资源简介

(共44张PPT)
第十二章 简单机械
第3节 机械效率
理解什么是有用功、额外功和总功；
会分析影响滑轮组机械效率大小的因素，指出提高机械效率的方法。
【学习目标】
【学习重点】
对力臂的引入和理解。
【学习难点】
机械效率。
测量滑轮组的机械效率。
1
创设情境 导入新课
2
合作交流 探索新知
3
随堂练习 巩固基础
4
明辨易错 精准理解
5
当堂检测 及时反馈
7
总结反思 知识内化
6
拓展延伸 能力提升
8
作业布置 课后练习
课 堂 板 块 目 录
创设情境 导入新课
盘山公路虽然省力但是要多绕“冤枉”路。
用动滑轮省一半力但是费两倍距离。
省力的机械一定费距离
粒粒家买了一批砖头，想要运到二楼，可以直接用绳拉，也可以使用动滑轮或者定滑轮，其中砖重100 N，滑轮重20 N，滑轮与绳间的摩擦力为5 N，在这三种方法中哪种方法最省力？
h=3 m
那么哪种方法做功最少呢？
合作交流 探索新知
=Gh
=100 N×3 m
=300 J
W3 =Gh + f h + Gh
=100 N×3 m + 5 N×3 m + 20 N×3 m
= 300 J + 15 J + 60 J = 375 J
W2 =Gh +f h
=100 N×3 m + 5 N×3 m
=300 J +15 J = 315 J
虽然使用机械能省力或改变作用力方向，但是由于机械自重或摩擦等影响，需要做额外功。
W1
有用功、额外功、总功
有用功300 J
目的
没用但不得不做
额外功75 J
克服动滑轮重做功60 J
克服物体重做功300 J
克服摩擦力做功15 J
有用功、额外功、总功
W3 = 375 J
动力对机械所做的功。
克服机械自重和摩擦力所做的无用功，
但又不得不做。
对人们有用的功；在数值上等于直接用手对物体做的功。
有用功“W有”：
额外功“W额”：
总功“W总”：
人们总希望有用功占总功的比例越大越好。
为了表示这个比例，物理学中引入了“机械效率”。
有用功、额外功、总功
W总= W有 + W额
机械效率是一个百分数，没有单位。
由于机械都有自重，且部件间存在摩擦力，所以有用功一定小于总功，所以η小于1。
有用功跟总功的比值叫机械效率，用“”表示。
定义：
公式：
理解：
机械效率
起重机40 % ~ 50 %
抽水机60 % ~ 80 %
滑轮组50 % ~ 70 %
柴油机28 % ~ 40 %
机械效率
常见机械的机械效率
测量滑轮组的机械效率
s
h
实验器材
滑轮组、弹簧测力计、钩码、刻度尺
实验步骤
1.用弹簧测力计测出钩码重力G；
2.安装滑轮组，记下钩码和绳端的位置；
3.匀速拉动弹簧测力计，使钩码上升，读
出拉力F，测出钩码上升的高度h和绳端
移动距离s；
4.改变钩码重力，重复上面实验，记录数据；
5.改变动滑轮重或增加个数，重复上面实验。
机械效率
数据处理
次数 钩码重G/N 动滑轮重G/N 钩码上升高度h/cm 拉力F/N 绳端移动距离s/cm
1 20 10 10 13.3 30
2 40 10 10 20 30
3 60 10 10 26.7 30
4 20 20 10 16.7 30
如果没有刻度尺，能得到机械效率吗？
机械效率
可以用==。
2
4
6
2
50 %
66.7 %
75 %
40 %
4
6
8
5
实验结论
①对于同一滑轮组，钩码重力越大，机械效率越高。
②对于用不同的滑轮组提升相同的物体，动滑轮重
力越大，机械效率越低。
影响滑轮组的机械效率的因素有哪些呢？
机械效率
在忽略摩擦的情况下，W有=h，h，
则W总= W有 + W额=h + h 。
滑轮组机械效率为
理论分析
那么怎样才能提高“机械效率”呢？
机械效率
滑轮组的机械效率主要有关，物体越重、动滑轮越轻，机械效率越高。
适当增大物重
提高机械效率的方法
①减小机械自重；
使用较轻滑轮
②减小机械摩擦；
定时润滑
③增大有用功。
机械效率
随堂练习 巩固基础
例1.体重是400 N的小丽同学用重10 N的水桶，提起重为
100 N的水沿楼梯送到6 m高的宿舍里使用，完成这
一 次提水，她对水做的功为有用功，则她做的有用
