初中物理竞赛教程基础篇第13讲机械效率机械能附强化训练题及答案docxWord格式.docx

1、3.机械能动能和势能统称为机械能。动能和势能之间可以相互转化，在转化过程中若没有能量的损失或其他能量的补充，机械能的总和保持不变，机械能是守恒的。机械能和其他形式的能之间也可以相互转化。无论是动能和势能之间的相互转化，还是机械能和其他形式的能之间的相互转化常常是通过做功的过程来实现的。 在转化过程中，所做的功越多，一种形式的能转化为另一种形式的能就越多。能量的转化多少可以用做功的多少来量度。在国际单位制中能的单位与功的单位相同，也是焦（ J）13.2 难点解释13.2.1 理解机械效率的意义1. 机械效率 总小于 1机械效率是反映机械性能优劣的主要标志之一，它反映了机械对总功的利用率。理想机械

2、： W 总=W 有用 （或 W 输入 =W 输出 ， W 动 =W 阻 ）实际机械： W 总=W 有用 +W 额外 （或 W 输入 =W 输出 +W 额外 ， W 动=W 有用阻力 +W 无用阻力 ）在实际机械中，由于 W 有用 W 总，所以机械效率 总小于 1.2.机械效率和功率的区别机械效率和功率是从不同方面反映机械性能的物理量， 它们之间没有必然联系。 功率大表示机械做功快， 机械效率高表示机械对总功的利用率高。 功率大的机械不一定效率高。 例如内燃机功率可以达到 6000 马力（ 1 马力 =735 瓦），但机械效率只有 30%40% 。反之，效率高的机械功率不一定大。 例如安装在儿童

3、玩具汽车里的电动机， 机械效率可达 80%以上，但功率只有几瓦。如果 P 输入 和 P 输出 分别表示机械的输入功率和输出功率， 则机械效率也可以表示为 =P 输出 /P 输入 。3.组合机械的机械效率在 合机械中， 入功（ 功）和 出功（有用功）往往是相 的，同 的功 于某一部机器来 是 出功，而 另一部机器来 却是 入功。例如， 机 起重机， 机的 出功就是起重机的 入功。由两种机械 合而成的 合机械中，其中1= W 有用 1/W 总 1，2= W有用2/W总 ，而 W 总2=W有用 ，因此，可得 合机械的机械效率= 。211?213.2.2 正确理解能的概念 .一个物体能 做功， 个物体

4、就具有能。由力学和运 学的 律，可以 出运 物体具有的 能 Ek=1/2mv 2，重力 能 Ep=mgh ， 性 能 Ej=1/2kx 2能是一个状 量。它可以用一些状 参量（如速度v，高度 h，形 x 等）表示出其量的多少。能量的多少是可以改 的。起重机的 索用力把重物提高使物体的重力 能增大，在 引力作用下 行 得越来越快，其 能增大，用力拉 簧使其伸 而 性 能增大在物体能量改 程中，通常伴随着有力 物体或物体克服阻力做功，所以功是能量改 的量度。没有外力 物体做功（或者只有重力、 力 物体做功），在物体 能与 能相互 化的 程中，机械能 量将保持不 。如 13-1 所示，一个 球从某一

5、高度由静止开始下落， 光滑地面反 再回到原高度（空气阻力不 ） 。当球在 A 放 具有重力 能，下落到B 球既有 能（有速度） ，又有重力 能（有高度） 。 落到 C （ C 零高度）球的重力 能 零， 能最大。在此 程中球的重力 能 化成 能，而 A 的重力 能最大，C 的 能最大， B 的重力 能与 能之和等于A 的重力 能，也等于 C 的 能。球在 C 生形 使 能 化成 性 能，再 化成 能，球被 回 A 。在此 程中， 能又 化成重力 能，机械能的 和扔保持不 （即机械能守恒）。若地面不光滑，空气阻力作用不可忽略， 球便不能 回原高度，表明球在运 程中有机械能 化成其他形式的能（如内

