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第4节　机械效率
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一、有用功和额外功
阅读教材,完成下列问题:
1.在研究使用动滑轮是否省功实验中,将钩码提升一定的高度是我们的工作目的,动滑轮对钩码的拉力所做的功叫作　　　　,用W有用表示。弹簧测力计的拉力所做的功,叫作　　　　,用W总表示。用动滑轮提升钩码时,不可避免地要克服动滑轮本身所受的重力以及摩擦力等因素的影响而多做一些功,这部分功叫作　　　　,用W额外表示。总功等于　　　　　与
　　　　　之和,即　　 　　　　　。
2.大量实验表明:动力对机械所做的功(总功)总是　　　　(选填“大于”或“小于”)机械对外所做的功(有用功),即使用任何机械都　　　 　。
有用功
总功
额外功
有用功
额外功
　W总=W有用+W额外
大于
不能省功
二、机械效率
阅读教材,完成下列问题:
1.物理学中,将有用功跟总功的　　　　叫作机械效率。用公式表示
为　　　　　　。
2.有用功总是　　　　　(选填“大于”或“小于”)总功,所以机械效率总是
　　　　1。机械效率通常用　　　　　表示。
比值
η=
小于
小于
百分数
三、提高机械效率
阅读教材,完成下列问题:
提高机械效率的主要办法是　　　　　,使机械设备更　　　　、更　　　　　　。在使用中按照技术规程经常　　　　,使机械设备处于
　　　　的状态,对于保持和提高机械效率也有重要作用。
改进结构
合理
轻巧
保养
良好
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一、研究滑轮组的机械效率
如图所示,使用滑轮组把钩码提升一定的高度。
1.本次实验的原理:η=。
2.需要测量的物理量:钩码重、绳子的拉力、钩码
上升的高度、绳子自由端移动的距离这4个物理量。
3.实验过程中应竖直匀速向上拉动弹簧测力计。
4.如果不测量距离,也能测量出机械效率,表达式为η=。
5.实验结论:
(1)同一滑轮组,提升的物重越大,机械效率越高。
(2)不同的滑轮组,物重一定时,动滑轮越重,机械效率越低。
(3)提高滑轮组机械效率的方法有增大物重、减小动滑轮重、减小摩擦等。
跟踪练习1某实验小组在测滑轮组机械效率的实验中得到的数据如下表所示,实验装置如图:
实验次数 1 2 3
钩码重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 1.4 2.4
绳端移动距离s/m 0.3 0.5 0.3
机械效率η 74% (a) (b)
(1)通过表中数据可分析出实验1是用　　(选填“甲”或“乙”)图做的实验。
(2)在表中(a)处应填数据为　　　　。(百分号前保留整数)
(3)通过实验1和实验2的数据分析可得出结论:使用不同的滑轮组,提升相同的物体时,动滑轮的个数越多,滑轮组的机械效率　　　　　　。
(4)比较　　　　　两次实验,可研究滑轮组的机械效率与被提升物体重力的关系。
(5)第3次实验中,滑轮组的额外功为　　　　 J。
甲
57%
越小
1和3
0.12
解析:(1)实验1中,s=0.3 m,h=0.1 m,所以
n==3,故实验1是用甲图做的实验。
(2)实验2中,机械效率η=≈57%。
(3)实验1和2中,提升物体相同,距离相同,只是滑轮组不同,尤其是动滑轮的个数不同,实验2的机械效率低于实验1,因此可得出:使用不同的滑轮组,提升相同的物体时,动滑轮越重,滑轮组的机械效率越小。
(4)研究滑轮组的机械效率与被提升物体重力的关系时,需要用同一滑轮组提升不同重力的物体,故应比较实验1和3。
