1、第五节 机械效率,【新课导思】如图是将沙子从一楼运往三楼的三 种方式,若让你选择,你会选择哪种?当提 升相同的重物时,拉力做功是否相同呢?,【目标导学】 1.会结合实例分析所做的有用功、额外功和总功。 2.知道机械效率的意义,知道机械效率是小于1的。,3.会利用机械效率的公式进行简单的计算。 4.通过实验了解影响滑轮组机械效率高低的因素。,【自主预习】 1.总功、额外功、有用功:(以用动滑轮匀速提升钩码 为例) (1)总功:_所做的功,即W总。如拉力做的功。,动力,(2)额外功:对我们_的功,即 W额外。如克服滑轮的重力和滑轮转动时的摩擦阻力做的 功。 (3)有用功:对我们_的功,即W有。如克
2、服钩码重力 做的功。 (4)三者关系:_。,无用的、但又不得不做,有用,W总=W有+W额外,2.机械效率: (1)定义:有用功和总功的_。 (2)公式: _。,比值,(3)大小:任何机械的机械效率总小于1。 (4)影响因素:提升物体_和减少_。,重力,动滑轮的重力,知识点一 有用功、额外功和总功 【做一做】如图甲所示,用弹簧测力计将钩码缓慢地提升一定高度。如图乙所示,换用动滑轮将钩码缓慢地提升相同的高度,分别计算拉力所做的功。,1.使用动滑轮提升钩码比直接用弹簧测力计提升钩码做功_(选填“多”或“少”),原因是_。,提示:无论是否使用滑轮,钩码都被提升,这部分是必须要做的功,使用动滑轮时,提升
3、钩码不得不克服动滑轮本身所受的重力及摩擦力等因素多做功,所以用动滑轮提升钩码做的功比直接提升钩码做的功多。,参考答案:多 利用动滑轮提升钩码时,除了提升钩码做功外,还要克服动滑轮重力及摩擦力等做功。,2.根据图乙所示提升钩码,分析有用功、额外功和总功。 (1)提升钩码做的功是对我们_的功,这部分功为_,用W有表示,且W有=_ _。,(2)在用动滑轮提升钩码时,还需要克服摩擦、绳重、动滑轮重做一部分功,这部分功为_,用 W额表示。 (3)使用机械做功时,拉力所做的功为_,用W总表示,即W总=_。它们之间的关系是_。,提示:使用动滑轮时,对我们有用的功是提升钩码所做的功,即有用功W有=Gh;如果绳
4、重和摩擦忽略不计,则克服动滑轮重做的功是不得不做的功,即额外功W额=G动h;使用机械做的功为总功W总=Fs。,参考答案:(1)有用 有用功 Gh (2)额外功 (3)总功 Fs W总=W有+W额,【示范题1】(1)在打扫卫生的时候,小明将一桶水从一楼提到二楼。则小明对水做的功是_功,对桶做的功是_功。 (2)利用某机械工作时,动力做的功是400J,其中额外功是100J,则动力做的有用功是_J。,【精讲精析】(1)小明目的是提水,对水做的功为有用功;对桶做的功为额外功。 (2)动力做的功为总功,则动力做的有用功W有用=W总-W额=400 J-100 J=300 J。 答案:(1)有用 额外 (2
5、)300,【微点拨】 (1)有用功和总功的区别:有用功相当于不用机械而直接用手对物体做的功,总功是利用机械做的功。,(2)一般情况下,使用动滑轮或滑轮组在竖直方向上匀速提升重物时,有用功W有=Gh;使用动滑轮或滑轮组在水平面上匀速移动物体时,有用功W有=f摩s。 (3)有用功和额外功并不是绝对的,对一种情况来说是有用功,对另外一种情况来说可能是额外功。,知识点二 机械效率 1.基本公式:= 100%。 2.机械效率的计算: (1)竖直匀速提升物体。 有用功:W有=Gh。 总功:W总=Fs=Fnh。 机械效率:= 100%= 100%。,(2)匀速水平拉动物体。,有用功:有用功在数值上等于摩擦力
