1、第4节 人与机械1.1.能计算机械效率，并知道其物理意义。能计算机械效率，并知道其物理意义。2.2.了解功率和机械效率是从不同方面反映机械性能的两个物理了解功率和机械效率是从不同方面反映机械性能的两个物理量，它们之间无必然的联系。量，它们之间无必然的联系。3.3.了解现代机械的发展水平，增强效率意识。了解现代机械的发展水平，增强效率意识。 重点重点: :机械效率的计算和物理意义。机械效率的计算和物理意义。难点难点:1.:1.判断功率和机械效率是从不同方面反映机械性能的两判断功率和机械效率是从不同方面反映机械性能的两 个物理量，它们之间无必然的联系个物理量，它们之间无必然的联系; ; 2. 2.
2、辩证认识智能化机械使用的利与弊。辩证认识智能化机械使用的利与弊。一、功率与机械效率一、功率与机械效率1.1.机械效率机械效率(1)(1)机械效率的定义：有用功与机械效率的定义：有用功与_的比值或有用功率与的比值或有用功率与_的比值。的比值。(2)(2)表达式：表达式：=_=_=_=_。(3)(3)物理意义：表示机械做功或利用该机械实现能量转化的物理意义：表示机械做功或利用该机械实现能量转化的_的物理量。的物理量。总功总功总功总功率率有有效效程度程度WW有用总PP有用总(4)(4)特点：不考虑摩擦阻力和其他额外阻力的理想情况下机械效特点：不考虑摩擦阻力和其他额外阻力的理想情况下机械效率率_，实际
3、情况中机械效率，实际情况中机械效率_。2.2.功率和机械效率功率和机械效率两者是从不同方面反映机械性能的两个物理量，它们之间没有两者是从不同方面反映机械性能的两个物理量，它们之间没有必然联系，功率大，表示机械必然联系，功率大，表示机械_，而机械效率高，则表示，而机械效率高，则表示机械对能量的机械对能量的_高。高。 等于等于1 1总小于总小于1 1做功快做功快利用率利用率二、机械的使用二、机械的使用使用目的使用目的发展趋势发展趋势注意问题注意问题代替甚至超越人力工作代替甚至超越人力工作, ,使人们的工作更使人们的工作更轻松轻松、更、更有效有效。智能化水平越来越高智能化水平越来越高, ,高智能机器
4、人广泛进入生高智能机器人广泛进入生产、生活的各个领域。产、生活的各个领域。智能化机械若使用不当智能化机械若使用不当, ,会给人类造成危害。会给人类造成危害。【判一判【判一判】 （1 1）功率大，机械效率就大。）功率大，机械效率就大。( )( )（2 2）机械做功越多，其效率就越大。）机械做功越多，其效率就越大。( )( )（3 3）随着科技的发展，人类能够制造出机械效率等于）随着科技的发展，人类能够制造出机械效率等于1 1的机械。的机械。( )( )提示：提示：（1 1）功率是对物体做功快慢的描述，机械效率是有用功）功率是对物体做功快慢的描述，机械效率是有用功与总功的比值，表示机械实现能量转化
5、的有效程度，故（与总功的比值，表示机械实现能量转化的有效程度，故（1 1）错。错。（2 2）机械效率是有用功与总功的比值，机械做功再多，由于无）机械效率是有用功与总功的比值，机械做功再多，由于无法确定其有用功的多少，故无法计算其效率的大小，（法确定其有用功的多少，故无法计算其效率的大小，（2 2）错。）错。（3 3）机械工作时总会伴随着做一些无用功，由）机械工作时总会伴随着做一些无用功，由 不会等于不会等于1 1，故不能制造出机械效率等于，故不能制造出机械效率等于1 1的机械，（的机械，（3 3）错。）错。WW有用总WWW1WW 总额额总总知， 功率与机械效率功率与机械效率1.1.试分析功率、
6、机械效率二者的试分析功率、机械效率二者的物理意义是否相同，它们之间有物理意义是否相同，它们之间有无必然联系？无必然联系？提示：提示：功率是单位时间内物体做功的多少，反映物体做功的快功率是单位时间内物体做功的多少，反映物体做功的快慢程度；机械效率则是有用功与总功的比值，反映机械对总功慢程度；机械效率则是有用功与总功的比值，反映机械对总功利用率的高低。功率和机械效率分别表示了机械的不同性能，利用率的高低。功率和机械效率分别表示了机械的不同性能，这二者之间并没有必然的联系。这二者之间并没有必然的联系。 2.2.根据机械效率的定义分析提高机械效率的意义。根据机械效率的定义分析提高机械效率的意义。提示：
