明晰基本概念，強化理解領悟；熟練典型例題，掌握解題思路

張鵬程

【摘要】本文分析了功、機械效率等基本概念，讓學生清晰了解到功、機械效率在應用過程中需注意問題及之間關系.分析了近幾年初中物理功、機械效率考試題，提出了一個課題：怎樣做好“機械效率”復習？筆者結合自己的教學，提出復習策略——明晰基本概念，強化理解領悟;熟練典型例題，掌握解題思路，并總結了以下幾點建議.

【關鍵詞】機械效率;解題思路;初三物理

1 明晰基本概念，強化理解領悟

1.1 明晰“功”和“功的種類”

（1）“功”的概念.功是指在力作用下物體沿著力方向移動距離與該力乘積，計算公式為W=FS.圖1為功示意圖.

（2）理清“有用功”“額外功”“總功”關系.

1.2 明晰“機械效率”和“功率”

（1）“機械效率”的概念和理解：使用機械做功時，有用功W有用與總功W總的比值，叫做機械效率，即η=W有用W總×100%=W有用W有用+W額×100%.機械效率表征機械性能的高低，機械省力的多少不能表示機械效率的高低;從機械效率的定義式子中可以理解到機械效率沒有單位、機械效率不可能大于1.

（2）“機械效率”的公式還可以拓展為.機械效率的大小取決于W有用與W總的比值，不能理解為：有用功所占比值越大，轉化率就會相應的越高;外力所做的功越大，轉化率越低.

（3） “功率”的定義和理解：將工作次數與運動消耗能量之比，即做功效率代表設備工作迅速或者緩慢，這兩個名詞的代表意義是完全不一樣的，所以做功大小與轉化效率沒有直接的聯系.功率大機械效率不一定高，功率小機械效率不一定低.

1.3 明晰W總、W有用、W額、η四者的具體關系

根據公式η=W有用W總×100%、W總=W有用+W額可以發現，W總、W有用、W額、η這四個物理量是可以互相推導計算的.

筆者使用了“知二求二”的方法，即已知四個物理量中的兩個，求另外兩個物理量.筆者給學生列舉了六種組合，

①已知：W有=120J，W總=150J，則W額、η是多少？②已知：W有=120J，W額=50J，則W總、η是多少？③已知：W有=120J，η=80%，則W有、W額是多少？④已知：W總=250J，W額=50J，則W有、η是多少？⑤已知：W總=250J，η=80%，則W有、W額是多少？⑥已知：W額=50J、η=80%、則W有、W總是多少？讓學生通過簡單的計算進一步明晰了這四者之間的關系.

1.4 明晰“機械效率”概念的拓展——“電動機效率”、“太陽能熱水器熱效率”、“風力發電機效率”等物理概念

“效率”的共同計算公式η=W有用W總×100%.其中的W有是指用于什么目的的能量，W總是指從哪里來的能量.明確了這幾個概念，接下來就是引導學生根據不同的條件尋找W有，W總，W額.

例如 “電動機”是把電能轉化為機械能，此時電能是W總，機械能是W有，散失的電熱和克服摩擦做功是W額;“太陽能熱水器”是把太陽能轉化為水的內能，太陽能是W總，水吸收的熱量是W有=Q吸;“風力發電機”是把風的機械能轉化為電能，風能是W總，電能是W有.這些概念拓展，使學生能更進一步加深對“機械效率”的理解和應用.

2 熟練典型例題，掌握解題思路

2.1 “功”和“功的種類”

例題 下列事件中，力對物體做了功的是（）

A、用力推汽車，沒有推動

B、將重物從一樓扛到二樓

C、舉重運動員舉著杠鈴保持不動

D、提著水桶在水平路面上勻速前行

解析 本題考察了做功的必要條件，一是作用在物體上的力，以及在力的方向上移動.A中物體并未發生移動;B中物體在重力方向上發生移動因此做功;C中沒有發生移動;D中力與做功方向垂直.按照定義只能選B.

2.2 機械效率”和“功率”關系

例題 在如圖2所示的裝置中，斜面長5m，高2m，現將質量為200kg的物體從斜面底端勻速拉到頂端，若裝置的機械效率為80%，人作用于繩自由端的拉力為500N，求：物體與斜面間的摩擦力是多少？（g=9.8N/kg）

解析 由題意可知，物體沿斜面移動：L=5m，

該滑輪為動滑輪，則繩子自由端通過的距離：s=2L=2×5m=10m;

所以拉力所做的總功：W總=Fs=500N×10m=5000J;

η=W有用W總×100%，

根據動滑輪對物體所做的功，得：W額=W-W有=4000J-3920J=80J;

根據W=Fs得，將物體提到2m高處所做的有用功：

W有=Gh=mgh=200kg×9.8N/kg×2m=3920J;

則克服斜面摩擦力所做的額外功：W額=W-W有=4000J-3920J=80J;

克服斜面摩擦力所做的功為額外功，根據W額=fL可得摩擦力：f=W額L=80J5m=16N.