6、能），机械能的 量就会减少。机械能和其他形式的能之 可以相互 化， 例如水 站水 机 机做功， 将机械能 化 能， 而 机 将 能重新 化 机械能。 汽 和火 的内燃机通 燃气推 气缸中的活塞做功， 将燃料的化学能 化 汽 的 能。 代生活和生 中随 可 的各种 力机械，小到 玩具、大到 气 机，都是将 能、化学能等其他形式的能 化 能的能量 化器。13.3 例题解析13.3.1 理解有用功、额外功、总功和机械效率的含义例 1 用动力臂是阻力臂 2 倍的杠杆，将重 400N 的货物提高 20cm，手像下压杠杆的力是220N，人做的功是 _J，其中的有用功是 _J，杠杆的机械效率是 _.【点拨】

7、由杠杆动力臂是阻力臂 2 倍的条件，可得出作用在杠杆上动力通过的距离 s。【解析】设货物提高的高度为 h，由功的原理，求得作用在杠杆上的动力通过的距离S=2h=2 0.2m=0.4m根据功的计算式，得手做的功 W 总 =Fs=220N 0.4m=88J有用功W 有用 =Gh=400N 0.2m=80J根据机械效率的定义，求出杠杆的机械效率=W有用 /W总 =80J/88J 0.91=91%【答案】88J， 80J，91%【反思】 机械效率是有用功在总功中所占的比率，解题的关键是分析有用功和总功，就能正确解决问题。例2 某人用动滑轮牵引物体 A 在水平地面上做匀速直线运动，如图 13-2 所示。

8、已知物体 A 受到摩擦力是 36N，动滑轮的机械效率是 75%，求绕过动滑轮的绳子对固定墙B的拉力大小。【点拨】利用动滑轮牵引物体时，由于定滑轮的机械效率小于 1，因此动力 F 和绕过动滑轮的绳子对固定墙 B 的拉力是不相等的。而拉力 F 作用在绳子自由端移动的距离应是物体 A 移动距离的 2 倍。【解析】设作用在物体 A 上的拉力是 F1，物体 A 受到的摩擦力为 f ，绕过定滑轮的绳子对墙的拉力为 F2，人通过绳子向左拉滑轮的力为 F。当物体在水平面上作匀速直线运动时，f=F 1=36N 。由于滑轮随物体一起在水平面上作匀速直线运动， 去滑轮为研究对象， 滑轮受到 3 个水平作用力，即水平

9、向左的作用力 F 和 F2，以及水平向右的作用力 F1，它们的关系是 F1=F2+F 。根据机械效率的定义和绳子的自由端移动的距离s 与物体A 移动的距离s 的倍数关系，可得=W 有用 /W 总 =F1s1 /Fs整理得 F= F1s1/s=36N 1/（0.75 2）=24NF2=F-F 1=36N-24N=12N【答案】 12N【反思】 在解决实际机械使用的问题时， 不能与理想机械混淆。 本题的关键就在于作用力 F 大于绳子作用在固定墙 B 的力。例3 如图 13-3 所示，重力为 500N 的物体在沿斜面的拉力作用下，匀速的从斜面的下端移动到斜面的顶端。已知斜面的长是高的5 倍，机械效率

10、为 80%，求斜面对物体的摩擦力。【点拨】斜面上的物体受到重力、支持力、摩擦力和拉力等四个力的作用，由于物体所受到的重力有沿斜面向下的分力， 所以物体在拉力作用下匀速向上运动时受到的拉力 F 大于摩擦力 f。所以拉力做的功（即总功）是有用功和克服摩擦力所做的功之和。【解答】拉力做的功 W 总 =W 有用 + W 无用 = Gh + fL根据机械效率的定义=W 有用 /W 总 =Gh/ （ Gh+fL ）整理后得， f= （ 1/-1） Gh/L= （ 1/0.8-1 ） 500N 1/5=25N【答案】 25N【反思】由于物体在拉力 F 的作用下沿斜面向上运动时受到摩擦力的作用，因此拉力 F做

11、的功是总功，它既要克服有用阻力（即物体的重力） ，又要克服摩擦力而做功，利用机械效率的定义，就可以解决此类问题。11.3.2 怎样理解能的概念和机械能的转化例 4 下列说法中正确的是（ ）A水从高处流向低处，势能减少，动能增加B低空飞行的飞机只有动能C用线悬挂着的物体没有做功，所以没有能量D在光滑水平地面上匀速前进的物体，由于没有物体对它做功，所以没有能量【点拨】 物体能够对其他物体做功， 则物理学中称这个物体具有能量。 而物体具有的动能是由物体的质量和它的运动速度大小决定的， 物体的势能是由它的质量和它所处的位置高度或弹性体的弹性形变决定的。【解析】 A 中水由高处向低处流动时，高度在减小，

