12.3机械效率 课件-2023-2024学年人教版物理八年级下册

名称 有用功 额外功 总功 定义 使用机械工作时，必须要做的功 使用机械工作时，克服机械本身的重力以及摩擦力等因素的影响而做的功 有用功与额外功之和 符号 W 有 W 额 W 总 计算方法 数值上等于机械作用在物体上的力与物体在力的方向上移动的距离的乘积 等于机械本身重力与机械上升的距离的乘积和克服摩擦力做的功的和 有用功和额外功的和 12.3机械效率 -1- ■考点一 有用功和额外功 1. 有用功、额外功、总功 [考点解读] 实例 从井中打水时提水所做的功 从井中打水时提水桶和绳子所做的功 从井中打水时提水、水 桶和绳子所做的功 第 3 节 机械效率 -2- 续表 2. 有用功和额外功的区分： 区分有用功与额外功的关键是看我们需要达到什么样的做功目的，在同一做功过程中，目的不同，功的性质就不一样。 第 3 节 机械效率 -3- 例 1 某同学不小心把水桶掉进井里，当他把桶从井里捞出来时，桶里带了一些水，下面有关有用功、额外功和总功的说法正确的是 （ ） A． 克服桶的重力做的功是总功 B． 克服桶内水的重力做的功是总功 C． 克服桶的重力做的功是额外功 D． 对水和桶做的功是总功 解析：该同学的目的是提桶，所以对桶做的功是有用功。 但是对水又不得不做功，所以对水做的功是额外功。 对水和桶做的功是总功。 答案：D 易错：C 错因：没有审清题，误认为该同学的目的是从井中提水。 满分备考：同样的功，在不同的情境中，可能是有用功，也可能是额外功，要将功与具体的情境相结合进行分析，切忌想当然。 典题精析 第 3 节 机械效率 -4- ■考点二 机械效率 1. 定义：物理学中，将有用功跟总功的比值叫做机械效率。 2. 公式：η= 3. 对机械效率及公式的理解 （1）机械效率越高，机械性能越好。 （2）η 是一个比值，没有单位，一般用百分数表示。 （3）使用任何机械，都会有额外功的存在，有用功一定小于总功，即机械效率总小于 1。 （4）机械效率由有用功和总功共同决定：总功一定时，有用功越多或额外功越少，机械效率越高；有用功一定时，总功越少或是额外功越少，机械效率 越高；额外功一定时，总功越多或是有用功越多，机械效率越高。 （5）机械效率的高低与是否省力无关。 杠杆 滑轮或滑轮组 提升物体 ① ②不计绳重、 摩擦， 水平拉动物体 斜面 第 3 节 机械效率 -5- 4. 三种简单机械的机械效率的计算方法（式中 G 表示物体的重力、h 表示物体升高的高度、F 表示动力、s 表示动力作用点沿力的方向移动的距离、G 动表示动滑轮的重力、s 物表示物体移动的距离、f 表示物体受到的摩擦力、L 表示斜面长、n 表示与动滑轮相连的绳子段数） 第 3 节 机械效率 -6- 例 2 工人利用如图所示的滑轮组，将重 800 N 的物体竖直向上匀速提升 1 m，工人对绳的拉力为 500 N，则滑轮组对重物所做的有用功 W 有和该滑轮组此时的机械效率 η 分别是 （ ） A． W 有=500 J，η=62.5% B． W 有=500 J，η=80% C． W 有=800 J，η≈53.3% D． W 有=800 J，η=80% 典题精析 第 3 节 机械效率 -7- 解析：滑轮组做的有用功：W 有=Gh=800 N×1 m= 800 J；s=2h=2×1 m=2 m，滑轮组做的总功：W 总=Fs= 500 N×2 m=1000 J，滑轮组的机械效率：η= =80%。 答案：D 易错：C 错因：求总功时数错承重绳子的段数，认为是 3 段。 满分备考：滑轮组提升重物时有η= ，因为 W 有 =Gh，W 总 =Fs，所以有 η= ，又因为s= nh，所以有 η= ；如果不计摩擦和绳重，则有 F= ，则 η= 。 