1、第五節(jié) 機械效率,新課導思】 如圖是將沙子從一樓運往三樓的三 種方式,若讓你選擇,你會選擇哪種?當提 升相同的重物時,拉力做功是否相同呢,目標導學】 1.會結(jié)合實例分析所做的有用功、額外功和總功。 2.知道機械效率的意義,知道機械效率是小于1的,3.會利用機械效率的公式進行簡單的計算。 4.通過實驗了解影響滑輪組機械效率高低的因素,自主預習】 1.總功、額外功、有用功:(以用動滑輪勻速提升鉤碼 為例) (1)總功:_所做的功,即W總。如拉力做的功,動力,2)額外功:對我們_的功,即 W額外。如克服滑輪的重力和滑輪轉(zhuǎn)動時的摩擦阻力做的 功。 (3)有用功:對我們_的功,即W有。如克服鉤碼重力 做

2、的功。 (4)三者關(guān)系:_,無用的、但又不得不做,有用,W總=W有+W額外,2.機械效率: (1)定義:有用功和總功的_。 (2)公式: _,比值,3)大小:任何機械的機械效率總小于1。 (4)影響因素:提升物體_和減少_,重力,動滑輪的重力,知識點一 有用功、額外功和總功 【做一做】如圖甲所示,用彈簧測力計將鉤碼緩慢地提升一定高度。如圖乙所示,換用動滑輪將鉤碼緩慢地提升相同的高度,分別計算拉力所做的功,1.使用動滑輪提升鉤碼比直接用彈簧測力計提升鉤碼做功_(選填“多”或“少”),原因是_,提示:無論是否使用滑輪,鉤碼都被提升,這部分是必須要做的功,使用動滑輪時,提升鉤碼不得不克服動滑輪本身所

3、受的重力及摩擦力等因素多做功,所以用動滑輪提升鉤碼做的功比直接提升鉤碼做的功多,參考答案:多利用動滑輪提升鉤碼時,除了提升鉤碼做功外,還要克服動滑輪重力及摩擦力等做功,2.根據(jù)圖乙所示提升鉤碼,分析有用功、額外功和總功。 (1)提升鉤碼做的功是對我們_的功,這部分功為_,用W有表示,且W有=_ _,2)在用動滑輪提升鉤碼時,還需要克服摩擦、繩重、動滑輪重做一部分功,這部分功為_,用 W額表示。 (3)使用機械做功時,拉力所做的功為_,用W總表示,即W總=_。它們之間的關(guān)系是_,提示:使用動滑輪時,對我們有用的功是提升鉤碼所做的功,即有用功W有=Gh;如果繩重和摩擦忽略不計,則克服動滑輪重做的功

4、是不得不做的功,即額外功W額=G動h;使用機械做的功為總功W總=Fs,參考答案:(1)有用有用功Gh(2)額外功 (3)總功FsW總=W有+W額,示范題1】(1)在打掃衛(wèi)生的時候,小明將一桶水從一樓提到二樓。則小明對水做的功是_功,對桶做的功是_功。 (2)利用某機械工作時,動力做的功是400J,其中額外功是100J,則動力做的有用功是_J,精講精析】(1)小明目的是提水,對水做的功為有用功;對桶做的功為額外功。 (2)動力做的功為總功,則動力做的有用功W有用=W總-W額=400 J-100 J=300 J。 答案:(1)有用額外(2)300,微點撥】 (1)有用功和總功的區(qū)別:有用功相當于不

5、用機械而直接用手對物體做的功,總功是利用機械做的功,2)一般情況下,使用動滑輪或滑輪組在豎直方向上勻速提升重物時,有用功W有=Gh;使用動滑輪或滑輪組在水平面上勻速移動物體時,有用功W有=f摩s。 (3)有用功和額外功并不是絕對的,對一種情況來說是有用功,對另外一種情況來說可能是額外功,知識點二 機械效率 1.基本公式:= 100%。 2.機械效率的計算: (1)豎直勻速提升物體。 有用功:W有=Gh。 總功:W總=Fs=Fnh。 機械效率:= 100%= 100,2)勻速水平拉動物體,有用功:有用功在數(shù)值上等于摩擦力與物體移動距離 的乘積,即W有=fs物(f為摩擦力)。 總功:拉力F所做的功

