高考通用准备：工作动力机械效率（加强）
【课程要求】
1、只有理解功和功率的概念，才能解决简单的问题，比较功和功率的大小；
2.能够测试简单机械的机械效率，知道有用功、多余功、总功和机械效率，并了解影响机械效率的因素。
【知识网】
【类别回顾】
测试点一、优点
当力作用在物体上，使物体沿力的方向移动一定的距离时，我们就说力对物体做了功。
强调：
(1) 做功的两个必要诱因是：作用在物体上的力； 沿力的方向移动的距离。
(2)物体沿力的方向经过一定的距离，是指该距离与力具有相同的方向和同时性。
（三）不干活的三种情况
① 物体受力，但物体在力的方向上没有经过一定的距离。 这种情况叫做“劳而无功”。
② 物体已经连接了一定距离，但在这个运动方向上没有任何力作用在其上（如物体因惯性而运动），这种情况称为“无功”。
③物体受力并经过一定距离，但两者方向相互垂直（例如起重机吊起的货物在空中水平连接），这种情况称为“垂直无功” ”。
(4) 公式：W=Fs，
(5)单位：焦耳(J)，
(6)工作原理：使用任何机械都不省工。
测试点二、功率
在数学中，功率的概念是用来表达做功的速度。
强调：
1、物理意义：表示物体做功的速度。
2.定义：做功与做功所需时间的比值称为功率。
3、定义公式：
4、国际单位：瓦特，简称瓦特，符号W； 常见单位有千瓦（kW）、毫瓦（mW）等。
1kW=1000W, 1W=, 1W=1J/s
5、推导公式：
测试点三、机械效率
1、概念：有用功与总功的比值，即
2.影响斜面机械效率的激励因素
(1)当物体与斜面的粗糙度相同时，斜面之间的夹角越大，机械效率越大；
(2)当斜面夹角相同时，物体与斜面的粗糙度越大，机械效率越低。
3、小车架的机械效率
无论绳索重量和轴摩擦力如何
当动滑轮的重量一定时，物体的重量越大，机械效率越大；
当物体重量一定时，动滑轮越重，机械效率越小。
要点：机械效率没有单位，大于1，常以百分比表示。 直接原因是：机器内部存在摩擦力，机器本身有重力等。
【典型例子】
类型一、基础知识
1. 体育课上，两个朋友正在进行爬杆比赛。 如果他们从同一根杆子的底部以恒定的速度爬到顶部。 如果要简单比较三个人所做的功，则需要知道的化学量是（ ）
A。 爬杆速度 B. 爬杆时间 C. 两者重量 D. 杆的具体高度
【思考】做功的两个必要条件是：力和力方向上经过的距离。 题目中，爬杆子的两个人的身高相等。 这个问题可以通过比较重力的大小来回答。
【答案】C
【分析】由W=Gh可以看出，做功的多少与他们的体重和爬杆的高度有关。
题中给出的条件是，他们从同一根杆子的底部以匀速爬到顶部，即他们爬的杆子的高度相等，
这样需要知道的化学量就是两者的重量。
【总结与升华】本题考察的是对工作的估算，明确做工作的两个条件是解决问题的关键，是一个基本问题。
举一反三：
[变化] 1J 的工作是 ()
A．连接质量为1kg到1m的物体所做的功
B．通过1m连接一个1N重的物体所做的功
C．在1N力的作用下，连接1m的物体所做的功
D．在1N力的作用下，当物体沿力的方向连接1m时，该力对物体所做的功
【答案】D
2.关于功、功率和机械效率，下列说法正确的是（）
A、当物体受到力并且物体运动时，力对物体做功
B．功率大的机器必须做更多的功
C. 大功率机器可以快速完成工作
D、工作速度快的机器必须具有高机械效率
【思考】根据工况、功率与机械效率之间的关系进行分析。 功率是单位时间内所做的功的量，机械效率是有用功与总功的比率。
【答案】C
【分析】无论物体是否做功，我们必须牢牢把握做功有两个必要的诱因。 例如，当一个块在光滑的滑雪面上匀速滑动时，由于惯性，块保持匀速直线运动，水平方向上没有力作用。 事实上，水平方向上没有力对木块做功。 事实上，块体在垂直方向上受到重力和支撑力的影响，但块体并没有通过垂直方向上的距离。 工作，所以选项A是错误的。
完成的工作量不仅与机器的功率有关，而且还有工作时间的激励，故B错误。
机器工作速度快只意味着功率高，功率和机械效率没有必然关系，所以D错误。
【总结与升华】本题考察对功、功率、机械效率等概念的理解。
举一反三：
【变体】工作原理告诉我们，使用机械时（）
