11.4 机械效率 课件 2023-2024学年初中物理教科版八年级下册

第十一章 机械与功 第四节 机械效率 学习目标 1. 了解什么是有用功、额外功和总功; 2. 理解什么是机械效率。 3.会测量滑轮组、斜面的机械效率。 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。要研究机械效率,就要先研究使用机械做功的情况。 【问题与猜想】 人们使用杠杆、轮轴、滑轮等机械是为了达到一定的目的。在使用中,有的机械可以省距离,有的机械可以省力。那么,使用机械能够省功吗?你是怎样认为的? 双臂救援机器人 电动起重机 汽车的方向盘 新课导入 课堂探究 有用功和额外功 一 观察 做功的不同办法 小明和小聪要把重 100 N 的沙子运上三楼。图 中画了三种办法,哪种办法最好,哪种办法最不好,为什么? 我们的目的是运沙子上楼,所以把重 100 N 的沙子提高 6 m 所做的功叫做有用功,是无论采取哪种办法都必须做的功。 沙子要装在桶或口袋里,桶或口袋要由人或通过动滑轮提到楼上。所以要完成运沙子的有用功,还不得不另外做功,把桶或口袋、人或动滑轮提高 6 m。这部分并非我们需要但又不得不做的功叫做额外功。 1. 有用功( W有):为了达到目的,人们必须做的对人们有用的功。 2. 额外功(W额) :人们并不需要但为了达到目的又不得不做的功。 3. 总功(W总):有用功跟额外功的总和叫总功。 (使用机械时,动力所做的功)。 W总=W有+W额 归纳 用水桶从井中提水的时候,所做的功哪部分是有用功,哪部分是额外功? 提水所做的功是有用功;提水桶所做的功是额外功。 如果桶掉到井里,从井里捞桶的时候,捞上的桶里带了一些水,这种情况下哪部分是有用功,哪部分是额外功? 提水桶所做的功是有用功;提水所做的功是额外功。 判断有用功和额外功,一定要弄清楚目的。 想想议议 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少越好。物理学中,将有用功跟总功的比值叫做机械效率。 1. 定义:有用功跟总功的比值叫做机械效率。 3. 意义: 表示机械做功时,有用功在总功中所占的比例,是机械性能的重要指标。 4. 特点:因为 W有用 < W总 ,所以, < 1。 机械效率一般用百分数表示,没有单位。 2. 公式: 机械效率 二 起重机的机械效率是45%,它表示使用起重机提升重物时所做的有用功跟总功的比值是45%,也可以说有用功在总功中占的比例是45%,另外的55%是额外功。 起重机的机械效率是45%,它表示什么意义? 5. 一些机械的机械效率 柴油机:28%~40% 起重机:40%~50% 抽水机:60%~80% 6. 怎样才能提高机械的效率 减少额外功 改进结构,使其合理、轻巧 经常保养、定时润滑,减小摩擦 解: 起重机匀速提升重物所用的力与物体所受的重力大小相等: F=G=mg =0.5 103kg 10N/kg=5 103N 起重机提升重物所做的有用功: W有=Fh=5 103N 3m =1.5 104J 起重机的电机做的总功: W总=3. 4 104J 因此,起重机的机械效率: 典例 起重机把质量为 0.5t 的重物匀速提升了 3m,而它的电动机所做功 3.4 104J,起重机的机械效率是多少?g 取10N/kg。 实验探究 测量滑轮组的机械效率 如何测量滑轮组的机械效率? 提出问题 实验原理 实验器材:刻度尺、钩码、弹簧测力计、滑轮、铁架台、长约2m的细绳 测量的物理量 G:物体的重力 h :物体升高的高度 F :绳子自由端的拉力 s :绳子自由端移动的距离 ①用弹簧测力计测量钩码所受的重力G并填入表格。 ②按照图甲安装滑轮组,分别记下钩码和绳端的位置。 ③如图乙所示,匀速缓慢拉动弹簧测力计,使钩码升高,读出拉力F的值,用刻度尺测出钩码上升的高度h和绳端移动的距离s,将这三个量填入表格。 ④算出有用功W有、总功W总、机械效率 并填入表格。 ⑤改变钩码的数量,重复上面的实验。 实验步骤 甲 乙 视频:测量滑轮组的机械效率 滑轮组 钩码重/N 钩码上升高度/m 有用功/J 弹簧测力计示数/N 绳子自由端移动距离/m 总功/J 机械 效率 (a) 0.5 0.03 0.015 0.3 0.087 0.026 57.5% (b) 1 0.03 0.03 0.4 0.091 0.036 88.7% (c) 1.5 0.03 0.045 0.59 0.086 0.050 88.8% 实验记录表 注意事项: 在提升钩码的过程中,要竖直向上,匀速提升钩码。 实验结论: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。 (1)物重:同一个滑轮组,提起的物体越重,机械效率越高。 (2)动滑轮重:提起的物重一样,动滑轮越重,机械效率越低。 (3)摩擦(轮与轴及轮与绳之间)、绳重。减小摩