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第十一章5机械效率6机械能

发布时间:2014-01-04 16:48:00  

第十一章功与简单机械

5机械效率6机械能

[机械效率]

1. 有用功和额外功 有用功是指符合工作目的所做的功,是无论采取哪种办法都必须做的功;额外功是指并非我们需要但又不得不做的功,实际工作中要求额外功越少越好,有用功加额外功是总共做的功,称为总功。

2. 机械效率:在物理学中,把有用功跟总功的比值叫做机械效率。符号“η”表示,

(1)计算公式η=W有用/W总×100%

(2)滑轮组机械效率η=W有用/W总×100% W有用=G物h W总=F拉s

①使用任何机械,除了做有用功外,都不可避免地要做额外功。但有用功总小于总功,所以机械效率总小于1。

②机械效率是一个比值,所以无单位。

③机械效率表示有用功在总功中所占的比例高低,是表征机械性能优劣的物理量,机械效率的高低由有用功和总功共同决定,既跟被拉动的物体(外部因素)有关,也和机械本身结构(内部条件)有关,提高机械效率的主要方法是:增大有用功和减少额外功。

[机械能]

(一)关于能量概念的建立

自然界能量的形式很多,如电能、光能、原子能等,机械能也是能量的一种形式。一个物体具有能量,可以用来做功,反过来,一个物体能够做功,它就具有能量,例如,处在较高位置的物体,让它落下来,就可以做一定数量的功。飞行的子弹碰到障碍物,也可以对障碍物做功。所以,地面上的物体和高处的物体不同,后者可以做功,而前者不能;运动的物体和静止的物体也不同,运动的物体可以做功,静止的物体就不能。高处的物体落到地面,可以做功,但是在未落下前,它只具有做功的可能性,即具有做功的本领;同样,运动的物体遇到障碍物时,可以做功,但是没有遇到障碍物之前,也只具有做功的本领。物体具有做功的本领,我们就说物体具有能。

一个物体能够做的功越多,它具有的能量就越大。比如,同一个重锤被举得越高,落下时能把木桩打进地里越深,即被举得越高的重锤能够做的功越多,所以我们说它具有的能量就越大。正因为如此,可以用做功的多少来衡量物体具有能量的大小。一个物体如果能对另一个物体做功,这个物体就具有能(或能量)。物体具有的能越多,它可以对其他物体做的功就越多。能量的单位和功的单位一样是:焦耳(J)。

(二)动能的概念及其决定因素

一切运动的物体都具有动能。我们在日常生活中能见到:风(流动的空气)能使风车转动;流水能使水轮机转动;飞行的子弹能打穿木块,说明运动的物体能够做功。空气、水、子弹在运动,能做功。所以我们把物体由于运动而具有的能量叫动能。

物体的动能大小的影响因素

①质量一定时物体运动的速度越大,其具有动能也就越大。

②在速度一定时,物体的质量越大,其动能也就越大。

由于运动是相对的,所以动能的大小也是相对的,通常所说的速度是以地球为参照物,所以物体的动能是相对地球而言的。

(三)势能的概念、分类及其决定因素

(1)重力势能:物体由于被举高所具有的能。如图所示,被举高的重锤具有重力势能,重锤的质量越大,被举得越高,下落时做的功越多,表示重锤的重力势能越大。

物体重力势能的的影响因素

①在高度一定时,质量越大的物体具有的重力势能越大。

②在物体的质量一定时,物体被举的越高,其具有的重力势能就越大。

由于高度是相对的,所以重力势能也是相对的。通常以地面的高度为零,所说的重力势能大小是相对地面的。

(2)弹性势能:物体由于发生弹性形变而具有的能量叫弹性势能。例如:拉长的橡皮筋,被压缩的弹簧等都具有弹性势能。物体的弹性形变越大,它具有的弹性势能就越大。这里所说的弹性形变就是物体受力形变之后,在去掉外力后能够自然恢复原状。发生弹性形变的物体具有做功的本领,在恢复原来形状的过程中对其他物体做功,所以发生弹性形变的物体具有弹性势能,不发生弹性形变,就不具有弹性势能。

在研究弹性势能时应注意:⑴物体在外力的作用下,它的形状会发生改变,称为形变。如果外力撤消后,物体能够恢复原状,这种形变就称之为弹性形变。决定物体弹性势能大小的因素是物体的弹性形变程度,而不能理解为形变程度。⑵弹性势能是由于“发生弹性形变”这个原因而产生的那部分能量,而不是“发生弹性形变的物体所具有的能量”。

(四)机械能

动能和势能统称为机械能,机械能是和物体的机械运动紧密联系的能量。

一切物体可以既具有动能又具有势能,也可以只具有动能或只具有势能。机械能大小的决定因素:质量、速度、高度、形变量。

【典型例题】

例1. 下列说法中正确的是( )

A. 机械效率高的机械做功越快; B. 机械效率越高的机械做功越多;

C. 功率越大的机械做功越多; D. 功率越大的机械做功越快。

解析:机械效率越高,机械对总功的利用程度越高,有用功占总功的比例越大,机械效率高低与做功的快慢多少无关,机械效率高的机械做功不一定快,也不一定多。A、B选项错误,功率表示做功的快慢,等于功和时间的比值,功率大小由功和时间共同决定,功率大的机械做功快,但不一定做功多,选项C错误,D正确。

例2.

