资源简介

(共37张PPT)
幻灯片 1：封面
标题：11.3.2 机械效率的测量
副标题：探究滑轮组机械效率的实验操作
学科：物理
适用年级：八年级
教材版本：人教版
幻灯片 2：学习目标
理解测量机械效率的实验原理，明确实验需测量的物理量。
能正确选择和使用实验器材，熟练组装滑轮组。
掌握测量滑轮组机械效率的实验步骤，能规范操作并记录数据。
学会处理实验数据，计算有用功、总功和机械效率。
能分析实验误差产生的原因，提出提高测量准确性的方法。
通过实验探究，体会控制变量法在研究机械效率影响因素中的应用。
幻灯片 3：引入 - 为什么要测量机械效率？
复习回顾：机械效率是有用功与总功的比值，反映机械做功的有效程度。不同机械的效率不同，同一机械在不同条件下效率也会变化。
实验需求：实际应用中，我们需要通过实验测量机械的效率，评估机械性能，为优化设计或合理使用机械提供依据。例如，工程师需要测量起重机滑轮组的效率以确保安全高效运行。
提问：如何通过实验准确测量一个滑轮组的机械效率？需要测量哪些物理量？实验中要注意什么？本节课我们将重点学习机械效率的测量方法。
展示图片：实验室测量滑轮组效率的装置图。
幻灯片 4：实验原理
核心公式：根据机械效率的定义，\(\eta = \frac{W_有}{W_总} \times 100\%\)。
推导公式：
有用功：用滑轮组提升重物时，有用功为克服重物重力做的功，即\(W_有 = G h\)（\(G\)为物重，\(h\)为物体上升高度）。
总功：动力对滑轮组做的功，即\(W_总 = F s\)（\(F\)为拉力，\(s\)为绳子自由端移动距离）。
因此，机械效率\(\eta = \frac{G h}{F s} \times 100\%\)。
关键关系：绳子自由端移动距离\(s\)与物体上升高度\(h\)的关系为\(s = n h\)（\(n\)为承担物重的绳子段数），代入公式可得\(\eta = \frac{G}{n F} \times 100\%\)（此公式可简化计算）。
展示图片：实验原理推导示意图，标注\(G\)、\(h\)、\(F\)、\(s\)的物理意义。
幻灯片 5：实验器材
基本器材：
滑轮组（定滑轮和动滑轮各若干）。
细绳（用于绕制滑轮组）。
钩码（作为被提升的重物，不同规格）。
弹簧测力计（测量拉力，量程合适）。
刻度尺（测量物体上升高度和绳子移动距离）。
铁架台（固定滑轮组）。
支架（支撑铁架台）。
器材选择注意事项：
弹簧测力计需校零，确保测量准确。
刻度尺分度值不宜过大（如 1mm），减小测量误差。
钩码质量需已知（或用天平测量），方便计算物重\(G\)。
展示图片：实验器材实物图，标注各器材名称。
幻灯片 6：实验步骤
组装滑轮组：
根据实验需求确定承担物重的绳子段数\(n\)（如\(n=2\)或\(n=3\)）。
将定滑轮固定在铁架台顶端，动滑轮下方挂钩码，用细绳按正确方式绕制滑轮组（确保绳子不打滑、不交叉）。
测量准备：
记下钩码的总重\(G\)（若钩码质量为\(m\)，则\(G = mg\)，\(g\)取\(10N/kg\)）。
在钩码下方标记初始位置，在绳子自由端标记初始位置（便于测量距离）。
测量数据：
用弹簧测力计沿竖直方向缓慢拉动绳子自由端，使钩码匀速上升一段距离（约\(10cm\)以上，便于测量）。
同时记录：弹簧测力计的示数\(F\)（拉力）、钩码上升的高度\(h\)（用刻度尺测量初始与末位置的差值）、绳子自由端移动的距离\(s\)（用刻度尺测量初始与末位置的差值）。
重复实验：
改变钩码的数量（如增加或减少钩码），重复步骤 2、3，测量多组数据。
（可选）改变滑轮组的绕线方式（改变\(n\)值），重复实验，探究\(n\)对效率的影响。
展示图片：实验步骤分解示意图，标注关键操作要点。
幻灯片 7：实验数据记录表格
实验次数
钩码总重\(G/N\)
物体上升高度\(h/m\)
有用功\(W_有=Gh/J\)
拉力\(F/N\)
绳子移动距离\(s/m\)
总功\(W_总=Fs/J\)
机械效率\(\eta\)
承担物重的绳子段数\(n\)
1
2
3
说明：表格中需明确记录各物理量的单位，计算机械效率时保留一位小数或整数百分比。
幻灯片 8：实验注意事项
操作规范：