7、提示：机械效率机械效率 对于任何机械，因为摩擦、自重等对于任何机械，因为摩擦、自重等因素不可避免，所以因素不可避免，所以W W额外额外( (或或P P额外额外) )一定不为零，即一定不为零，即W W有用有用总小于总小于W W总总。所以任何机械的机械效率总小于。所以任何机械的机械效率总小于1 1，即，即11。提高机械效。提高机械效率率，就是要增加，就是要增加W W有用有用而减小而减小W W额外额外，使能量尽可能多地转化，使能量尽可能多地转化为有用能量，提高能源利用效率，节约能源，减少浪费，实现为有用能量，提高能源利用效率，节约能源，减少浪费，实现可持续发展。可持续发展。WW有用总，【知识点拨【知
8、识点拨】理解机械效率理解机械效率(1)(1)总功：人们利用机械做功时，作用在机械上的动力对机械做总功：人们利用机械做功时，作用在机械上的动力对机械做的功。的功。(2)(2)额外功：为了要实现目的不得不做的额外部分的功。例如克额外功：为了要实现目的不得不做的额外部分的功。例如克服机械自身的重力、摩擦力等所做的功。服机械自身的重力、摩擦力等所做的功。(3)(3)有用功：是指克服有用阻力所做的功。例如：利用滑轮组在有用功：是指克服有用阻力所做的功。例如：利用滑轮组在竖直方向上提升重物时，克服物体的重力所做的功是有用功。竖直方向上提升重物时，克服物体的重力所做的功是有用功。(4)(4)机械效率机械效率
9、: :WPWP有用有用总总。【探究归纳【探究归纳】功率与机械效率功率与机械效率1.1.机械效率的计算：机械效率的计算：2.2.功率和机械效率的区别：功率表示做功的快慢；机械效率表功率和机械效率的区别：功率表示做功的快慢；机械效率表示机械对总能量的利用率。它们之间没有什么必然的联系。示机械对总能量的利用率。它们之间没有什么必然的联系。WPWP有用有用总总。【典例】如图所示【典例】如图所示, ,工人用工人用240 N240 N的拉力拉绳使水中的小船匀的拉力拉绳使水中的小船匀速靠岸速靠岸, ,在在10 min10 min内绳子被拉下内绳子被拉下60 m,60 m,已知小船重已知小船重1.81.810
10、104 4 N, N,小船行进中受到的阻力是它所受重力的小船行进中受到的阻力是它所受重力的0.010.01倍倍, ,求求: :(1)(1)工人拉绳时做功的功率。工人拉绳时做功的功率。(2)(2)此装置的机械效率。此装置的机械效率。(3)(3)此装置是否省力此装置是否省力? ?是否省位移是否省位移? ?(4)(4)若克服滑轮阻力做功不变若克服滑轮阻力做功不变, ,小船增重至小船增重至3.63.610104 4 N, N,机械效率机械效率变为多少变为多少? ?【思路点拨【思路点拨】解答本题应注意以下两点解答本题应注意以下两点: :（1 1）人拉绳时人的作用对象是绳。人拉绳的功率是指总功率。）人拉绳
11、时人的作用对象是绳。人拉绳的功率是指总功率。（2 2）明确人对小船的有用功率指克服小船受到的阻力而做功的）明确人对小船的有用功率指克服小船受到的阻力而做功的功率。功率。【解析【解析】(1)(1)工人拉绳的功率工人拉绳的功率 =24 W=24 W。(2)(2)小船靠岸时的有用功率小船靠岸时的有用功率此装置的效率此装置的效率 (3)(3)题中两个滑轮皆为定滑轮题中两个滑轮皆为定滑轮, ,该装置既不省力该装置既不省力, ,也不省位移也不省位移, ,只只是改变了施力方向。是改变了施力方向。1W240 60P Wt10 60总42W0.01 1.8 1060P W18 Wt10 60有用21P100%7
