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第十一章 机械与功
第4节 机械效率
第2课时 测量滑轮组的机械效率
1.通过学习机械效率的影响因素，认识机械效率对于机械设备的重要意义。（素养）
2.通过实验，探究机械效率影响因素。（重点）
3.实验测量滑轮组的机械效率。（难点）
1.使用动滑轮提升物体时的有用功、额外功、总功分别是什么？
2.机械效率的计算公式
提出问题：同一个机械的机械效率是否是一定的？
猜想：
1.同一机械，机械效率是一定的。
2.同一机械，机械效率不是一定的。
制定计划与设计实验：
选用一定一动滑轮组进行探究，提升物体分别为一个钩码（0.2N）两个钩码(0.4N)、三个钩码(0.6N)
测量三次数据，比较数据得到结论。
想一想：测量滑轮组机械效率需要测量的物理量有哪些？
测量滑轮组机械效率需要测量的物理量
G :物体的重力
h :物体升高的高度
F :绳子自由端的拉力
s :绳子自由端移动的距离
1.测出钩码的重力G，并记录表中
2.把滑轮组和刻度尺安装好，读出钩码和弹簧测力计的位置
3.匀速拉动弹簧测力计，使钩码匀速上升，读出弹簧测力计数F，从刻度尺读出钩码升高距离h和绳子自由端移动距离S，记录数据在表格中。
4.计算出总功、有用功和机械效率
小组讨论得出测量步骤
滑轮组 钩码重/N 钩码上升高度/m 有用功/J 弹簧测力计示数/N 绳子自由端移动距离/m 总功/J 机械效率
（a）
（b）
（c）
设计表格
小组分工合作完成实验，记录数据，对实验过程中的问题进行讨论交流。
1.在提升钩码的过程中，应注意什么？
2.同一个滑轮组挂不同质量的钩码时，机械效率相同吗？
要匀速提升钩码
不相同，钩码质量越大，机械效率越高
小组展示实验成果，共同得到结论
1.同一机械机械效率不总是一定的。
2.机械效率与物重有关，同一滑轮组物重越重，机械效率越大。
(a)
(b)
提出问题：
物重相同时，动滑轮个数不同，机械效率相同吗？
小组合作继续探究，直到得出结论。
物重相同时，动滑轮的自重越大，机械效率越低。
议一议：如何提高滑轮组的机械效率？
提高机械的机械效率的两条途径：
1.增大有用功所占的比例：
额外功一定时，增加有用功。
2.减小额外功所占的比例：
有用功一定时，减小额外功。
例如：增加物重。
例如：减小动滑轮的自重和绳子的摩擦。
可提高机械效率的具体措施
2.改进机械的结构，减小机械自重。
1.减小机械间的摩擦力。
例如：换用较轻滑轮就可提高其机械效率。
例如：加强机械运动部位的润滑.
3.增加物重。
机械效率是反映机械性能优劣的重要指标，用来表示机械对总功的利用率。
常见机械的机械效率值
⑴实验时要竖直向上　　　拉动弹簧测力计，由图可知拉力大小为　　N，若钩码上升的高度为8cm，则弹簧测力计向上移动　　cm，该滑轮组的机械效率为　　　　。
⑵若仅增加钩码的个数，该滑轮组的机械效率将　　　　　____（选填“增大”“减小”或“不变”）
匀速
2.4
24
83.3%
增大
图为测量滑轮组机械效率的实验装置，钩码总重6N。
知识点1 机械效率的理解与判断
基础通关
1.在探究“影响滑轮组机械效率的因素”时,小明同学用如图所示甲、乙两个相同的滑轮组来验证的猜想是滑轮组的机械效率可能与(　　)
A.被提升物体重力有关
B.动滑轮重力有关
C.物体被提升的高度有关
D.承重绳子的段数有关
A
3
2
1
4
2.用如图所示的装置研究滑轮组的机械效率,下列说法不正确的是(　　)
A.弹簧测力计通常要竖直向上匀速拉动
B.测量机械效率的原理η=×100%
C.机械效率与动滑轮重力的大小有关
D.提高机械效率可以通过减小钩码的重力来实现
3
2
1
4
D
3.小明用两个相同的滑轮组成不同的滑轮组,如图所示,分别将同一物体匀速提高到相同高度,绳子的自由端移动的距离为s1、s2,图中左、右滑轮组的机械效率分别为η1、η2,下列关系正确的是(忽略绳重及摩擦)( )
A. s1>s2,η1=η2 B. s1>s2,η1>η2
C. s1η2
C
3
2
1
4
知识点2 测量机械效率的探究实验
4.某实验小组在测滑轮组机械效率的实验中得到的数据如表所示,实验装置如图所示。
3
2
1
4
实验次数 1 2 3
钩码所受重力G/N 4 4 6
钩码上升高度h/m 0.1 0.1 0.1
绳端拉力F/N 1.8 1.6 1.8
绳端移动距离s/m 0.3 0.4
