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學(xué)校買了一箱物理器材,王老師將它從一樓搬運(yùn)到三樓(圖 11-4-3)。小麗想測(cè)量王老師搬運(yùn)器材過程中對(duì)箱子做功的功率。
(1)測(cè)量所需要的器材有：

磅秤、刻度尺、秒表

。
(2)小麗設(shè)計(jì)的測(cè)量步驟如下,其中多余的步驟是

(填字母)。
a. 測(cè)出箱子所受的重力
b. 測(cè)出樓梯的總長(zhǎng)度
c. 測(cè)出一樓到三樓的豎直高度
d. 測(cè)出王老師上樓梯所用的時(shí)間
e. 算出王老師搬運(yùn)箱子的功率
(3)請(qǐng)你幫小麗設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)記錄表格。

答案：（1）磅秤、刻度尺、秒表（2）b （3）表格如下：
箱子的質(zhì)量
m/kg
箱子所受的
重力G/N
一樓到三樓的
豎直高度h/m
王老師上樓梯所用的
時(shí)間t/s
王老師搬運(yùn)箱子的
功率P/W

1. 人類在各種活動(dòng)中,需要將重物移動(dòng)到某一位置以實(shí)現(xiàn)一定的目的,為實(shí)現(xiàn)目的而對(duì)重物做的功叫作

有用功

。在使用機(jī)械后,人們通過對(duì)機(jī)械做功來實(shí)現(xiàn)目的,這就需要克服機(jī)械的重力和摩擦等做一些人們并不需要而又不得不做的功,叫作

額外功

。人們利用機(jī)械所做的功,包括通過機(jī)械對(duì)重物做的功和克服機(jī)械自重及摩擦所做的功,叫作

總功

。用公式表示上述三個(gè)功的關(guān)系為

$W_{總}=W_{有}+W_{額}$

。

答案：有用功；額外功；總功；$W_{總}=W_{有}+W_{額}$

解析：

本題主要考查了有用功、額外功、總功的基本概念以及它們之間的關(guān)系。
根據(jù)相關(guān)定義可知，為實(shí)現(xiàn)目的而對(duì)重物做的功叫作有用功；在使用機(jī)械時(shí)，克服機(jī)械的重力和摩擦等做一些人們并不需要而又不得不做的功，叫作額外功；人們利用機(jī)械所做的功，包括通過機(jī)械對(duì)重物做的功和克服機(jī)械自重及摩擦所做的功，叫作總功。
它們之間的關(guān)系為總功等于有用功加上額外功，用公式表示為$W_{總}=W_{有}+W_{額}$。

2. 物理學(xué)中,將

有用功和總功的比值

叫作機(jī)械效率,寫成公式就是

$\eta = \frac{W_{有用}}{W_{總}} × 100\%$

。

答案：有用功和總功的比值，$\eta = \frac{W_{有用}}{W_{總}} × 100\%$

解析：

機(jī)械效率是描述機(jī)械在能量轉(zhuǎn)換或能量傳遞過程中有效利用程度的物理量，根據(jù)其定義，機(jī)械效率是有用功與總功的比值，用公式表示為：$\eta = \frac{W_{有用}}{W_{總}} × 100\%$，其中，$\eta$ 表示機(jī)械效率，$W_{有用}$ 表示有用功，即我們希望機(jī)械完成的功，$W_{總}$ 表示總功，即機(jī)械實(shí)際完成的功（包括有用功和額外功）。

3. 使用機(jī)械時(shí),由于

額外功

存在,所以總功______(大于/等于/小于)

大于

有用功。因此,機(jī)械效率總是______(大于/等于/小于)

小于

100%。

答案：額外功；大于；小于

解析：

使用機(jī)械時(shí)，為了完成工作必然要做額外功，比如克服摩擦、提升機(jī)械本身等，由于額外功存在，總功等于有用功加上額外功，所以總功大于有用功。機(jī)械效率是有用功與總功的比值，即$\eta=\frac{W_{有}}{W_{總}}$，因?yàn)?W_{總}＞W(wǎng)_{有}$，所以機(jī)械效率總是小于$100\%$。

例題如圖11-5-1所示,用滑輪組將重2540N的貨物提升1.7m。若不考慮摩擦,也不考慮滑輪和繩子所受的重力,則：

(1)繩端的拉力F是多少？
(2)繩端移動(dòng)的距離是多少？
(3)若考慮摩擦、滑輪和繩子所受的重力,需在繩端施力800N,滑輪組的機(jī)械效率是多少？
解析使用滑輪組時(shí),重物G由n段繩子承擔(dān),提起重物G所用的力F就是重物G的n分之一；由于重物G是由n段繩子承擔(dān),當(dāng)重物升高h(yuǎn)時(shí),繩末端移動(dòng)的距離s= nh；若考慮摩擦、滑輪和繩子的物重,滑輪組的機(jī)械效率等于有用功和總功的比值。
(1)繩端的拉力
$ F = \frac{G}{n} = \frac{2540N}{4} = 635N $
(2)繩端移動(dòng)的距離
$ s = nh = 4 × 1.7m = 6.8m $
(3)滑輪組的機(jī)械效率
$ \eta = \frac{W_{有用}}{W_{總}} × 100\% = \frac{Gh}{F's} = \frac{Gh}{F'nh} = \frac{G}{nF'} = \frac{2540}{4 × 800} × 100\% \approx 79\% $
說明如何判斷有用功、額外功、總功,是解機(jī)械效率有關(guān)問題的關(guān)鍵,解題時(shí)可以用機(jī)械做功的目的來分析。凡是用機(jī)械來升高物體的,使物體升高所做的功為有用功,且有$W_{有用} = Gh$,即有用功等于被升高的物體的重力與其被提升高度的乘積。凡是動(dòng)力做的功就是總功,且有$W_{總} = Fs$,它等于力與機(jī)械在動(dòng)力作用下移動(dòng)的距離的乘積。用來克服摩擦和機(jī)械自身重力所做的功為額外功。$W_{額外} = W_{總} - W_{有用}$。

答案：答題卡：
(1)
由圖可知，承擔(dān)物重的繩子段數(shù)$n = 4$，
根據(jù)公式$F=\frac{G}{n}$，可得繩端的拉力：
$F = \frac{2540N}{4}=635N$。
(2)
繩端移動(dòng)的距離：
$s = nh=4×1.7m = 6.8m$。
(3)
根據(jù)公式$\eta=\frac{W_{有用}}{W_{總}}×100\%=\frac{Gh}{F's}=\frac{Gh}{F'nh}=\frac{G}{nF'}$，可得滑輪組的機(jī)械效率：
$\eta=\frac{2540N}{4×800N}×100\%\approx79\%$。
結(jié)論：
(1)繩端的拉力$F$是$635N$；
(2)繩端移動(dòng)的距離是$6.8m$；
(3)滑輪組的機(jī)械效率約是$79\%$。

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