(5)由表格中第3次实验数据可知,滑轮组的总功为W总'=F's'=2.4 N×0.3 m=0.72 J,有用功为W有用'=G物'h'=6 N×0.1 m=0.6 J,所以滑轮组的额外功为
W额外=W总-W有用=0.72 J-0.6 J=0.12 J。
【点拨】 本题考查测量滑轮组机械效率的实验。在此实验中,对滑轮组的分析、机械效率公式的运用是实验的基础,同时,实验中分别探究了机械效率高低与动滑轮个数、提升物体重力等多个量的关系,因此,控制变量法的运用也十分关键。
二、滑轮组机械效率的计算
1.滑轮组提升物体
(1)η=。
(2)若不计绳重和摩擦,η=。
2.滑轮组水平拉动物体
η=。
跟踪练习2装卸工人用如图所示的滑轮组匀速提升重600 N的货物,所用的拉力F为400 N,货物在10 s内被提升1 m,在此过程中,求:
(1)工人所做的有用功;
(2)工人所做的总功;
(3)滑轮组的机械效率。
答案:(1)600 J (2)800 J (3)75%
解析:(1)工人所做的有用功为
W有用=Gh=600 N×1 m=600 J。
(2)由图可知,绳子承重段数n=2,工人所做的总功为
W总=Fs=Fnh=400 N×2×1 m=800 J。
(3)滑轮组的机械效率为
η=×100%=75%。
【点拨】 本题考查了做功公式以及滑轮组机械效率公式的应用,明确滑轮组绳子的有效股数是关键。
跟踪练习3一位同学用如图所示的滑轮组拉重500 N的物体,物体以0.1 m/s的速度匀速水平向右做直线运动10 s,已知滑动摩擦力为150 N,该滑轮组机械效率为60%,求:
(1)拉力所做的有用功;
(2)拉力所做的额外功;
(3)拉力做功的功率P。
答案:(1)150 J (2)100 J (3)25 W
解析:(1)10 s内物体移动的距离为s物=v物t=0.1 m/s×10 s=1 m
水平使用滑轮组时,克服物体所受摩擦力做的功为有用功,故拉力所做的有用功
W有用=Ffs物=150 N×1 m=150 J。
(2)拉力做的总功
W总==250 J
拉力所做的额外功W额外=W总-W有用=250 J-150 J=100 J。
(3)拉力做功的功率
P==25 W。
【点拨】 本题考查水平使用滑轮组时有关功、功率和机械效率的计算,明确有用功是关键。
本课结束(共15张PPT)
第1节　杠杆
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一、杠杆
阅读教材,完成下列问题:
1.一根硬棒,在　　　　的作用下,能绕着　　　　　　转动,这根硬棒就是一个杠杆。
2.杠杆的五要素及概念
　　 :杠杆可以绕其转动的点,用字母O表示。
　 　:使杠杆转动的力,用字母F1表示。
　 　:阻碍杠杆转动的力,用字母F2表示。
动力臂:从支点到　　　　　　的距离,用字母l1表示。
阻力臂:从支点到　　　　　　的距离,用字母l2表示。
力
固定点
支点
动力
阻力
动力作用线
阻力作用线
二、杠杆的平衡条件
阅读教材,完成下列问题:
1.在动力和阻力的作用下杠杆处于　　　　　　　　,叫杠杆的平衡。
2.在探究杠杆平衡条件的实验中:
(1)调节杠杆两端的　　　　,使杠杆在　　　　位置平衡,目的是　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)在杠杆一边挂上钩码,在杠杆另一边挂上数量不同的钩码,移动钩码的位置使杠杆在　　　　　位置平衡,目的是　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)进行多次实验的目的是　　　　　　　　　　　　　　　　　 。
静止状态
螺母
水平
消除杠杆自重对实验的影响
水平
便于直接从杠杆上读出力臂　
避免偶然性,得出普遍规律
三、生活中的杠杆
阅读教材,完成下列问题:
1.实验室用的托盘天平是　　　　杠杆。
2.撬棒是　　　　杠杆。