(1)滑轮组中动滑轮、定滑动最少个数分别为:动滑轮_____个,定滑轮_ _个;

(2)第一次、第二次实验时的机械效率大小分别为__________、__________;

(3)两次实验机械效率不同的原因是__________________________________。

解析:判断滑轮的个数应先判断出承担物重的绳子段数。由表中数据可知,动力作用点移动距离是物体上升高度的3倍,所以由3段绳子分担。n=3,弹簧秤由于弹簧有自重,不能倒立使用,因此绳子末端应向上用力,根据奇动偶定,一动配一定的滑轮组装原则知,需要一动一定滑轮组。计算机械效率时应先将钩码质量单位换算后求出重力,再利用公式计算机械效率。由实验数据可以知道两次提起物体的重力不同,可以判断有用功不同,但使用同一滑轮组,额外功相同,因此滑轮组的机械效率也不同。

例3. 关于物体的动能和势能,下列说法中正确的是

A. 质量大的物体比质量小的物体动能大

B. 高速飞行的子弹一定比缓慢行驶的汽车的动能大

C. 质量相同的两个物体放在同一高度处,它们的重力势能一样大

D. 一个弹簧被拉长时弹性势能增大,被压缩时弹性势能减小

【模拟试题】

一. 判断题

1. 飞驰的小轿车可能比行驶的大卡车的动能大。

2. 在速度一定的情况下,大象的动能一定比猎豹的动能大。

3. 屋顶的吊灯比桌面的茶壶的重力势能大。

4. 弹簧具有弹性势能。

5. 推出去的铅球,在未落地之前,重力势能大小不变。

6. 高山上有一块大石头稳稳地静止在那儿,既没有动能也没有重力势能。

7. 具有动能的物体不会具有重力势能。

8. 空中飞翔的海鸥同时具有动能和重力势能。

9. 质量大的物体动能和重力势能都大。

二. 选择题

1. 下列物体只具有动能的是

A. 空中飞行的铅球 B. 草地上滚动的足球

C. 阳台上的花盆 D. 下落的瀑布

2. 下列物体具有弹性势能的是

A. 下落的陨石 B. 海上行驶的轮船

C. 静止在桌面的茶杯 D. 上紧发条的钟表

3. 竖直向上扔出的乒乓球,在上升到最高点的过程中,以下说法中正确的是

A. 动能增大,重力势能增大 B. 动能减小,重力势能减小

C. 动能减小,重力势能增大 D. 动能增大,重力势能减小

三. 问答题

为什么交通部门对机动车行驶速度进行限制?

答:交通部门对在不同路段的机动车行驶速度进行限制,是因为质量一定时, 越大,物体的动能越大;在同一路段,不同车型限速不同,是因为 一定时, 越大,物体的动能越大。

【励志故事】

疼痛是个好消息

扮演“超人”的克里斯多弗·里夫,在一九九五年的一次坠马中,伤势严重,导致颈部以下全部瘫痪。三年来,他凭着坚强的意志,与死神作着不懈的抗争。经过一年的知觉训练,他脊椎末端的神经又恢复了知觉。他说,现在碰它一下,就有疼痛的感觉,但这疼痛的感觉很舒服,“请相信我说的全是真的。”

大多时候,疼痛是一种痛苦,但“超人”这回的痛,是生命的一道光亮。人有一种可贵的智慧,便是给每一种现象赋以意义。西班牙和美国心理学家在一九九二年巴塞罗那奥运会田径比赛场上,用摄像机拍摄了二十名银牌获得者和十五名铜牌获得者的情绪反应。心理学家们发现,在冲刺之后和在颁奖台上,“第三名”看上去比“第二名”更高兴。

研究人员分析认为:因为铜牌获得者通常不是期望值很高的人,获得铜牌已经很高兴了:而银牌得主往往是冲着金牌而来的,因此就会为没有夺得金牌而感到难过。确实,在领奖后采访获奖运动员时,许多亚军都伤心地说:差一点就成了冠军。而季军获得者也许会说:差一点就名落孙山。

你是否会成为情绪的主人,关键在于你站在什么位置上看问题。只要你能确立好自己的位置,就没有一件坏事能靠近你

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