11.5 机械效率（教学课件）-【上好课】九年级物理上册同步高效课堂（苏科版）

江苏凤凰科学技术出版社 九年级物理 上册 义务教育教科书 第十一章 简单机械和功 从我们吃饭用的筷子 到航天器使用的机械臂 机械已深入到人类生活的方方面面 无论多么复杂的机械都是由简单机械组成的 我们在叹服于机械的神奇和人类伟大智慧的同时 不禁产生许多遐想…… 这些机械是依据什么原理工作的呢？ 致老师、同学 说明 ppt使用高质量视频，资源比较大，本ppt约80MB. 本ppt共有46张、2段视频，可根据需要选择点播. 本ppt使用PowerPoint制作，建议使用PowerPoint播放. 视频 资源 ①视频讲解——《有用功与额外功》 ②课堂总结——《机械效率》 免责 声明 ppt中的部分视频来源于自有媒体，其版权归原作者所有，如涉及版权问题，请及时联系我们删除。 导入新课 1. 想一想 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，你知道它们的含义吗？ 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”，你知道它的物理含义吗？ 导入新课 第五节 机械效率 现在将一箱书搬上三楼，小明和小华分别提供了两种方法：小明的方案是把所有的书一起搬上楼；小华的方案是先搬一部分书上楼，再搬剩下的部分。 则用这两种方案搬书的效率有什么不同?你搬的话，选用哪种方案？ 2. 议一议 学习目标 1 通过实验探究，知道有用功、额外功和总功的概念及它们之间的关系。 2 理解机械效率的概念，知道机械效率的计算公式，会计算简单机械的机械效率。 3 能设计实验，测量简单机械的机械效率，知道简单机械的机械效率与哪些因素有关。 第五节 机械效率 实践与练习 03 学习新课 01 课堂总结 02 综合提升训练 04 目录导航 第五节 机械效率 01 学习新课 第五节 机械效率 知识一 有用功和额外功 1. 再探动滑轮 【活动目的】探究动力拉绳所做的功与动滑轮拉钩码所做的功之间的大小关系。 【测量器材】弹簧测力计、刻度尺。 【实验步骤】 （1）如图所示，用弹簧测力计沿竖直方向匀速拉一个动滑轮，使挂在它下面重为G的钩码缓缓上升。分别测量绳受到的拉力F、绳端移动的距离s、钩码所受的重力G和钩码上升的高度h。 F h s 知识一 有用功和额外功 （2）改变钩码的数量，重复上述步骤。 （3）将实验数据填入自己设计的表格中。 实验 次数 拉力 F/N 绳子移动 距离s/m 钩码重力 G/N 钩码上升 高度h/m 拉力做功 W拉/J 动滑轮对钩码做功W动/J 1 1.3 0.2 2.0 0.1 2 2.5 0.4 4.0 0.2 3 3.5 0.6 6.0 0.3 0.26 1.0 2.1 0.2 0.8 1.8 【分析论证】手拉绳子所做的功和动滑轮对物体所做的功相等吗？若不相等，则哪一个大？你能找出其中的原因吗？ 结论 不相等，手拉绳子所做的功多。原因是在提升钩码的过程中，不仅要克服钩码的重力做功，还要克服动滑轮的重力、绳的重力及摩擦力做功。 知识一 有用功和额外功 2. 有用功、额外功和总功 （1）有用功： 将钩码提升一定的高度是我们的目的，所做的功叫做有用功，记为W有用. （2）额外功： 在使用动滑轮提升钩码时，除需克服摩擦力做功外，还要克服动滑轮的重力做功，这两部分功虽然并非我们所需要的，但又不得不做，叫作额外功，记为W额外. （3）总功： 手拉绳所做的功叫作总功，记为W总.总功等于有用功与额外功之和 W总= W有+ W额 ②额外功 ①有用功 ③总功 知识一 有用功和额外功 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。 知识一 有用功和额外功 【例题1】如图所示，物体重180N，动滑轮重10N，小明用100N的拉力（方向不变）将物体匀速提升2m，则此过程中有用功是______J，额外功是____J，总功是_____J 。 