A．使用任何机械都可以节省劳动力，但不能节省工作
B、有的机器可以省人工，有的机器可以省工
C．使用任何机械可以省力，但不能省距离
D．有些机器可以节省劳动力，有些机器可以节省距离，但都不能节省工作
【答案】D
3、如图所示，用滑轮架拉动配重车水平方向匀速连接。 车辆受到的阻力是车辆重量的0.03倍。 此时，应在绳索末端施加F=1000N的水平拉力。 车辆通讯速度为0.2m/s，需要1分钟求：①小车克服摩擦力做了多少功； ②绳子自由端的拉力F的大小？ （滑轮和绳子的自重不算，绳子足够长）。
【思维思路】本题考查中学生对速度公式和做功公式的掌握和运用。 本题的关键是能够根据滑轮架的结构得到承受重量的绳股数（从动滑轮直接拉出的绳股数）。 要想突破，灵活运用公式是关键。
【答】600W
【分析】小车所受的力如图所示。 由于车辆匀速连接，物体受到平衡力的作用，所以动滑轮对车辆的拉力
; 车辆移动时间为1min=60s，则车辆移动距离L=vt=0.2m/s×60s=12m，因此做功克服摩擦力。
②由于拉动小车的绳段数为n=3，所以绳子自由端之间的距离为：s=nL=3vt=36m。
1分钟内拉力W=Fs=1000N×36m=，
P=W/t=/60s=600W。
【总结与升华】记忆公式、灵活运用公式是学习数学的必要条件。
举一反三：
【变体】用水平力F将物体M从静止状态拉起，在粗糙的水平地面上移动一定的距离。 F所做的功为W1，功率为P1； 如果仍用水平力F拉动M在平滑的水平地面上移动相同的距离，则F所做的功为W2，功率为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、下图是朋友小明的斜面机械效率与激励相关的实验装置。
实验中，他用弹簧测力计将同一个物体拉下同样粗糙度的斜坡，使其以匀速直线运动。 部分实验数据如下：
实验
频率
倾斜
倾角
块重
性别/性别
坡道高度
小时/分钟
沿着斜坡拉
前/后
坡长
秒/米
机械效率
1
慢点
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)小明正在探索边坡力学效率与坡度之间的关系。 第一个实验中，斜面的机械效率为 ，块体和斜面的内能减少约J。
⑵分析表中数据可以推断，当坡度粗糙度相同时，坡度越陡，机械效率越高。 探究斜面机械效率与斜面粗糙度之间的关系，应保持恒定。
【思考】（1）影响边坡力学效率的诱因有：边坡的粗糙度和边坡的坡度。 问题中保证粗糙度不同，但坡度不同。 其实就是探讨边坡的力学效率与边坡坡度之间的关系；
边坡的力学效率可按下式计算：
块与斜坡减少的内能等于块克服块与斜坡之间的摩擦力所做的功，即额外的功，W量=W总计-W有用；
(2)分析表中数据，看看随着坡度的减小，坡度的力学效率如何变化，然后进行推断；
为了探究斜面机械效率与倾斜度之间的关系，需要利用控制变量方法将斜面的倾斜度控制在一定水平。
【答案】⑴边坡坡度为20% 4⑵高边坡坡度
【分析】（1）从问题的意思可以看出，实验过程中保持斜坡的粗糙度与物体的重力相同，只改变斜坡的坡度。 因此，小明探讨了边坡力学效率与边坡坡度之间的关系； 在拉动铁块上斜坡的过程中，需要克服铁块与斜坡之间的摩擦力做功，消耗机械能并转化为内能。 根据表中提供的数据，η=20%；
(2)从数据可以看出，斜面的倾斜度越陡，铁块向下的力越大，斜面的机械效率越高。
【总结升华】要回答这个问题，我们需要知道：影响斜面机械效率的因素、做功改变的物体内能、控制变量法的使用、以及估算斜面的机械效率是一个综合性问题。
举一反三：
[变化] 两个人利用斜坡将木架拉到车上。 为了提高边坡的力学效率，宜()
A．以较快的速度匀速地将木架拉到车辆上
B、以较慢的速度匀速将木架拉到车辆上
C． 一个人以匀速将木架拉到车上
D．木板长度不变，用光滑的斜板将木架匀速拉到小车上
【答案】D
类型2、知识应用
5、如图所示物理摩擦力的公式，在滑轮架拉力F1的作用下，将重量为300N的物体A以1.5m/s的匀速速度在水平面上连接起来。 滑轮架机械效率为80%，物体A匀速运动。 当阻力为56N时，拉力F1的功率为P1。 若滑轮架在拉力F2的作用下，以0.5m/s的速度拉动物体A在水平面上匀速连通，则拉力F2的功率为P2。 忽略滑轮的重量和绳索的重量，下列说法正确的是（ ）
