例题:
一滑轮组吊起一重为600牛的物体,物体上升了1米,绳子自由端拉下2米,求总功、有用功和机械效率。
已知:G=600牛,h=1米,s=2米
求:W总、W有用、机械效率
解:W总=Fs=600牛×2米=1200焦
W有用=Gh=600牛×1米=600焦
机械效率=有用功÷总功×100%=600焦÷1200焦×100%≈50%
答:总功为1200焦,有用功为600焦,机械效率为50%。
练习题:
一工人用如图所示的滑轮组提升重物,已知动滑轮重为15牛,工人将重为85牛的重物匀速提升1米,工人做的有用功是多少?工人做的总功是多少?该滑轮组的机械效率是多少?
【分析】
此题考查了学生对滑轮组机械效率公式的掌握和运用,根据题意求出有用功和总功,再利用机械效率公式求出滑轮组的机械效率。
【解答】
解:由题知,$G_{物} = 85N$,$h = 1m$,$s = 2 times 1m = 2m$,则工人做的有用功:$W_{有用} = Gh = 85N times 1m = 85J$;由图可知,承担物重的绳子股数$n = 3$,则拉力端移动的距离$s = 3h = 3 times 1m = 3m$,工人做的总功:$W_{总} = Fs = (G_{物} + G_{动})s = (85N + 15N) times 3m = 300J$;该滑轮组的机械效率:$eta = frac{W_{有用}}{W_{总}} times 100% = frac{85J}{300J} times 100% = 28.3%$。
答:工人做的有用功是$85J$;工人做的总功是$300J$;该滑轮组的机械效率是$28.3%$。
例题:
一台功率为5kW的抽水机,在额定状态下连续工作5小时,所做的有用功是多少?在这段时间内,抽水机消耗的功率是多大?
解答:
抽水机所做的有用功W = Pt = 5 × 10³W × 5 × 3600s = 9 × 10^6J
由于抽水机是在额定状态下工作,所以有:
W = Fs
又因为F = G = mg,所以有:
W = Gh = mgh = Gp = mgp
所以抽水机消耗的功率P = W/t = 9kW。
机械效率的计算公式为:η = W有/W总 × 100%。其中,W有表示有用功,W总表示总功。机械效率的高低可以反映出有用功在总功中所占的比例的大小。如果机械效率越高,则有用功在总功中所占的比例越大。
初中物理机械效率计算题和相关例题常见问题
一、机械效率的概念
机械效率是指有用功占总功的百分比,表示有用功与总功之间的比例关系。在初中物理中,机械效率的计算通常涉及到滑轮组、斜面、杠杆等机械装置,以及物体在重力作用下的运动。
二、常见问题
1. 计算总功、有用功和额外功的区别与联系。
答:总功是指电动机或外力对机械做的总的工作量,通常等于电动机的功率或外力对机械施加的力与移动的距离的乘积。有用功是指机械对物体做的使物体发生位移的有用工作量,通常是物体在重力、拉力或摩擦力等作用下移动的距离的乘积。额外功是指机械本身的重力、摩擦力等造成的额外的工作量。
2. 如何正确使用机械效率的公式进行计算?
答:机械效率的公式为:η = (W有用/W总) × 100%。其中,W有用表示有用功,W总表示总功。在计算过程中,需要将单位统一到国际单位制中,并注意区分各种力所做的功。
三、例题
例题:一个斜面长1.5米,高0.8米,把一个重为50牛的物体匀速推向斜面顶端,已知斜面受到的摩擦力为10牛,求该斜面的机械效率。
分析:本题中需要求斜面的机械效率,需要知道有用功和总功。有用功是物体被提升的高度与重力的乘积,总功是推力对斜面做的功。根据有用功和总功可以求出机械效率。
解:根据有用功和总功的计算公式可得:W有用 = Gh = 50N × 0.8m = 40J,W总 = Fs = 10N × 1.5m = 15J。
所以该斜面的机械效率为:η = W有用/W总 × 100% = 40J/15J × 100% = 86.7%。
答:该斜面的机械效率为86.7%。
总结:在解决机械效率问题时,需要注意区分有用功、总功和额外功,并正确使用机械效率的计算公式进行计算。同时,还需要注意单位的统一和力的方向是否与运动方向一致等问题。