拉动弹簧测力计时必须匀速竖直上升，确保拉力大小稳定（避免加速或减速导致拉力变化）。
弹簧测力计要与绳子运动方向一致，避免歪斜测量导致读数偏大。
测量\(h\)和\(s\)时，需等钩码静止后读数，确保测量的是同一时间段内的距离。
减小误差：
多次测量取平均值，减小偶然误差。
选择适当的上升高度（不宜过小），减小刻度尺测量的相对误差。
实验前检查滑轮转动是否灵活，必要时加润滑油减小摩擦（但实验中需测量实际摩擦影响下的效率）。
安全提示：
钩码不要过重，防止绳子断裂或滑轮组脱落。
铁架台需固定牢固，避免倾倒砸伤实验者。
展示图片：正确操作与错误操作的对比示意图，标注注意点。
幻灯片 9：数据处理与计算示例
示例数据（实验次数 1）：
钩码总重\(G = 2N\)，物体上升高度\(h = 0.1m\)。
拉力\(F = 1.2N\)，绳子移动距离\(s = 0.2m\)（\(n=2\)）。
计算过程：
有用功\(W_有 = Gh = 2N \times 0.1m = 0.2J\)。
总功\(W_总 = Fs = 1.2N \times 0.2m = 0.24J\)。
机械效率\(\eta = \frac{0.2J}{0.24J} \times 100\% \approx 83.3\%\)。
另一种计算方法（用\(n\)计算）：
\(\eta = \frac{G}{nF} \times 100\% = \frac{2N}{2 \times 1.2N} \times 100\% \approx 83.3\%\)（结果一致）。
展示图片：数据计算过程的分步示意图。
幻灯片 10：实验现象与结论分析
现象观察：
钩码越重，弹簧测力计的拉力越大，但机械效率越高。
同一滑轮组，\(n\)越大（绕线方式不同），拉力越小，但机械效率变化不大（忽略绳重和摩擦时效率与\(n\)无关）。
滑轮转动不灵活时，拉力增大，机械效率降低。
实验结论：
对同一滑轮组，提升的物体越重，机械效率越高（有用功占比增大）。
机械效率与承担物重的绳子段数\(n\)无直接关系（理想情况下），但实际中\(n\)增大可能因绳重增加导致效率略降。
摩擦和机械自重是导致效率低于 100% 的主要原因。
展示图片：不同物重下机械效率的柱状对比图。
幻灯片 11：误差分析
误差来源：
测量误差：刻度尺测量\(h\)和\(s\)时读数不准确，弹簧测力计读数时视线未与刻度线垂直。
操作误差：拉动绳子时未匀速，导致拉力\(F\)测量值偏大或偏小；绳子未完全伸直，\(s\)测量值偏小。
系统误差：滑轮轴间存在摩擦，绳子有自重，导致额外功增大，测量的效率低于理想值。
减小误差的方法：
多次测量取平均值，提高数据可靠性。
选用精度更高的测量工具（如分度值为 1mm 的刻度尺、量程合适的弹簧测力计）。
实验前对滑轮进行润滑，减小摩擦带来的系统误差。
确保绳子充分伸直后再测量距离。
幻灯片 12：课堂小练习 1 - 实验操作判断
题目：在测量滑轮组机械效率的实验中，下列操作正确的是（ ）
A. 拉动弹簧测力计时越快越好 B. 测量\(h\)和\(s\)时只需估读一位 C. 必须让钩码匀速上升 D. 滑轮组绕线时可以交叉
答案：C
解析：A 需匀速拉动，并非越快越好；B 测量需估读到分度值下一位；C 正确，匀速上升才能保证拉力稳定；D 绕线不能交叉，否则影响测量。
幻灯片 13：课堂小练习 2 - 数据计算
题目：某同学用滑轮组（\(n=3\)）提升重 3N 的钩码，测得拉力为 1.2N，物体上升高度为 0.1m，绳子移动距离为 0.3m，求滑轮组的机械效率。
答案：83.3%
解析：\(W_有 = 3N \times 0.1m = 0.3J\)；\(W_总 = 1.2N \times 0.3m = 0.36J\)；\(\eta = \frac{0.3J}{0.36J} \times 100\% \approx 83.3\%\)。
幻灯片 14：课堂小练习 3 - 结论分析
题目：为什么同一滑轮组提升不同重物时，机械效率不同？实验中如何验证这一结论？
答案：因为额外功基本不变，有用功随物重增大而增大，有用功占总功的比例变化，导致效率不同。验证方法：用同一滑轮组分别提升不同重的钩码，测量并计算效率，比较结果。
幻灯片 15：实验拓展 - 探究影响机械效率的因素
