资源简介 第九章 机械和功 第五节 探究使用机械是否省功 目录 CONTENT 教学目标 FIRST PART 01 教学内容 SECOND PART 02 练习思考 THIRD PART 03 课后作业 FOURTH PART 04 教学目标 1.能结合实例分析什么是有用功、额外功和总功,并且知道它们之间的关系。(物理观念) 2.能说出机械效率的含义,知道机械效率总是小于 1。(物理观念) 3.能利用机械效率的公式进行简单的计算。(科学探究) 课堂引入 观察与思考 做作业0.5h 打瞌睡2h 玩游戏2h 为什么小芳同学学习成绩不好呢? 以下是小芳同学半天的学习情况 第5节 探究机械是否省功 利用滑轮组提升重物,绳端拉力所做的功与滑轮组对重物所做的功相同吗? 课堂引入 观察与思考 在学习过程中,与学习效率,在机械工作中存在机械效率。 在生活中,我们利用机械帮助我们工作,会给我们带来极大的方便。有的机械可以省力,有的机械可以省距离。 知识点1 使用任何机械动不省功 (1)如图甲所示,用弹簧测力计将钩码缓慢地提升一定的高度,将数据填入表格,并计算拉力做的功。 (2)如图乙所示,用弹簧测力计和一个动滑轮将同样的钩码缓慢地提升相同的高度,记录实验数据并计算拉力做的功。 不适用机械直接提升物体做功,与使用机械提升物体时做功相同吗? 1. 研究使用动滑轮是否省功 提出问题 实验设计与制定计划 一、使用任何机械都不省功 {5C22544A-7EE6-4342-B048-85BDC9FD1C3A}做功方式 拉力 F/N 物体升高的 高度h/m 拉力移动的 距离S/m 用弹簧测力计 直接提升2个钩码 用弹簧测力计和一个动滑轮提升2个钩码 2 0.1 0.1 1.2 0.1 0.2 数据记录 一、使用任何机械都不省功 ①直接用弹簧测力计提升2个钩码所作的功: W1=F1s1= 2N×0.1m=0.2J ②用弹簧测力计和一个动滑轮提升2个钩码,所做的功 W2=F2s2= 1.2N×0.2m=0.24J ③ W2 > W1 {5C22544A-7EE6-4342-B048-85BDC9FD1C3A}做功方式 拉力 F/N 物体升高的 高度h/m 拉力移动的 距离s/m 拉力做的 功W/J 直接用弹簧测力计 提升2个钩码 2 0.1 0.1 用弹簧测力计和一个 动滑轮提升2个钩码 1.2 0.1 0.2 分析论证 0.2 0.24 一、使用任何机械都不省功 使用动滑轮提升重物比直接用手提升重物并不省功 实验结论 利用动滑轮提升重物多做的功来源于哪里呢? ?使用动滑轮会省力,但拉力移动的距离增加了一倍,加上动滑轮的自重及摩擦等因素的影响,使用动滑轮提升重物非但不省功,还要费功。 评估 一、使用任何机械都不省功 一、使用任何机械都不省功 2.功的原理 (1)使用机械,有时为了省力,如省力杠杆、滑轮组;有时为了省距离,如费力杠杆:有时为了改变力的方向,如定滑轮。总之,机械的使用给人们的生活和生产带来了方便,但使用任何机械都不能省功,这就是功的原理。 (2)功的原理对一切机械都适用,在历史上被誉为“机械的黄金定律”。 一、使用任何机械都不省功 3.对使用机械做功的理解 (1)不考虑摩擦和自重的机械,称为理想机械.在理想机械中,人们对机械做的功四与机械对物体做的功W相等。 (2)在实际机械中要考虑摩擦和机械的自重.人们对机械所做的功 W大于机械对物体所做的功 W',即W>W'。 一、使用任何机械都不省功 【典例1】钟楼是西安的地标式建筑,历经600余年雄姿依旧,钟楼历久弥新的窍诀就在于有专业人员定期的修缮保养,如图所示,在一次修缮过程中工人用滑轮组将重为300N的货物10s内匀速提升2m,已知动滑轮的重力是100N。若不计绳重与摩擦,工人对绳子的拉力为 N,拉力做的功为 J;使用该滑轮组 (选填“能”或“不能”)省功。 【详解】[1]由图可知,动滑轮上承担物重的绳子股数????=2,不计绳重和摩擦,工人对绳子的拉力为 ????=1????????物+????动=12×300N+100N=200N ? [2]提升重物匀速上升的过程中,拉力做的总功 ????