高考通用準(zhǔn)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(wǎng)】
【類別回顧】
測試點一、優(yōu)點
當(dāng)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(diào)：
(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(jīng)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(jīng)過一定的距離。 這種情況叫做“勞而無功”。
② 物體已經(jīng)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(jīng)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(shù)學(xué)中，功率的概念是用來表達(dá)做功的速度。
強調(diào)：
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(dǎo)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(dāng)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(dāng)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(dāng)動滑輪的重量一定時，物體的重量越大，機械效率越大；
當(dāng)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(nèi)部存在摩擦力，機器本身有重力等。
【典型例子】
類型一、基礎(chǔ)知識
1. 體育課上，兩個朋友正在進(jìn)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(xué)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(jīng)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(guān)。
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(xué)量就是兩者的重量。
【總結(jié)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(guān)鍵，是一個基本問題。
舉一反三：
[變化] 1J 的工作是 ()
A．連接質(zhì)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(dāng)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(guān)于功、功率和機械效率，下列說法正確的是（）
A、當(dāng)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(jù)工況、功率與機械效率之間的關(guān)系進(jìn)行分析。 功率是單位時間內(nèi)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(dāng)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(guān)，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(guān)系，所以D錯誤。
【總結(jié)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(jié)省勞動力，但不能節(jié)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(jié)省勞動力，有些機器可以節(jié)省距離，但都不能節(jié)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(yīng)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的大小？ （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(xué)生對速度公式和做功公式的掌握和運用。 本題的關(guān)鍵是能夠根據(jù)滑輪架的結(jié)構(gòu)得到承受重量的繩股數(shù)（從動滑輪直接拉出的繩股數(shù)）。 要想突破，靈??活運用公式是關(guān)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(shù)為n=3，所以繩子自由端之間的距離為：s=nL=3vt=36m。
1分鐘內(nèi)拉力W=Fs=1000N×36m=，
P=W/t=/60s=600W。
【總結(jié)與升華】記憶公式、靈活運用公式是學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的必要條件。
舉一反三：
【變體】用水平力F將物體M從靜止?fàn)顟B(tài)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(guān)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(shù)據(jù)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(xué)效率與坡度之間的關(guān)系。 第一個實驗中，斜面的機械效率為 ，塊體和斜面的內(nèi)能減少約J。
⑵分析表中數(shù)據(jù)可以推斷，當(dāng)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(guān)系，應(yīng)保持恒定。
【思考】（1）影響邊坡力學(xué)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(xué)效率與邊坡坡度之間的關(guān)系；
邊坡的力學(xué)效率可按下式計算：
塊與斜坡減少的內(nèi)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(shù)據(jù)，看看隨著坡度的減小，坡度的力學(xué)效率如何變化，然后進(jìn)行推斷；
為了探究斜面機械效率與傾斜度之間的關(guān)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(xué)效率與邊坡坡度之間的關(guān)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(zhuǎn)化為內(nèi)能。 根據(jù)表中提供的數(shù)據(jù)，η=20%；
(2)從數(shù)據(jù)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(jié)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(nèi)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(xué)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(yīng)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(dāng)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(jié)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(biāo)。 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(dǎo)出機械效率為： 。
(3) 由于物體的速度已知，可推導(dǎo)出拉力的公式為： 。
【答】BD
【分析】
【總結(jié)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(xué)量外，要求能夠?qū)C械效率、功率等公式進(jìn)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(guān)鍵。
6. (2012?山東) 如圖所示，有一個斜面，其長度為L，高度為h。 現(xiàn)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(guān)斜面機械效率η的表達(dá)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(jié)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(guān)鍵是要明確總功應(yīng)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(shè)斜面的長度為L，高度為h，忽略滑輪的重力和摩擦力。 根據(jù)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(zhì)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(dāng)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(shù)。 顯然，繩子的股數(shù)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(guān)鍵。 然后，根據(jù)滑輪架機械效率的估算公式，可推導(dǎo)出： ，F(xiàn) 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(jù)前面的公式可以得到F浮點數(shù)，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(shè)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(dāng)繩索的拉力達(dá)到最大值Fm=350N時，假設(shè)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(jié)與升華】這道題是一道壓力與機械效率相結(jié)合的估算題，是我們中學(xué)熱學(xué)中比較難的一道題。