探究 1：物重对效率的影响：
控制变量：同一滑轮组（\(n\)相同）、相同提升高度。
改变因素：钩码数量（物重\(G\)）。
结论：\(G\)越大，\(\eta\)越高。
探究 2：机械自重对效率的影响：
控制变量：相同物重、相同\(n\)值。
改变因素：动滑轮数量（自重不同）。
结论：动滑轮越重，\(\eta\)越低。
探究 3：摩擦对效率的影响：
控制变量：同一滑轮组、相同物重。
改变因素：滑轮润滑情况（润滑后摩擦减小）。
结论：摩擦越小，\(\eta\)越高。
展示图片：三个探究实验的装置对比图。
幻灯片 16：课堂总结
实验原理：\(\eta = \frac{W_有}{W_总} \times 100\% = \frac{Gh}{Fs} \times 100\%\)，或\(\eta = \frac{G}{nF} \times 100\%\)。
实验步骤：组装滑轮组→测量物重→拉动测力计并记录数据→重复实验→计算效率。
关键数据：物重\(G\)、拉力\(F\)、物体上升高度\(h\)、绳子移动距离\(s\)。
注意事项：匀速拉动、规范测量、多次实验、注意安全。
实验结论：同一滑轮组，物重越大效率越高；机械自重越小、摩擦越小，效率越高。
幻灯片 17：课后作业布置
完成实验报告，包括实验目的、原理、器材、步骤、数据记录、计算过程和结论。
用不同绕线方式（\(n=2\)和\(n=3\)）的滑轮组测量同一物重的机械效率，比较效率是否相同，并分析原因。
设计一个实验，探究 “摩擦对滑轮组机械效率的影响”，写出实验方案（包括变量控制、步骤和预期结论）。
思考：为什么实验中测量的机械效率总是小于 1？如果忽略所有摩擦和机械自重，效率会是多少？
2024沪科版物理八年级全册
11.3.2机械效率的测量
第十一章 简单机械
授课教师： . 班 级： . 时 间： .
学习目标
掌握机械效率的概念以及计算公式。(重点）
02
知道有用功、额外功、总功的概念。（重点）
01
会测定某种简单机械的机械效率。（重点）
03
了解如何提高机械效率。（重点）
04
F
F
这两个滑轮组的机械效率是一样吗？
机械效率的大小
探究简单机械的机械效率
知识点一
测量滑轮组的机械效率
探究实验
【实验原理】
【实验器材】
弹簧测力计、刻度尺、铁架台、
滑轮、长约2m的细绳、钩码。
注意：竖直向上，缓慢拉动测力计
【实验1】
【结论1】
动滑轮重一定时，物重越大，机械效率越高。
实验 钩码 重力G/N 提升 高度h/m 有用功 W有/J 拉力F/N 绳端移动距离s/m 总功 W总/J 机械
效率η
1 1 0.05 0.05 0.69 0.15 0.104 48%
2 1.5 0.05 0.075 0.89 0.15 0.134 56%
保持动滑轮重一定，改变钩码重力。
F
F
实验 钩码 重力G/N 提升 高度h/m 有用功W有/J 拉力F/N 绳端移动距离s/m 总功 W总/J 机械
效率η
1 1 0.05 0.05 0.69 0.15 0.104 48%
3 1 0.05 0.05 0.5 0.33 0.165 30%
物重一定时，动滑轮越重，机械效率越低。
【实验2】
【结论2】
保持钩码重力一定，改变动滑轮重。
F
F
关于测量滑轮组机械效率的几点说明:
1.在测滑轮组的机械效率时，可以不测量 s 和 h ；
滑轮组的机械效率与物体被提升的高度无关
2.若不考虑绳重和摩擦，只计动滑轮重力时:
例1 在“测滑轮组机械效率”的实验中，用同一滑轮组
进行两次实验，实验数据如下表：
（1）此实验所用滑轮的个数至少是____个，其中动滑轮有_____个。
（2）第一次实验测得滑轮组的机械效率为________，第二次实验时滑轮组的机械效率______第一次的机械效率（选填“大于”、“小于”或“等于”）
3
2
62.5%
大于
次数 钩码重/N 钩码上升高度/cm 弹簧测力计示数/N 弹簧测力计移动距离/cm
1 2 10 0.8 40
2 5 5 1.5 20
拓 展
探究斜面的机械效率
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拓 展
探究斜面的机械效率
斜面的机械效率与
