第3节机械效率 新课导思 如图所示是三种方法提升沙子的情景 哪种方法最好 哪种方法最不好 为什么 目标导学 1 能结合实例分析所做的有用功 额外功和总功 2 能说出机械效率的意义 知道机械效率是小于1的 3 能利用机械效率的公式进行简单的计算 4 通过实验了解影响滑轮组机械效率高低的因素 自主预习 1 有用功和额外功 1 有用功 的功 用 表示 2 额外功 克服机械自重及摩擦力等因素的影响 的功 用 表示 必须要做 W有 多做 W额 3 总功 与 之和 用 表示 4 有用功 额外功 总功之间的关系 有用功 额外功 W总 W总 W有 W额 2 机械效率 1 定义 跟 的比值 用 表示 2 公式 3 大小 机械效率总是 1 有用功 总功 小于 3 测量滑轮组的机械效率 1 实验原理 2 探究思路 机械效率的大小与物重的关系 使用同一滑轮组 提升 的重物 机械效率的大小与动滑轮重的关系 使用 的动滑轮组 提升同一重物 不同 不同 3 实验结论 影响滑轮组机械效率的因素 提升的 以及滑轮的轮和轴 绳之间的摩擦 物重 动滑轮重 4 提高机械效率的主要方法 使它更合理 更轻巧 改进结构 知识点一有用功 额外功及总功 做一做 如图甲所示 用弹簧测力计将钩码缓慢地提升一定高度 如图乙所示 换用动滑轮将钩码缓慢地提升相同的高度 分别计算拉力所做的功 1 使用动滑轮提升钩码比直接用弹簧测力计提升钩码做功 选填 多 或 少 原因是 提示 无论是否使用滑轮 钩码都被提升 这部分是必须要做的功 使用动滑轮时 提升钩码不得不克服动滑轮本身所受的重力及摩擦力等因素多做功 所以用动滑轮提升钩码做的功比直接提升钩码做的功多 参考答案 多利用动滑轮提升钩码时 除了提升钩码做功外 还要克服动滑轮重力及摩擦力等做功 2 根据图乙所示提升钩码 分析有用功 额外功和总功 1 提升钩码做的功是我们 要做的 这部分功为 用W有表示 且W有 2 在用动滑轮提升钩码时 还需要克服摩擦 绳重 动滑轮重做一部分功 这部分功为 用W额表示 3 使用机械做功时 拉力所做的功为 用W总表示 即W总 它们之间的关系是 提示 使用动滑轮时 必须要做的功是提升钩码所做的功 即有用功W有 Gh 如果摩擦忽略不计 则克服动滑轮和绳重做的功是不得不做的功 即额外功W额 G动滑轮 G绳 h 使用机械做的功为总功W总 Fs 参考答案 1 必须有用功Gh 2 额外功 3 总功FsW总 W有 W额 示范题1 1 在打扫卫生的时候 小明将一桶水从一楼提到二楼 则小明对水做的功是 功 对桶做的功是 功 2 利用某机械工作时 动力做的功是400J 其中额外功是100J 则动力做的有用功是 J 精讲精析 1 小明目的是提水 对水做的功为有用功 对桶做的功为额外功 2 动力做的功为总功 则动力做的有用功W有用 W总 W额 400J 100J 300J 答案 1 有用额外 2 300 微点拨 1 有用功和总功的区别 有用功相当于不用机械而直接用手对物体做的功 总功是利用机械做的功 2 一般情况下 使用动滑轮或滑轮组在竖直方向上匀速提升重物时 有用功W有 Gh 使用动滑轮或滑轮组在水平面上匀速移动物体时 有用功W有 fs 知识点二机械效率1 机械效率 1 定义 有用功跟总功的比值 2 公式 2 机械效率的理解 1 机械效率是有用功与总功之比 它只有大小 没有单位 机械效率一般用百分数表示 2 使用任何机械 除了做有用功外 都不可避免地要做额外功 所以有用功总是小于总功 机械效率永远小于1 3 机械效率是标志机械做功性能好坏的物理量 机械效率越高 这个机械的性能越好 