功和额外功分别是（　　）
A．600 J，60 J B．600 J，2460 J
C．660 J，2400 J D．3000 J，60 J
B
例2.下列关于功率、机械效率说法正确的是（　　）
A．省力越多的机械，机械效率越大
B．机械做功越快，功率就越大
C．单位时间做功越多的机械，机械效率越高
D．机械做功越多，功率就越大
B
例3.用如图所示的滑轮组将重为10 N的物体匀速提升0.1 m，
拉力F = 6 N，在这一过程中，下列说法正确的是（　 ）
A．所做的有用功为1 J
B．所做的额外功为0.5 J
C．所做的总功为1.4 J
D．此滑轮组的机械效率为50 %
A
例4.如图所示，一根质地均匀的细木棒OC，OA = OC，
B为OC的中点。在C点用始终竖直向上的50 N的拉力
将挂在A点的重为180 N的物体匀速提升0.1 m。提升该
物体做的有用功是　 　J，总功是　　 J，木棒的机
械效率为_______（不计摩擦）。
18
20
90 %
O
A
B
C
（1）实验中，将杠杆拉至图中虚线位置，测力计的示数F
为　 　 N，钩码总重G为1.0 N，钩码上升高度h为
0.1 m，测力计移动距离s为0.3 m，则杠杆的机械效率
为　 　%。
请写出使用该杠杆做额外功的一个原因：
　 。
0.5
66.7
由于使用杠杆时需要克服杠杆自重做功
例5.用如图所示的实验装置测量杠杆的机械效率。实验时，
竖直向上匀速拉动弹簧测力计，使挂在较长杠杆下面的
钩码缓缓上升。
（2）为了进一步研究杠杆的机械效率与哪些因素有关，一位
同学用该实验装置，先后将钩码挂在A、B两点，测量并
计算得到下表所示的两组数据：
不能
次数 钩码 悬挂点 钩码总重 G/N 钩码移动 距离h/m 拉力 F/N 测力计移动 距离s/m 机械效率η/%
1 A点 1.5 0.10 0.7 0.30 71.4
2 B点 2.0 0.15 1.2 0.30 83.3
根据表中数据，能否得出“杠杆的机械效率与所挂钩码的重力有关，钩码越重其效率越高”的结论？答：　 　。
明辨易错 精准理解
1. 利用如图所示的滑轮，在粗糙水平面上匀速拉动物体，
下列叙述正确的是（　　）
B
A．克服物体重力做的功是有用功
B．克服物体受地面摩擦力做的功是有用功
C．绳子自由端的拉力F做的功是有用功
D．克服物体受地面摩擦力做的功是额外功
F
F1
2.如图所示甲、乙两套装置所用滑轮质量均相等，用它们分
别将所挂重物在相等时间内竖直向上匀速提升相同高度。
若G1＝G2，所用竖直向上的拉力分别为F1和F2，拉力做功
的功率分别为P1和P2，两装置的机械效率分别为η1和η2
（忽略绳重和摩擦），则下列选项正确的是（　　）
A
A．F1＞F2 P1 = P2 η1 = η2
B．F1＞F2 P1＜P2 η1＜η2
C．F1＜F2 P1＜P2 η1＜η2
D．F1＜F2 P1＞P2 η1＞η2
甲 乙
当堂检测 及时反馈
1.板车上装有货物，一人拉着该板车将货物送到目的地，
对货物所做的功叫　 功，对板车所做的功叫　 功，
如果目的是送板车，则对板车所做的功叫　 　功，对
货物所做的功叫　 　功。
2.两台机械所做的总功之比为2：1，它们的机械效率之比为
3：4，则它们所做的有用功之比为（　　）
A．2：1 B．3：4
C．8：2 D．3：2
有用
额外
有用
额外
D
3.用总功率为10 kW，最大抽水高度10 m的水泵给水塔抽水，
水塔顶端水箱容积为200 m3，水塔水箱距地面高度为24 m，
抽水机的机械效率为50 %，则最少需要　台这样的抽水机，
同时满负荷工作　 　 s可以将水塔抽满？
4.朝鲜族有一种群众喜爱的娱乐跳板，若支点在跳板中央，
当体重均为600 N的两名运动员从1.5 m处由静止下落到跳
板一端时，静止于另一端重为450 N的女运动员被向上弹
起3 m高，若不计空气阻力，跳板的机械效率为（　　）
A．100 % B．90 % C．75 % D．25 %
3
3.2×103
C
如图所示，水平拉力F1将所受重力为G的物体沿直线匀
速拉动s1的距离，做功W1 ；如图，借用滑轮组， F2使