第 3 节 机械效率 -8- 实验：测量滑轮组的机械效率 [实验突破] 实验步骤： （1）如图所示安装滑轮组，用弹簧测力计测出钩码所受的重力 G，分别记下钩码和绳端的位置。 （2）竖直匀速缓慢拉动弹簧测力计，使钩码升高，读出拉力 F 的值，并用刻度尺测出钩码上升的高度 h 和绳端移动的距离 s，将这三个量计入表格。 （3）应用公式 W 有=Gh，W 总=Fs，η= 分别求出有用功 W 有、总功 W 总、机械效率 η，并填入表格。 （4）改变钩码的数量，再做两次上面的实验，将实验数据填入表格。 （5）换用图丙所示的装置重复实验，将实验数据填入表格。 第 3 节 机械效率 -9- 第 3 节 机械效率 -10- 实验表格： 实验序号 1 2 3 4 钩码所受的重力 G/N 1.5 3 4.5 1.5 提升高度 h/m 0.4 0.4 0.4 0.4 有用功 W 有/J 0.6 1.2 1.8 0.6 拉力 F/N 0.7 1.2 1.7 0.6 绳端移动的距离 s/m 1.2 1.2 1.2 2 总功 W 总/J 0.84 1.44 2.04 1.2 机械效率 η 71% 83% 88% 50% 第 3 节 机械效率 -11- 实验分析： （1）由 1、2、3 次实验可知，提升的钩码重力增加 时，有用功增加，额外功基本不变（克服摩擦力及动滑轮重力做的功基本不变），由 η= 可知，机械效率会升高，同一装置的机械效率与被提升的物重有关，物重增大，机械效率增大。 （2）由 1、4 两次实验可知，使用两个不同的滑轮组提升相同的钩码，做的有用功相同，但滑轮组丙的动滑轮个数多，所做的额外功多，由 η= 可知，当有用功相同时，额外功越多，机械效率越低，故滑轮组丙的机械效率小于滑轮组甲的机械效率。 第 3 节 机械效率 -12- ■易错点 对机械效率、额外功、有用功和总功的概念理解不清 [易错分析] 例 一台机械做功时，下列说法正确的是（ ） A. 机械做的有用功越少，机械效率就越高 B. 机械做的有用功越多，机械效率就越高 C. 机械做的总功越多，机械效率就越高 D. 机械做的有用功在总功中占的比例越大，机械效率就越高 答案：D 易错：B 错因：以为有用功越多，机械效率就越高。 易错警示：机械效率是有用功与总功的比值，总功包括有用功和额外功。 机械效率表示的是有用功在总功中所占的比例，与是否省力、做功多少无关，与机械自身因素（如摩擦力、重力）有关。在理解机械效率的概念时易出错，如单纯的以为有用功越多，机械效率就越高。 第 3 节 机械效率 -13- ■题型一 机械效率的实验探究 [题型探究] 例 1 在“测量滑轮组的机械效率”的实验中，用同一滑轮组进行两次 实验，实验数据如下表： 次数 钩码重力 G/N 钩码上升高度 h/cm 弹簧测力计示数 F/N 弹簧测力计移动距离 s/cm 1 2 10 0.8 40 2 5 5 1.5 20 第 3 节 机械效率 -14- （1）实验原理是 __________________________ ___________________________________________。 （2）实验中应选用的测量工具是 __________、 __________。 （3）第 1 次实验测得的滑轮组的机械效率为 _______，两次相比较，第 2 次实验测得的滑轮组的机械效率 _______（选填“大于”“小于”或“等于”） 第一次实验测得的滑轮组的机械效率。 （4）根据表中数据，能否得出“滑轮组的机械效率与所挂钩码重力有关，钩码越重其机械效率越高” 的结论？