明晰基本概念，强化理解领悟；熟练典型例题，掌握解题思路

张鹏程

【摘要】本文分析了功、机械效率等基本概念，让学生清晰了解到功、机械效率在应用过程中需注意问题及之间关系.分析了近几年初中物理功、机械效率考试题，提出了一个课题：怎样做好“机械效率”复习？笔者结合自己的教学，提出复习策略——明晰基本概念，强化理解领悟;熟练典型例题，掌握解题思路，并总结了以下几点建议.

【关键词】机械效率;解题思路;初三物理

1 明晰基本概念，强化理解领悟

1.1 明晰“功”和“功的种类”

（1）“功”的概念.功是指在力作用下物体沿着力方向移动距离与该力乘积，计算公式为W=FS.图1为功示意图.

（2）理清“有用功”“额外功”“总功”关系.

1.2 明晰“机械效率”和“功率”

（1）“机械效率”的概念和理解：使用机械做功时，有用功W有用与总功W总的比值，叫做机械效率，即η=W有用W总×100%=W有用W有用+W额×100%.机械效率表征机械性能的高低，机械省力的多少不能表示机械效率的高低;从机械效率的定义式子中可以理解到机械效率没有单位、機械效率不可能大于1.

（2）“机械效率”的公式还可以拓展为.机械效率的大小取决于W有用与W总的比值，不能理解为：有用功所占比值越大，转化率就会相应的越高;外力所做的功越大，转化率越低.

（3） “功率”的定义和理解：将工作次数与运动消耗能量之比，即做功效率代表设备工作迅速或者缓慢，这两个名词的代表意义是完全不一样的，所以做功大小与转化效率没有直接的联系.功率大机械效率不一定高，功率小机械效率不一定低.

1.3 明晰W总、W有用、W额、η四者的具体关系

根据公式η=W有用W总×100%、W总=W有用+W额可以发现，W总、W有用、W额、η这四个物理量是可以互相推导计算的.

笔者使用了“知二求二”的方法，即已知四个物理量中的两个，求另外两个物理量.笔者给学生列举了六种组合，

①已知：W有=120J，W总=150J，则W额、η是多少？②已知：W有=120J，W额=50J，则W总、η是多少？③已知：W有=120J，η=80%，则W有、W额是多少？④已知：W总=250J，W额=50J，则W有、η是多少？⑤已知：W总=250J，η=80%，则W有、W额是多少？⑥已知：W额=50J、η=80%、则W有、W总是多少？让学生通过简单的计算进一步明晰了这四者之间的关系.

1.4 明晰“机械效率”概念的拓展——“电动机效率”、“太阳能热水器热效率”、“风力发电机效率”等物理概念

“效率”的共同计算公式η=W有用W总×100%.其中的W有是指用于什么目的的能量，W总是指从哪里来的能量.明确了这几个概念，接下来就是引导学生根据不同的条件寻找W有，W总，W额.

例如 “电动机”是把电能转化为机械能，此时电能是W总，机械能是W有，散失的电热和克服摩擦做功是W额;“太阳能热水器”是把太阳能转化为水的内能，太阳能是W总，水吸收的热量是W有=Q吸;“风力发电机”是把风的机械能转化为电能，风能是W总，电能是W有.这些概念拓展，使学生能更进一步加深对“机械效率”的理解和应用.

2 熟练典型例题，掌握解题思路

2.1 “功”和“功的种类”

例题 下列事件中，力对物体做了功的是（）

A、用力推汽车，没有推动

B、将重物从一楼扛到二楼

C、举重运动员举着杠铃保持不动

D、提着水桶在水平路面上匀速前行

解析 本题考察了做功的必要条件，一是作用在物体上的力，以及在力的方向上移动.A中物体并未发生移动;B中物体在重力方向上发生移动因此做功;C中没有发生移动;D中力与做功方向垂直.按照定义只能选B.

2.2 机械效率”和“功率”关系

例题 在如图2所示的装置中，斜面长5m，高2m，现将质量为200kg的物体从斜面底端匀速拉到顶端，若装置的机械效率为80%，人作用于绳自由端的拉力为500N，求：物体与斜面间的摩擦力是多少？（g=9.8N/kg）

解析 由题意可知，物体沿斜面移动：L=5m，

该滑轮为动滑轮，则绳子自由端通过的距离：s=2L=2×5m=10m;

所以拉力所做的总功：W总=Fs=500N×10m=5000J;

η=W有用W总×100%，

根据动滑轮对物体所做的功，得：W额=W-W有=4000J-3920J=80J;

根据W=Fs得，将物体提到2m高处所做的有用功：

W有=Gh=mgh=200kg×9.8N/kg×2m=3920J;

则克服斜面摩擦力所做的额外功：W额=W-W有=4000J-3920J=80J;

克服斜面摩擦力所做的功为额外功，根据W额=fL可得摩擦力：f=W额L=80J5m=16N.

