1、机械效率 一、温故知新【想一想】1、功包括的两个因素是：；。2、一同学将重为 G 牛的物体提高 h 米，所做功是 W=；某同学利用动滑轮将重为 G 牛的物体提高 h 米，动滑轮对物体做功 W1=；若作用在绳子自由端的拉力是 F 牛，绳端移动 H米，则人拉绳做功是 W2=；这两个功的大小可能有怎样的关系？你的猜想是：你的理由是：二、寻根探秘【议一议】1、针对上题你可以提出怎样的探究问题？2、怎样测出利用动滑轮时动滑轮提起木材做的功和人拉绳对动滑轮做的功？需要的器材有：要测量的物理量有：实验时，怎样做才能使测出的 F 更准确？你可以设计怎样的数据记录表格？请在下面画出数据记录表：分析实验数据，你得
2、出的结论是：你能找出利用动滑轮手拉绳做的功和动滑轮对物体做的功不相等的原因吗？3、认识有用功、额外功和总功请同学们自己阅读课本 22 页这部分内容。思考回答：什么是有用功？什么是额外功以及总功？一水桶掉到井里，我们将桶捞起，所做的功那部分是有用功？那部分是额外功？实际捞桶时做的是什么功?如果是用桶从井中提水，则所做的功那部分是有用功？那部分是额外功？实际捞桶时做的是什么功? 接着让学生自学课本 23 页内容后思考：（1）机械效率的定义是什么？用什么公式表示？（2）机械效率有没有单位？它会大于 1 吗？为什么？（3）试计算前面三次实验中的机械效率。三、学以致用通过上面的计算，我们发现：同一个动滑
3、轮，在不同的使用情况下机械效率是不一样的，请同学们思考：（1）动滑轮的机械效率与哪些因素有关？（2）你认为提高机械效率的途径有哪些？四、反思提高今天这节课你有哪些收获？学到了什么？感悟到了什么五、课前知识准备1用动滑轮提升重物时，如果考虑摩擦和动滑轮自重，实际拉力物重的一半。2你能计算出一枝铅笔的铅芯利用效率吗？六、名师解读点拨知识点 1：什么是机械效率【实验】用弹簧测力计将钩码提升一定高度；用弹簧测力计并借助一只动滑轮将同样的钩码提升相同高度。比较弹簧测力计两次所做的功，发现利用动滑轮所做的功多一些，这是为什么呢？【点拨】使用机械时，会有省力、方便等有利因素，但由于机械本身的自重，以及摩擦等
4、因素，所以要做更多的功。拉力所做的功，物理学叫。在这一总功中包含了拉力在提起重物时，必须克服动滑轮的自重和滑轮转动时的摩擦阻力做的功。这部分功，是无用的，但又不得不做，称为。从总功中减去额外功，就是有用的功，物理学中叫。有用功和总功的比值叫做机械效率，计算公式为= 100%，：机械效率，W 有 ：有用功，W 总 ：总功总有【明确】在实际计算中，机械效率通常被表示为一个百分数，没有单位；由于 W 总 W 有 ，所以 1，因此机械效率必然小于 100%如果有人告诉你某机器: 大于 1 或大于 100%，总有那肯定是错误的。【练一练】用一个动滑轮，将 200N 的物体匀速提升 2m，拉力 F 为 1
5、20N，此动滑轮的机械效率是多少？知识点 2：影响滑轮组机械效率的因素【实验】按如图所示的方式组装好滑轮组，并使用滑轮组提起相应的重物，将三次实验数据填写在下表中，比较三次测算的机械效率是否相等。甲乙丙名称拉力F/N弹簧测力计上升的距离 s/m总功W 总/J钩码重G/N钩码上升高度h/m有用功W 有 /J机械效率甲乙丙【小结】1同一滑轮组，载重越大，机械效率越大，所以滑轮组在满载情况下工作，以增大有用功占总功的比例，提高机械效率。2相同载重的情况下，动滑轮重力越小，机械效率越高，所以减小滑轮组中动滑轮的自重，减小额外功占总功的比例，提高机械效率。3改进机械结构，在滑轮的转轴上加润滑油，以减小摩
6、擦阻力，减小额外功占总功的比例，提高机械效率。【注意】在“测滑轮组的机械效率”的实验中，为什么要匀速竖直向上拉弹簧测力计且在拉动过程中读数？如果不是匀速地拉，弹簧秤示数忽大忽小，则 W 总偏大偏小，且滑轮组对钩码的拉力不等于钩码的重力，则 W 有偏大偏小，由 W 有 /W 总 算出的机械效率偏大偏小如果向下拉，弹簧测力计由于弹簧的自重而导致示数 F 偏小，= ， 偏大如果在弹簧秤静止时读数，由于滑轮和轴之间没有摩擦，则读数 F 偏小， 偏大【想一想】在上述实验中，如果没有刻度尺，能不能测出滑轮组机械效率？【点拨】可以，用 = = = 进行计算。其中 G 为提升的物重，h 为物体升高总有WFsG
