1、第 13 讲 机械效率 机械能13.1 学习提要13.1.1 机械效率1. 有用功、额外功和总功为实现某种目的而对物体直接所做的功，称为有用功。例如：用滑轮组将重为 G 的物体提升高度 h，则有用功 W 有用 =Gh。在通过机械对物体做功的过程中，常常还须克服机械的摩擦做功，这部分功有时是我们不需要但又不得不做的功，所以叫做额外功。额外功产生的主要有两种原因：一是提升物体时，克服机械、容器重力等因素所做的功。例如：用滑轮组提升物体时，克服动滑轮重力所做的额外功 W 额外 =Gh（这里 G是动滑轮的重力） 。二是克服机械的摩擦所做的功。例如：用滑轮组或斜面提升物体时，克服轮和轴之间及轮和轮之间的
2、摩擦、物体与斜面之间的摩擦所做的额外功 W 额外 =fs。有用功和额外功的总和，称为总功。W 总 =W 有用 +W 额外2. 机械效率机械效率表示通过机械对物体做功的有效程度的物理量效率越高，所做总功中有用功的比例就越大。在物理学中，将有用功跟总功的比值，称为机械效率。用公式表示为 = W 有用 / W 总13.1.2 机械能1. 能把物体做功的本领叫做能。物体能做的功越多，就说它具有的能越多。2. 动能和势能动能是物体由于运动而具有的能。物体的质量越大，运动速度越大，其动能就越大。重力势能是物体处于某一高度时所具有的势能。物体质量越大，所处的位置越高，重力势能就越大。弹性势能是物体由于发生弹
3、性形变而具有的势能。物体的弹性形变越大，弹性势能就越大。重力势能和弹性势能统称为势能。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
4、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：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 v2，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
5、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-时间图像，请你判断小明动能最大的时段是（ ）A. 在 t1t2时间内B. 在 t2t3时间内C. 在 Ot1时间内D. 在三段时间内16.某人用 10N 的拉力，沿斜面将重为 16N 的
6、物体在 5s 内匀速地拉上长为 4m、高为 2m 的斜面顶端。在这个过程中，求：（1）拉力克服重力和克服摩擦力所做的功分别为多少？（2）拉力做功的功率是多少？（3）该斜面的机械效率是多大？17.如图 13-12 所示，滑轮组拉物体 A 在水平面上做匀速直线运动。已知 A 的质量为500kg，拉力为 612.5N，滑轮组的机械效率为 80%，求：（1）物体 A 所受的摩擦力是多少？（2）若物体 A 的速度为 0.1m/s，拉力的功率是多少？18.质量为 1t 的汽车沿立交桥引桥匀速向上行驶，已知引桥是长 150m、高 30m 的斜面，汽车牵引力的功率为 16.8kW，斜面的机械效率为 70%，求
7、：（1）汽车牵引力所做的有用功；（2）汽车在斜面的速度。19.随着人类能源消耗的迅速增加，如何有效地提高能源利用率是人类所面临的一项重要任务。图 13-13 是上海“明珠线”某轻轨车站的设计方案，与站台连接的轨道有一个小的坡度。请你从提高能量利用率的角度，分析这种设计的优点。20. 一台水泵每秒钟内可以把质量为 80kg 的水抽到 10m 高处，若水泵的效率为 80%，带动水泵的电动机的效率为 85%，试计算带动水泵工作的电动机的功率。参考答案A 卷1. 总功，12. 2.5104，210 4，510 3，80%3.（1）重力势能，动能；（2）弹性势能；（3）动能；（4）重力势能，动能；（5）
8、动能，重力势能4. 1.44104，2.410 4，60%5. 6006. B 7.D 8.D 9.B 10.C 11.B12.D 13.C 14.D 15.A16. 4.8103W，9.610 3W17. （1）1960N；（2）1568W18. （1）拉力 F，物体的重力 G；（2）=G/(3F)；（3）滑轮的质量，绳子的质量以及摩擦19. 洒水车洒水时，车子的速度不变，总质量减小，它的动能减小20. 900N，300JB 卷1. 2104，2.510 4，510 32. 294；204；69.4%3. 10，0.54. 等于5. 小于，小于6. A 7.A（提示：轨道是光滑的，小球运动过程中，在任何位置的能量保持不变）8. A 9.A 10.D 11.D 12.C 13.D 14.C 15.C16.（1）40J，32J，8J；（2）8W；（3）80%17.（1）1960N；（2）245W18.（1）2.9410 5J；（2）6m/s19. 列车上坡时具有一定的动能，将动能转化成重力势能，使列车到达站台20. 11.53kW（提示：先根据组合机械的机械效率定义得到机械的总机械效率，然后计算出带动水泵工作的电动机的功率。 ）