6、与物体移动距离 的乘积,即W有=fs物(f为摩擦力)。 总功:拉力F所做的功,即W总=Fs绳=Fns物。 机械效率:= 100%= 100%。,【示范题2】(南通中考)工人用如图所示装置在10s内将质量为45kg的货物匀速提升2m,此过程中拉力的功率为120W。(g取10N/kg)求:,(1)有用功。 (2)滑轮组的机械效率。 (3)若工人用此装置匀速提升其他货物,测得拉力大小为300N,额外功占总功的20%,工人提升货物的重。,【精讲精析】(1)货物的重力: G=mg=45kg10N/kg=450N; 有用功:W有用=Gh=450N2m=900J。,(2)拉力做的总功:W总=Pt=120W1
7、0s=1200J; 滑轮组的机械效率:= 100%= 100%=75%。,(3)由图可知n=3, 已知额外功占总功的20%,则此时的机械效率=1- 20%=80%; 此时的机械效率:= , 所以提升物体的重力: G=nF=80%3300N=720N。 答案:(1)900J (2)75% (3)720N,【备选例题】(镇江中考)用如图所示的滑轮组将重90N的货物匀速提升1m的过程中,所用拉力F=50N,不计绳重及滑轮与轴之间的摩擦。,(1)求上述过程中的有用功W有; (2)求上述过程中的总功W总; (3)求滑轮组的机械效率。,【精讲精析】解答本题要掌握以下概念:有用功、总 功、机械效率。 (1)
8、根据公式W有=Gh,得W有=Gh=90N1m=90J (2)根据公式W总=Fs=50N21m=100J (3)根据公式= 100%= 100%=90% 答案:(1)90J (2)100J (3)90%,知识点三 测滑轮组的机械效率 1.实验原理:_。 参考答案:= 100%,2.实验设计与进行实验:如图所示。,(1)用_测量钩码所受的重力。 (2)用_测量钩码移动的距离和弹簧测力计移动的距离。 (3)匀速拉动弹簧测力计使钩码上升,同时记下钩码上升的_和弹簧测力计的_;换不同的钩码多测几次。,参考答案:(1)弹簧测力计 (2)刻度尺 (3)高度 移动距离,3.实验数据:,(1)W有=_,W总=_
9、。(用字母表示) (2)在空白表格中分别填写相应的数据。 (3)分析实验数据得出:同一组滑轮组提升的重物_,滑轮组的机械效率越_。,参考答案:(1)Gh Fs (2)提示:W有1=G1h1=2N0.1m=0.2J W总1=F1s1=0.9N0.3m=0.27J W有2=G2h2=4N0.1m=0.4J W总2=F2s2=1.6N0.3m=0.48J W有3=G3h3=6N0.1m=0.6J W总3=F3s3=2.3N0.3m=0.69J,则利用机械效率的公式 1= =74.1% 2= =83.3% 3= =87.0%。,参考答案: 第1次:0.2 0.27 74.1 第2次:0.4 0.48
10、83.3 第3次:0.6 0.69 87.0,(3)提示:分析1、2或1、3或2、3组实验,钩码的重力越小,机械效率越低,钩码的重力越大,机械效率越高。 参考答案:越重 高,4.交流讨论: (1)能否直接测量滑轮组的额外功? 参考答案:不能,克服绳重、动滑轮的重力及摩擦力所做的功都是额外功,这些额外功很难直接测量。,(2)如果没有刻度尺,能否测出滑轮组的机械效率?如何测?,参考答案:能,对于已经组装好的滑轮组,s=nh,则机械 效率= 100%= 100%= 100%= 100% 因此只要查出绳子的段数,即可算出滑轮组的机械效率, 无需测量h和s的大小。,(3)忽略绳重和摩擦,机械效率的大小与
11、绳子的股数、提升的高度、移动的距离有关吗?试结合机械效率的公式说明。,参考答案:由= 100%= 100%=100%,机械效率的大小与绳子的股数、提升的高度、移动的距离无关。,【知识拓展】三种机械效率的计算,【示范题3】(齐齐哈尔中考)某小组在“测滑轮组机械效率的实验”中得到的数据如表所示,实验装置如图所示。,(1)实验中应沿竖直方向_缓慢拉动弹簧测力计。 (2)小组同学发现实验过程中边拉动边读数,弹簧测力计示数不稳定,应该静止读数,你认为他们的想法_(选填“正确”或“不正确”),因为他们没有考虑到_对滑轮组机械效率的影响。,(3)用丁图装置进行实验,得出表中第4次实验数据,请将表中的两个数据