7、hn的高度，F 为施加在绳子自由端的拉力，s 为绳子自由端移动的距离 ， n 为吊起动滑轮绳子的段数。若不考虑摩擦和绳重滑轮组机械效率可变为：= 。动物 物 G【易错点】如果滑轮组不是用来提升物体，而是拉着物体水平运动，则不能用上式计算机械效率，应该用 = = ，f 为物体受到的阻力。Fsfhn【比较】机械效率与功率是两个完全不同的概念这两个物理量是从不同方面反映机械性能的。它们之间没有必然的联系。功率大表示机械做功快；机械效率高表示机械对总功的利用率高。功率大的机械不一定机械效率高，例如内燃机车功率可以达到几千千瓦，但效率只有 30%40% ，反之，机械效率高的机械功率不一定大。例如，安装在
8、儿童玩具汽车车里的电动机效率可达 80%，但功率却只有几瓦特。七、拓展整合创新类型之一：机械效率的理解和计算【例 1】下列说法中正确的是（）A机械效率越高，机械做功一定越快B做功越多的机械，机械效率一定越高C功率越大的机械做的功一定越多D做功越快的机械，功率一定越大变式题：在建筑工地上，经常可以看到用来吊运货物的吊车。若吊车的机械效率为 80%，将重为 7000N 的货物匀速提升 4m,所用的时间是 10s，则吊车的功率是多少？类型之二：机械效率的测定【例 2】在做“测滑轮组机械效率”的实验中，小强和同学们组装了如图所示的甲、乙两个滑轮组（每只滑轮重都相同，不计摩擦和绳重）。（1）对于甲图所示
9、的滑轮组，如果没有刻度尺，只要测出钩码重 G，然后竖直向上匀速拉动弹簧秤使钩码升高，从弹簧秤上读出拉力值 F，即可算出该滑轮组的机械效率 =。（2）比较甲、乙两滑轮组的机械效率，可知 甲 乙 （选填：、或）。（3）实验后小强猜想，对于同一滑轮组（例如图乙），它的机械效率也可能不是固定的，于是他用实验进行了探究，并证明自己的猜想是正确的。你认为小强应采用的正确方法是什么？答：。【例 3】在“测滑轮组机械效率”的实验中，用同一滑轮组进行了两次实验，实验数据如下表所示序号钩码重G/N钩码上升的高度 h/cm弹簧测力计的示数 F/N弹簧测力计移动的距离 s/cm1 2 5 0.6 252 4 8 1.
10、1(1) 在表格的空格处，填上合适的数据(2) 在图中用笔画线代替细绳组装滑轮组(3)第 1 次实验测得滑轮组的机械效率为_(4)如果将重为 3N 的钩码挂在同一滑轮组下，根据题中已有的信息可以判断出这时滑轮组的机械效率应在_范围内类型之三：综合应用创新【例 4】如图所示是小亮同学测定斜面机械效率的装置图，下表是小亮同学设计的记录表格.分析表格中的实验数据，你能得到哪些结论？（要求写两条）斜面倾斜程度小车重量 G/N斜面高度h/m沿斜面拉力 F/N斜面长s/m有用功W 有 /J总功W 总 /J机械效率较缓 10 01 3 1 1 3 33%较陡 10 02 4 1 2 4 50%最陡 10 0
11、3 5 1 3 5 60%八、当堂检测反馈1.关于机械效率的说法，正确的是( )A.机械效率越高的机械做的有用功多B.机械效率越高的机械越省力；C.机械效率越高的机械越省功；D.有用功占总功的比例越大的机械，机械效率越高 .2.用水桶从井中提水的时候，所做的功哪部分是有用功，哪部分是额外功?如果桶掉到井里，从井里捞桶的时候，捞上的桶里带了一些水，这种情况下哪部分是有用功，哪部分是额外功?3起重机把质量为 0.6 t 的重物提升了 3 m，而它的电动机所做的功是 3.4104 J，起重机的机械效率是多少？4如图所示滑轮组，被提起的是质量 200 g 的物体，对绳子自由端的实际拉力是 0.8 N，
12、当物体升高 0.2 m 时，求滑轮组的机械效率5某小组通过实验得知滑轮组的机械效率与许多因素有关，有同学想进一步探究滑轮组的机械效率是否与滑轮组中细绳的绕法有关。根据探究目的，他们先通过实验测算出如图（甲）所示的滑轮组的机械效率，请你在图（乙）中画出下一步实验所需的组装图。答案五、课前知识准备1.大于2.求出用掉的长度占总长度的百分比，即为铅芯利用效率。六、名师解读点拨知识点 1：什么是机械效率【点拨】总功；额外功；有用功【练一练】分析：解此题的关键是要注意用动滑轮提起物体时，动力 F 把绳子末端拉起的距离是物体被提起高度的 2 倍。已知：G=200N，h=2m ，F =120N，s=2 h=