1.斜面的倾斜程度有关：粗糙程度相同，拉同一物体，斜面的倾斜程度越大，即斜面越陡，机械效率越高；
2.斜面的粗糙程度有关：倾斜程度相同，拉同一物体，粗糙程度越小，即斜面越光滑，机械效率越高。
实验 倾斜程度 斜面 材料 木块重力G/N 斜面高度h/m 有用功W有/J 拉力F/N 斜面长度s/m 总功 W总/J 机械效率η
1 较缓 木板 1.50 0.058 0.0870 0.50 0.3 0.150 58.0%
2 较陡 木板 1.50 0.075 0.1135 0.60 0.3 0.180 62.9%
3 陡 木板 1.50 0.086 0.1298 0.65 0.3 0.195 66.6%
4 棉布 1.50 0.086 0.1298 1.00 0.3 0.300 43.3%
5 毛巾 1.50 0.086 0.1298 1.18 0.3 0.354 36.7%
如何提高机械效率
知识点二
现代社会是讲求效率的社会，时时、事事、处处都追求高效率，以尽可能少的消耗能源，取得尽可能多的效益。
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。
那么，怎样提高机械效率呢？
提高机械效率的方法
(1)增加有用功：
(2)减少额外功：
在机械能承受的范围内，增加物重；
①改进机械结构，减轻机械自重；
②定期保养，减小机械间的摩擦(加润滑油)。
例2 房屋装修时，工人利用滑轮组提升物体。如图所示，已知物体的重力为800 N，在绳子自由端用500 N的力拉着物体在竖直方向上做匀速直线运动，物体被提升了3 m，该滑轮组的机械效率为________。如果要提高滑轮组的机械效率，可采用的措施有________(填写序号)。
①增加物体的重力；
②增加提升物体的高度；
③减小动滑轮的重力。
80%
①③
1星题 知识过关
测量滑轮组机械效率
1.同学们进行了“影响滑轮组机械效率因素”
的实验探究，用到的装置如图，实验数据
记录如表所示。
实验 序号 钩码 重
1 2 0.1 1.2 0.3 55.6
2 2 0.2 1.2 0.6 ________
3 4 0.1 1.9 0.3 70.2
4 4 0.1 1.3 0.5 61.5
【基础设问】
(1)实验中应沿竖直方向______拉动弹簧测
力计。
匀速
(2)发现实验过程中边拉边读数，弹簧测力
计示数不稳定，某同学认为应该静止时读数。
不正确
摩擦
你认为他的想法________(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。
(3)第2次实验测得的机械效率是
________。(结果精确到 )
(4)通过比较1、2两次实验数据可得
出：使用同一滑轮组提升相同重物，
滑轮组的机械效率与____________
___无关。
重物上升高度
(5)通过比较______两次实验数据可得出：
同一滑轮组提升的物体越重，机械效率
越高。
1、3
(6)分析表中数据可知：第4次实验是用
图____所示装置来完成的。
丙
(7)通过比较3、4两次实验数据可得出：不同滑轮组提升相同
重物，动滑轮越重，机械效率越____。
低
提高机械效率的方法
2.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。欲使如
图滑轮组机械效率提高，下列措施可行的是( )
C
A.改变绳子的绕法 B.增加提升高度
C.增大物体的重力 D.减小定滑轮的重力
3.一个滑轮组经过改进后提高了机械效率，用它把同一个物
体匀速提升同样的高度时，改进后与改进前相比( )
B
A.有用功减少，总功增多 B.有用功不变，总功减少
C.改进后机械效率可能等于1 D.机械做功加快
2星题 情境应用
4.如图所示，工人们用同一滑轮组，根据需
要用两种方式来提起等重的建筑材料，若不
计摩擦和绳重，则___，机械效率 ___
(前两空均填“ ”“”或“ ”)，摩擦及
绳重忽略不计，影响滑轮组机械效率的原因
有____________________(写出一点即可)。
所提建筑材料的重力
5.根据所学知识分析用同一滑轮组匀速提升质量不同的物体，
该滑轮组的机械效率 与所提升物体的重力 的关系图像正
确的是___。(不计绳重及摩擦)