6、,即W總=Fs繩=Fns物。 機械效率:= 100%= 100,示范題2】(2017南通中考)工人用如圖所示裝置在10s內(nèi)將質(zhì)量為45kg的貨物勻速提升2m,此過程中拉力的功率為120W。(g取10N/kg)求,1)有用功。 (2)滑輪組的機械效率。 (3)若工人用此裝置勻速提升其他貨物,測得拉力大小為300N,額外功占總功的20%,工人提升貨物的重,精講精析】(1)貨物的重力: G=mg=45kg10N/kg=450N; 有用功:W有用=Gh=450N2m=900J,2)拉力做的總功:W總=Pt=120W10s=1200J; 滑輪組的機械效率:= 100%= 100%=75,3)由圖可知n=

7、3, 已知額外功占總功的20%,則此時的機械效率=1- 20%=80%; 此時的機械效率:= , 所以提升物體的重力: G=nF=80%3300N=720N。 答案:(1)900J(2)75%(3)720N,備選例題】 (2016鎮(zhèn)江中考)用如圖所示的滑輪組將重90N的貨物勻速提升1m的過程中,所用拉力F=50N,不計繩重及滑輪與軸之間的摩擦,1)求上述過程中的有用功W有; (2)求上述過程中的總功W總; (3)求滑輪組的機械效率,精講精析】解答本題要掌握以下概念:有用功、總 功、機械效率。 (1)根據(jù)公式W有=Gh,得W有=Gh=90N1m=90J (2)根據(jù)公式W總=Fs=50N21m=1

8、00J (3)根據(jù)公式= 100%= 100%=90% 答案:(1)90J(2)100J(3)90,知識點三 測滑輪組的機械效率 1.實驗原理:_。 參考答案:= 100,2.實驗設(shè)計與進行實驗:如圖所示,1)用_測量鉤碼所受的重力。 (2)用_測量鉤碼移動的距離和彈簧測力計移動的距離。 (3)勻速拉動彈簧測力計使鉤碼上升,同時記下鉤碼上升的_和彈簧測力計的_;換不同的鉤碼多測幾次,參考答案:(1)彈簧測力計(2)刻度尺(3)高度移動距離,3.實驗數(shù)據(jù),1)W有=_,W總=_。(用字母表示) (2)在空白表格中分別填寫相應的數(shù)據(jù)。 (3)分析實驗數(shù)據(jù)得出:同一組滑輪組提升的重物_,滑輪組的機械

9、效率越_,參考答案:(1)GhFs (2)提示:W有1=G1h1=2N0.1m=0.2J W總1=F1s1=0.9N0.3m=0.27J W有2=G2h2=4N0.1m=0.4J W總2=F2s2=1.6N0.3m=0.48J W有3=G3h3=6N0.1m=0.6J W總3=F3s3=2.3N0.3m=0.69J,則利用機械效率的公式 1= =74.1%2= =83.3% 3= =87.0,參考答案: 第1次:0.20.2774.1 第2次:0.40.4883.3 第3次:0.60.6987.0,3)提示:分析1、2或1、3或2、3組實驗,鉤碼的重力越小,機械效率越低,鉤碼的重力越大,機械效

10、率越高。 參考答案:越重高,4.交流討論: (1)能否直接測量滑輪組的額外功? 參考答案:不能,克服繩重、動滑輪的重力及摩擦力所做的功都是額外功,這些額外功很難直接測量,2)如果沒有刻度尺,能否測出滑輪組的機械效率?如何測,參考答案:能,對于已經(jīng)組裝好的滑輪組,s=nh,則機械 效率= 100%= 100%= 100%= 100% 因此只要查出繩子的段數(shù),即可算出滑輪組的機械效率, 無需測量h和s的大小,3)忽略繩重和摩擦,機械效率的大小與繩子的股數(shù)、提升的高度、移動的距離有關(guān)嗎?試結(jié)合機械效率的公式說明,參考答案:由= 100%= 100%= 100%,機械效率的大小與繩子的股數(shù)、提升的高度