400 360 40 滑轮组提升重物所做的有用功为W有＝Gh＝180N×2m＝360J 由图知有2段绳子拉着物体，拉力端移动距离 s＝2h＝2×2m＝4m 拉力所做的总功W总＝Fs＝100N×4m＝400J 则额外功为 W额外＝W总-W有＝400J-360J＝40J 视频欣赏——《有用功和额外功》 知识一 有用功和额外功 知识二 机械效率 （1）定义：物理学中，将有用功跟总功的比值叫作机械效率。 （2）计算公式：机械效率 η= ×100% （3）变形公式： W有= W总η = （4）理解机械效率 ①机械效率只有大小，没有单位。由于有用功总小于总功，所以机械效率总小于1 。机械效率通常用百分数表示。 ②机械效率是标志机械做功性能好坏的重要指标，机械效率越高，机械的性能越好。 1. 机械效率 （5）理解有用功和总功 总功W总：动力(人或电动机)对机械所做的功是总功。 有用功W有：机械对物体所做的功是有用功，或者说如果没有使用机械，直接用手移动物体所做的功是有用功。 知识二 机械效率 例如：在水力发电站中，水从高处流下来带动发电机，水的重力所做的功（W有=Gh）是总功，发电机发出的电能是有用功。 在电动抽水机把水提升某一高度时，抽水机消耗的电能（电流所做的功）是总功，水的势能的增加量 Gh 是有用功。 （6）计算“活动11.5”中不同情况下动滑轮的机械效率。 机械效率 = = = 知识二 机械效率 实验 次数 拉力 F/N 绳子移动 距离s/m 钩码重力 G/N 钩码上升 高度h/m 拉力做功 W拉/J 动滑轮对钩码做功W动/J 1 1.3 0.2 2.0 0.1 2 2.5 0.4 4.0 0.2 3 3.5 0.6 6.0 0.3 0.26 1.0 2.1 0.2 0.8 1.8 2. 一些机械（机器）的机械效率 纽科门蒸汽机最初 的机械效率约1% 瓦特蒸汽机的机械效率 提高至6% ~ 15% 起重机的机械 效率40%~50% 知识二 机械效率 汽油机 22～27% 离心式水泵 60～80% 喷气发动机 50～60% 一些机械（机器）的机械效率 知识二 机械效率 想一想: 一台起重机的机械效率是60%  ，它表示什么意义？ 可知： ，表示使用该起重机提升重物时，所做的有用功跟总功的比值是60% ，也可以说有用功在总功中占的比例是60%，另外的40% 是额外功。 知识二 机械效率 3. 一些简单机械的机械效率的计算 （1）滑轮组的机械效率 ①滑轮组竖直提升物体 如图，利用滑轮组把重力为G的物体提高h。F为动力，s为绳子自由端移动的距离，n为承担重物的绳子股数。 = 不计绳重、摩擦时： = = 由公式可知：当动滑轮的重力一定时，物重越大，机械效率越高。 知识二 机械效率 ②滑轮或滑轮组水平拉动物体（不计滑轮及绳重） 使用滑轮或滑轮组用力F沿水平方向匀速拉动物体，物体与水平面的摩擦力为f， 为绳子自由端移动的距离，为物体移动的距离，n为动滑轮上的绳子股数。 = = = f摩擦力 f摩擦力 知识二 机械效率 （2）斜面的机械效率 如图所示，用力F沿斜面把重力为G的物体提高，h为斜面的高度，l为斜面的长度，f 为物体与斜面间的摩擦力。 = 则有用功为： 总功为拉力所做的功： 额外功为克服斜面与物体之间的摩擦力做的功： 知识二 机械效率 （3）杠杆的机械效率 如图所示，利用杠杆把重力为G的物体提高h，F 为动力，s为动力作用点移动的距离。 则有用功为： 总功为拉力所做的功： 为克服杠杆自重及摩擦力做的功 知识二 机械效率 第一，是减小额外功。方法有：保持良好的润滑、减小滑轮的轮与轴之间的摩擦、减小动滑轮的自重等都能减小额外功，从而提高机械效率。 第二，是增加有用功。当额外功不变时，有用功越大，则机械效率越高。以滑轮组提升重物为例，当动滑轮重和摩擦不变时，提起的货物越重，机械效率越高。 