答：________（选填“能”或“不能”）；请简要说出其中一条理由：__________________________ ___________________________________________。 第 3 节 机械效率 -15- 解析：（1）测量滑轮组机械效率的实验原理是 η= 。 （2）测量钩码的重力与作用在绳子自由端的拉力要用弹簧测力计，测量钩码上升的高度和绳子自由端移动的距离要用刻度尺。 （3）第 １ 次实验测得的滑轮组的机效率为 η= =62.5%。第 2 次实验测得的滑轮组的机械效率 η′= ≈83.3%， 故第 2 次实验测得的滑轮组的机械效率大于第 1 次实验测得的滑轮组的机械效率。 （4）实验中只有一组对比实验，实验次数太少，得出的结论有偶然性。 第 3 节 机械效率 -16- 答案：（1）η= （2）弹簧测力计 刻度尺 （3）62.5% 大于 （4）不能 只有一组对比实验，得出的结论有偶然性 题型解法：在解答此类问题时，可以从以下几个方面入手： （1）分析滑轮组的绕绳情况，明确承担物重的绳子段数； （2）分析清楚有用功、额外功和总功，利用公式 W总＝Fs、W总＝W有＋W 额 和 η= 等进行计算； （3）明白影响滑轮组机械效率的因素有物重、动滑轮重、绳重和摩擦。 第 3 节 机械效率 -17- ■题型二 机械效率的简单计算 例 2 某公园矗立着由汉白玉制成的一座雕像，其质量为 5.4 t，吊装时用如图所示的滑轮组将装在箱中的雕像匀速吊上 3 m 的高台（箱子质量不 计）。 已知提升箱子时，拉力 F 的功率为 6×103 W，绳子自由端的移动速度为 0.3 m/s。（g＝10 N/kg）求： （1）滑轮组将箱子吊上 3 m 的高台需要的时间 t； （2）滑轮组对雕像做的有用功； （3）提升箱子的过程中滑轮组的机械效率。 第 3 节 机械效率 -18- 解析：（1）由题图可知，承担箱子的绳子段数为 n＝3，则绳子自由端移动的距离 s＝3h＝3×3 m＝9 m， 根据 v＝ 得， 所用的时间 t＝ =30 s。 （2）雕像的重力 G＝mg＝5.4×103 kg×10 N/kg＝ 5.4×104 N， 滑轮组对雕像做的有用功 W 有 ＝Gh＝ 5.4×104 N×3 m＝1.62×105 J。 （3）已知拉力 F 的功率 P=6×103 W，t＝30 s，根据 P＝ 得拉力做的总功 W 总＝Pt＝6×103 W×30 s＝ 1.8× 105 J ； 提升箱子的过程中滑 轮组的机械效率 η＝ ＝90%。 题型解法：在解答此类问题时，首先要分析清楚有用功、额外功和总功，再利用公式 W 总＝Fs、 W 总＝W 有＋W 额和 η= 进行计算。 1. 有用功和额外功 （1）有用功：为了实现做功的目的，无论是否使用机械而 ________ 做的功，用 ________ 表示。 （2）额外功：使用机械时，对人们没有用但又不得不做的功，用 ________ 表示。 （3）总功：________ 与 ________ 之和是总共做的功，叫做总功，用 ________ 表示。 -1- 12.3 机械效率 ▍课前预习/新知导引 第 1 课时 有用功和额外功、机械效率 2. 机械效率 （1）定义：物理学中，将 ________ 跟 ________ 的比值叫做机械效率。 （2）公式：η=________。 （3）意义：机械效率的高低反映了使用机械时有用功在 ________ 中所占的比例大小，比例越大，机械效率越高，机械的性能越好，经济效益越高。 （4）影响因素：________、__________ 及 ________ 等。 （5）注意：使用任何机械都不可避免地要做额外功，有用功总小于总功，所以机械效率总小于 1。机械效率通常用百分数表示。 -2- 12.3 机械效率 12.3 机械效率 -3- ■考点 1 有用功和额外功 1. 