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九年级上科学3.3机械效率

发布时间:2014-02-06 14:55:37  

Chapter 3 能量的转化与守恒

3.3 认识简单机械 机械效率
静止在斜面上的物体,受力情况如何 若匀速推动物体,受力是否改变

N G

f

N f G

v F

现将物块由斜面底端推到顶端,能量的形式发生了怎样的变化;

能量转化:人提供的动能转化为物体的势能以及摩擦带来的热能;
各个力的做功情况如何; 即FL=Gh+fL

动力:F做功WF=FL 阻力:G做功WG=Gh

f 做功Wf =fL

L F

N

f G

h

利用动滑轮将物体抬升h的距离, 分析各力的做功情况;

动力:F做功WF=2Fh
阻力:G做功WG=Gh

F

G’做功WG’ =G’h 即 2Fh=Gh+G’h

G’ G

h
总功

FL = Gh +
有用功

我们一般这样定义 有用功(W有用):必须要做的功; 额外功(W额外) :不需要,又不得不 (或无用功,W无用) 做的功 总功(W总):有用功和额外功的和
额外功

fL

2Fh = Gh + G’h

h2

使用杠杆将重为G的物体抬高h2的距离, 若已知G、F、h1、h2的大小,能否求出 W额外的值?

F

h1

W总= W有用 + W额外

G



W额外= W总 – W有用 =Fh1 – Gh2

W额外是哪些力的阻碍作用引起的?
杠杆自身左右两端相差的重力,以及内部的摩擦力带来了额外功

L N f F h

机械 斜面 滑轮 杠杆

W总
F×L F×2h

W有用
G× h G× h

W额外
f× L G’×h

G

F×h1

G × h2

W总-W有用

F G’ G h

h2 G

思考:对于左图三种机械, 何种情况下W额外=0, A.斜面 f=0时, W额外=0,即光滑斜面 B.滑轮 G’=0时, W额外=0,即忽略滑轮自重 (包括绳重和摩擦) C.杠杆 F l1=l2(等臂),且内部无摩擦时 W额外=0
h1

W额外=0在现实生活中是否可以实现?

(或轻质杠杆,G杠杆=0)

在实际生活中,我们很难实现W额外=0,
一般用W有用、W总的比值来衡量能量的利用率, 也就是机械效率(Mechanical efficiency)

η=

W有用 W总

× 100% =

W有用 W有用 + W额外

(1)机械效率一般用百分数表示,没有单位 (2)有用功总小于总功,所以机械效率总小于1 (3)η越大,表示机械工作时能量的利用率越高

F G’ G

A.滑轮组: W有用 Gh η= W = FS 总

Gh G Gh G = nFh = nF = Gh+G’h = G+G’ S

h
W有用 fS fS f η= W = FS’ = FnS = nF 总 B.斜面: W有用 Gh Gh η= W = FL = Gh+fL 总 h C.杠杆: h2 G F

f

L N f G F

W有用 Gh2 η= W = Fh 总 1

F h1

关于机械效率,下列说法中正确的是: D A、利用机械越省力,机械效率越高 B、机械做功越快,机械效率越高 C、有用功相同、总功越大的机械效率越高 D、额外功相同、有用功越大的机械效率越高 功率为10kW的起重机在一分钟内,将重9×104N的物体升高2m,水平移动4m,则下列 数据错误的是: A A、总功为1.8×105J B、有用功为1.8×105J C、总功为6×105J D、机械效率为30% 如图所示,平行于斜面的拉力F将一块重10N的木块匀速拉上一个长为2m,高为0.5m 的斜面,已

知F 大小等于3N,求在这过程中,克服重力做了多少功?拉力F做了多少功? 机械效率是多大?

W有用=5J ;W总=6J;η =83.3%

某人用如图所示的滑轮组(不计摩擦)提升某一重物,所用拉力F为200N,若滑轮 组的机械效率为80%。求(1)被提升的物重,(2)动滑轮重。

G Gh G η = FS = nF = 5×200N = 0.8

G= 800N
F G 800N η = G+G’ = 800N+G’ =0.8

G’= 200N

如图所示的两个滑轮组。已知图甲中的物重G1与动滑轮G2之比为G1:G2=5:1;图乙 中的物重G3与动滑轮重G4之比为G3:G4=6:1。两个物体重力之比G1:G3=3:2。若不计 摩擦,求: (1)甲、乙两图中的滑轮组效率之比η甲:η乙; (2)将物体匀速拉起时,绳子的拉力F1、F2之比。

滑轮组效率之比 η甲:η乙=35:36 绳子的拉力F1、F2之比为:36:35


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