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      巧辨“三功”

      2020-11-06 04:17:12宋春紅
      關(guān)鍵詞:有用功動(dòng)滑輪鐵桶

      宋春紅

      力做功分為有用功、額外功和總功,利用機(jī)械做功還涉及機(jī)械效率的問題.機(jī)械效率表示有用功在總功中所占的比例.這部分知識比較抽象.是簡單機(jī)械部分的重點(diǎn)和難點(diǎn).為了更好地解決這個(gè)難點(diǎn).下面我們一起來區(qū)分有用功、額外功和總功.

      “三功”分別指什么

      為了達(dá)到某一目的必須做的功叫有用功,用W有來表示,如用水桶從井里向上提水時(shí),目的是要把水提到井外.則對水做的功就是有用功,即W有=G水h.并非我們需要,但是不得不做的功叫額外功,用W額來表示,如上述提水過程對桶和繩子等做的功就屬于額外功,使用機(jī)械時(shí).動(dòng)力做的功為總功,用W總來表示,有用功和額外功的總和叫總功,即W總= W有+W額,如上述提水過程對水、桶和繩子等做的功的總和為總功.

      例1 小紅用鐵桶從井中打水.小軍把不小心掉進(jìn)井中的鐵桶打撈上來.在這兩個(gè)情形中鐵桶中都有水,那么.下列分析中正確的是( ).

      A.兩個(gè)情形中,兩人對水做的功都是有用功

      B.兩個(gè)情形中,兩人對水做的功都是總功

      C.兩個(gè)情形中,兩人對水做的功都是額外功

      D.小紅對水做的功是有用功.小軍對水做的功是額外功

      解析:當(dāng)用桶從井中打水時(shí),我們的目的是把水提上來,所以對水做的功為有用功;但水是盛在鐵桶里面的,又不得不對鐵桶做功,所以對鐵桶做的功為額外功.當(dāng)桶掉到井里而將桶打撈上來時(shí).我們的目的是把桶提上來,所以對鐵桶做的功為有用功:但鐵桶里面有一些水,又不得不對水做功,所以對水做的功為額外功,

      答案:D

      “三功”與機(jī)械效率

      機(jī)械效率等于有用功與總功的比值,即η=W有/W總=W有/(W有+W額),機(jī)械效率高的機(jī)械,有用功占總功的比例大,機(jī)械效率是由有用功和總功兩個(gè)因素共同決定的.即在總功一定時(shí),有用功越多,機(jī)械效率越高:在有用功一定時(shí),總功(額外功)越少,機(jī)械效率越高;額外功一定時(shí),有用功越多,機(jī)械效率越高,通常有些同學(xué)看到機(jī)械做的有用功多.就直接認(rèn)為機(jī)械效率高,這種想法是錯(cuò)誤的,因?yàn)闆]考慮額外功的多少.由于所有的機(jī)械做功都不可能消除額外功,即有用功總小于總功,因此機(jī)械效率總小于100%.

      在利用滑輪組提升重物時(shí),滑輪組對重物所做的功為有用功,克服摩擦、繩重和動(dòng)滑輪重所做的功為額外功.當(dāng)不計(jì)繩重和摩擦?xí)r,用同一滑輪組提升重物,額外功一定,則提升重物越重,有用功越多,機(jī)械效率越高;減小動(dòng)滑輪重和摩擦,可以減少額外功,可以提高機(jī)械效率。

      例2如圖1所示.用40 N的拉力使物體勻速上升.不計(jì)繩重和摩擦,整個(gè)裝置的機(jī)械效率為75%.

      求:(1)物體和動(dòng)滑輪的重各是多少?

      (2)若繩能承受的最大拉力為50 N.此裝置的機(jī)械效率最大可提高到多少?

      解析:(1)由圖可知,該滑輪組動(dòng)滑輪由三根繩承擔(dān).所以繩自由端移動(dòng)距離s和物體上升高度h的關(guān)系為s=3h.已知滑輪組機(jī)械效率為75%,根據(jù)Fs η=Gh,則G=3Fη=90 N.由此可得G動(dòng)=3F-G=30 N.

      (2)由于提升動(dòng)滑輪所做的功是額外功,且動(dòng)滑輪的質(zhì)量是一定的,則額外功一定,因此提升物體越重.滑輪組的機(jī)械效率越高.由題干可知.當(dāng)繩所受的拉力為繩能承受的最大拉力50N時(shí).滑輪組的機(jī)械效率最高.當(dāng)繩所受的拉力為50 N時(shí),即F=50 N,此時(shí)所提起的物體和動(dòng)滑輪總重為150 N,已知?jiǎng)踊喼貫?0N,則此時(shí)物重為120 N,η= G/3F= 120/(3×50) =80%,即裝置的機(jī)械效率最大可提高到80%.

      答案:(1)物體重90 N,動(dòng)滑輪重30 N.

      (2)機(jī)械效率最大可提高到80%.

      責(zé)任編輯 蔡華杰

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