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第4节 机械效率
八年级物理下册 人教版
第十二章——简单机械
教学目标
一
02
通过观察、分析和讨论，理解额外功产生的原因，知道机械效率η＜1
科学思维
01
结合实例分析什么是有用功、额外功和总功；理解机械效率,会用公式进行简单的计算；通过实验能说出提高机械效率的方法。
物理观念
03
测量滑轮组的机械效率,掌握实验方法和技巧；学习运用控制变量法进行探究实验，培养科学思维和实验能力。
科学探究
04
知道提高机械效率的实际意义和方法，有合理改进机械、提高效率的意识,增强将科学服务于人类的责任感。
科学态度与责任
教学引入
二
　　生活中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。
如果不同方式提升相同的物体，所做的功是否相同？
有用功和额外功
三
【实验探究】利用动滑轮提升重物是否省功
！
演示实验
实验思路：
比较直接用手提升物体所做的功和使用动滑轮提升物体所做的功的大小。
实验器材：
弹簧测力计、砝码、动滑轮、线等。
W1
W2
有用功和额外功
三
实验过程：
1.用弹簧测力计将钩码匀速提升一定的高度，计算拉力所做的功W1。
2.用弹簧测力计并借助一个动滑轮将同样的钩码匀速提升相
同的高度，计算弹簧测力计的拉力所做的功W2。
3.比较两次做功的大小。
W1＝F动×h＝Gh
W2＝F拉×s
F动
G
F拉
有用功和额外功
三
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
用弹簧测力计和动滑轮提升2个钩码 1.2 0.1 0.2
0.2
0.24
W1＜W2
分析论证：
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
①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
【视频欣赏】
有用功和额外功
三
如果将动滑轮换成费力杠杆提升重物是否省功呢？
W2
O
W1
F杠
G
F拉
有用功和额外功
三
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 拉力做功W/J
直接用弹簧测力计 提升2个钩码 2 0.1 0.1
用费力杠杆提升2个钩码 5 0.1 0.05
0.2
0.25
W1＜W2
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
①用费力杠杆提升2个钩码，所做的功： 　　　
　W2=F2s2= 5N×0.05m=0.25J
【视频欣赏】
有用功和额外功
三
实验结论：
使用任何机械均不省功
直接提升物体所做的功小于使用机械提升物体所做的功（大量实验表明）。
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。
有用功和额外功
三
有用功和额外功
有用功
额外功
我们必须做的功
实现目的而做的功
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。
（W有）
（W额）
克服机械自身的重力和摩擦等而做的功。
对人们没有用但又不得不做的功
总功
（W总）
有用功与额外功之和是总共做的功
W总=W有用+W额外
有用功和额外功
三
大量实验表明，动力对机械所做的功总是大于机械对外所做的功(有用功)。事实上，使用任何机械都不能省功。
机械效率
四
机械效率
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。
1.定义：物理学中，将有用功跟总功的比值叫做机械效率。
2.计算公式
η
＝
W总
W有用
＝
W有用
W有用+W额
η总小于1。用百分数表示。
W额外＞0，W总＞W有用　 η＜1
W额外＝0，W总＝W有用 η＝1
额外功不可能为0
机械效率
四
！
演示实验
【实验探究】测量滑轮组的机械效率
实验原理：
η＝　　　　　　　　　　
W有用
W总
总功：对机械的拉力F所做的功
W总＝Fs
有用功：机械对物体的拉力T所做的功
匀速竖直向上提升物体时
F
h
G
T
s
总功
有用功
W有用＝Th＝Gh
＝
Gh
Fs
机械效率
四
实验器材：
弹簧测力计、刻度尺、钩码、铁架台、滑轮、细绳等。
实验思路：
测量滑轮组的机械效率，就要找出使用滑轮组工作时的有用功和总功，然后求出二者的比值。要想知道有用功和总功，需要测量哪些量？
物理量：钩码重G、钩码上升高度h、拉力F、绳自由端移动距离s、有用功W有用、总功W总、机械效率η
机械效率
四
实验过程：
1.用弹簧测力计测量钩码所受的重力G并记录数据；
2.安装滑轮组，记下钩码和绳端(弹簧测力计挂钩底部)位置；
3.分别使用两组滑轮组，竖直匀速缓慢拉动弹簧测力计，使钩码升高，读出拉力F的数值，用刻度尺测出钩码提升的高度h和绳端移动的距离s，将这三个量记录数据。
4.分别求出有用功W有、总功W总、机械效率，并记录。
5.改变钩码的数量，重复上面的实验。
s
h
机械效率
四
轴
钩码所受的重力G/N 提升高度h/m 有用功 W有/J 拉力F/N 绳端移动的距离s/m 总功W总/J 机械效率η
一定一动 4 0.05 0.2 1.7 0.15 0.255
两定两动 4 0.05 0.2 1.1 0.25 0.275
......