4. 提高机械效率的方法 知识二 机械效率 总结：提高机械效率的方法 影响因素 分析 改进措施（提高效率） 同一机械，被提升物体的重力越大，做的有用功越多，机械效率越大. 在机械承受的范围内，尽可能增加被提升物体的重力. 有用功不变时，减小提升机械时做的额外功，可提高机械效率. 机械自身部件的摩擦力越大，机械效率越低. 改进机械结构，使其更合理、更轻巧. 对机械按技术规程经常保养，使之处于良好的状态. （1）被提升 物体的重力 （2）机械 自身的重力 （3）机械转动 部件间的摩擦 知识二 机械效率 【例题2】如图所示，用滑轮组竖直向上匀速提升重物，不计绳重和摩擦，下列措施能提高滑轮组机械效率的是（　　） A．适当增大重物上升的高度 B．换用质量较小的动滑轮 C．增大绳子自由端移动的距离 D．增大绳子自由端的拉力 B 知识二 机械效率 所以选B. ACD．用滑轮组竖直向上匀速提升重物时，有用功为 W有用 = G物h ，不计绳重和摩擦，额外功为：W额 = G动h， 总功为W总=W有用+W额= G物h+ G动h 则滑轮组的机械效率为 由此可知，滑轮组机械效率的高低与重物上升的高度、增大绳子自由端移动的距离和增大绳子自由端的拉力无关，故ACD不符合题意； B．由以上分析可知，减小动滑轮的重力，可减小额外功，能提高滑轮组的机械效率，故B符合题意。 = 知识二 机械效率 【例题3】如图所示，斜面与水平地面夹角为30°，某快递员用500N的力，将重800N的货物沿斜面匀速推上车厢，斜面的机械效率为 _____。不改变斜面与地面夹角和货物质量，采用 ______________的方法可以提高斜面的机械效率。 如图所示，斜面的长度为l，其高度h=0.5l，斜面的机械效率 ×100%= ×100%= 80% 斜面与地面夹角和货物质量不变，即有用功保持不变，可通过减少额外功来提高斜面的机械效率。所以可通过减小接触面的粗糙程度来减小摩擦，来提高机械效率。 80%  使接触面光滑  知识二 机械效率 【例题4】现在将一箱书搬上楼，小明和小华分别提供了两种方法：小明的方案是把所有的书一起搬上楼；小华的方案是先搬一部分书上楼，再搬剩下的部分。用这两种方案，搬书的机械效率有什么不同?你搬的话，选用哪种方案？ ①在搬书的过程中，人需要对自身做大量的额外功。设把书搬上楼做的有用功为W书，人每次搬书上楼做的额外功为W人。如果把所有书一起搬上楼，则需要做的功为W书+W人，因此机械效率 ×100% ②分两次搬书，每次上楼需要做的功为W部分书+W人，需要做的总功为 W总=（W部分书+W人）+（W部分书+W人）=W书+2W人，即需要做的总功较大。 根据公式×%100可知，把所有书一起搬上楼，机械效率较高。 小明的方案功率大，机械效率高。 知识二 机械效率 知识三 测量滑轮组的机械效率 【实验原理】 【实验器材】 定滑轮、动滑轮组成的滑轮组， 弹簧测力计，钩码和刻度尺。 想一想：测量滑轮组的机械效率，需要测量哪几个量？怎样计算有用功？怎样计算总功？ 测量的物理量有：物体的重力G及升高的高度h；拉力F及拉力移动的距离s。 知识三 测量滑轮组的机械效率 【实验步骤】 （1）用弹簧测力计测出钩码所受的重力G，按照图甲所示安装滑轮组，分别记下钩码和绳端的位置。 （2）如图乙所示，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，将这三个量填入表格。 知识三 测量滑轮组的机械效率 【实验步骤】 （3）应用公式W有=Gh、W总=Fs、分别求出有用功W有、总功W总、机械效率，并填入表格。 （4）改变钩码的数量，再做两次上面的实验，如表格第1~3次实验。 （5）换用图丙所示的装置重复实验步骤（1）~（3），将实验数据记入表格，如表格第4次实验。 