點評 在解這類題目時，一定要認真分析機械在工作中總功、有用功、額外功的由來.本題中，人拉繩子做的功是W總，根據拉力的大小和繩的自由端通過的距離，利用公式W=FS求出總功;把物體從斜面底端勻速拉到頂端，克服物體重力做功是W有，克服斜面摩擦做的功是W額，根據機械效率，求出有用功和額外功，最后根據W=fL求出摩擦力.

2.3 W總、W有用、W額、η四者的具體關系

例題 配重M單獨至于水平面上靜止時，對地面壓強為3×105Pa，將配重M用繩系杠桿的B端，在桿桿的A點懸掛一滑輪，定滑輪重150N，動滑輪90N，杠桿AB的支點為O，OA：OB=5：3，由這些器材組成一個重物提升裝置，如圖3所示，當工人利用滑輪組提升重物為210N的物體以0.4m/s的速度勻速上升時，杠桿在水平位置平衡，此時配重M對地面壓強為1×105Pa（杠桿與繩的重量、滑輪組的摩擦均不計，g=10N/kg），求：（1）滑輪組的機械效率？（2）配重M質量是多少千克？（3）為使配重M不離開地面，人對繩的最大拉力是多少牛頓？

解析 （1）根據圖示可知，n=2，F=12（G+G動）=12（90N+210N）=150N，滑輪組的機械效率：

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

（2）設配重M的底面積為S，由p=FS可得：3×105Pa=GMS….①=1＼*GB3，當物體勻速上升時，作用在杠桿A端的力：FA=3F+G定=3×150N+150N=600N;由杠桿平衡條件可得，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，聯立求解得到m=150Kg.

（3）當配重對地面的壓力為0N時，人對繩子的拉力最大，此時B端受到的拉力為1500N;由杠桿平衡條件可得，F′B×OB=F′A×OA，FA=900N，由二力平衡條件可得：3F′+G定=F′A，從而計算得到F′A=250N.

點評 本題機械效率可使用η=W有W總×100%=G2F×100%計算;根據二力平衡條件計算出作用在A的力;考察了滑輪組的機械效率、杠桿平衡條件.

2.4 “電動機效率”、“太陽能熱水器熱效率”、“風力發電機效率”等其他“效率”相關計算

例題 桂林鋒利發電設施總額超過108萬千瓦.采用這種類型設備，旋葉重量是6噸，長度是四十米.以下顯示1千克氣體在多種速度下的速率（v）和能量的關聯.

問 風的速度是11米每秒時，如果風機順著風，設備每一秒可產生3.75×105焦耳的能量，請問將風能變成能量的百分比是多少？

解析 設風扇的葉片旋轉面積為S，風速為v;

單位時間t內，通過風扇的空氣流量為：V=SL=S·vt;

那么這些空氣的質量為：m=ρV=ρS·vt;

風扇的葉片長為40m，則S=πr2=3.14×（40m）2=5024m2，

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

根據表可知產生能量為：E風=50J/kg×60288kg=3.0144×106J，

這臺風力發電機的風能轉化為電能的效率為：η=E電E風×100%=3.8×105J3.0144×106J×100%≈12.6%.

點評 每秒內經過風機的氣體重量被解釋成經過風機的氣體密度以及風量的運算，而后借助風機的截面積以及速率關系式來計算風量，然后表示出空氣質量的表達式m=ρv=ρsl=ρs·vt，通過比較找出m、v的關系，使用表中給出的數據，風速計算10m/s時，1s鐘流向葉片旋轉面積的空氣質量，再根據表格可知確定此時產生的能量，再利用η=E電E風×100%即可求出風力發電機的風能轉化為電能的效率.

3 結語

物理解題過程中，明晰物理基本概念，是吃透題目、領悟題目的基礎.掌握、熟悉常見題型，掌握物理基本解題方法和思路，對提高物理解題效率有重要的促進作用.教學過程中教師應注重學生對基本概念的掌握，注重典型例題的歸納，以此提高學生的解題效率.

參考文獻：

[1]孫英杰.2020年初中物理中考復習策略[J].當代教研論叢，2020（05）：73-75.