13、4m。求：。解：W 有 =Gh=200N2m=400J，W 总 =Fs=120N4m=480J，= 100%= 100%83.3%。总有 J480答案：动滑轮的机械效率约是 83.3%。七、拓展整合创新【例 1】解析：机械效率反映了使用机械时有用功占总功的比例，功率是表示做功的快慢，这两个物理量没有必然的联系，机械效率高的机械做功不一定快。做功多的机械，有用功占总功的比例不一定大，机械效率不一定高；机械做功的多少，由功率和做功时间共同决定，仅功率大，时间不确定，做的功不一定多。答案：D变式题：解析：本题要求熟练掌握功、功率、机械效率的计算公式及其变形式，同时要正确区分机械效率和功率是两个完全不
14、同的概念。答案：W 有用 =Gh=7000N4m=28000JW 总 = = =35000J有 0.82JP= = =3500Wt总 s135【例 2】解析：没有刻度尺，也能测定滑轮组机械效率，这是因为绳子自由端移动的距离s 是重物移动距离的 n 倍，n 为吊起动滑轮绳子的段数。所以 = = 。FsGhn利用滑轮组提升重物时，在不计摩擦和绳重时，额外功等于对动滑轮本身所做的功，即 W 额 =G 动 h，= 100% ，由此可以看出，总有 用 额有 用 有 用 W动h动当动滑轮重力一定时，被提升重物的重力越大，滑轮组机械效率越高；当被提升的重物重力一定时，动滑轮的重力越大，滑轮组的机械效率越低。
15、同一滑轮组的机械效率与所提升的物重有关，设计实验时，要注意控制变量，即滑轮组要相同，提升的钩码数要不同，分别测定相应的机械效率，然后进行比较，可得出结论。答案：（1） ；（2）；（ 3）用相同的滑轮组提升不同的数量的钩码，分别测出FnG相应的机械效率，然后进行比较，得出结论。【例 3】解析：从第 1 次实验测出的数据来看，弹簧测力计移动的距离是钩码上升的高度的 5 倍，即 s=5h，所以可以确定滑轮组吊起动滑轮绳子的段数是 5，据此即可装配滑轮组，第 2 次实验弹簧测力计移动的距离也是钩码上升高度的 5 倍，即 40cm。将第 1 次有关数据代入，= = = =66.7%。对于同一滑轮组，提升
16、的物FsGhn6.02N重越大，机械效率越高，物重 3N 在第 1 次和第 2 次实验时物重 2N 和 4N 之间，所以机械效率也在两者之间，即 66.7%72.7% 。答案：(1)40 (2)见右图 (3)66.7% (4)66.7%72.7% 【例 4】解析：斜面是一种机械，利用它可以把物体举高，并且省力，不考虑摩擦的情况下，斜面长是斜面高的几倍，拉力就是物重的几分之一，也就时斜面越缓，越省力。沿斜面举高物体过程中，所做的额外功等于克服摩擦所做的功。对于举高同一物体，如果斜面长相同，斜面越高，受到摩擦力越小，有用功越多，额外功越小，所以斜面机械效率越高；如果斜面高度相同，斜面越长，受到摩擦
17、力越大，有用功相同，额外功越多，斜面机械效率越低。答案：同一斜面，倾斜程度越高，拉同一个物体所用的拉力越大；同一斜面，倾斜程度越高，拉同一物体的机械效率越高。八、当堂检测反馈1.答案：D2.答案：用桶从井里提水时，提起的水所做的功是有用功，提起水桶所做的功是额外功.如果从井里捞桶，那么提桶所做的功是有用功，提起桶里所带的水所做的功是额外功.3答案：起重机提升重物所做的功为有用功，因此：W 有用 =Fh=Gh=mgh=0.6103kg10N/kg3 m=1.8104 JW 总 =3.4104 J所以 = 100%= =53%总有 J10.3844解：有用功为W 有用 =Fs=Gh=mgh=0.2 kg10 N/kg0.2 m=0.4 J动滑轮由 3 股绳子承担，所以 s=nh=30.2 m=0.6 m则总功为 W 总 =Fs=0.8 N0.6 m=0.48 J= = =83.3%总有 用 4.05解析：由于滑轮组所挂物重是影响机械效率因素之一，所以此题必须采用控制变量法进行设计，即绳子的绕法不同，滑轮组所挂物重必须相同。答案：绳子绕法（n=1,3）；必须挂两个钩码