12.3机械效率 --2023～2024学年人教版物理八年级下学期

第三节 机械效率 学习目标 1.能结合实例辨别有用功、额外功和总功,并知道它们之间的关系。 2.知道机械效率,了解提高机械效率的途径和意义。 3.运用机械效率公式解决有关问题。 4.了解人类使用机械的历程,了解机械使用对社会发展的作用。 知识梳理 一、有用功、额外功和总功 1.有用功:人们为了达到某种目的而必须要做的功，叫做有用功，用表示。 2.额外功:完成某项任务时，不需要但又不得不做的功，叫做额外功，用表示。 3.总功: 和 之和是总共做的功，叫做总功，用表示。 【点拨】 （1）使用机械时，人们所做的功都不会 不用机械时所做的功，也就是说，使用任何机械都 。 （2）使用机械要省力就必须费 ，要省距离就必须费 ，既省力又省距离的机械是 的。 二、机械效率 1.定义:物理学中,有用功与总功的 叫做机械效率。 2.公式: 3.大小:机械效率是一个 ,常用百分数表示。使用任何机械都不可避免地要做 ，有用功总是小于总功，所以机械效率总是 1的。 4.提高方法 （1）有用功一定时，减小 （2）额外功一定时，增大 5.简单机械的机械效率 ①定滑轮：； ②动滑轮：； ③滑轮组：； ④斜面： 三、实验:测量滑轮组的机械效率 原理 器材 钩码、铁架台、滑轮、细线、 和 测量的 物理量 钩码的重力G、钩码被提升的高度h、拉力F、 绳子自由端移动的距离s 注意事项 必须 竖直拉动弹簧测力计使钩码上升,以保证测力计示数大小不变。测量绳端拉力必须在物体匀速运动时测量。 影响因素 其他条件相同时: ①提升的重物越重，做的有用功就越多，机械效率越高； ②动滑轮越重，个数越多，做的额外功就越多，机械效率越低； ③机械摩擦越大，做的额外功就越多，机械效率越低； ④绳子越重，做的额外功就越多，机械效率越低。 应用示例 类型一、有用功、额外功和总功 例1、如图所示，小华用桶把一些沙子运到楼上。在此过程中（ ） A.小华克服自身的重力所做的功是总功 B.小华克服沙子的重力所做的功是有用功 C.小华克服沙子的重力所做的功是额外功 D.小华克服桶的重力所做的功是有用功 【方法指导】 判断有用功和额外功时，关键是找准工作的目标(做功的对象)，对“目标”所做的功是有用功，而与之相伴随所做的功是额外功。 类型二、关于机械效率的简单计算 例2、(多选)为了提高滑轮组的机械效率，下列措施中可行的是（ ） A.在可能条件下，尽量减少动滑轮的个数及每个动滑轮的质量 B.在可能条件下，尽量减少定滑轮的个数及每个定滑轮的质量 C.在可能条件下，尽量增加每次提升货物的质量 D.改变绳子的绕法，尽量增加承担重物及动滑轮的绳子的段数 例3、一名同学用如图所示的滑轮组拉着重500N的物体，使物体以0.1m/s的速度沿水平地面向右匀速直线运动10s。已知物体与地面间的滑动摩擦力为150N，滑轮组的机械效率为60%，在此过程中，下列选项正确的是（ ） A.绳子自由端移动的距离为3 m B.拉力做的有用功为500J C.拉力做的额外功为150J D.拉力做功的功率为25W 例4、如图所示，将一个重9.0N的物体从斜面底端匀速直线拉到斜面顶端，沿斜面向上的拉力为3.6N，物体在斜面上移动的距离s =1.2m，物体升高的高度h =0.3m，则（ ） A.物体所受的摩擦力为3.6 N B.物体克服重力做功为4.32J C.拉力做功为2.7J D.斜面的机械效率为62.5% 例5、用相同的滑轮和绳子分别组成如所示的甲、乙两个滑轮组，绳子受的拉力分别为 F1、F2，保持甲、乙两绳自由端的速度大小相同，把相同的物体匀速提升相同的高度。若不计绳重及轴处摩擦，下列说法正确的是（ ） A. F1和F2大小不相等，滑轮组的机械效率相同 B. F1和F2大小不相等，F1和F2的功率相同 C. 绳子自由端移动的距离不相等，物体运动的时间相同 D. 绳子自由端移动的距离相等，F1和F2做的功相同 例6、如图所示，工人用滑轮组提升重物，已知重物重力，动滑轮重力。在工人用力F作用下，重物匀速上升，30s达到规定高度6m处。不计绳 重和机械之间的摩擦。求： （1）拉力做功的功率。 （2）滑轮组的机械效率。 （3）若用该装置提升另一重物时，机械效率达到90%，则该重物的重力是多少。 类型三、测量滑轮组的机械效率 例7、某小组在“测量滑轮组的机械效率”的实验中得到的数据如下表所示，实验装置如图所示。 实验次数 钩码总重G/N 钩码上升的高度h/m 绳端拉力F/N 绳端移动的距离s/m 机械效率η 1 4 0.1 2.7 0.3 74% 2 4 0.1 1.8 0.3 74% 3 8 0.1 3.1 0.3 86% 4 8 0.1 2.5 （1）实验中应沿竖直方向 缓慢拉动弹簧测力计。 （2）小组同学发现实验过程中边拉动测力计边读数，弹簧测力计的示数不稳定，应该静止时读数,你认为这样的想法 (选填“正确”或“不正确”)，因为没有考虑 对滑轮组机械效率的影响。 （3）用如图丁所示装置进行实验，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 两次实验数据可得出结论: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绕法无关。 （5）通过比较 两次实验数据可得出结论:使用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、4两次实验数据可得出结论: 。 【方法指导】 （1）求动滑轮重力 不计绳重和摩擦时 ①从功的角度求解：额外功仅为克服动滑轮重力做的功，，。 ②从力的角度求解：同一根绳子上的拉力处处相等，,。 题中没有说吗不计绳重和摩擦时，动滑轮重力不能计算 （2）求定滑轮对天花板的拉力 作用力与反作用力大小相等，对定滑轮受力分析得 （n'是定滑轮承受的绳子的股数） （3）常见模型的机械效率计算(适用条件:物体匀速移动) ①动滑轮考虑绳重和滑轮间摩擦时： 不计绳重和滑轮间摩擦时： 考虑绳重和滑轮间摩擦时： 不计绳重和滑轮间摩擦时： ②滑轮组 ③滑轮组综合（受到浮力）考虑绳重、滑轮间摩擦和水的阻力时： 不计绳重、滑轮间摩擦和水的阻力时： ④滑轮组综合（平移物体）考虑绳重和滑轮间摩擦时： 不计绳重和滑轮间摩擦时： 例8、由于热胀冷缩，户外的导线在夏天会变得松弛。冬天又拉得很紧。某些地方用如图所示的滑轮组来控制导线的松紧程度。某次导线对滑轮N的拉力为F。配重水泥块(重为G)被匀速拉升的高度为h，下列说法中正确的是(不考虑滑轮重、绳重和摩擦) A.M是动滑轮 B.拉力F = 2G C.拉力F做的功为3Fh D.拉力F移动的速度与配重G上升的速度相同 例9、工人师傅常利用斜面把重物搬运到汽车上。如图所示，汽车车厢高度h=1.5m，斜面长度s=3m，现用力F沿斜面把重为G=1800N的重物匀速拉到车上。若不计摩擦，拉力F为多大？若实际拉力F =1200N，则该斜面的机械效率是多大？ 课堂练习 1、概念辨别 易错明晰 ①机械的功率越大，机械效率一定越高（ ） ②机械效率越高，机械做功一定越快（ ） ③做功越多的机械，机械效率一定越高（ ） ④所做有用功越多的机械，机械效率一定越高（ ） ⑤有用功在总功中所占比例越大的机械，机械效率一定越高（ ） ⑥不断优化机械设计，能使机械效率达到100%（ ） ⑦用同一滑轮组提升物体，只增加物体所受的重力可以提高机械效率 （ ） ⑧用同一滑轮组提升物体，只减少提升物体的高度可以提高机械效率（ ） ⑨忽略摩擦和绳重时，同一滑轮组机械效率只与被提升物体所受重力有关（ ） ⑩滑轮组的机械效率高低与动滑轮所受重力大小无关（ ） ⑪使用滑轮组时，增加承受拉力的绳子段数，是为了提高机械效率（ ） ⑫有用功一定时，额外功越少，机械效率越高（ ） 2、(多选)质量为60kg的工人站在水平地面上，利用如图所示的滑轮组竖直向下拉动绳子自由端，将一质量为80kg的重物A以0.1m/s的速度匀速提升1m，此过程中该滑轮组的机械效率为80%。对此工作过程及装置，以下说法正确的是(g取10 N/kg) A.动滑轮重为200 N B.工人对绳的拉力做的功为1 000 J C.工人拉力的功率为50W D.工人对地面的压力为100N 3、小明用如图所示的装置将总重为90N的重物匀速提升了3m，此时他测得滑轮组的效率为75%。(不计绳重和滑轮的摩擦阻力) （1）小明这次使用这个滑轮装置提升重物的过程中，所做的有用功、额外功各是多少？ （2）求动滑轮重力和悬挂滑轮组的横梁受到的拉力。 （3）若小明组装滑轮所用绳能承受的最大拉力为50N，这个滑轮组能达到的最大效率是多少？ 4、如图所示的滑轮组中，动滑轮的总重是100N（绳的自重和轮轴间摩擦均不计）。求： （1）当提起400N的物体时，绳自由端拉力F至少应是多少？ （2）滑轮组的机械效率是多大？ （3）当提起400N的物体时，物体移动的速度0.lm/s，绳自由端拉力F的功率是多少? （4）若绳子能承受的最大拉力是200N时，滑轮组最大的机械效率是多大？ 5、如图甲所示是使用动滑轮匀速提升物体的装置图。如图乙所示是提升不同重物时卷扬机对绳子竖直向上的拉力F与卷扬机拉动绳子的速度v的关系图像。当使用这个装置提升重为500N的物体A时，卷扬机拉动绳子的速度为0.2 m/s。卷扬机拉动绳子的功率保持不变。不计绳重及轮与轴的摩擦。 （1）提升物体A时，求卷扬机对绳子的拉力FA。 （2）求动滑轮受到的重力G动。 （3）若用该装置提升另一物体B时，卷扬机拉动绳子的速度为0.4m/s，求此时动滑轮的机械效率。 1 学科网（北京）股份有限公司 $$