知识三 测量滑轮组的机械效率 【实验表格】 实验 次数 钩码的 重力G物/N 提升 高度h/m 有用功 W有/J 拉力 F/N 绳端移动的 距离s/m 总功 W总功/J 机械 效率η 1 1.5 0.4 0.6 0.7 1.2 0.84 71% 2 3 0.4 1.2 1.2 1.2 1.44 83% 3 4.5 0.4 1.8 1.7 1.2 2.04 88% 4 1.5 0.4 0.6 0.6 1.6 0.96 62.5% 知识三 测量滑轮组的机械效率 【分析论证】 （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 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，机械效率升高。 （2）由1、4两次实验可知，使用两个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 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。 知识三 测量滑轮组的机械效率 【探究归纳】 ①同一装置的机械效率并不是固定不变的，与被提升的物重有关，物体重力越大，机械效率越高； ②机械效率还与机械装置本身有关，与其结构、自身的重力以及润滑程度都有关系。 知识三 测量滑轮组的机械效率 （1）实验时拉力的方向应尽量____________，应在钩码__________的过程中读取拉力的大小。 （2）确定绕线方式与承担重物绳子的段数n： 与动滑轮连接的段数即为承担重物绳子的段数，如图所示，n=3，用“奇动偶定法”确定绕线方式。 （3）影响滑轮组机械效率的因素： 物体的 、动滑轮的________、绳子与滑轮之间的摩擦力。与绳子的绕法、绳子段数________。 竖直向上 匀速移动 重力 重力 无关 【交流与评估 】 知识三 测量滑轮组的机械效率 视频演示——《测量滑轮组的机械效率》 知识三 测量滑轮组的机械效率 【例题4】小明测量滑轮组的机械效率的实验过程如图所示，他匀速拉动弹簧测力计时，弹簧测力计的示数如图丁所示。 （1）根据上面的实验数据，使用该滑轮组时做的有用功、总功、机械效率分别是_______、_______、_______； （2）若增加提升钩码的个数，该滑轮组的机械效率将______（选填“增大”“不变”或“减小”）。影响滑轮组机械效率的因素还有________ 。 动滑轮重等（或绳重、绳与滑轮摩擦等） 83.3% 0.2 0.24 增大 （1）由图知： G=2N h=40cm-30cm=10cm=0.1m F=0.8N s=80cm-50cm=30cm=0.3m 使用该滑轮组时做的有用功 W有=Gh=2N×0.1m=0.2J 总功W总=Fs=0.8N×0.3m=0.24J 机械效率为 = （2）整个滑轮组保持不变，即额外功不变，增加提升钩码的个数，钩码重力逐渐增大，即有用功增大，机械效率增大。 滑轮组提升物体时，对动滑轮所做的功为额外功，会影响机械效率的大小，所以影响滑轮组的机械效率的因素还有动滑轮的重；另外实际使用滑轮组时，要克服摩擦力做额外功，所以摩擦力也影响效率的大小。 知识三 测量滑轮组的机械效率 02 课堂总结 第五节 机械效率 课堂总结（1） ①有用功：提升重物时，将重物提升一定高度所做的功. ②额外功：克服机械的自重和摩擦力等因素而做的功. ③总功：人拉绳所做的功.W总= W有+ W额. ①定义：有用功与总功的比值叫作机械效率. ②计算公式：机械效率 η= ； η＜1，用百分数表示. ①影响因素：提升的物重、机械自身重、部件间的摩擦. ②提高方法：被提升的物重越大、机械自身重力越小、部件间的摩擦力越小，机械效率越高. 有用功和 额外功 机械效率 滑轮组的 机械效率 机械效率 课堂总结（2） 03 实践与练习 第五节 机械效率 实践与练习 1. 用定滑轮匀速提升质量为20kg的物体，所用的拉力为220N，物体升高的高度为2m。