资源简介

(共34张PPT)
第十二章 简单机械
第四节 机械效率
素养目标
1
新课讲解
3
课程导入
2
经典例题
4
总结归纳
5
课堂练习
6
目录
物理观念
1.能结合实例分析什么是有用功、额外功和总功
2.知道机械效率，能利用机械效率的公式进行简单计算
3.知道滑轮组机械效率的高低与物体重力的大小有关，知道提高机械效率的方法
科学思维
尝试通过类比等方法，推理得出机械效率的公式
素养目标
科学探究
通过探究动滑轮是否省功，初步认识机械效率
科学态度与责任
1.通过探究活动增强与其他同学合作的意识，培养学生严谨的科学态度
2.关注生产、生活中的各种机械的机械效率，具有用机械效率来评价机械的意识
素养目标
课程导入
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。利用滑轮组提升重物，绳端拉力所做的功与滑轮组对重物所做的功相同吗？
一、有用功和额外功
使用滑轮组可以省力，那么使用滑轮组可以省功嘛？
为了回答这个问题，我们可以研究一个动滑轮是否省功
研究使用动滑轮是否省功
（1）如图甲，用弹簧测力计将钩码缓慢地提升一定高度，计算拉力所做的功。
（2）如图乙，用弹簧测力计并借助一个动滑轮将同样的钩码缓慢地提升相同的高度，再次计算拉力所做的功。
h
甲
s =2h
h
乙
G
F
G/N h/m W直/J F/N s/m W机/J
0.49 0.1 0.049 0.37 0.2 0.074
有用功
总功
实验结果表明，尽管使用动滑轮会省力，但由于滑轮本身所受的重力以及摩擦等因素的影响，我们要多做功。
即使用任何机械都不省功。
实验结果
使用机械时，对物体所做的有用的功。
有用功
使用机械时，人们额外需要做的功。
额外功
有用功与额外功的总和。
总 功
三种功
W总=W有用+W额外
试着分析一下杠杆和斜面的总功、有用功、额外功
有用功：
额外功：克服杠杆自重及摩擦力所做的功
总功：
有用功：
总功：
额外功：克服斜面与物体之间的摩擦力所做的功
二、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。
生活中我们常常会遇到“效率”这个词，例如学习效率、工作效率等。
利用机械帮助我们完成某项任务，也会涉及效率问题，我们称为机械效率。
物理学中，将有用功跟总功的比值叫作机械效率
类比
如果用 η 表示机械效率，那么有
有用功总是小于总功，所以机械效率总是小于1。
起重机的机械效率一般为40%~50%
抽水机得机械效率一般为60%~80%
现有三种方式把一堆沙子运到楼上，尝试分别计算一下每种方式所需的有用功、额外功、总功和机械效率
计算三种方法需要做的有用功、额外功和总功
做功方式 有用功 额外功 总功
桶状，手提上楼 100N×6m (400+20)N×6m 3120J
桶状，动滑轮吊运 100N×6m (20+10)N×6m 780J
袋装，动滑轮吊运 100N×6m (5+10)N×6m 690J
第3种方法做的额外功最少，选择第3种方法最好
我们一定都希望额外功越少越好
计算机械效率
三种不同做功方式中，我们已经计算出有用功、额外功和总功。下面来算算三种不同方式的机械效率。
要想测量滑轮组的机械效率，就要想办法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。本实验可以测量如图所示滑轮组的机械效率，请根据此实验装置思考：要想知道有用功和总功，需要测量哪些量？
【实验思路】
测量滑轮组的机械效率
【设计实验】
用滑轮组提升物体，W有=Gh，W总=Fs，所以需要测出物重、拉力、物体上升的高度、绳子前进的距离。
【实验器材】
刻度尺、钩码、弹簧测力计、滑轮两个、铁架台、长约 2 m 的细绳等
1.测出一个钩码的重力。
【实验步骤】
2.在滑轮组（一动一静）上挂两个钩码，记下钩码和绳子自由端的位置。竖直匀速拉动弹簧测力计，使钩码上升一定高度，读出测力计示数，用刻度尺测出钩码上升高度和绳自由端移动距离。
3.挂四个钩码重复上述实验。
4.记录数据，并计算机械效率。
次数 1 2 3
钩码重G/N 1 2 …
钩码上升高度h/m 0.1 0.1 …
有用功W有/J 0.1 0.2 …
拉力F/N 0.4 0.73 …
绳端移动距离s/m 0.3 0.3 …
总功W总/J 0.12 0.22 …
机械效率η 83.3% 90.9% …
【实验数据】
【结论】
（1）动滑轮重一定时，物重越大，机械效率越高。
（2）物重一定时，动滑轮越重，机械效率越低。
【分析讨论】
①滑轮组轮与轴及轮与绳之间的摩擦。
②所提升的物重 。
③动滑轮的自重。
注意：机械效率大小与与绳子的绕法、绳子段数，上升距离无关。
1.分析影响滑轮组机械效率的因素是什么？
2.如何提高机械效率 ？
3.实验中，是否可以使弹簧测力计静止时进行读数？
①增加被提升的物重。
②减小动滑轮的重。
③减小滑轮与绳之间的摩擦。
答：所测拉力减小（因为没有摩擦力），机械效率增大，不能代表使用机械时的机械效率。
西安地铁是西北地区第一条全自动无人驾驶的地铁路线。建设地铁时，铲车几分钟就能将土铲起运走，而靠人力则需要几小时。下列说法正确的是( )
A.铲车做的功多
B.铲车做功的机械效率高
C.铲车做功快，功率大
D.人力做的额外功少，有用功多
C
经典例题
答案：C
解析：AC.铲车和用人力做的功相同，铲车用时短，说明铲车做功快，功率大，故A错误，C正确；
BD.根据题目中的已知条件无法判断铲车的机械效率高低和人做额外功的多少，故BD错误。
故选C。
如图，用甲、乙两个滑轮质量不同的滑轮组将相同质量的两个物体匀速提升相同高度，甲、乙滑轮组绳子自由端的拉力分别为F1和F2，移动的距离分别为s1和s2，若甲滑轮组的机械效率比乙高。则( )
A.F1做功比F2多
B.F1一定比F2大
C.s1一定比s2小
D.甲滑轮做的有用功一定比乙多
C
经典例题
答案C
机械效率
机械效率
有用功和额外功
额外功：为了达到工作目的，不得不做的功
定义：有用功跟总功的比值
有用功：为了达到工作目的，必须做的功
总功：动力所做的所有功
W总 = W有 + W额
公式： 总小于 1
课堂练习
600 J
工人利用如图所示的滑轮组将重 的物体竖直向
上匀速提升 ，工人所用的拉力 为 ，（不
计摩擦和绳重）求：
（1）工人的拉力 做的功；
[答案]
[解析] 由题图知，滑轮组中承担物重的绳子段数 ，拉力
端移动的距离
工人的拉力做的总功
工人利用如图所示的滑轮组将重 的物体竖直向
上匀速提升 ，工人所用的拉力 为 ，（不
计摩擦和绳重）求：
（2）滑轮组的机械效率;
[答案]
[解析] 工人做的有用功
滑轮组的机械效率
（3）若用此滑轮组匀速提升重 的物体，工人所用的拉力。
[答案]
[解析] 不计摩擦和绳重，由 可知，动滑轮所
受的重力
若用此滑轮组匀速提升重 的物体，工人所用的拉力
谢谢

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