A。 F1=168N，P1=225WB。 F2=210N，P2=35WC。 F2=3F1，P1=P2D。 F1=F2，P1=3P2
【思考思路】（1）分析动滑轮的受力。 三段绳子被拉到左边，一节被拉到右边。 拉力 F 向右，物体向左。 因此，拉动端之间的距离就是目标。 通讯距离的三分之一，拉动端的连接速度也是物体速度的三分之一。
(2) 已知机械效率为80%，可推导出机械效率为： 。
(3) 由于物体的速度已知，可推导出拉力的公式为： 。
【答】BD
【分析】
【总结与升华】这道题是滑轮架估算题中的难点。 除了滑轮架的使用方法与平常不同物理摩擦力的公式，涉及大量的化学量外，要求能够对机械效率、功率等公式进行熟练的推论，值得注意的是，对于机械效率滑轮架的机械装置和升起重量不变的情况下，降下的机架的机械效率保持不变，这是解决这一问题的关键。
6. (2012•山东) 如图所示，有一个斜面，其长度为L，高度为h。 现在迫使F沿斜面以匀速将重物G从下往上拉。 已知物体受到斜面的摩擦力为f，则下列有关斜面机械效率η的表达式正确的是（）
【思考】斜度是用来增强物体的位置的。 有用功等于物体重力与斜面高度的乘积，即W有用=Gh； 总功等于物体沿斜面的拉力与斜面长度的乘积，即=FS； 机械效率是有用功与总功的比率。 使用斜面时，所做的额外功是克服物体与斜面之间的摩擦力所做的功，总功等于有用功和额外功之和，可以分析判断因此。
【答案】D
【解析】∵斜面的高度为h，物体的重力为G，
∴有用功为：W有用=Gh，
且 ∵ 斜坡长度为 L，张力为 F，
∴总功为：W总计=FL，
那么机械效率为：，
物体与斜面之间的摩擦力为f，
∴额外功为：W额外=fL，
那么总功为：W总计=W有用+W额外=Gh+fL，
因此，机械效率为：，故D正确。
【总结与升华】本题考察斜面机械效率的估算。 容易出错的是摩擦力的估计。 我们要知道，使用斜面时克服摩擦力所做的功就是额外功。 关键是要明确总功应等于有用功和额外功。 功德总和。
举一反三：
【变型】利用如图所示的动滑轮，将重物G匀速拉上斜面。 设斜面的长度为L，高度为h，忽略滑轮的重力和摩擦力。 根据工作原理，拉力为（）
【答案】C
7、如图所示，用滑轮将水底的物体A升起。 若物体质量为140kg，体积为，滑轮的机械效率为80%，取g=10N/kg，忽略绳索重量和轮子与轴的摩擦力，求
(1) 当物体A在水底匀速提升时，拉力F为多少？
（2）若动滑轮的吊钩用钢丝绳与物体A连接，连接滑轮架的钢丝绳能承受的最大拉力为350N，则该物体漏水的体积是多少绳子会断吗？
【思考】（1）首先我们确定承受重载的绳索的股数。 显然，绳子的股数是4股，那么我们就要思考这4股绳子是否承受了物体的重量？ 物体A浸入水底，其上必然受到水的压力，因此四段绳子承受重力差（包括动滑轮重量、绳子自重、摩擦力）和压力。 这是回答这个问题的关键。 然后，根据滑轮架机械效率的估算公式，可推导出： ，F float = ρ V row g。
(2)“滑轮架钢丝绳可承受的最大拉力为350N”，这告诉我们绳索的拉力估计为350N。 同样，根据前面的公式可以得到F浮点数，然后可以得到V行，然后除以V对象除以V行就是漏出海的体积。
【解答与分析】
(1) 水底物体A所受的压力
F浮=ρ水g V排=1×103kg/m3×10N/kg×60×10-3m3=600N
动滑轮上有四股绳索。 提升时，绳索自由端与重物高度的四倍相通，即s=4h。 因此，在水底匀速提升时的机械效率
可用：==250N
(2) 设动滑轮的重量为G0，匀速上升的力的平衡条件为
4F＝G0＋G－F浮动
得到G0＝4F＋F float-G＝4×250N+600N-1400N=200N
当绳索的拉力达到最大值Fm=350N时，假设物体的压力部分泄漏到海中成为Fbuo'，同理
4Fm=G0+GF浮动'
得到F浮点'=G0+G-4Fm=200N+1400N-4×350N=200N
因为泄漏出海的体积=40dm3
【总结与升华】这道题是一道压力与机械效率相结合的估算题，是我们中学热学中比较难的一道题。