12、5%P(4)(4)若还是将绳子拉下若还是将绳子拉下60 m,60 m,克服滑轮阻力做功克服滑轮阻力做功W W额外额外=W=W总总-W-W有用有用W W额外额外=240 N=240 N60 m-1.860 m-1.810104 4 N N0.010.0160 m=3 600 J60 m=3 600 J小船增重后小船增重后,W,W有用有用=F=Fs s=3.6=3.610104 40.010.0160 J=21 600 J60 J=21 600 J所以所以答案：答案：（1 1）24 W 24 W （2 2）75% 75% （3 3）不省力）不省力 不省位移不省位移（4 4）85.7%85.7%WW
13、85.7%WWW 有用有用总有用额外【变式训练【变式训练】一台输出功率为一台输出功率为10 kW10 kW的电动机的电动机, ,效率为效率为90%,90%,带动带动一台效率为一台效率为70%70%的起重机匀速提升的起重机匀速提升1 t1 t的重物的重物, ,重物被提升的速率重物被提升的速率为多少为多少?(g?(g取取10 m/s10 m/s2 2) )【解析【解析】提升重物时的牵引力提升重物时的牵引力F=mg,F=mg,有用功率为有用功率为P P有用有用=1 12 2P P0 0=0.9=0.90.70.710104 4W=6.3W=6.310103 3 W WP P有用有用=mgv=mgv,
14、 ,所以所以v=Pv=P有用有用/mg=0.63 m/s/mg=0.63 m/s。答案答案: :0.63 m/s0.63 m/s【温馨提示【温馨提示】机械效率是有用功与总功的比值，因此分析和求机械效率是有用功与总功的比值，因此分析和求解总功、有用功（额外功）是解题的关键。解总功、有用功（额外功）是解题的关键。【典例】用如图所示的装置提升物体，物【典例】用如图所示的装置提升物体，物体重体重250 N250 N，动滑轮重，动滑轮重10 N10 N。斜面长。斜面长5 m5 m、高高3 m3 m，人在右侧用，人在右侧用 F=100 N F=100 N 的力拉绳，的力拉绳，使物体匀速地由斜面底部上升到顶
15、端，不使物体匀速地由斜面底部上升到顶端，不计绳的质量及轮和轴的摩擦。求：计绳的质量及轮和轴的摩擦。求：(1)(1)该装置的机械效率；该装置的机械效率；(2)(2)斜面对物体的摩擦力。斜面对物体的摩擦力。考查内容考查内容机械效率的综合计算机械效率的综合计算【思路点拨【思路点拨】解答该题时应注意以下三点：解答该题时应注意以下三点：(1)(1)拉力拉力F F所做的功等于总功。所做的功等于总功。(2)(2)克服重物的重力所做的功等于有用功。克服重物的重力所做的功等于有用功。(3)(3)明确总功、有用功和额外功的关系。明确总功、有用功和额外功的关系。【解析【解析】此装置为组合机械，它是滑轮组和斜面的组合
16、。我们此装置为组合机械，它是滑轮组和斜面的组合。我们要根据滑轮组和斜面的特点来解题。要根据滑轮组和斜面的特点来解题。(1)(1)设斜面长为设斜面长为L L，高为，高为h h，动滑轮重为，动滑轮重为G G0 0，当物体由斜面底部上，当物体由斜面底部上升到斜面顶端时，绳自由端移动的距离为升到斜面顶端时，绳自由端移动的距离为s s，根据题图可知：，根据题图可知：s=2Ls=2L，W W有有=Gh=Gh，W W总总=F=Fs s=2F=2FL L =75%=75%。(2)W(2)W总总=2FL=2=2FL=2100 N100 N5 m=1 000 J,5 m=1 000 J,设摩擦力为设摩擦力为f,f,则额则额外功为外功为W W额外额外=fL+G=fL+G0 0h h，根据功的原理得，根据功的原理得W W总总=W=W有有+W+W额外额外 2FL=Gh+fL2FL=Gh+fL+G+G0 0h h，代入数据得，代入数据得f=44 Nf=44 N。答案：答案：(1)75% (2)44 N (1)75% (2)44 N WGh250 N 3 mW2FL2 100 N 5 m有总
