资源简介

11.3 机械效率
素养目标
1.复述有用功、额外功、总功的含义,并指出它们之间的关系。
2.概述额外功的存在,明白机械效率小于1及没有单位的原因。
3.重点:结合实例辨认有用功、额外功和总功,利用机械效率公式η=×100%进行相关计算。
4.培养将科学技术应用到日常生活和社会实践中的意识和习惯。
学法指导
1.注意判断使用机械时,对谁做的功是有用的,对谁做的功是无用的。
2.和同学交流有用功、总功、机械效率的计算方法。
【预习导学】
如图所示,这是建筑工地上常见的塔式起重机,起重机上的滑轮组在匀速起吊质量为几吨的材料时,我们会觉得很正常,如果用起重机吊起一个很轻小的物体如铅笔,就会觉得很不值得,因为我们在使用机械时总需要比较其中的效用和成本,那么要如何比较机械使用时的效用情况呢
知识点一：有用功与额外功
1.有用功:如图甲,直接把物体提高h所做的功是必须做的,这部分功叫有用功,用 表示。
甲　　乙
2.额外功:如图乙,我们用动滑轮把同样的物体提高h时,我们不得不克服 所受的重力、绳重、摩擦力做功,这部分功是我们不希望做的,叫额外功,用 表示。
3.总功:有用功加额外功是总共做的功,叫总功,用W总表示。W总= 。
将一个重为240 N的物体匀速推到斜面顶端,人沿斜面向上的推力为120 N,如图所示,物体沿斜面移动的距离s=3 m,上升的高度h=1.2 m,则人对物体做的有用功是 J,斜面与物体之间的摩擦力是 N。
知识点二：机械效率
4.机械效率:把 跟 的比值,叫作机械效率。由于在使用任何机械时,都不可避免要做额外功,有用功 总功,所以任何机械的机械效率 1。
5.计算公式:η= (结果用百分数表示)。
6.机械效率的变形公式:
(1)求总功:W总= 。
(2)求有用功:W有= 。
如图所示,用同一滑轮按甲、乙两种方式匀速提升同一物体,物体重为100 N,滑轮重为25 N,绳重和摩擦不计。图甲中F甲= N,图乙中F乙= N。机械效率η甲 (选填“<”“=”或“>”)η乙。
甲　　 　　乙
【合作探究】
任务驱动一：【子任务3】通过分析,由机械效率公式计算推导机械效率需要的物理量和公式
【推导过程】
(一)机械效率公式η=×100%,要求机械效率需要求 和 ;
(二)有用功和总功都属于功,计算功的公式是W= ,根据公式,要计算功需要求物理量 和 。
(1)对于s,可以根据速度公式v=得出s= 。
(2)对于力F,题目中可以直接给出,也可以根据平衡力、相互作用力、重力公式、压力公式、浮力公式求出,例如:
①用平衡力求拉力:如图甲,用滑轮组匀速提升物体时,物体重为10 N,动滑轮重为2 N,则拉力为 N。(不计绳重和摩擦)
②用平衡力和相互作用力求拉力:如图乙,用滑轮组匀速提升物体,人的重为500 N,人对地面压力为450 N。地面对人的支持力为 N,则绳子对人的拉力为 N,人对绳子拉力为 N。
③根据重力公式和浮力公式求力:如图丙,用滑轮组从水中匀速提起一个体积为5 000 cm3的石块A,此时石块仍浸没在水中。石块受到的浮力为 N,物体的重为 N,动滑轮下面的细绳对A的拉力为 N。(ρ石=2.8×103 kg/m3,ρ水=1.0×103 kg/m3,g取10 N/kg)
任务驱动二：测量滑轮组的机械效率
　　【实验目的】测量滑轮组的机械效率
【实验原理】 η= 　。
【实验过程】
(1)用弹簧测力计测出物体的重G。
(2)用弹簧测力计沿 方向缓慢 提升物体,记下弹簧测力计示数F。
(3)用刻度尺测量物体上升的高度h、弹簧测力计挂钩移动的距离s。
(4)通过更换滑轮组、改变钩码数目等操作,进行多次测量。
实验 次数 钩码重 量G/N 钩码上升 高度h/m 绳端拉 力F/N 绳端移动 距离s/m 机械 效率η
1 4 0.1 2.7 0.2 74%
2 4 0.1 1.8 0.3 74%
3 8 0.1 3.1 0.3 86%
4 8 0.1 2.5
　　(5)用图丁装置进行实验,得出表中第4次实验数据,请将表中的两个数据填写完整。
(6)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 (选填“有关”或“无关”)。
(7)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 。
(8)通过比较3、4两次实验数据可得出结论:不同滑轮组提升相同重物时,动滑轮越轻,滑轮组机械效率越 。
【实验结论】滑轮组的机械效率与 、 等因素有关。
【实验评估】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,你认为他的想法 (选填“正确”或“不正确”),因为他没有考虑到 对滑轮组机械效率的影响。
参考答案
【预习导学】
知识点一
1.W有
2.动滑轮　W额
3.W有+W额
对点自测　288　24
知识点二
4.有用功　总功　小于　小于
5.×100%
6.(1)
(2)ηW总
对点自测　100　62.5　>
【合作探究】
任务驱动一
(一)有用功　总功
(二)Fs　F　s
(1)vt
(2)①4
②450　50　50
③50　140　90
任务驱动二
【实验原理】=
【实验过程】
(2)竖直　匀速
(5)0.4　80%
(6)无关
(7)高
(8)高
【实验结论】提升物体的重　动滑轮的重
【实验评估】不正确　摩擦

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