专题13 功和机械能
基础知识检测
1．作用在物体上的力，使物体在力的方向上通过了__________________，就说这个力对物体做了机械功，简称________。做功的两个必要因素是：作用在物体上的______和物体在_______的方向上通过的_________。如果有一个条件不满足，则力对物体________做功。
2．力对物体做的功等于力跟物体在力的方向上通过的距离的________。功的计算公式是W=_______；功的国际单位是________；1J=_____N·m。机械功原理是使用任何机械都不能省_____。
3．比较物体做功快慢的方式有：（1）在相同的时间内，物体做的功越多，做功越_____；（2）物体做相同的功，用的时间越_____，做功就越快。
4．单位时间内所做的功叫________。其计算公式P=________。在国际单位制中，其单位是______，符号为_______；在工程技术上常用单位是______，符号为_______。它们之间换算关系是___________。
5．对人们有利用价值的功叫______。动力对机械做的功叫做______。克服机械本身的重力和摩擦等阻力而做的功叫______。总功为有用功和额外功之____。有用功与总功的比值叫做______，即η=______⨯100％。由于W有用＜W总，所以η____1。
6．使用同一滑轮组所提的物体越重，其机械效率越________。使用不同的滑轮组提起相同重的物体，所使用动滑轮的质量越小，其机械效率越________。提高滑轮组的机械效率的方法：（1）一次尽可能提较____的物体；（2）______动滑轮重、绳重和摩擦。
7．物体能够对外做功，我们就说这个物体______能量或能。能的单位是______。物体由于运动而具有的能叫做______。运动物体的质量越大，速度越大，它具有的______就越________。
8．物体由于被举高而具有的能叫做______。物体由于发生弹性形变而具有的能叫做______。重力势能和弹性势能是常见的两种势能。物体的质量越____，被举得越高，它具有的______就越大。弹性物体的弹性越强，______越大，它具有的弹性势能就越____。
9．物体的动能和势能可以互相______；有摩擦阻力时，在势能和动能的相互转化中，机械能会不断______。在不考虑摩擦阻力的情况下，只有势能和动能的相互转化时，机械能是______的。机械能跟其他形式的能之间也可以相互转化。例如电动机工作时将_______能转化为_______能。
一、力是否做功的判断
力做功必须同时满足两个条件：一是力始终作用在物体上，二是物体在力的方向上移动了距离。如果有一个条件不满足，则力没有对物体做功。力不做功的三种情况如下：a．物体受力，但物体没有在力的方向上通过距离（如人推重物没有推动），此情况叫“劳而无功”；b．物体移动了一段距离，但在此运动方向上没有受到力的作用（如物体因惯性而运动），此情况叫“不劳无功”；c．物体既受到力，又通过一段距离，但两者方向互相垂直（如起重机吊起货物在空中沿水平方向移动），此情况叫“垂直无功”。
例1教学大楼每层楼高为3m，小明提着一重为50N的箱子，沿楼梯从一楼登上三楼，再沿三楼水平走廊走了4m进入教室，从一楼到教室过程中小明对箱子做的总功为（）A．0 J B．300 J C．450 J D．500 J
解析：小明在登上3楼的过程中，提力做功：F=G＝50N，s=2h=6m，W=Fs=300J。在水平走廊行走时，因为提力与运动的方向垂直，所以提力不做功。因此从一楼到教室，小明做的总功为300J。
答案：B。
二、功、功率、机械效率三个物理量的区别
功是表示做功的多少，而功率表示做功的快慢。一个力做功的多少由功率和时间两个因素共同决定。做功多的功率不一定大，功率大的机械做功也不一定高；只有做功的时间相同时，功率大的做功才多。
功率与机械效率是两个不同的概念，对于某个机械来说，功率表示做功的快慢，即机械在单位时
间内做的功；而机械效率表示机械做功的效率，即机械所做的功中，有多大比例的功是有用功。机械效率越高的机械，有用功在总功中所占的比例越大。功率与机械效率这两个概念毫不相干。
在利用定义式P=
t
w 进行计算时，要注意三个量的对应关系，“w ” 是在“t ”内完成的，不能张冠李戴。P=t w 反映的是某一段时间内物体的平均功率，用处较大。由W=FS ，可推得：P=t w =t FS =Fv ，由于物体运动时“v ”可能时刻在变化，因此P=Fv 反应的是物体的一个瞬时功率。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。 同一机械在不同情况下使用，其机械效率不一定相同。提高机械效率的途径：①减小额外功在总功中占的比例，可采取改进机械结构、减小摩擦阻力等方法，如在滑轮的转轴中加润滑油，以减小摩擦阻力，或减小滑轮组中动滑轮的自重等；②增加有用功在总功中所占的比例，在额外功不变的情况下，增加有用功的大小，如可使滑轮组在满载情况下工作，以增大有用功在总功中的比例。
例2 下列说法中正确的是（ ）
A ．机械效率越高，机械做功一定越快
B ．做功越多的机械，机械效率一定越高
C ．功率越大的机械做功一定越多
D ．做功越快的机械，功率一定越大
解析：功率是反映做功快慢的物理量，大小等于做功的多少与时间的比值。机械效率则是反映在使用机械时，有用功在总功中占的百分比。A 选项中，机械效率高，只能说明有用功在总功中所占的比例大，不能说明机械做功快。B 选项中，机械做功多，只能说明能量转化或转移数量较大，不能说明机械效率高。C 选项中，功率越大，只能说明机械做功快，而不能说明机械做功多。
答案：D 。
三、有用功、额外功和总功的判断
使用机械时，人或动力对机械做的功是总功W 总=Fs ，机械对物体或工作对象所做的功是有用功，克服机械摩擦和机械本身重力所消耗的功是额外功。
在用滑轮组（或斜面等）提升重物时，有用功是克服物体重力所做的功：W 有用=Gh ；用滑轮组在水平面上拉动物体时，有用功是克服物体所受摩擦阻力所做的功：W 有用=f 物s 物。虽然都是有用功，可由于目的不一样，有用功也不同。
在计算使用滑轮组时的总功时，W 总=Fs ，一定要注意，这里的s 一定要是力F 所对应的s 。所以要注意滑轮组拉物体的绳子段数n ，并注意拉力移动的距离跟物体移动的距离的关系。
四、判断机械能的变化
判断一个物体是否具有动能，关键看此物体是否运动，判断物体动能是否变化，既要考虑速度的变化，也要考虑质量的变化。而重力势能和物体质量及物体所在的高度有关，且成正比，离地面有一定高度的物体都有重力势能。判断一个物体是否具有弹性势能，关键看此物体是否发生了弹性形变。判断机械能变化的方法：①由“机械能＝动能+势能”判断，在考虑时要注意：质量、速度、高度、弹性形变程度等是否变化；②通过是否有阻力来判断，在动能和势能相互转化的过程中，如不计阻力，机械能不变，如计阻力，机械能要变小。
五、各类机械的效率
（1）探究杠杆的机械效率
例1 （2009年江苏）用如图1所示的实验装置测量杠杆的机
械效率．实验时，竖直向上匀速拉动弹簧测力计，使挂在较长杠杆
下面的钩码缓缓上升。
（1）实验中，将杠杆拉至图中虚线位置，测力计的示数F 为
N ，钩码总重G 为1.0N ，钩码上升高度h 为0.1m ，测力计移动距离
s 为0.3m ，则杠杆的机械效率为 %．请写出使用该杠杆做额