4 机械效率不是固定不变的 机械效率由总功和有用功两个因素共同决定 不能只考虑一个因素 它反映的是有用功在总功中所占比值的大小 与具体做功多少 是否省力等无关 总功一定 有用功越多 额外功越少 机械效率越高 5 机械效率与功率是两个完全不同的物理量 功率大的机械 机械效率不一定高 机械效率高的机械 功率也不一定大 两者之间没有直接联系 示范题2 2017 长沙中考 如图是建筑工人用滑轮组提升建筑材料的场景 在10s的时间内 工人师傅用竖直向上的拉力将建筑材料匀速提升了1m 已知拉力F为400N 建筑材料的重力G为900N 求这个过程中 1 绳子自由端移动的距离 2 此滑轮组的机械效率 3 拉力F的功率 精讲精析 1 由图可知 承担动滑轮绳子的段数n 3 则绳子自由端移动的距离 s nh 3 1m 3m 2 提升重物做的功是有用功 W有 Gh 900N 1m 900J 拉力做的功是总功 W总 Fs 400N 3m 1200J 此滑轮组的机械效率 75 3 拉力F的功率 P 120W 答案 1 3m 2 75 3 120W 微点拨 滑轮组机械效率的计算 1 竖直匀速提升物体时 有用功 W有 Gh 总功 W总 Fs F nh 机械效率 2 水平匀速拉动物体时 有用功 有用功在数值上等于摩擦力与物体移动距离的乘积 即W有 fs物 f为摩擦力 总功 拉力F所做的功 即W总 Fs绳 F ns物 机械效率 3 斜面 W有 Gh W总 Fs 知识点三测量滑轮组的机械效率1 提出问题 影响滑轮组机械效率的因素有哪些 2 猜想与假设 滑轮组的机械效率可能与 有关 参考答案 动滑轮重 摩擦以及提升的物重 3 设计与进行实验 如图所示 1 用弹簧测力计测量钩码所受的重力 2 用刻度尺测量钩码移动的距离和弹簧测力计移动的距离 3 匀速拉动弹簧测力计使钩码上升 同时记下钩码上升的高度和弹簧测力计移动的距离 换不同的钩码多测几次 4 保持钩码的个数不变 改变动滑轮的重力 重复上述操作 4 实验数据及分析 1 W有 W总 用字母表示 2 在空白表格中分别填写相应的数据 3 由1 2 3次实验可得出结论 使用同一滑轮组提升不同的重物 所提升的物体越重 机械效率 由2 4次实验可得出结论 使用不同的滑轮组提升同一重物 动滑轮越重 机械效率 1 参考答案 GhFs 2 提示 W有1 G1h1 2N 0 1m 0 2JW总1 F1 s1 0 9N 0 3m 0 27JW有2 G2h2 4N 0 1m 0 4JW总2 F2 s2 1 6N 0 3m 0 48JW有3 G3h3 6N 0 1m 0 6J W总3 F3 s3 2 3N 0 3m 0 69JW有4 G4h4 4N 0 1m 0 4JW总4 F4 s4 1 4N 0 4m 0 56J则利用机械效率的公式 1 74 1 2 83 3 3 87 0 4 71 4 参考答案 第1次 0 20 2774 1第2次 0 40 4883 3第3次 0 60 6987 0第4次 0 40 5671 4 3 提示 分析1 2 3次实验 钩码的重力越小 机械效率越低 钩码的重力越大 机械效率越高 分析2 4次实验 钩码的重力不变 动滑轮越重 机械效率越低 参考答案 越高越低 5 交流与讨论 1 能否直接测量滑轮组的额外功 参考答案 不能 克服绳重 动滑轮的重力及摩擦力所做的功都是额外功 这些额外功很难直接测量 2 如果没有刻度尺 能否测出滑轮组的机械效率 参考答案 能 对于已经组装好的滑轮组 s nh 则机械效率 因此只要查出绳子的段数 即可算出滑轮组的机械效率 