总=????????绳=?????????=200N×2×2m=800J ? [3]由功的原理可知,使用任何机械都不能省功。 200 800 不能 知识点2 有用功 额外功和总功 二、有用功 额外功和总功 1. 现象探究 如图所示,利用甲、乙、丙三种方法把重 100 N的沙子运上三楼。 目的 方法图示 二、有用功 额外功和总功 现象分析 甲、乙、丙三种方法的目的是完成同一件事,即把重100N的沙子提升6m。 甲除了对沙子做了功外,还对自身和桶做了功。 乙除了对沙子做了功外,还对桶做了功。 丙除了对沙子做了功外,还对动滑轮和桶做了功。 在甲乙丙三人中,都做了一些与完成该事情无关但又必须做的功。 探究结论 机械的利用方便了我们的工作,而我们也必须为这种方便付出一定的额外劳动。 二、有用功 额外功和总功 探究结论 甲、乙、丙三种方法的目的是完成同一件事,即把重100N的沙子提升6m。 甲除了对沙子做了功外,还对自身和桶做了功。 乙除了对沙子做了功外,还对桶做了功。 丙除了对沙子做了功外,还对动滑轮和桶做了功。 在甲乙丙三人中,都做了一些与完成该事情无关但又必须做的功。 以使用动滑轮提升钩码进行分析 ②额外功 用动滑轮提升钩码时,我们还不可避免要克服动滑轮本身的重力及摩擦力等因素的影响而多做的功,这部分功叫做额外功,用W额表示。额外功是对人们无用但又不得不做的功。 ①有用功 将钩码提升一定的高度是我们的目的,动滑轮对钩码的拉力做的功叫做有用功,用W有表示。 ③总功 人拉力做的功为总功,用W总表示。其中 W总=Fs 2. 有用功、额外功和总功 总功:有用功与额外功之和. W总= W有+ W额 二、有用功 额外功和总功 (1)定义:为了达到目的人们必须要做的功 (2)实例分析 ①当用机械竖直向上匀速提升物体时,即W有用=Gh; ②当用机械水平匀速拉动物体时W有用 =fs. 3. 有用功(W有用)的理解 二、有用功 额外功和总功 思考:将一桶水提上楼,其有用功应该怎么算? 提示:W有用=G水h (1)定义:人们在达到一定目的的过程中并不需要但又不得不额外做的功. (2)额外功产生的原因分析:提升物体时,克服机械自重、容器自重,以及克服机械间的摩擦所做的功。 3. 额外功(W额外)的理解 二、有用功 额外功和总功 思考:将一桶水提上楼,其额外功应该怎么算? 提示:W额外=G桶h(克服桶自身的重力) (1)定义:人们在达到一定目的的过程中,实际做的功,即有用功和额外功的总和,一般指使用机械时动力F做的功. (2)表达式:W总=W有用+W额外 3. 总功(W总)的理解 二、有用功 额外功和总功 思考:将一桶水提上楼,其总功应该怎么算? 提示:对水和桶做的功 问题:用书包背书,把书从一楼背到五楼,问:哪部分是有用功,哪部分是额外功? 【提示】对书做的功是有用功;对书包做的功是额外功。 有用功和额外功的判断 二、有用功 额外功和总功 二、有用功 额外功和总功 【典例2】用如图所示的电动起重机将6000N的重物匀速提升了4m,起重机的功率为5000W,此过程用时10s。该起重机做的有用功是 J,总功是 J。 【详解】[1]该起重机做的有用功是 ????有=?????=6000N×4m=2.4×104J [2]该起重机做的总功是 ????总=????????=5000W×10s=5×104J ? 2.4×104 ? 5×104 ? 知识点3 机械效率 由于额外功是我们不需要的、浪费能量的功,因此在保证所做有用功一定的情况下,人们总是希望额外功越少越好,即额外功在总功中所占的比例越小越好,也就是有用功在总功中所占的比例越大越好。 有用功占总功的比例反映了机械的一项性能,在物理学中用机械效率来表示。 1. 不可避免的额外功 三、机械效率 ①物理学中,将有用功跟总功的比值叫做机械效率。 机械效率 η = W有 W总 机械效率只有大小,没有单位。由于有用功总小于总功,所以机械效率总小于1 。机械效率通常用百分数表示。 机械效率的高低与是否省力、滑轮组绳子的绕法、物体被提升的高度及速度无关。 ③对机械效率的理解: ②计算公式: 2. 