2018初中物理競賽教程（基礎(chǔ)篇）第13講 機(jī)械效率 機(jī)械能(附強(qiáng)化訓(xùn)練題及答案)

1、1第13講機(jī)械效率機(jī)械效率機(jī)械能機(jī)械能13.1學(xué)習(xí)提要學(xué)習(xí)提要13.1.1機(jī)械效率機(jī)械效率1.有用功、額外功和總功為實(shí)現(xiàn)某種目的而對(duì)物體直接所做的功，稱為有用功。例如：用滑輪組將重為G的物體提升高度h，則有用功W有用=Gh。在通過機(jī)械對(duì)物體做功的過程中，常常還須克服機(jī)械的摩擦做功，這部分功有時(shí)是我們不需要但又不得不做的功，所以叫做額外功。額外功產(chǎn)生的主要有兩種原因：一是提升物體時(shí)，克服機(jī)械、容器重力等因素所做的功。例如：用滑輪組提升物體

2、時(shí)，克服動(dòng)滑輪重力所做的額外功W額外=G’h（這里G’是動(dòng)滑輪的重力）。二是克服機(jī)械的摩擦所做的功。例如：用滑輪組或斜面提升物體時(shí)，克服輪和軸之間及輪和輪之間的摩擦、物體與斜面之間的摩擦所做的額外功W額外=fs。有用功和額外功的總和，稱為總功。W總=W有用W額外2.機(jī)械效率機(jī)械效率表示通過機(jī)械對(duì)物體做功的有效程度的物理量效率越高，所做總功中有用功的比例就越大。在物理學(xué)中，將有用功跟總功的比值，稱為機(jī)械效率。用公式表示為η=W有用W總13

3、.1.2機(jī)械能機(jī)械能1.能把物體做功的本領(lǐng)叫做能。物體能做的功越多，就說它具有的能越多。2.動(dòng)能和勢(shì)能動(dòng)能是物體由于運(yùn)動(dòng)而具有的能。物體的質(zhì)量越大，運(yùn)動(dòng)速度越大，其動(dòng)能就越大。重力勢(shì)能是物體處于某一高度時(shí)所具有的勢(shì)能。物體質(zhì)量越大，所處的位置越高，重力勢(shì)能就越大。彈性勢(shì)能是物體由于發(fā)生彈性形變而具有的勢(shì)能。物體的彈性形變?cè)酱?，彈性?shì)能就越大。重力勢(shì)能和彈性勢(shì)能統(tǒng)稱為勢(shì)能。3.機(jī)械能313.2.2正確理解能的概念正確理解能的概念.一個(gè)物體

4、能夠做功，這個(gè)物體就具有能。由力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)的規(guī)律，可以導(dǎo)出運(yùn)動(dòng)物體具有的動(dòng)能Ek=12mv2，重力勢(shì)能Ep=mgh，彈性勢(shì)能Ej=12kx2能是一個(gè)狀態(tài)量。它可以用一些狀態(tài)參量（如速度v，高度h，形變x等）表示出其量的多少。能量的多少是可以改變的。起重機(jī)的鋼索用力把重物提高使物體的重力勢(shì)能增大，在牽引力作用下車輛行駛得越來越快，其動(dòng)能增大，用力拉彈簧使其伸長而彈性勢(shì)能增大……在物體能量改變過程中，通常伴隨著有力對(duì)物體或物體克服阻力做功，

5、所以功是能量改變的量度。沒有外力對(duì)物體做功（或者只有重力、彈力對(duì)物體做功），在物體勢(shì)能與動(dòng)能相互轉(zhuǎn)化的過程中，機(jī)械能總量將保持不變。如圖131所示，一個(gè)乒乓球從某一高度由靜止開始下落，經(jīng)光滑地面反彈再回到原高度（空氣阻力不計(jì)）。當(dāng)球在A處釋放時(shí)具有重力勢(shì)能，下落到B處時(shí)球既有動(dòng)能（有速度），又有重力勢(shì)能（有高度）。繼續(xù)落到C處（設(shè)C為零高度）球的重力勢(shì)能為零，動(dòng)能最大。在此過程中球的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化成動(dòng)能，而A處的重力勢(shì)能最大，C處的動(dòng)能最

6、大，B處的重力勢(shì)能與動(dòng)能之和等于A處的重力勢(shì)能，也等于C處的動(dòng)能。球在C處發(fā)生形變使動(dòng)能轉(zhuǎn)化成彈性勢(shì)能，再轉(zhuǎn)化成動(dòng)能，球被彈回A處。在此過程中，動(dòng)能又轉(zhuǎn)化成重力勢(shì)能，機(jī)械能的總和扔保持不變（即機(jī)械能守恒）。若地面不光滑，空氣阻力作用不可忽略，乒乓球便不能彈回原高度，表明球在運(yùn)動(dòng)過程中有機(jī)械能轉(zhuǎn)化成其他形式的能（如內(nèi)能），機(jī)械能的總量就會(huì)減少。機(jī)械能和其他形式的能之間可以相互轉(zhuǎn)化，例如水電站水輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)做功，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，而電動(dòng)

7、機(jī)則將電能重新轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。汽車和火車的內(nèi)燃機(jī)通過燃?xì)馔苿?dòng)氣缸中的活塞做功，將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為汽車的動(dòng)能?，F(xiàn)代生活和生產(chǎn)中隨處可見的各種動(dòng)力機(jī)械，小到電動(dòng)玩具、大到噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，都是將電能、化學(xué)能等其他形式的能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能的能量轉(zhuǎn)化器。13.3例題解析例題解析13.3.1理解有用功、額外功、總功和機(jī)械效率的含義理解有用功、額外功、總功和機(jī)械效率的含義例1用動(dòng)力臂是阻力臂2倍的杠桿，將重400N的貨物提高20cm，手像下壓杠桿的力是220N