3.赛艇的船桨是　　　　杠杆。
等臂
省力
费力
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一、杠杆力臂的画法
1.首先根据杠杆的示意图,确定杠杆的支点。
2.确定力的作用点和力的方向,画出力的作用线。
3.从支点向力的作用线作垂线,支点到垂足的距离就是力臂。
跟踪练习1(2024·山东泰安中考)如图所示,O为杠杆支点,请画出F1的力臂并用字母l表示。
如图所示
解析:从支点到力的作用线的距离叫作力臂,过支点O向F1的作用线作垂线,垂线段的长度为F1的力臂l。
【点拨】 本题考查力臂的画法,属于基础题。作力臂时一定要找准支点与力的作用线,力的作用线必要时可进行延长,在画出由支点到力的作用线的距离时,也注意要垂直才行。
二、杠杆平衡条件的应用
1.杠杆平衡的条件:动力乘以动力臂等于阻力乘以阻力臂,即公式F1l1=F2l2。
2.运用杠杆平衡条件计算时单位要统一,力的单位与力臂的单位分别统一即可。
跟踪练习2图甲是小浩同学做俯卧撑时的情形,可将身体等效为杠杆如图乙所示,点A为重心,已知小明双手支撑力F为350 N,他自身的重力为G,利用图甲中的数据,计算他的重力G的大小。
答案:560 N
解析:从支点到力的作用线的距离叫作力臂;由图可知,动力和阻力都是竖直方向,因而力臂都是水平方向,根据杠杆平衡条件F1l1=F2l2,得Gl2=Fl1,解得G=560 N。
【点拨】 此题考查力臂的意义和杠杆的平衡条件,知道杠杆的平衡条件是解答此题的关键。
三、三种杠杆
1.省力杠杆:动力臂大于阻力臂的杠杆,省力但费距离。
2.费力杠杆:动力臂小于阻力臂的杠杆,费力但省距离。
3.等臂杠杆:动力臂等于阻力臂的杠杆,既不省力也不费力。
跟踪练习3如图所示,下列工具中属于省距离杠杆的是(　　)
A.甲图中,人用撬棒移动大石头
B.乙图中,羊角锤拔起钉子
C.丙图中,用开瓶器打开瓶盖
D.丁图中,食品夹夹起食物
D
解析:图甲撬棒,在使用时,动力臂大于阻力臂,属于省力杠杆,省力费距离,故A错误。图乙中,羊角锤在使用时,动力臂大于阻力臂,属于省力杠杆,省力费距离,故B错误。图丙的开瓶器在使用时,动力臂大于阻力臂,属于省力杠杆,省力费距离,故C错误。图丁的食品夹在夹起食物时,动力臂小于阻力臂,属于费力杠杆,费力省距离,故D正确。
【点拨】 此题考查的是杠杆的分类:结合图片和生活经验,先判断杠杆在使用过程中,动力臂和阻力臂的大小关系,再判断它是属于哪种类型的杠杆。
本课结束(共8张PPT)
第2节　跨学科实践制作简易杆秤
1.课题引入
杆秤是中国最古老也是现今人们仍然在使用的衡量工具,它是根据杠杆的平衡条件制造出来的,反映出中国古代劳动人民的聪明才智,具有悠久的历史特征。那么杆秤的组成是怎样的 原理是怎样的呢 我们能否自制杆秤
生活中的杆秤
2.设计实验
原理分析:杆秤的原理是怎样的 它的结构是怎样的
杆秤由杠杆组成,其重心在支点外端。称量时根据被称物的质量,使秤砣与砣绳在秤杆上移动以保持平衡。根据平衡时砣绳所对应的秤杆上的星点,即可读出被称物的质量。
3.实验器材
塑料瓶盖、木条、细绳、胶带等。
4.制作过程
(1)制作秤盘
把塑料瓶盖打孔,把细绳穿过小孔,秤盘便制作好了,如图所示。
(2)制作秤杆
我们用木条作为杆秤的秤杆,在秤杆上穿几个小孔,把细绳系住,作为杆秤的支点。另外把刚才制作的秤盘系在秤杆的一侧,如图所示。
(3)制作秤砣
考虑到所测物体的质量不大,我们用透明胶带的卷筒作为我们的秤砣。
(4)制作刻度
分别用杆秤测量一枚硬币(6 g)和两枚硬币(12 g),记录秤砣的位置。
在秤盘中放入一枚硬币(6 g)
放入两枚硬币(12 g)
根据两个刻度的长度,划分为6个刻度,每个刻度表示1 g。依次推出其他的刻度,杆秤便组装好了。
(5)测试性能
用组装好的杆秤测量不同物体的质量,记录表格。
