高考通用準備：工作動力機械效率（加強）
【課程要求】
1、只有理解功和功率的概念，才能解決簡單的問題，比較功和功率的大小；
2.能夠測試簡單機械的機械效率，知道有用功、多余功、總功和機械效率，并了解影響機械效率的因素。
【知識網】
【類別回顧】
測試點一、優點
當力作用在物體上，使物體沿力的方向移動一定的距離時，我們就說力對物體做了功。
強調：
(1) 做功的兩個必要誘因是：作用在物體上的力； 沿力的方向移動的距離。
(2)物體沿力的方向經過一定的距離，是指該距離與力具有相同的方向和同時性。
（三）不干活的三種情況
① 物體受力，但物體在力的方向上沒有經過一定的距離。 這種情況叫做“勞而無功”。
② 物體已經連接了一定距離，但在這個運動方向上沒有任何力作用在其上（如物體因慣性而運動），這種情況稱為“無功”。
③物體受力并經過一定距離，但兩者方向相互垂直（例如起重機吊起的貨物在空中水平連接），這種情況稱為“垂直無功” ”。
(4) 公式：W=Fs，
(5)單位：焦耳(J)，
(6)工作原理：使用任何機械都不省工。
測試點二、功率
在數學中，功率的概念是用來表達做功的速度。
強調：
1、物理意義：表示物體做功的速度。
2.定義：做功與做功所需時間的比值稱為功率。
3、定義公式：
4、國際單位：瓦特，簡稱瓦特，符號W； 常見單位有千瓦（kW）、毫瓦（mW）等。
1kW=1000W, 1W=, 1W=1J/s
5、推導公式：
測試點三、機械效率
1、概念：有用功與總功的比值，即
2.影響斜面機械效率的激勵因素
(1)當物體與斜面的粗糙度相同時，斜面之間的夾角越大，機械效率越大；
(2)當斜面夾角相同時，物體與斜面的粗糙度越大，機械效率越低。
3、小車架的機械效率
無論繩索重量和軸摩擦力如何
當動滑輪的重量一定時，物體的重量越大，機械效率越大；
當物體重量一定時，動滑輪越重，機械效率越小。
要點：機械效率沒有單位，大于1，常以百分比表示。 直接原因是：機器內部存在摩擦力，機器本身有重力等。
【典型例子】
類型一、基礎知識
1. 體育課上，兩個朋友正在進行爬桿比賽。 如果他們從同一根桿子的底部以恒定的速度爬到頂部。 如果要簡單比較三個人所做的功，則需要知道的化學量是（ ）
A。 爬桿速度 B. 爬桿時間 C. 兩者重量 D. 桿的具體高度
【思考】做功的兩個必要條件是：力和力方向上經過的距離。 題目中，爬桿子的兩個人的身高相等。 這個問題可以通過比較重力的大小來回答。
【答案】C
【分析】由W=Gh可以看出，做功的多少與他們的體重和爬桿的高度有關。
題中給出的條件是，他們從同一根桿子的底部以勻速爬到頂部，即他們爬的桿子的高度相等，
這樣需要知道的化學量就是兩者的重量。
【總結與升華】本題考察的是對工作的估算，明確做工作的兩個條件是解決問題的關鍵，是一個基本問題。
舉一反三：
[變化] 1J 的工作是 ()
A．連接質量為1kg到1m的物體所做的功
B．通過1m連接一個1N重的物體所做的功
C．在1N力的作用下，連接1m的物體所做的功
D．在1N力的作用下，當物體沿力的方向連接1m時，該力對物體所做的功
【答案】D
2.關于功、功率和機械效率，下列說法正確的是（）
A、當物體受到力并且物體運動時，力對物體做功
B．功率大的機器必須做更多的功
C. 大功率機器可以快速完成工作
D、工作速度快的機器必須具有高機械效率
【思考】根據工況、功率與機械效率之間的關系進行分析。 功率是單位時間內所做的功的量，機械效率是有用功與總功的比率。
【答案】C
【分析】無論物體是否做功，我們必須牢牢把握做功有兩個必要的誘因。 例如，當一個塊在光滑的滑雪面上勻速滑動時，由于慣性，塊保持勻速直線運動，水平方向上沒有力作用。 事實上，水平方向上沒有力對木塊做功。 事實上，塊體在垂直方向上受到重力和支撐力的影響，但塊體并沒有通過垂直方向上的距離。 工作，所以選項A是錯誤的。
完成的工作量不僅與機器的功率有關，而且還有工作時間的激勵，故B錯誤。
機器工作速度快只意味著功率高，功率和機械效率沒有必然關系，所以D錯誤。
【總結與升華】本題考察對功、功率、機械效率等概念的理解。
舉一反三：
【變體】工作原理告訴我們，使用機械時（）
A．使用任何機械都可以節省勞動力，但不能節省工作
