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初中物理解题技巧——怎样解简单机械问题——有用功、额外功与总功
基础篇
有用功、额外功与总功
前言
使用杠杆、滑轮等简单机械做功时，总会伴随额外损耗。
区分有用功、额外功、总功是机械效率计算的前提，也是力学计算题的第一道关卡
有用功(W有)的定义：要做的事
有用功是我们真正想要的、必须做的功。
竖直提升物体，有用功就是克服物体重力做的功：W有=G物h
水平拉动物体，有用功是克服物体受到的摩擦力做功：W有=fs物
额外功(W额)的定义：不想做但必须做的事情
额外功是我们不想要，但是不得不做的功。
竖直滑轮组模型：额外功包含提升动滑轮自重做功、克服绳与滑轮间摩擦、绳子自重做功；不计绳重和摩擦时，额外功只计算动滑轮重力做功：W额=G轮h
水平滑轮组模型：额外功一般只考虑滑轮转轴处、绳子之间的摩擦。
总功(W总)的定义：实际做的事
总功是我们拉力做的全部功，也就是动力施加在机械上做的功：W总=Fs。
总功等于有用功加额外功：W总=W有+W额，这个关系式永远成立。
拓展：不同场景三类功的快速判断
场景 1：水桶从井里提水目标：提水。
提水做功→有用功；提水桶自重做功、克服摩擦→额外功；人拉力做功→总功。
场景 2：打捞掉入井中的水桶（桶里带少量水）目标：捞桶。
提水桶做功→有用功；提起桶里面残留水、克服摩擦做功→额外功。
说明
用滑轮组把沙子提到三楼，真正想要把沙子运上去，所以提沙子做的功是有用功；
不得不同时把桶、动滑轮也提上去，克服摩擦做的功就是额外功
拉绳子出的全部力气做的功就是总功。
常见误区
误区 1：提动滑轮做的功是有用功。
正解：提动滑轮是我们不想做但是不得不做的，属于额外功。
误区 2：总功等于有用功。
正解：总功永远比有用功多，因为存在额外功，机械永远有损耗，不存在无损耗机械。
误区 3：额外功就是克服摩擦做的功。
正解：提滑轮组时，额外功包括提动滑轮自重、克服摩擦、拉绳子自重，只是初中计算里常常只算提动滑轮的部分。
误区 4：只要是克服重力做功，就一定是有用功。
正解：要看目标。如果目的是运沙子，提升桶、动滑轮的重力做功属于额外功。
口诀
有用功，是目标，提沙提物才要算；
额外功，是累赘，提轮摩擦躲不开；
总功就是拉力功，有用加额才对端。
学以致用
1、用滑轮组把重物提上去，下列哪个是有用功？ ( )
A. 提动滑轮做的功
B. 提重物做的功
C. 克服绳子摩擦做的功
D. 拉绳子做的全部功
【解析】
有用功是我们真正想要完成的事对应的功。
A 提动滑轮、C 克服摩擦都是不得不做的额外功；
D 拉绳子的全部功是总功；
B 提重物是我们真正想要做的，是有用功。
【答案】
B
2、用滑轮组把 100N 的物体提升 2m，动滑轮重 20N，不计摩擦，求有用功、额外功、总功。
【解析】
分别套公式计算。
【答案】
解：有用功W有=G物h=100 N×2 m=200 J
额外功W额=G轮h=20 N×2 m=40 J
总功W总=W有+W额=200 J+40 J=240 J
答：有用功 200J，额外功 40J，总功 240J。
3、用水平滑轮组拉物体在水平面上运动，此时什么是有用功？
【解析】
当水平拉物体时，我们的目标是克服物体和地面的摩擦力，让物体前进；所以有用功是克服摩擦力做的功W有=fs物，克服滑轮和绳子摩擦做的功是额外功。
【答案】
答：水平模型的有用功是克服物体地面摩擦力做的功
4、从井中打捞掉落的水桶，桶中带有部分水，下列说法正确的是（ ）
A. 提水做的功是有用功
B. 提水桶做的功是有用功
C. 克服桶自重做功是额外功
D. 拉力做功是有用功
【解析】
核心看做功目标，本次目标是取回水桶，所以提升水桶本身的功为有用功；桶内残留的水不是我们想要的，提水做功属于额外功；人拉力做功是总功。
【答案】
B
下篇预告
机械效率
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