物体 质量/g
纽扣电池
橡皮擦
笔盖
5.总结反思
(1)实验的误差有哪些
(2)如果想测量质量大的物体,该怎么办
(3)自制杆秤和真实杆秤差别在哪里,为什么这样设计
本课结束(共13张PPT)
第3节　滑轮
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一、定滑轮和动滑轮
阅读教材,完成下列问题:
1.滑轮是一个能够自由　　　　、周边有　　　　　的轮子。
2.在使用滑轮时,轴固定不动的滑轮为　　　　滑轮;在使用滑轮时,轴随物体一起运动的滑轮为　　　　　滑轮。
二、滑轮组
阅读教材,完成下列问题:
1.滑轮组是　　　　　和　　　　组合在一起的装置。
2.滑轮组的省力情况由承担物重的绳子　　　　　来决定。
转动
槽
定
动
定滑轮
动滑轮
段数
一、定滑轮和动滑轮的特点
项目 滑轮的种类作图 比较施力的方向 比较F与G的大小 比较h与s的大小 实质
定滑轮 改变施力的方向 不省力 等距离 等臂杠杆
动滑轮 不改变施力的方向 最多可以省一半力 费一倍距离 动力臂为阻力臂两倍的杠杆
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跟踪练习1研究定滑轮和动滑轮特点的装置图如图所示,下列说法正确的是(　　)
A.使用定滑轮能够省力
B.使用动滑轮能够省距离
C.使用定滑轮能够改变力的方向
D.使用动滑轮能够改变力的方向
C
解析:定滑轮的本质是等臂杠杆,使用时既不省力也不费力,也不能省距离,优点是可以改变力的方向,故A错误,C正确。动滑轮实质是一个动力臂为阻力臂两倍的杠杆,使用动滑轮省力但不能改变力的方向,故B、D错误。
【点拨】 此题考查的是定滑轮、动滑轮及其工作特点,难度不大,属于基础题,平日注意相关知识的积累,要结合现实生活去分析问题。
二、滑轮组的特点
1.滑轮组既可以省力,又可以改变力的方向,但是要费距离。
2.若不考虑绳重和摩擦,则滑轮组用几段绳子吊着动滑轮,提起物体所用的力就是物体和动滑轮总重的几分之一。
(1)F绳=(G物+G动),G物是物体重,G动是动滑轮重。
(2)s绳=nh物,s绳是绳子自由端移动的距离;h物是物体升高的高度。
(3)v绳=nv物,v绳是绳子自由端移动的速度;v物是物体上升的速度。
跟踪练习2如图所示,每个滑轮的重力相等,不计绳重和摩擦,G1=60 N, G2=38 N,甲、乙两种情况下绳子在相等拉力F作用下静止。则每个动滑轮的重力为(　　)
A.3 N
B.6 N
C.11 N
D.22 N
B
解析:由图知,使用滑轮组承担物重的绳子股数分别为n1=3,n2=2,已知每个滑轮的重力相等,设动滑轮的重力为G动,不计绳重和摩擦,则拉力分别为F1=(G1+G动),F2=(G2+G动),由题知F1=F2,所以(G1+G动)=(G2+G动),解得动滑轮的重力G动=6 N。故选B。
【点拨】 本题考查了使用滑轮组时拉力的计算,关键是利用好关系式:不计绳重和摩擦,拉力F=(G+G动)。
三、滑轮组绳子的绕法
1.两钩用一,奇动偶定,从里到外,动定交互,只绕一次。
2.绳子的段(股)数:吊着动滑轮的绳子的段(股)数。如图所示。
跟踪练习3如图所示,小明使用滑轮组将重物从地面提升到楼顶,要求绳子的自由端要向下拉,请你用笔画线代替绳子,画出滑轮组最省力的绕绳方法。
如图所示
解析:要使滑轮组最省力,需要承担物重的绳子段数最多,并且绳子的自由端要向下拉,所以要从动滑轮的下挂钩向上绕起,依次绕过上面的定滑轮、下面的动滑轮。
【点拨】 本题考查了使用滑轮组绳子的绕法,对于滑轮组的组装与绕线方法,要看清题目的每一个要求,灵活运用,不能死记硬背最省力的绕线方法。
本课结束

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