B、有的機器可以省人工，有的機器可以省工
C．使用任何機械可以省力，但不能省距離
D．有些機器可以節省勞動力，有些機器可以節省距離，但都不能節省工作
【答案】D
3、如圖所示，用滑輪架拉動配重車水平方向勻速連接。 車輛受到的阻力是車輛重量的0.03倍。 此時，應在繩索末端施加F=1000N的水平拉力。 車輛通訊速度為0.2m/s，需要1分鐘求：①小車克服摩擦力做了多少功； ②繩子自由端的拉力F的大??？ （滑輪和繩子的自重不算，繩子足夠長）。
【思維思路】本題考查中學生對速度公式和做功公式的掌握和運用。 本題的關鍵是能夠根據滑輪架的結構得到承受重量的繩股數（從動滑輪直接拉出的繩股數）。 要想突破，靈??活運用公式是關鍵。
【答】600W
【分析】小車所受的力如圖所示。 由于車輛勻速連接，物體受到平衡力的作用，所以動滑輪對車輛的拉力
; 車輛移動時間為1min=60s，則車輛移動距離L=vt=0.2m/s×60s=12m，因此做功克服摩擦力。
②由于拉動小車的繩段數為n=3，所以繩子自由端之間的距離為：s=nL=3vt=36m。
1分鐘內拉力W=Fs=1000N×36m=，
P=W/t=/60s=600W。
【總結與升華】記憶公式、靈活運用公式是學習數學的必要條件。
舉一反三：
【變體】用水平力F將物體M從靜止狀態拉起，在粗糙的水平地面上移動一定的距離。 F所做的功為W1，功率為P1； 如果仍用水平力F拉動M在平滑的水平地面上移動相同的距離，則F所做的功為W2，功率為P2。 所以（）
A。 W1<W2； P1=P2B。 W1=W2； P1<P2
C。 W1>W2； P1=P2D。 W1=W2； P1>P2
【答案】B
4、下圖是朋友小明的斜面機械效率與激勵相關的實驗裝置。
實驗中，他用彈簧測力計將同一個物體拉下同樣粗糙度的斜坡，使其以勻速直線運動。 部分實驗數據如下：
實驗
頻率
傾斜
傾角
塊重
性別/性別
坡道高度
小時/分鐘
沿著斜坡拉
前/后
坡長
秒/米
機械效率
1
慢點
10
0.1
5.0
1
2
更陡峭
10
0.3
6.7
1
45%
3
最陡的
10
0.5
8.4
1
60%
(1)小明正在探索邊坡力學效率與坡度之間的關系。 第一個實驗中，斜面的機械效率為 ，塊體和斜面的內能減少約J。
⑵分析表中數據可以推斷，當坡度粗糙度相同時，坡度越陡，機械效率越高。 探究斜面機械效率與斜面粗糙度之間的關系，應保持恒定。
【思考】（1）影響邊坡力學效率的誘因有：邊坡的粗糙度和邊坡的坡度。 問題中保證粗糙度不同，但坡度不同。 其實就是探討邊坡的力學效率與邊坡坡度之間的關系；
邊坡的力學效率可按下式計算：
塊與斜坡減少的內能等于塊克服塊與斜坡之間的摩擦力所做的功，即額外的功，W量=W總計-W有用；
(2)分析表中數據，看看隨著坡度的減小，坡度的力學效率如何變化，然后進行推斷；
為了探究斜面機械效率與傾斜度之間的關系，需要利用控制變量方法將斜面的傾斜度控制在一定水平。
【答案】⑴邊坡坡度為20% 4⑵高邊坡坡度
【分析】（1）從問題的意思可以看出，實驗過程中保持斜坡的粗糙度與物體的重力相同，只改變斜坡的坡度。 因此，小明探討了邊坡力學效率與邊坡坡度之間的關系； 在拉動鐵塊上斜坡的過程中，需要克服鐵塊與斜坡之間的摩擦力做功，消耗機械能并轉化為內能。 根據表中提供的數據，η=20%；
(2)從數據可以看出，斜面的傾斜度越陡，鐵塊向下的力越大，斜面的機械效率越高。
【總結升華】要回答這個問題，我們需要知道：影響斜面機械效率的因素、做功改變的物體內能、控制變量法的使用、以及估算斜面的機械效率是一個綜合性問題。
舉一反三：
[變化] 兩個人利用斜坡將木架拉到車上。 為了提高邊坡的力學效率，宜()
A．以較快的速度勻速地將木架拉到車輛上
B、以較慢的速度勻速將木架拉到車輛上
C． 一個人以勻速將木架拉到車上
D．木板長度不變，用光滑的斜板將木架勻速拉到小車上
【答案】D
類型2、知識應用
5、如圖所示物理摩擦力的公式，在滑輪架拉力F1的作用下，將重量為300N的物體A以1.5m/s的勻速速度在水平面上連接起來。 滑輪架機械效率為80%，物體A勻速運動。 當阻力為56N時，拉力F1的功率為P1。 若滑輪架在拉力F2的作用下，以0.5m/s的速度拉動物體A在水平面上勻速連通，則拉力F2的功率為P2。 忽略滑輪的重量和繩索的重量，下列說法正確的是（ ）
