,或以快速地跑到三楼上。

提问:两种方法所做的功的情况有何不同。(要求同上题,先认真去思考,不必急于作答。) [例3] 有一个重型的机器,需要推至距100米远的厂房内。

方法有三:  1.工人们用推力推到厂房内。  2.工人们用车推到厂房内。 3.用马车拉到厂房内。

提问:三种方法完成此功有何不同。

对比上述三例,当人们完成一定的功时,存在着一个具体的实际问题是什么?

启发同学得出答案: 物体做功有快、有慢。

在例1中起重机做功快。 例2中人跑到三楼做功快。 例3中用马车做功快。

物理学里用功率来表示物体做功的快慢,板书:因此,单位时间里完成的功,叫做功率。

根据定义可得出:

板书:各物理量的国际单位,写在公式中。

1瓦特=1焦耳/秒,1千瓦=1000瓦,1兆瓦=106瓦特。

指出:功率是机器的主要技术性能之一。

功率小,做功慢,耗能少。    功率大,做功快,耗能多。

[例题] 高出水面30米处有一个容积是50米3的蓄水池,要用一台离心式水泵抽水给蓄水池,1小时能把水池充满即可,这台水泵的功率至少是多少千瓦?

已知:h=30米,V=50米3,

t=1小时=3600秒,

求:P

解:分析,根据已知条件

m=ρV。

m=1×103千克/米3×50米3=5×104千克

所以G=5×105牛顿。

W=Gh =5×105牛顿×30米=15×106焦耳。

答:这台水泵的功率至少是4.2千瓦。

指出:根据已知条件和所求的物理量的基本公式,知道水泵是克服水重而做功,故在题内首先根据水的质量求出水重,这样再代入功率的基本公式中求功率。

为什么题目最后所求的是“功率至少是”多少千瓦?为什么不求等于多少或者求最大是多少千瓦。

这是因为在实际中水泵有轴功率和配套功率的区别,轴功率是指单独水泵本身所能完成的功率,如果按题内所求功率,只能满足轴功率,那么水泵是无法工作的,因为水泵必须同其它机器配合使用才能工作,所以配套功率是要大于轴功率的,这是否是功率越大越好呢?不是的,因为功率越大,必定耗电或耗油多,是不符合经济效益的。

作业习题1、2、3。

[习题演练]

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3.提高机械效率的主要办法是:改进机械的结构,例如提水时用容积较大而重量较轻的水桶,按规程进行保养、合理使用以减小摩擦.

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2.略

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1.起重机做的有用功是

W有用=Gh=3600 N×4 m=14400 J

总功为有用功和额外功之和

W=W有用+W额外=14400 J+9600 J=24000 J

其机械效率为

η===60%

起重机提升装货物用的容器所做的功、各部件之间的摩擦做功等都是额外功.

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2.机械效率

在实际做功的过程中,虽然不得不做一些额外功,但我们总是希望额外功能小一些,可以减小不必要的能量的损耗.这样一来,有用功在总功中占的比例就会大些.为了表示这个比例,物理学中引入了机械效率这个物理量.

(1)定义和定义式

机械效率被定义为:有用功与总功的比值,用希腊字母“η”表示.

根据定义写出公式:η=

(2)说明

关于机械效率,在此我要做两点说明:

一是在实际计算中,机械效率通常被表示为一个百分数;

二是由于WW有用,所以<1,因此机械效率必然小于100%.如果有人告诉你某机器:η大于1或大于100%,那肯定是错误的.

(3)简单计算

将功的计算公式与机械效率的计算关系相结合,我们来做一个例题:

例:起重机把质量为0.6 t的重物提升了3 m,而它的电动机所做的功是3.4×104 J,起重机的机械效率是多少?

解:起重机提升重物所做的功为有用功,因此:

W有用=Fh=(   )=mgh

=0.6×(   ) kg×(   )×3 m =1.8×104 J

W=3.4×104 J

所以η=(   )= =(   )

计算时要注意结果为百分数.

(4)斜面的机械效率

在这里,我们来探究一下斜面的机械效率.

在影响机械效率的许多因素中,摩擦是一个重要因素.例如,把物体拉上斜面时,就要克服物体与斜面之间的摩擦力而做额外功,这里我们要研究的是:光滑程度一样的斜面,当它的倾斜程度不同时,斜面的机械效率是否相同.