78.4%
72.7%
【视频欣赏】
省力的滑轮组，机械效率不一定高
机械效率
四
？
想想议议
你在几次实验中测得的机械效率为什么不一样呢
影响滑轮组机械效率的因素有哪些呢？
机械效率
四
！
演示实验
【实验探究】影响滑轮组的机械效率的主要因素
实验猜想：
G
F
η
W有
W总
W额
W有
G动h
克服摩擦和绳重所做的功
Th
Th
机械效率η与钩码重G、动滑轮重G动、钩码上升高度h、等因素有关。
机械效率
四
①探究滑轮组机械效率与物体上升的高度是否有关
实验过程：
结论 ：滑轮组机械效率与物体上升的高度无关。
钩码所受的重力G/N 提升高度h/m 有用功 W有/J 拉力F/N 绳端移动的距离s/m 总功W总/J 机械效率η
一定一动 4 0.05 0.2 1.7 0.15 0.255
一定一动 4 0.1 0.4 1.7 0.3 0.51
78.4%
78.4%
保持滑轮组和物重不变，改变物体上升高度
控制变量法
【视频欣赏】
机械效率
四
②探探究滑轮组机械效率是否与提升的物重有关
结论 ：滑轮组机械效率与物提升的物重有关，物重越大，机械效率越高。
钩码所受的重力G/N 提升高度h/m 有用功 W有/J 拉力F/N 绳端移动的距离s/m 总功W总/J 机械效率η
一定一动 4 0.05 0.2 1.7 0.15 0.255
一定一动 6 0.05 0.3 2.4 0.15 0.36
78.4%
83.3%
保持滑轮组不变和提升高度，只改变物重
控制变量法
【视频欣赏】
机械效率
四
③探究滑轮组机械效率是否与动滑轮的重有关
动滑轮重G动/N 钩码所受的重力G/N 提升高度h/m 有用功 W有/J 拉力F/N 绳端移动的距离s/m 总功W总/J 机械效率η
0.3 4 0.05 0.2 1.7 0.15 0.255
1.2 4 0.05 0.2 1.9 0.15 0.285
78.4%
70.2%
保持提升的物重不变和提升高度不变，只改变只改变动滑轮重
控制变量法
【视频欣赏】
结论 ：滑轮组机械效率与动滑轮的重有关，动滑轮越重，机械效率越低。
机械效率
四
①同一装置的机械效率，与被提升的物重有关，物体重力越大，机械效率越高；
②机械效率还与机械装置本身有关，与其结构、自身的重力以及润滑程度都有关系。
G
F
归纳总结：
机械效率
四
简单机械机械效率的计算
【滑轮组的机械效率】
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。
=
不计绳重、摩擦时：
= =
当动滑轮的重力一定时，物重越大，机械效率越高。
机械效率
四
【斜面的机械效率】
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。
有用功：
总功：
额外功：
=
机械效率：
机械效率
四
【杠杆的机械效率】
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。
机械效率：
有用功：
总功： s
机械效率
四
【例】起重机把质量为0.5t的重物匀速提升了3m，而它的电动所做的功是3.4×104J，起重机的机械效率是多少 g取10N/kg。
起重机匀速提升重物所用的力与物体所受的重力大小相等
解：
F=G=mg=0.5×10 kg×10N/kg=5×105N
起重机提升重物所做的功是有用功
W有用=Fh=5×103N×3m=1.5×104J
起重机的机械效率
η＝　　　　　　　　　　
W有用
W总
＝
1.5×104J
3.4×104J
＝
0.44=44%
答：
起重机的机械效率为44%。
机械效率
四
常见的机械效率
起重机的机械
效率40%~50%
抽水机的机械效率为 60～80%
汽油机的机械效率为22～27%
喷气发动机的机械效率50～60%
机械效率
四
提高机械的效率
提高机械的效率的主要方法：
①改进结构，使机械更合理、更轻便。
②经常保养，使机械保持良好的运行状态。
③在机械承受的范围内，尽可能增加被提升物体的重力。
提高机械效率可以充分地发挥机械设备的作用，对节能减排、提高经济效益有重要的意义。
同一机械，被提升物体的重力越大，做的有用功越多，机械效率越大。
随堂练习
五
1. 水桶掉进水里，打捞时桶里带些水，下列所述中属于有用功的是（　　）
A．把桶中水提高做的功
B．手对绳子拉力做的功
C．提整个桶做的功
D．把桶提高做的功
D
随堂练习
五
2. 图甲中用力F1水平拉着重为G的物体在水平路面上匀速移动s的距离。图乙中用动滑轮拉着它也在同一路面上匀速移动s的距离，水平拉力为F2。使用动滑轮的过程中（　　）
D
随堂练习
五
3. 如图所示，用F1的力将物体B匀速提升h，F1做功600J，若借助滑轮组用F2的力把物体B匀速提升相同高度，F2做功为1000J。下列说法正确的是（　　）
A．两个过程中的拉力F1＝3F2
B．F1做功的功率比F2做功的功率小
C．滑轮组机械效率为40%
D．F2做功的距离为3h
D
随堂练习
五
4. 如图所示，用一平行于斜面向上的力将质量为80kg的木箱从2m长的斜面底端匀速拉到顶端（可以把木箱看作质点），斜面的倾斜角为30°，木箱受到的摩擦力是木箱重力的0.1倍，则下列说法正确的是（　　）
A．木箱克服摩擦力做功80J
B．拉力大小为480N
C．斜面的机械效率80%
D．拉力做功为880J
B
随堂练习
五
1. 如图所示将一个乒乓球放入剪成漏斗状的可乐瓶，将瓶口堵住，乒乓球半径稍大于瓶口半径，向瓶内倒水，对乒乓球所受力的分析正确的是（　　）
A．重力、压力、支持力
B．浮力、压力、支持力
C．重力、支持力、浮力
D．重力、浮力、压力
A
课堂小结
六
①有用功：提升重物时，将重物提升一定高度所做的功.
②额外功：克服机械的自重和摩擦力等因素而做的功.
③总功：有用功与额外功之和：W总= W有+ W额.
①定义：有用功跟总功的比值叫做机械效率.
②计算公式：机械效率 η= ； η＜1，用百分数表示.
①影响因素：与被提升的物重有关，物重增大，机械效率升高；还与机械装置本身的结构、轻巧程度以及润滑程度都有关系.
②提高方法：减少动滑轮重，增加被提升的物重，减少绳重，减少摩擦阻力可以提高滑轮组的机械效率.
有用功和
额外功
机械效率
滑轮组的
机械效率
机械效率

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