A。 F1=168N，P1=225WB。 F2=210N，P2=35WC。 F2=3F1，P1=P2D。 F1=F2，P1=3P2
【思考思路】（1）分析動滑輪的受力。 三段繩子被拉到左邊，一節被拉到右邊。 拉力 F 向右，物體向左。 因此，拉動端之間的距離就是目標。 通訊距離的三分之一，拉動端的連接速度也是物體速度的三分之一。
(2) 已知機械效率為80%，可推導出機械效率為： 。
(3) 由于物體的速度已知，可推導出拉力的公式為： 。
【答】BD
【分析】
【總結與升華】這道題是滑輪架估算題中的難點。 除了滑輪架的使用方法與平常不同物理摩擦力的公式，涉及大量的化學量外，要求能夠對機械效率、功率等公式進行熟練的推論，值得注意的是，對于機械效率滑輪架的機械裝置和升起重量不變的情況下，降下的機架的機械效率保持不變，這是解決這一問題的關鍵。
6. (2012?山東) 如圖所示，有一個斜面，其長度為L，高度為h。 現在迫使F沿斜面以勻速將重物G從下往上拉。 已知物體受到斜面的摩擦力為f，則下列有關斜面機械效率η的表達式正確的是（）
【思考】斜度是用來增強物體的位置的。 有用功等于物體重力與斜面高度的乘積，即W有用=Gh； 總功等于物體沿斜面的拉力與斜面長度的乘積，即=FS； 機械效率是有用功與總功的比率。 使用斜面時，所做的額外功是克服物體與斜面之間的摩擦力所做的功，總功等于有用功和額外功之和，可以分析判斷因此。
【答案】D
【解析】∵斜面的高度為h，物體的重力為G，
∴有用功為：W有用=Gh，
且 ∵ 斜坡長度為 L，張力為 F，
∴總功為：W總計=FL，
那么機械效率為：，
物體與斜面之間的摩擦力為f，
∴額外功為：W額外=fL，
那么總功為：W總計=W有用+W額外=Gh+fL，
因此，機械效率為：，故D正確。
【總結與升華】本題考察斜面機械效率的估算。 容易出錯的是摩擦力的估計。 我們要知道，使用斜面時克服摩擦力所做的功就是額外功。 關鍵是要明確總功應等于有用功和額外功。 功德總和。
舉一反三：
【變型】利用如圖所示的動滑輪，將重物G勻速拉上斜面。 設斜面的長度為L，高度為h，忽略滑輪的重力和摩擦力。 根據工作原理，拉力為（）
【答案】C
7、如圖所示，用滑輪將水底的物體A升起。 若物體質量為140kg，體積為，滑輪的機械效率為80%，取g=10N/kg，忽略繩索重量和輪子與軸的摩擦力，求
(1) 當物體A在水底勻速提升時，拉力F為多少？
（2）若動滑輪的吊鉤用鋼絲繩與物體A連接，連接滑輪架的鋼絲繩能承受的最大拉力為350N，則該物體漏水的體積是多少繩子會斷嗎？
【思考】（1）首先我們確定承受重載的繩索的股數。 顯然，繩子的股數是4股，那么我們就要思考這4股繩子是否承受了物體的重量？ 物體A浸入水底，其上必然受到水的壓力，因此四段繩子承受重力差（包括動滑輪重量、繩子自重、摩擦力）和壓力。 這是回答這個問題的關鍵。 然后，根據滑輪架機械效率的估算公式，可推導出： ，F float = ρ V row g。
(2)“滑輪架鋼絲繩可承受的最大拉力為350N”，這告訴我們繩索的拉力估計為350N。 同樣，根據前面的公式可以得到F浮點數，然后可以得到V行，然后除以V對象除以V行就是漏出海的體積。
【解答與分析】
(1) 水底物體A所受的壓力
F浮=ρ水g V排=1×103kg/m3×10N/kg×60×10-3m3=600N
動滑輪上有四股繩索。 提升時，繩索自由端與重物高度的四倍相通，即s=4h。 因此，在水底勻速提升時的機械效率
可用：==250N
(2) 設動滑輪的重量為G0，勻速上升的力的平衡條件為
4F＝G0＋G－F浮動
得到G0＝4F＋F float-G＝4×250N+600N-1400N=200N
當繩索的拉力達到最大值Fm=350N時，假設物體的壓力部分泄漏到海中成為Fbuo'，同理
4Fm=G0+GF浮動'
得到F浮點'=G0+G-4Fm=200N+1400N-4×350N=200N
因為泄漏出海的體積=40dm3
【總結與升華】這道題是一道壓力與機械效率相結合的估算題，是我們中學熱學中比較難的一道題。