12、填写完整。 (4)通过比较_两次实验数据得出结论:使用同一滑轮组提升同一重物时,滑轮组的机械效率与绳子段数无关。(填实验次数的序号),(5)通过比较_两次实验数据得出结论:同一滑轮组提升重物时,物重越大,滑轮组的机械效率越高。(填实验次数的序号) (6)通过比较3、4两次实验数据可得出结论:_ _。,【精讲精析】本题考查滑轮组机械效率的测量实验。 (1)实验中应沿竖直方向匀速缓慢拉动弹簧测力计,这样测力计示数才等于拉力大小。,(2)在弹簧测力计静止时读出的数据,由于不会克服轮与轴、绳与轮之间的摩擦,所以测力计示数偏小,他们的想法是不正确的。,(3)丁图中,绳子的有效段数为n=4,绳端移动距离
13、s=nh=40.1m=0.4m,滑轮组的机械效率:= 100%= 100%= 100%=80%。,(4)绳端移动距离与物体升高的高度的关系为s=nh, 所以,结合表中数据可知实验1、2、3中绳子的有效段数分别为2、3、3;,再结合钩码的重力可知,实验1、2、3分别是用甲、乙、丙装置做的实验,根据控制变量法,研究同一滑轮组的机械效率与绳子段数的关系时,要控制提升物体的重力相同、滑轮个数也相同,只改变绳子的有效段数,所以应比较1、2两次实验数据;,通过比较1、2两次实验数据得出结论:使用同一滑轮组提升同一重物时,滑轮组的机械效率与绳子段数无关。,(5)研究同一滑轮组提升重物时,机械效率与物重的关系
14、时,要控制滑轮个数相同、绳子的段数相同,只改变物体的重力,故通过比较2、3两次实验数据得出结论:同一滑轮组提升重物时,物重越大,滑轮组的机械效率越高。,(6)通过比较3、4两次实验数据,即对应的图丙、图丁两装置,滑轮组不同,提升的重物相同,动滑轮越重机械效率越小,故可得出结论:不同滑轮组提升相同重物时,动滑轮越轻,滑轮组的机械效率越高。(不同滑轮组提升相同重物时,动滑轮越重,滑轮组的机械效率越低),答案:(1)匀速 (2)不正确 摩擦 (3)0.4 80% (4)1、2 (5)2、3 (6)不同滑轮组提升相同重物时,动滑轮越轻,滑轮组的机械效率越高(或不同滑轮组提升相同重物时,动滑轮越重,滑轮
15、组的机械效率越低),【备选例题】(聊城中考)在“测量滑轮组的机械效率”实验中,小丽用如图所示的同一滑轮组提升不同钩码的方法,分别做了甲、乙、丙3次实验,实验数据记录如表所示:,(1)实验中要竖直向上_拉动弹簧测力计,使钩码升高。 (2)表格中编号处数据应为_,编号处数据应为_。 (3)分析实验数据可以得出如下结论:同一滑轮组的机械效率主要与_有关。,(4)若将此滑轮组换一种绕绳方法,不计摩擦及绳重,提升相同的物体时,滑轮组的机械效率_(选填“变大”“变小”或“不变”)。,【精讲精析】本题考查了探究滑轮组的机械效率。(1) 实验中要竖直向上匀速缓慢拉动弹簧测力计,否则弹簧 测力计因指针不稳而无法读数。(2)由图可知,弹簧测 力计上每个小格表示0.2A,根据指针位置可读出示数为 2.4N。第3次实验的有用功W有=Gh=6N0.05m=0.3J,总,功W总=Fs=2.4N0.15m=0.36J,所以机械效率为=100%= 100%83.3%。(3)比较同一滑轮 组的3次实验数据可发现,重物越重,滑轮组的机械效率 越高。(4)在不计摩擦和绳重时,滑轮组的额外功只来 自于动滑轮的重力。改变滑轮组的绕绳方式不会改变 额外功的的大小,所以提升相同的物体时,滑轮组的机 械效率不变。,答案:(1)缓慢(匀速) (2)2.4 83.3% (3)所提物体受到的重力 (4)不变,
