功的原理机械效率

功的原理；机械效率

1.正确理解“功”的物理意义：

物理学中的“功”跟日常生活中的“做工”或“工作”的含义不同，在物理学中，做功是指两个因素同时存在的物理过程，这两个因素是：物体受到力的作用和物体沿力的方向通过一段距离。这两个因素缺一不可，缺少任何一个条件，物理上就说没有做功。

根据做功的两个必要因素可知，下列三种情况没有做功：

①物体受到力的作用，但物体没有沿力的方向通过距离。例如：用力推车、车没有被推动，推力对车没有做功。一个人举着重物不动的时候，他虽然对重物有力的作用，但没有对重物做功。

②物体移动了一段距离，但没有受到力的作用，例如，物体由于惯性而运动。一个沿水平光滑的桌面匀速运动的木块，木块在水平方向上没有受到阻力，也没有受到动力，因而没有力对运动的木块做功。

③物体受到了力的作用，也通过了一段距离，但物体通过的距离跟它受到的力的方向垂直。例如手提水桶，沿水平方向移动。水桶受竖直向上的拉力，水桶在水平方向上移动，竖直高度不变，水桶移动的方向跟拉力的方向垂直，竖直向上的拉力对水桶没有做功。

力和功是实质不同的两个概念，从上面分析可以看出，在做功的过程中，一定有力的作用。但是，有力作用在物体上，这个力不一定对物体做了功。

2.对功率概念的正确理解

功率是表示物体做功快慢的物理量。学习这个概念，可以跟运动速度概念相对照、比较。速度是表示物体运动快慢的物理量。物体速度大，表示物体运动得快，但不一定运动的路程就长；而通过路程长的物体，不一定运动得快。速度大，指单位时间内通过的路程长。速度和路程是两个不同的概念。同样功和功率也是两个不同的概念。做功多，不一定做功就快；反之，做功快，不一定做功就多。功率大，表示单位时间内做的功多。功率跟功、时间两个

wt。相同时间内做功多的，功率大；做相同多的功，时间少的，功率大。因素有关，即

wFSP???F?Vtt因为W=FS，所以

P?物体在拉力F的作用下，以速度v沿拉力的方向做匀速直线运动，则拉力做功的功率

等于力与物体速度的乘积。

在功率P一定时，力F与速度v成反比。当汽车上坡时，司机采取换挡的办法，减小速度，以获得较大的牵引力。

3.正确理解机械效率的概念

机械效率是反映机械性能的物理量。因为总功等于有用功与额外功之和，即有用功只占总功的一部分。显然，有用功所占比例越大，机械对总功的利用率就越高。这个机械的性能就越好。在物理学中，用机械效率来表示机械对总功利用率的高低。

几点说明： ①机械效率总小于1。因为W总?W有用?W额外，所以W有用?W总，即有用功总小于总功，机械效率总小于1，且机械效率无单位。在计算机械效率的过程中，若算出机械效率大于或等于1，或有单位，则肯定有理解或计算的错误。

②机械效率由有用功和总功两个因素决定 ③如何判断有用功和总功：在求某一机械的机械效率时，一定要正确区分出有用功和总功，一般来说，人或其它动力对某一机械所做的功是总功，该机械对它工作的对象所做的功是有用功。额外功是克服无用阻力所做的功，机械在做功过程中，除克服有用阻力外还不得不克服其它的力，如用动滑轮提升砂子时，滑轮的重力，桶或口袋的重力以及滑轮跟轴之间

的摩擦力，均为无用阻力，克服这些力所做的功是不需要但又不得不做的功。

例题分析：

例1、下列叙述中正确的是（ ）

A、举重运动员举着杠铃不动，举力做了功。 B、雨滴竖直向下落，重力做了功。

C、人用竖直向上的力提重物，重力沿水平方向移动一段距离，提力做了功。 D、被打出去的冰球，在冰面上滑动的过程中，打击力对球做功

分析：研究这类力学问题应分三步进行：①首先明确研究对象；②明确研究哪个过程；③在这一过程中分析物体是否有力F的作用及物体是否沿力的方向移动一段距离。

A、当举重运动员举着杠铃不动，有举力F，但没有移动，则“劳而无功”，举力没有做功。

B、当雨滴下落雨滴受到重力作用，并在重力方向上移动距离，则重力做了功。

C、当人提水桶沿水平方向移动过程中，人对水桶有竖直向上的提力，但水桶在水平方向移动，则提力不做功。

D、当冰球被打出去以后的过程中，虽然在移动，但不受打击力的作用，则打击力没对球做功。

答案：正确选项为B

例2、某工人用100牛的水平推力，推动重500牛的物体，在水平地面上以0.2米/秒的速度匀速移动50米，这个工人对重物做________焦的功，他做功的功率是______瓦。

分析：

工人对重物做功W=FS→推力方向移动距离S=50米 →工人对重物推力F=100牛 W=FS=100牛×50米=5000焦 工人做功的功率

w5000焦??20瓦t250秒

wFSP???Fv?100牛?0.2米/秒?20瓦stv或： P?答案：5000，20

例3、下列关于机械效率的说法，正确的是（ ） A、机械效率越大，越省力 B、机械效率越大，做功越多 C、机械效率越大，做功也越大

D、机械效率越大，额外功在总功中所占的比例越小

??分析：根据机械效率的定义式

W有用W总。因为W总?W有用?W额外，

W总W总。机械效率?值越大，必然W总越小，选项D是正所以

确的。需要进一步指出，机械效率的大小，与机械是否省力，做功的多少，功率的大小是无关的，功率大，做功快，物体的机械效率不一定大，省力的机械，做功多的机械也不一定机械效率大。如用动滑轮和定滑轮吊拉物体，在摩擦力忽略不计的情况下，使用动滑轮省力，但它比使用定滑轮要多做提起动滑轮的额外功，所以使用动滑轮的机械效率小于定滑轮的机械效率。

例4、如图1所示，A物重600牛，当它沿水平路面匀速运动时，所受阻力是物重的0.2倍。现用F=50牛的水平拉力使物体以1米/秒的速度匀速前进5秒，求：（1）拉力F所做的功及功率大小；（2）滑轮组的机械效率。

??W总?W额外?1?W额外W额外

分析：利用滑轮组做功时，不要形成思维定势，认为滑轮组只是用来提升重物做功。此题是利用滑轮组水平拉重物。此时拉力是克服摩擦力做功。

解：物体移动距离S物?vt?1米/秒?5秒?5米 绳端移动距离S?3S物?15米

拉力F所做的功W=FS=50牛×15米=750焦 拉力F的功率

P?w750焦??150瓦t5秒

??滑轮组机械效率

W有用W总?100%?fs物Fs?0.2Gs物F?3s物

?

例5、在水平地面上，将重15牛的木块沿直线向前推动了5米，所用的推力是4牛，撤去推力后，木块又前进了1米后停止，求推力做了多少功？重力做了多少功？

分析：首先对木块进行受力分析，画出木块受力情况示意图。如图2，木块运动方向跟推力方向一致，但跟重力方向垂直，所以推力做了功，重力对物体没有做功。

0.2?600牛?100%?80%3?50牛

推力做功为：

重力做功为零W重?0

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