机械效率 三、机械效率 ④一些机械的机械效率 纽科门蒸汽机最初的机械效率约1% 瓦特蒸汽机的机械效率提高至6% ~ 15% 起重机的机械效率40%~50% 三、机械效率 ④一些机器的机械效率 汽油机22~27% 离心式水泵60~80% 喷气发动机50~60% 机械效率是标志机械做功性能好坏的重要指标,机械效率越高,机械的性能越好。 三、机械效率 (1)杠杆 如图所示,利用杠杆把重力为G的物体提高h,F 为动力,S为动力作用点移动的距离。 额外功????额: 克服杠杆自重及摩擦力做的功。 ? 则有用功为????有用=????? ? 总功为????总=???????? ? 3. 三种简单机械的机械效率 机械效率???????=????有?????总=????????????? ? 三、机械效率 (2)竖直面上的滑轮组 机械效率??????=????有?????总=????????????????= ???????????? ? 由公式可知: 当动滑轮的重力一定时,物重越大,机械效率越高。 不计绳重、摩擦力时: 机械效率??????=????有?????总=??????????+????动?= ????????+????动 = 11+????动???? ? 如图所示,利用滑轮组把重力为G的物体提高h。F 为动力,s为绳子自由端移动的距离,n为承担重物的绳子股数。 三、机械效率 (3)水平方向上的滑轮和滑轮组(不计滑轮及绳重) 机械效率????=????有?????总=????????物????????绳 =????3???? ? 使用滑轮或滑轮组用力F沿水平方向匀速拉动物体,物体与水平面的摩擦力为f, ????绳为绳子自由端移动的距离,????物为物体移动的距离,n为动滑轮上的绳子股数。 ? f摩擦力 机械效率????=????有?????总=????????物????????绳 =????2???? ? 机械效率????=????有?????总=????????物????????绳 =???????????? ? f摩擦力 三、机械效率 (4)斜面 如图所示,用力F沿斜面把重力为G的物体提高,h为斜面的高度,l为斜面的长度。f 为物体与斜面间的摩擦力。 则有用功为????有用=????? ? 总功为????总=???????? ? 额外功????额: 克服斜面与物体之间的摩擦力做的功:????额=???????? ? 机械效率????=????有?????总=?????????????=???????????+???????? ? 三、机械效率 课堂小结 三、机械效率 【典例3】关于机械效率,下列说法中正确的是( ) A.做有用功多的机器,机械效率一定高 B.有用功占总功的比例越大,机械效率越高 C.没有摩擦的机械,其效率可以是100% D.做同样的功,额外功越小,机械效率越高 BD 三、机械效率 【典例4】如图所示,用竖直向上的力匀速拉动较长的杠杆,使重为180N的物体缓慢升高0.1m,拉力大小????=80N,拉力移动的距离为0.25m。拉力所做的功为 J,有用功为 J,杠杆的机械效率为 。 ? 【详解】[1]拉力所做的功为 W总=Fs=80N×0.25m=20J [2]有用功 W有=Gh=180N×0.1m=18J [3]杠杆的机械效率为 ????=????有????总×100%=18J20J×100%=90% ? 20 18 90% 三、机械效率 【典例5】用如图所示的滑轮组匀速提升钩码,已知钩码总重8N,弹簧测力计的示数为3N,绳子自由端被拉上去了30 cm,则使用该滑轮组做的总功为 J,额外功为 J,这个滑轮组的机械效率是 。 【详解】[1][2][3]根据该滑轮组的组装,可看出有3段绳子承担钩码,那么绳子自由端移动的距离是钩码移动距离的3倍即s=3h,所以,使用该滑轮组做的总功为????总=????????=3N×30×10?2m=0.9J ? 有用功为????有=?????=????×????????=8N×30×10?23m=0.8J 由????总=????有+????