用绳子将钩码提升至一定的高度，如图所示，此过程所做的有用功是 （ ） A． 升高钩码所做的功 B． 克服摩擦力所做的功 C． 提高绳子所做的功 D． 克服动滑轮重力所做的功 （第 1 题图） ▍考点集训/夯实基础 2. 如图所示，用竖直向上的力匀速拉动杠杆，使重为 18 N 的物体缓慢升高 0.1 m，拉力大小 F=8 N，拉力移动的距离为 0.25 m。所做的有用功为 ______ J，额外功为 _______ J，总功为 _______ J。 （第 2 题图） -4- 12.3 机械效率 ■考点 2 机械效率 3． 关于机械效率，下面说法正确的是 （ ） A． 功率越大的机械，机械效率越高 B． 机械效率越高的机械越省力 C． 机械效率越低的机械，做的功就越少 D． 由于有用功总小于总功，机械效率总小于 1 4. 一台机器的机械效率为 80%，当它完成 1000 J 的总功时，所做的有用功为 （ ） A． 1000 J B． 800 J C． 400 J D． 200 J -5- 12.3 机械效率 5.（教材 P88，T4 改编）如图所示，小明用动滑轮把 90 N 的重物匀速提升 2 m，所用的拉力是 60 N，则小明做的有用功是 ______ J，动滑轮的机械效率是 ______。 （第 5 题图） -6- 12.3 机械效率 1. 测量滑轮组的机械效率 （1）原理： 。 （2）过程：沿 ________ 方向 ________ 拉动弹簧测力计使重力为 G 的钩码升高，测出拉力 F、钩码提升的高度 h、绳的自由端移动的距离 s，计算 W 有、W总、η。改变钩码数量或利用不同滑轮组，重复上述实验。 （3）结论：同一滑轮组，提升重物越重，机械效率越 ________；提升相同重物，动滑轮个数越多，机械效率越 ________，但越 ________ 力。 -7- 12.3 机械效率 ▍课前预习/新知导引 第 2 课时 滑轮组的机械效率 2. 滑轮组机械效率的计算 滑轮组提升重物时，有 ，因为 W 有=Gh，W 总= Fs，所以有 ，又因为 s=nh，所以有 ；如果不计摩擦和绳重，则有 ，则 。 -8- 12.3 机械效率 12.3 机械效率 -9- ■考点 1 测量滑轮组的机械效率 1. 如图所示，在“测滑轮组机械效率”实验中，若物体重 6 N。 （1）实验时沿 ________ 方向拉绳子自由端最省力，且应 ________ 拉动弹簧测力计。若物体上升高度为 10 cm，此时弹簧测力计的示数如图中所示，则滑轮组的机械效率是 _______。 （2）若仅增加物体的质量，该滑轮组的机械效率将 ______（选填“增大”“减小”或“不变”，不计摩擦）。 （第 1 题图） ▍考点集训/夯实基础 2. 通过测量滑轮组机械效率的实验，可得出下列各措施中能提高机械效率的是 （ ） A． 增加动滑轮，减小拉力 B． 改用质量小的动滑轮 C． 减少提升高度，减少做功 D． 减少提升重物重力 -10- 12.3 机械效率 ■考点 2 滑轮组机械效率的计算 3. 如图所示，在测量滑轮组的机械效率的实验装置中，动滑轮重 0.6 N，物重 2.4 N，不计绳重和各处摩擦，当物体匀速提升时，绳的自由端在竖直方向上的拉力 F 为 ______ N，此过程滑轮组的机械效率为 _________。 （第 3 题图） （第 4 题图） 4. 如图所示，在 50 N 的水平拉力 F 作用下，重 800 N 的物体沿水平地面做匀速直线运动，物体与地面间滑动摩擦力为 120 N。则滑轮组的机械效率为 ______，若绳子自由端向前移动的速度为 0.6 m/s，则物体在 1 min 内移动的距离为 ______ m。 -11- 12.3 机械效率 5. 某人用如图所示的滑轮组匀速提升重 1800 N 的重物，滑轮组的机械效率是 90%，当他用该滑轮组提升 800 N 的重物时，匀速上升 2 m，该滑轮组的机械效率是 ______，人做功 ______ J。（不计绳重和摩擦） （第 5 题图） -12- 12.3 机械效率 6. 两滑轮组装置如图所示，已知每个滑轮重力都为 G0，摩擦和绳重均不计，用它们分别匀速提起重为 G=5G0 的物体时，甲、乙两滑轮组的机械效率之比是 （ ） A． 7∶6 B． 6∶7 C． 5∶6 D． 6∶5 （第 6 题图） -13- 12.3 机械效率 1.（1）必须 W 有 （2）W 额 （3）有用功 额外功 W 总 2.（1）有用功 总功 （2） （3）总功 （4）摩擦 机械自重 物重 -10- 第十二章 简单机械 ▍课前预习/新知导引 第 1 课时 有用功和额外功、机械效率 12.3 机械效率 第十二章 简单机械 -11- 1. A 提示：用绳子将钩码提升至一定高度，升高钩码所做的功为有用功；克服摩擦力、提高绳子和动滑轮所做的功，是无用但又不得不做的功，是额外功。 2. 1.8 0.2 2 提示：有用功为 W 有=Gh=18 N×0.1 m=1.8 J；总功为 W 总=Fs=8 N×0.25 m=2 J；额外功为 W 额=W 总-W 有=2 J-1.8 J=0.2 J。 3. D 提示：功率是单位时间内做的功，表示的是做功的快慢，机械效率是指有用功与总功的比值，两者没有必然的联系，故 A 说法错误；机械效率高说明有用功与总功的比值大，与机械省不省力无关，故 B 说法错误；机械效率越低说明有用功与总功的比值越小，不能说明做的功越少，故 C 说法错误；使用任何机械，除了做有用功外，都不可避免地要做额外功，所以有用功总小于总功，机械效率是指有用功与总功的比值，所以机械效率总小于 1，故 D 说 法正确。 ▍考点集训/夯实基础 4. B 提示：η= ，W 有 =W 总 ×η=1000 J×80%=800 J。 5. 180 75% 提示：提起物体所做的有用功：W 有=Gh=90 N×2 m=180 J；由图可知，动滑轮有两段绳子承担物重，s=2h=2×2 m=4 m，提起物体所做的总功：W 总=Fs=60 N×4 m=240 J，滑轮组的机械效率：η= = =75%。 -12- 第十二章 简单机械 1.（2）竖直 匀速 （3）高 低 省 -13- 第十二章 简单机械 ▍课前预习/新知导引 第 2 课时 滑轮组的机械效率 第十二章 简单机械 -14- 1.（1）竖直向上 匀速 83.3% （2）增大 2. B 3． 1 80% 提示：不计绳重和各处摩擦且 n=3，绳的自由端在竖直方向上的拉力：F= （G 物+G 动）= ×（2.4 N+0.6 N）=1 N；滑轮组的机械效率： = =80%。 4. 80% 12 提示：由图知，承担摩擦力的绳子股数 n=3，则绳子自由端向前移动的距离 s=3l（l 为物体移动的距离）， = = = = =80% ；在 1 min 内绳子自由端向前移动的距离：s= 0.6 m/s×60 s=36 m，因为 s=3l，所以物体移动的距离：l= s= ×36 m=12 m。 ▍考点集训/夯实基础 5. 80% 2000 提示：提升重 1800 N 的重物时：因为不计绳重和摩擦，所以 ，即： ，解得动滑轮重：G 轮=200 N，用该滑轮组提升 800 N 的重物时，动滑轮重不变， = = =80%，W 有′=G′h′=800 N×2 m=1600 J，W 总= =2000 J。 6. A 提示：使用两滑轮组时，都不考虑绳重和摩擦， 。 -15- 第十二章 简单机械 $$