无需测量h和s的大小 3 忽略绳重和摩擦 机械效率的大小与绳子的股数 提升的高度 移动的距离有关吗 试结合机械效率的公式说明 参考答案 由 机械效率的大小与绳子的股数 提升的高度 移动的距离无关 示范题3 2017 齐齐哈尔中考 某小组在 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 1 实验中应沿竖直方向 缓慢拉动弹簧测力计 2 小红同学发现实验过程中边拉动边读数 弹簧测力计示数不稳定 应该静止读数 你认为她的想法 选填 正确 或 不正确 因为她没有考虑到 对滑轮组机械效率的影响 3 用丁图装置进行实验 得出表中第4次实验数据 请将表中的两个数据填写完整 4 通过比较 两次实验数据得出结论 使用同一滑轮组提升同一重物时 滑轮组的机械效率与绳子段数无关 填实验次数的序号 5 通过比较 两次实验数据得出结论 同一滑轮组提升重物时 物重越大 滑轮组的机械效率越高 填实验次数的序号 6 通过比较3 4两次实验数据可得出结论 精讲精析 1 实验中应沿竖直方向匀速缓慢拉动弹簧测力计 这样测力计示数才等于拉力大小 2 在弹簧测力计静止时读出的数据 由于不会克服轮与轴 绳与轮之间的摩擦 所以测力计示数偏小 她的想法是不正确的 3 丁图中 绳子的有效段数为n 4 绳端移动距离s nh 4 0 1m 0 4m 则滑轮组的机械效率 80 4 绳端移动距离与物体升高的高度的关系为s nh 所以 结合表中数据可知实验1 2 3中绳子的有效段数分别为2 3 3 再结合钩码的重力可知 实验1 2 3分别是用甲 乙 丙装置做的实验 根据控制变量法 研究同一滑轮组的机械效率与绳子段数的关系时 要控制提升物体的重力相同 滑轮个数也相同 只改变绳子的有效段数 所以应比较1 2两次实验数据 通过比较 1 2两次实验数据得出结论 使用同一滑轮组提升同一重物时 滑轮组的机械效率与绳子段数无关 5 研究同一滑轮组提升重物时 机械效率与物重的关系时 要控制滑轮个数相同 绳子的段数相同 只改变物体的重力 故通过比较2 3两次实验数据得出结论 同一滑轮组提升重物时 物重越大 滑轮组的机械效率越高 6 通过比较3 4两次实验数据 即对应的图丙 图丁两装置 滑轮组不同 提升的重物相同 动滑轮越重机械效率越小 故可得出结论 不同滑轮组提升相同重物时 动滑轮越轻 滑轮组的机械效率越高 或不同滑轮组提升相同重物时 动滑轮越重 滑轮组的机械效率越低 答案 1 匀速 2 不正确摩擦 3 0 480 4 1 2 5 2 3 6 不同滑轮组提升相同重物时 动滑轮越轻 滑轮组的机械效率越高 或不同滑轮组提升相同重物时 动滑轮越重 滑轮组的机械效率越低 易错易混警示 1 同一滑轮组的机械效率是变化的 物重不同 滑轮组的机械效率不同 2 滑轮组的机械效率与钩码上升的高度 物体移动的速度无关 教材图片 考点阐释 命题点斜面的特点 机械效率的计算及影响斜面机械效率的因素使用斜面可以 用如图所示的装置探究斜面的机械效率 用15N的力沿着长60cm 高30cm的斜面 将重 为20N的木块匀速拉上斜面 此斜面的机械效率为 物体受到的摩擦力是 N 写出一条提高斜面机械效率的措施 答案 省力66 7 5增大倾斜角度或减小斜面粗糙程度等 命题点功率 机械效率的计算及影响动滑轮机械效率的因素如图所示 用动滑轮匀速提升两个重为1N的钩码 拉力F由图可知为 N 则该动滑轮的机械效率为 当不计绳重和摩擦时 动滑轮重为 N 若增大提升钩码的个数 则机械效率将 选填 变大 不变 或 变小 答案 1 283 0 4变大