B
A. B. C. D.
6.小红做完实验，通过和其他小组交流，
了解到滑轮组的机械效率 与动滑轮重力
有关系，接着她改变动滑轮重力，提升
同一物体进行多次实验，获得数据并绘制
3
出如图所示的图像，若不计绳重和摩擦，分析图像中的 点
可知，被提升物体所受的重力为___ 。
7.如图所示，某实验小组的同学们在探
究“斜面的机械效率”的实验时，用弹簧
测力计沿斜面匀速向上拉动物块，收集
了下表中的实验数据。
实验 序号 斜面的倾 斜程度
1 较缓 5 0.2 2.4 1 41.7
2 较陡 5 0.5 3.2 1 78.1
3 最陡 5 0.7 4.3 1 81.4
(1)实验过程中，应沿斜面向上______
拉动物块。
匀速
(2)分析表中的数据可得出：在
其他条件一定时，斜面越缓越
____(填“省”或“费”)力；斜面
越省力，机械效率越____
(填“高”或“低”)。
省
低
(3)该小组又进行了第4次实验，他们
在斜面上铺上棉布，使斜面变粗糙，
保持斜面的高和长分别是 和
低
，用弹簧测力计拉动同一物块沿斜面向上做匀速直线运
动，读出此时弹簧测力计的示数为 ，并将数据记录到
表格中，通过与第2次测量结果相比较，得出：在其他条件
一定时，斜面越粗糙，斜面的机械效率越____
(填“高”或“低”)。
(4)根据表中数据计算出，第3次实验时，物块与斜面间的滑
动摩擦力_____ 。
3星题 思维提升
8.[2024·滁州月考] 某实验小组利用图示装置
研究杠杆的机械效率，实验的主要步骤如下：
①用轻绳悬挂杠杆一端的点作为支点，在
点用轻绳悬挂总重为的钩码，在 点用轻绳
竖直悬挂一个弹簧测力计，使杠杆保持水平；
②竖直向上拉动弹簧测力计缓慢匀速上升(保持 点位置不
变)，在此过程中弹簧测力计的读数为 ，利用刻度尺分别测
出、两点上升的高度为、 。回答下列问题：
(1)杠杆机械效率的表达式为 _ ___________。
(用已知和测量的物理量符号表示)
(2)本次实验中，若提升的钩码的重力一定，则
影响杠杆机械效率的主要因素是____________。
杠杆的自重
(3)若只将钩码的悬挂点由点移至点， 、
两点位置不变，仍将钩码提升相同的高度，
则杠杆的机械效率将______(填“变大”“变小”
或“不变”)。
变大
将钩码的悬挂点由点移至点， 点
和 点位置不变，仍将钩码提升相同的高度，
杠杆向上转动的角度减小，杠杆升高的高度
变小，则克服杠杆自重做的额外功变小，而
有用功不变;根据 ，总功变
小，由机械效率公式可知，杠杆的机械效率变大。
用同一滑轮组提升重力不同的物体时，机械效率不同，被提升的物体越重，机械效率越高；
用不同的滑轮组提升同一物体时，动滑轮越重，滑轮组的机械效率越低。
1.滑轮组机械效率的规律
2.提高机械效率的方法
减轻机械自重;
减小机械间的摩擦(加润滑油);
在情况允许下增加物重。
谢谢观看！

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