额可得,额外功为????额=????总?????有=0.9J?0.8J=0.1J ? 由????=????有????总×100%可得,这个滑轮组的机械效率是 ????=????有????总×100%=0.8J0.9J×100%≈88.9% ? 0.9 0.1 88.9% 课堂练习 1.一个滑轮组经改进提高了机械效率,用它把同一物体匀速提升同样的高度,改进后与改进前相比较( ) A.总功不变,有用功增加了 B.总功不变,额外功减小了 C.有用功不变,总功减小了 D.以上说法都不对 C 课堂练习 2.某小区正在进行改造施工,工人用如图所示的滑轮组将750N的沙子匀速提升了10m,若工人所用的拉力为400N,则该滑轮组的机械效率为 。使用该滑轮组既能 又能改变力的方向。使用滑轮组 (选填“能”或“不能”)省功。 62.5% 省力 不能 【详解】[1]由图可知,重物由3段绳子承担,已知沙子上升高度h=10m,则绳子自由端移动距离s=3h=3×10m=30m 总功W总=Fs=400N×30m=12000J 有用功W有=Gh=750N×10m=7500J 滑轮组的机械效率????=????有????总=7500J12000J=62.5% ? 【详解】[1]箱子匀速运动的速度????=????????=4m4s=1m/s 功率的计算公式????=????????=????????????=???????? 输送带的动力为????=????????=500????1????/????=500N ? [2]输送带做的总功????总=????????=500W×4s=2000J 由????=????有????总得????有=????????总=60%×2000J=1200J 由????有=?????得?=????有????=1200J800N=1.5m ? 课堂练习 3.工人用上图所示的输送带运输苹果,已知整箱苹果重800N,斜面长4m,输送带的额定功率为500W,箱子匀速运输到车上用时4s。在这个过程中输送带的动力为 N,若输送带的机械效率为60%,则输送带上苹果被输送到了 m的高度。 500 1.5 课堂练习 4.如图所示,杠杆在竖直向下拉力F的作用下将一物体缓慢匀速提升,下表是提升物体时收集到的信息。 80 88.9% {5C22544A-7EE6-4342-B048-85BDC9FD1C3A}物重G/N OA/m OB/m A端上升的高度h/m B端下降的竖直距离s/m 40 0.8 0.4 0.2 0.1 若不计杠杆自重和摩擦,拉力应为 N;若实际拉力F为90N,则该杠杆的机械效率为 。 课堂练习 【详解】[1]如图,不计杠杆自重和摩擦,根据杠杆的平衡条件可得 ?????????????=?????????????,则????=?????????????????????=40????×0.8????0.4????=80N [2]由表中数据可知,提升物体所做的有用功 W有用=Gh=40N×0.2m=8J 总功为????总=????????=90N×0.1m=9J 杠杆的机械效率????=????有????总×100%=8J9J×100%≈88.9% ? 【详解】[1]运动过程中克服物体的重力做的功为 ????有=?????=100N×4m=400J ? [2]斜面的机械效率为 ????=????有????总=????有????有+????额=400J400J+100J×100%=80% ? [3]拉力F做的功为????总=????有+????额=400J+100J=500J 则拉力F的大小为????=????总????=500J10m=50N ? 课堂练习 5.如图,斜面长s=10m,高h=4m,用沿斜面方向的拉力F,将一个重为100N的物体由斜面底端A处匀速拉到顶端B处,运动过程中物体克服摩擦力做了100J的功,则运动过程中克服物体的重力做的功为 J;斜面的机械效率为 ;拉力F的大小为 N。 400 80% ? 50 2025 Thank you for watching! 谢谢观看 展开更多...... 收起↑ 资源预览