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12.3 机械效率
素养目标
1.能结合实例分析什么是有用功、额外功和总功。
2.能说出机械效率的含义,能说出机械效率小于1的原因,会利用机械效率的公式进行简单的计算。
3.通过实验,得出滑轮组的机械效率与物体重力、动滑轮重力的关系。
◎重点:能利用机械效率公式进行简单的计算。
【预习导学】
生活中的物理
如图,小明同学正在背着书包上楼梯。
小明背着书包上楼梯时,对书包做功,对书包内的书也做功;对书包做的功和对书做的功有什么区别吗
重点梳理
知识点一 有用功和额外功
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。
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 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。
甲　　　　乙
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= 。
对点自测
1.某人用如图所示装置将重为12 N的物体匀速提高0.1 m,拉力F=6 N,则此人做的有用功为
J,额外功为 J。
【参考答案】
知识点一
1.W有
2.动滑轮　W额
3.W有+W额
对点自测
1.1.2　0.6
知识点二 机械效率
1.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,都不可避免地要做额外功,有用功 总功,所以任何机械的机械效率 1。
2.计算公式:η= (结果用百分数表示)。
3.机械效率的变形公式:
(1)求总功:W总= ;
(2)求有用功:W有= 。
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功率和机械效率的辨析
功率 机械效率
区别 意义 表示物体做功快慢 衡量机械性能优劣
公式 P= η=×100%
单位 瓦特(W) 没有单位
影响 因素 做功的多少和做功所用的时间 机械设备的结构,摩擦大小等
联系 机械效率与功率之间没有必然的联系,其中一个的大小决定不了另一个的大小,在计算中η=×100%=×100%= ×100%
对点自测
2.利用如图所示的滑轮组实验装置,小宇在10 s内用500 N的拉力,将重800 N的物体匀速吊起2 m的高度,则所做的有用功为 J,滑轮组的机械效率为 %。
【参考答案】
知识点二
1.有用功　总功　小于　小于
2.×100%
3.(1)
(2)ηW总
对点自测
2.1600　80
【合作探究】
任务驱动一 通过分析法,由机械效率公式推导计算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:如甲图,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。
②用平衡力和相互作用力求拉力:如乙图,用滑轮组匀速提升物体,人的重力为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:如丙图,用如图所示滑轮组从水中匀速提起一个体积为5000 cm3的石块A,此时石块仍浸没在水中。石块A受到的浮力为 N,石块A的重力为
N,动滑轮下面的细绳对石块A的拉力为 N。(ρ石=2.8×103 kg/m3,g取10 N/kg)
【参考答案】
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 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重力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、弹簧测力计挂钩上升的距离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 力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】
驱动二
【实验原理】
=
【实验过程】
(2)竖直　匀速
(4)0.4　80%
(6)无关
(7)高
(8)高
【实验结论】提升物体的重力　动滑轮的重力
【实验评估】不正确　摩擦

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