机械效率η 74.1% 62.5%
(1)实验中应沿竖直方向向上 拉动弹簧测力计。
(2)通过表中数据可分析出第2次实验是用图 (选填“甲”或“乙”)所示装置做的实验。
(3)通过第1次实验和第2次实验的数据分析可得出结论:使用不同的滑轮组提升相同的重物时,动滑轮的个数越多(动滑轮的质量越大),滑轮组的机械效率 (选填“越高”“不变”或“越低”)。
匀速缓慢
3
2
1
4
乙
越低
(4)该小组同学再用第2次实验中使用的装置做第3次实验,表中第3次实验中绳端移动距离s漏记,但仍然能计算出第3次的机械效率,则η=_______(精确到0.001)。
(5)通过比较第2次实验和第3次实验的数据可得出结论:使用相同的滑轮组提升不同的重物时,物重 ,滑轮组的机械效率 。
(6)小组同学发现实验过程中边拉动弹簧测力计边读数时,弹簧测力计的示数不稳定,所以他认为应该在弹簧测力计静止时读数,你认为这样的想法 (选填“正确”或“不正确”),因为没有考虑到 对滑轮组机械效率的影响。
83.3%
3
2
1
4
越重
越高
不正确
摩擦
5.【2023·江苏扬州】在学习了机械效率的相关知识后,课外研究小组有同学猜想:同一个机械的机械效率是不变的。为了验证猜想,他们用如图所示的滑轮组进行实验,改变钩码个数,用弹簧测力计沿竖直方向拉着细绳,使钩码匀速向上运动,测得的数据如表一。
能力突破
实验次数 钩码 重G/N 钩码上升的高度h/m 绳端拉力F/N 绳端移动距离s/m 有用功W有用/J 总功W总/J 机械效率η/%
1 2 0.1 1.0 0.3 0.2 0.30 66.7
2 3 0.1 1.4 0.3 0.3 0.42 71.4
3 5 0.1 2.2 0.3 0.5 0.66 75.8
表一
5
(1)分析表中的数据,他的猜想是 (选填“正确”或“错误”)的。
(2)实验小组又进行了如下的探究:改变滑轮的个数组成不同的滑轮组,仍用弹簧测力计沿竖直方向向上匀速拉动细绳,测得的数据如表二。
错误
表二
实验次数 动滑轮个数 钩码重G/N 绳端拉力F/N 钩码上升的高度h/m 绳端移动距离s/m 有用功W有用/J 总功W总/J 机械效率η/%
4 1 6 3.6 0.2 0.4 1.2 1.44 83.3
5 2 6 2.4 0.2 0.8 1.2 1.92 62.5
6 3 6 2.2 0.2 1.2 1.2 2.64 45.5
5
分析数据可知:物重相同,动滑轮个数越多越省力,但机械效率越 。进一步分析还发现,当滑轮组越来越省力时,它的额外功越来越大,甚至会出现额外功 有用功的情况,所以设计一个机械模型时,既要考虑省力,还要考虑 。
(3)根据表二中的数据,如果增加动滑轮个数继续实验,将会出现的困难是 ,你的改进方法是___________________ 。
5
低
大于
机械效率
绳端移动距离太长，不便操作
降低重物上升的高度
6.搬运工人站在水平高台上用如图所示的滑轮组匀速竖直向上提升重物,不计绳重和摩擦。工人的重力为640 N,所用拉力F的大小为150 N,重为360 N 的货物上升2 m,所用时间为20 s。
(1)提升时绳自由端的速度是多少
解：重物上升的速度v物==0.1 m/s,由题图可知n=3,所以绳自由端的速度v'=3v物=3×0.1 m/s=0.3 m/s。
6
素养达标
(2)拉力的功率是多少
(3)滑轮组的机械效率是多少
解：已知G物=360 N，则滑轮组的机械效率η== ×100%=80%。
解：拉力的功率P===Fv'=150 N×0.3 m/s=45 W。
6
(4)若仍用该滑轮组提升另一货物,机械效率为75%,则所提升货物的重力是多少
解：在上述过程中,F=150 N,G物=360 N,不计绳重和摩擦,拉力F=(G物+G动),则动滑轮的重力G动=3F-G物=3×150 N-360 N=90 N,由机械效率的定义可知η=×100%==,仍用该滑轮组提升另一货物,机械效率为75%,代入数值得 η==75%,解得此时货物的重力G物'=270 N。
6
谈谈你在这节课中，还有什么收获？
1.同一滑轮组，提起的物重越重，滑轮组的机械效率越高；
2.不同的滑轮组机械效率一般不同，且在物重相同时，动滑轮越重，滑轮组的机械效率越低。
作业：完成教材相关练习题。
谢 谢，同学们再见！

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