11、、移動的距離無關(guān),知識拓展】三種機械效率的計算,示范題3】(2017齊齊哈爾中考)某小組在“測滑輪組機械效率的實驗”中得到的數(shù)據(jù)如表所示,實驗裝置如圖所示,1)實驗中應沿豎直方向_緩慢拉動彈簧測力計。 (2)小組同學發(fā)現(xiàn)實驗過程中邊拉動邊讀數(shù),彈簧測力計示數(shù)不穩(wěn)定,應該靜止讀數(shù),你認為他們的想法_(選填“正確”或“不正確”),因為他們沒有考慮到_對滑輪組機械效率的影響,3)用丁圖裝置進行實驗,得出表中第4次實驗數(shù)據(jù),請將表中的兩個數(shù)據(jù)填寫完整。 (4)通過比較_兩次實驗數(shù)據(jù)得出結(jié)論:使用同一滑輪組提升同一重物時,滑輪組的機械效率與繩子段數(shù)無關(guān)。(填實驗次數(shù)的序號,5)通過比較_兩次實驗數(shù)據(jù)得出

12、結(jié)論:同一滑輪組提升重物時,物重越大,滑輪組的機械效率越高。(填實驗次數(shù)的序號) (6)通過比較3、4兩次實驗數(shù)據(jù)可得出結(jié)論:_ _,精講精析】本題考查滑輪組機械效率的測量實驗。 (1)實驗中應沿豎直方向勻速緩慢拉動彈簧測力計,這樣測力計示數(shù)才等于拉力大小,2)在彈簧測力計靜止時讀出的數(shù)據(jù),由于不會克服輪與軸、繩與輪之間的摩擦,所以測力計示數(shù)偏小,他們的想法是不正確的,3)丁圖中,繩子的有效段數(shù)為n=4,繩端移動距離 s=nh=40.1m=0.4m,滑輪組的機械效率:= 100%= 100%= 100%=80,4)繩端移動距離與物體升高的高度的關(guān)系為s=nh, 所以,結(jié)合表中數(shù)據(jù)可知實驗1、2

13、、3中繩子的有效段數(shù)分別為2、3、3,再結(jié)合鉤碼的重力可知,實驗1、2、3分別是用甲、乙、丙裝置做的實驗,根據(jù)控制變量法,研究同一滑輪組的機械效率與繩子段數(shù)的關(guān)系時,要控制提升物體的重力相同、滑輪個數(shù)也相同,只改變繩子的有效段數(shù),所以應比較1、2兩次實驗數(shù)據(jù),通過比較1、2兩次實驗數(shù)據(jù)得出結(jié)論:使用同一滑輪組提升同一重物時,滑輪組的機械效率與繩子段數(shù)無關(guān),5)研究同一滑輪組提升重物時,機械效率與物重的關(guān)系時,要控制滑輪個數(shù)相同、繩子的段數(shù)相同,只改變物體的重力,故通過比較2、3兩次實驗數(shù)據(jù)得出結(jié)論:同一滑輪組提升重物時,物重越大,滑輪組的機械效率越高,6)通過比較3、4兩次實驗數(shù)據(jù),即對應的圖

14、丙、圖丁兩裝置,滑輪組不同,提升的重物相同,動滑輪越重機械效率越小,故可得出結(jié)論:不同滑輪組提升相同重物時,動滑輪越輕,滑輪組的機械效率越高。(不同滑輪組提升相同重物時,動滑輪越重,滑輪組的機械效率越低,答案:(1)勻速(2)不正確摩擦(3)0.480%(4)1、2(5)2、3(6)不同滑輪組提升相同重物時,動滑輪越輕,滑輪組的機械效率越高(或不同滑輪組提升相同重物時,動滑輪越重,滑輪組的機械效率越低,備選例題】 (2016聊城中考)在“測量滑輪組的機械效率”實驗中,小麗用如圖所示的同一滑輪組提升不同鉤碼的方法,分別做了甲、乙、丙3次實驗,實驗數(shù)據(jù)記錄如表所示,1)實驗中要豎直向上_拉動彈簧測力計,使鉤碼升高。 (2)表格中編號處數(shù)據(jù)應為_,編號處數(shù)據(jù)應為_。 (3)分析實驗數(shù)據(jù)可以得出如下結(jié)論:同一滑輪組的機械效率主要與_有關(guān),4)若將此滑輪組換一種繞繩方法,不計摩擦及繩重,提升相同的物體時,滑輪組的機械效率_(選填“變大”“變小”或“不變”,精講精析】本題考查了探究滑輪組的機械效率。(1) 實驗中要豎直向上勻速緩慢拉動彈簧測力計,否則彈簧 測力計因指針不穩(wěn)而無法讀數(shù)。(2)由圖可知,彈簧測 力計上每個小格表示0.2A,根據(jù)指針位置可讀出示數(shù)為 2.4N。第3