12、说明它的重力势能在减小，但流动的速度在增大，说明水的动能在增大， A 正确。 B 低空飞行飞机离地面有一定高度，因此它具有重力势能。 B 不对。 C 物体同样有重力势能， C 不对。 D 中作匀速运动的物体它具有动能，因此它具有做功的本领， D 不对。【答案】 A【反思】 根据能的概念， 可以判断物体具有的能。 但是物体具有的机械能并不等于一定具有动能，也不一定具有势能。可能动能和势能都具有， 也可能只具有其中一种，并且它们之间可以相互转化。例5 篮球运动员放手让篮球自由下落，球从离开手后落地到又回到手中，球的机械能是怎样转化的？【点拨】物体的动能和势能统称为机械能。动能和势能可以相互转化。【

13、解析】球离开手后向下运动，高度变低，速度变大，落地后球发生弹性形变，篮球恢复形变后，球继续上升，越升越高，速度越来越小。所以当篮球下落时，重力势能转化为动能，落地后再转化为弹性势能。当篮球恢复到弹性形变，弹性势能转化为动能，继续上升，再转化为重力势能。【反思】动能和势能可以相互转化， 在理想的条件下（如不考虑摩擦）机械能总量是不变的， 所以篮球能回到手中。 但考虑到物体克服摩擦力做功时， 物体将有一部分机械能要转化为其他形式的能，因此球落地后反弹上升时，它的机械能在减小， 回到手中的高度是减小的。A卷1. 利用任何机械做功，额外功都是不可避免的，有用功在_中占的比例叫做机械效率，机械效率总小于

14、_。2. 一台起重机将重力为 5000N 的重物匀速地提高 4m，动力做功 25000J，这台起重机做的总功为 _J，有用功 _J，额外功 _J，起重机的机械效率为_ 。2.说出下列物体各具有什么能？（1） 被投出的篮球： _；（2） 被压缩的弹簧：（3） 在水平道路上行驶的汽车： _ ；（4） 提升的货物： _ ；（5） 地球同步卫星： _。4. 利用滑轮组将重 3600N 的货物提高 4m，如果额外功是 9600J，有用功是 _J ，总功是 _J，机械效率是 _ 。5.用 250N 的力在一根撬棒的一端将另一端的物体撬起，已知撬棒的动力臂与阻力臂之比是 5:2，机械效率是 96%，则物体的

15、重力为 _N 。6.用 100N 的力沿斜面向上拉物体，已知物体重力为400N ，斜面的机械效率为60%，则该斜面的高度和斜面的长度之比为（）A.20： 3B.3 20C.4 1D. 47.关于机械效率，下列说法中正确的是（A. 越省力的机械， 的值越大B. 功率越小的机械， 的值越小C. 额外功在总功中占的比值越小， 的值越大D.因为 v 2，下列说法不正确的是（ ）A.落地后反弹的高度相比较，甲球大于乙球B.两球的总机械能相比较，甲球大于乙球C.两球落地后反弹到最高处的动能相比较，甲球等于乙球D.两球落地后反弹到最高处的重力势能相比较，甲球等于乙球14. 如图 13-10 所示的情景是一种叫做蹦极的游戏。 游戏者将一根有弹性的绳子一端系在身上，另一端固定在高处，从高处跳下，图中 a 点是弹性绳自然下垂时绳下端的位置， c 点是游戏者所达到的最低点。 对于游戏者离开跳台到最低点的过程中，下列说法正确的是（ ）A.游戏者的动能一直在增大B.游戏者减少的重力势能全部转化为动能C.游戏者通过 a 点后，绳子具有弹性势能D.游戏者通过 c 点时，他具有的机械能为零15. 小明从家里去上学， 图 13-11 是他上学过程中的路程请你判断小明动能最大的时段是（ ）-时间图像，A. 在 t1t2 时间内B. 在 t2t3 时间内C. 在 Ot 1 时间内D. 在三段时间内16. 某