物体在同一水平地面上匀速直线运动同样的距离s1 ， F2
所拉绳端的上升距离为s2 ，做功W2 。则（　　）
B
A． W2=3 F2 s2
B．图中有用功W有=F1 s1
C．
D．图中，拉力F2克服物体与地面间的摩擦力做了额外功
6.分别用图甲、乙的方式将重为50 N的物体提升1 m，已知
滑轮重5 N（不计绳重和摩擦）。则（　　）
A．甲图中手对物体所做的功较大
B．乙图中手对物体所做的功较大
C．手的拉力：F甲＞F乙；机械效率：η甲＞η乙
D．手的拉力：F甲 < F乙；机械效率：η甲 < η乙
D
7.如图所示，斜面长1 m，高0.4 m，用大小为5 N方向平行
于沿斜面向上的拉力F，将重10 N的铁块从底端匀速拉到
顶端。下列说法正确的是（　　）
D
A．拉力做功10 J B．有用功为2 J
C．物体受到的摩擦力为5 N D．斜面的机械效率为80 %
8.通过测量滑轮组机械效率的实验，可得出下列各措施中
能提高机械效率的是（　　）
A．增加提升重物的重力
B．改用质量小的定滑轮
C．减少提升高度，减少做功
D．增加动滑轮，减小拉力
A
9.如图所示，小宇用沿斜面向上的力F =300 N，把50 kg的
木箱沿斜面匀速推到2 m高处，斜面长4 m，g=10 N/kg。
求：
1000
50
（1）小宇对木箱做的有用功为　 　J；
（2）此过程中物体受到的摩擦力为　 　N。
2 m
4 m
（1）动滑轮自重是　　N；
（2）当G物 =4 N时，重物以v =2 m/s速度匀速
上升，拉力F做功的功率是　 W；
（3）图乙中的曲线表明，同一滑轮组的机械
效率η随所挂物重G物的增大而增大，最
终　 　（会/不会）达到100 %；仅改
变图甲中的绕绳方式、重复上述实验，
所得到的η﹣G物与图乙曲线　 　（相同/不同）。
12
2
不会
相同
10.现用如图甲的装置来探究滑轮组的机械效率η与所挂物重G物的
关系，改变G物，竖直向上匀速拉动弹簧测力计，计算并绘出η
与G物关系如图乙，若不计绳重和摩擦，则：
拓展延伸 能力提升
1.如图所示，小型牵引机通过滑轮组匀速打捞起井中的物体。
已知物体质量为120 kg，密度为1.6×103 kg/m3 。物体在被
拉出水面前后，牵引车作用在绳子上的拉力之比为1：2。
不计摩擦、绳重及水的阻力。
（1）物体的体积多大？
（2）物体出水面前，滑轮组的机械效率是多少？
解：（1）由可得，物体的体积：
0.075 m；
（2）物重：G = mg =120 kg×10 N/kg = 1200 N，
浮力：F浮 =ρ水 g V排 =1.0×103 kg/m3×10 N/kg×0.075 m3 = 750 N，
水中受到的拉力为F1 = G﹣F浮 = 1200 N﹣750 N = 450 N，
设出水面前、后绳端的拉力为F、F′，动滑轮的重力为G1，
则出水面前： ①
出水面后：F′ = ②
由①②两式相比可得，解得： G1 = 300 N，
代入①式：F = 250 N，出水面前η = = 60 %；
（3）出水面后上升的高度：h′ = vt = 5.4 km/h×h = 0.45 km = 450 m，
汽车行驶的距离：s′ = nh′ =3×450 m = 1350 m，
绳端的拉力：F′=
由力的平衡条件可得，汽车受到的牵引力：
F牵 =F′ + f = 500 N + 100 N = 600 N
牵引力做的功：W = F牵 s′ = 600 N×1350 m
= 8.1× 105 J。
（3）物体出水面后上升的速度是5.4 km/h，牵引车匀速
运动时受到的阻力为100 N，车的牵引力在5 min内
做了多少的功？g=10 N/kg。
练习知识双向细目表
内容 识记 理解 应用 分析 综合 评价
（含创造）
简 单 机 械 有用功、额外功和总功 例 1 辨 1 测 1 测 9 测 5 例 3 测 7
机械效率 例 2 测 8 测 2 测 4 测 6 例 4 例 5辨 3测10 拓 1
知识点
能力层次
总结反思 知识内化
机械效率
定义
有用功
额外功
总功
公式
提高方法
影响因素
作业布置 课后练习

展开更多......

收起↑