如图14-14所示,找一条长木板,一端垫高,成为一个斜面.我们的目的是把物体抬到高度为h的位置.因此,我们无论采

用什么方法,都要达到这个目的,所

以我们所做的有用功就是相当于直接

把重力为G的物体抬高h时所做的功,

所以W有用=Gh

                 图14-14

为了省力,我们往往不把重物竖直提升,而是采用一些省力的机械,斜面就是省力机械,因此,我们把重物放在斜面上,用力F将它拉到斜面顶部,如果斜面长为s,那么在此过程中做的总功为W=Fs

由此分析可见,在实验过程中知道了GhFs的大小,才能计算出W有用W,才能计算出机械效率.

把小车放在斜面上,用弹簧秤拉着小车在斜面上匀速上升,注意要让小车保持匀速直线运动,读出这时拉力F的大小,当小车达到高度h时停止,用刻度尺测出小车移动的距离s和小车被抬高的高度h,用弹簧秤测出小车的重力G,记录到下面的表格中.改变木板的倾斜程度,再测量两次斜面的机械效率.

斜面的倾斜度
小车重量
G(N)
斜面高度
h(m)
沿斜面拉力(F)
斜面长(m)
有用功W有(J)
总功W总
(J)
机械效率η
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
 

在进行探究实验之前,你猜想一下:斜面能省力多少与斜面的倾斜程度有什么关系?斜面的机械效率与它的倾斜程度有什么关系?完成探究后再看,你当初的猜想是否正确.

[学习方法指导]

求机械效率的方法

求简单机械的机械效率是日常生活、生产中常遇到的问题.先来看两道例题:

例1:一斜面长5 m,高2 m,用500 N的力沿斜面将重为1000 N的物体推上去,求它的机械效率.

解:在此过程中总功为推力做的功:

W=F·s=500 N×5 m=2500 J

有用功为将物体抬到斜面顶部的功:

W有用=F′·s′=Gh=1000 N×2 m=2000 J

则机械效率为:                          

η===80%                               

例2:如图14-15滑轮组,被提起的是质量200 g的物体,对绳子自由端的实际拉力是0.8 N,当物体升高0.2 m时,求滑轮组的机械效率.

解:有用功为

W有用=F′·s′=G·h=mgh

=0.2 kg×10 N/kg×0.2 m

=0.4 J

动滑轮由3股绳子承担,所以

s=nh=3×0.2 m=0.6 m

则总功为

W=Fs=0.8 N×0.6 m=0.48 J                     图14-15

η===83.3%

在这两道例题中,我们不难看出,当机械用于提高物体时,有用功为不用机械而直接将物体匀速提高做的功,即有用功为W有用=Gh,而总功为拉力大小与物体在拉力方向移动的距离,即W=Fs

在滑轮组的机械效率中,s=nh(n为共同承担动滑轮的绳子股数),但由于考虑摩擦和滑轮的重力,F,这一点你应该注意.

通过上述分析,我们可以得出计算简单机械的机械效率公式为η= =

你学会了吗?可以用这种方法做两道题试试.

[知识拓展]

机械效益

使用机械的最终目的之一是省力.就一般而言,不同的机械省力的情况不同.为了比较各种不同机械的省力程度,物理上还引入了一个机械效益的概念.机械效益定义为机械产生的对外作用力(P)跟外界施于机械的力(F)之比,若以A表示机械效益.则:

A=

对于杠杆,A就是动力和阻力之比;对于轮轴,在不考虑摩擦情况下,A等于轮半径和轴半径之比;对于斜面,在忽略摩擦的情况下,A等于斜面的长和高之比.根据定义,机械效益是由实际测得的机械对外作用力(有用阻力)和外界施于机械的力(动力)的大小所决定的.同样克服一个有用阻力,有时因为机械润滑得好,无用阻力就小,需要的动力也就小.因此,机械效益就大,反之,机械效益就小.新机械的机械效益往往比旧机械的机械效益 大些.

机械效益又称“机械利益”,有时亦称“力比”.概括地说,机械效益是一个描述机械省力程度的物理量.

机械效率与机械效益的联系和区别:

机械效率与机械效益是两个比较类同的概念,使用时稍不留心就要混淆.经过以上分析,我们可以得出以下两点:

(1)机械效率是描写机械做功本领程度的一个物理量,它研究机械做功情况时引出;机械效益是描述机械省力程度的一个物理量,它研究机械省力情况时引出.

(2)机械效率与机械效益都是一个无单位的纯数,机械效率η总是小于1,而机械效益A可以小于1,也可以等于1或大于1.

[问题点拨]

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同步练习册答案