点评 在解这类题目时，一定要认真分析机械在工作中总功、有用功、额外功的由来.本题中，人拉绳子做的功是W总，根据拉力的大小和绳的自由端通过的距离，利用公式W=FS求出总功;把物体从斜面底端匀速拉到顶端，克服物体重力做功是W有，克服斜面摩擦做的功是W额，根据机械效率，求出有用功和额外功，最后根据W=fL求出摩擦力.

2.3 W总、W有用、W额、η四者的具体关系

例题 配重M单独至于水平面上静止时，对地面压强为3×105Pa，将配重M用绳系杠杆的B端，在杆杆的A点悬挂一滑轮，定滑轮重150N，动滑轮90N，杠杆AB的支点为O，OA：OB=5：3，由这些器材组成一个重物提升装置，如图3所示，当工人利用滑轮组提升重物为210N的物体以0.4m/s的速度匀速上升时，杠杆在水平位置平衡，此时配重M对地面压强为1×105Pa（杠杆与绳的重量、滑轮组的摩擦均不计，g=10N/kg），求：（1）滑轮组的机械效率？（2）配重M质量是多少千克？（3）为使配重M不离开地面，人对绳的最大拉力是多少牛顿？

解析 （1）根据图示可知，n=2，F=12（G+G动）=12（90N+210N）=150N，滑轮组的机械效率：

η=W有W总×100%=G2F×100%=210N2×150N×100%=70%.

（2）设配重M的底面积为S，由p=FS可得：3×105Pa=GMS….①=1＼*GB3，当物体匀速上升时，作用在杠杆A端的力：FA=3F+G定=3×150N+150N=600N;由杠杆平衡条件可得，FB×OB=FA×OA，FB=FA×OAOB=600N×53=1000N;由p=FS可得：1×105Pa=p=GM-FBS=GM-1000NS….②=2＼*GB3，联立求解得到m=150Kg.

（3）当配重对地面的压力为0N时，人对绳子的拉力最大，此时B端受到的拉力为1500N;由杠杆平衡条件可得，F′B×OB=F′A×OA，FA=900N，由二力平衡条件可得：3F′+G定=F′A，从而计算得到F′A=250N.

点评 本题机械效率可使用η=W有W总×100%=G2F×100%计算;根据二力平衡条件计算出作用在A的力;考察了滑轮组的机械效率、杠杆平衡条件.

2.4 “电动机效率”、“太阳能热水器热效率”、“风力发电机效率”等其他“效率”相关计算

例题 桂林锋利发电设施总额超过108万千瓦.采用这种类型设备，旋叶重量是6吨，长度是四十米.以下显示1千克气体在多种速度下的速率（v）和能量的关联.

问 风的速度是11米每秒时，如果风机顺着风，设备每一秒可产生3.75×105焦耳的能量，请问将风能变成能量的百分比是多少？

解析 设风扇的叶片旋转面积为S，风速为v;

单位时间t内，通过风扇的空气流量为：V=SL=S·vt;

那么這些空气的质量为：m=ρV=ρS·vt;

风扇的叶片长为40m，则S=πr2=3.14×（40m）2=5024m2，

所以m′=ρS·vt=1.2kg/m3×5024m2×10m/s×1s=60288kg，

根据表可知产生能量为：E风=50J/kg×60288kg=3.0144×106J，

这台风力发电机的风能转化为电能的效率为：η=E电E风×100%=3.8×105J3.0144×106J×100%≈12.6%.

点评 每秒内经过风机的气体重量被解释成经过风机的气体密度以及风量的运算，而后借助风机的截面积以及速率关系式来计算风量，然后表示出空气质量的表达式m=ρv=ρsl=ρs·vt，通过比较找出m、v的关系，使用表中给出的数据，风速计算10m/s时，1s钟流向叶片旋转面积的空气质量，再根据表格可知确定此时产生的能量，再利用η=E电E风×100%即可求出风力发电机的风能转化为电能的效率.

3 结语

物理解题过程中，明晰物理基本概念，是吃透题目、领悟题目的基础.掌握、熟悉常见题型，掌握物理基本解题方法和思路，对提高物理解题效率有重要的促进作用.教学过程中教师应注重学生对基本概念的掌握，注重典型例题的归纳，以此提高学生的解题效率.

参考文献：

[1]孙英杰.2020年初中物理中考复习策略[J].当代教研论丛，2020（05）：73-75.