求此过程中的有用功、总功和定滑轮的机械效率（g取10N/kg）. 已知：m=20kg，F=220N，h=2m. 求： W有用、W总、. 解： G=mg=20kg ×10N/kg=200N s=h=2m. W有用=Gh=200N×2m=400J. W总=Fs=220N×2m=440J ×100% = 91% 实践与练习 2. 有一种重心在支点处的杠杆，它与转轴间的摩擦较小，因此机械效率很高。若用这种杠杆将质量为18kg的物体匀速提升50cm的过程中，杠杆的机械效率为90%，则提升该物体需要做多少总功（g取10N/kg）? 已知：m=18kg，h=50cm=0.5m， η=90%. 求： W总 解： G=mg=18kg ×10N/kg=180N W有用=Gh=180N ×0.5m=90J. =100J 实践与练习 3. 如图所示是一种塔式起重机上的滑轮组。已知在匀速起吊600kg的物体时，滑轮组的机械效率是80%，g取10N/kg. ①使物体上升5m，所做的有用功是多少? ②使物体上升5m，所做的总功是多少? ③绳端的拉力F是多大? 已知：m=600kg， =80%，h=5m. 求： W有用、W总、F. 解： ① G=mg=600kg×10N/kg=6000N W有用=Gh=6000N×5m=3×104J = 3.75×104J = 2500N 04 综合提升训练 第五节 机械效率 综合提升训练 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．提升钩码所做的功　　　　　　　 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 A　 用绳子将钩码提升至一定的高度，此过程所做的有用功是提升钩码所做的功。 所以选A。 2．下列办法中，能提高如图滑轮组机械效率的是（　 ） A．增大摩擦 B．增大定滑轮重力 C．增大动滑轮重力 D．增大被提升物体重力 A．增大摩擦，会增大额外功在总功所占比值，使机械效率降低，故A不符合题意； B．增大定滑轮重力，不会改变额外功和有用功，即机械效率不变，故B不符合题意； C．增大动滑轮重力，会增大额外功在总功所占比值，使机械效率降低，故C不符合题意； D．增大被提升物体重力，增大有用功在总功所占比值，使机械效率增大，故D符合题意。 D 所以选D. 综合提升训练 3. 实验时，小芳用图所示的滑轮组，将重为8N的物体匀速提升0.5m。已知动滑轮的重为2N，不计绳重和摩擦，则（　　） A．拉力F为4N B．有用功为5J C．绳子自由端移动距离为1.5m D．该滑轮组的机械效率为80% D 综合提升训练 所以选D. A．由图中可知，动滑轮上有两股绳子承重，故可得绳子自由端的拉力为 ；故A不符合题意； B．由题意可知，物体上升的高度为0.5m，故由W=Fs可得，所做的有用功为W有＝Gh＝8 N×0.5 m＝4J；故B不符合题意； C．因动滑轮上有两股绳子承重，故绳子自由端的移动距离为 s=2h=2×0.5m=1m；故C不符合题意； D．由题意可知，所做的总功为W总=Fs=5N×1m=5J 故该滑轮组的机械效率为 η=W有/W总=4J/5J×100%=80%. 故D符合题意。 综合提升训练 4. 如图所示的斜面高为h=2m，长为L=5m，现用平行于斜面的拉力F=200N，将一个G=400N的重物从斜面底端匀速拉到斜面顶端，拉力做的总功是______ ，斜面的机械效率是______ 。 拉力做的总功为 W总=FL=200 N×50 m=1 000 J 有用功为W有用= Gh=400N×2m= 800J = = 80% 1000J 80% 综合提升训练 5. 如图用同一滑轮组分别将两个不同的物体A和B匀速提升相同的高度，不计绳重和摩擦的影响，提升A的过程滑轮组的机械效率较大，则下列判断正确的是（ ） ①A物体比B物体轻；②提升A的拉力较大；③提升A所做的额外功较少；④提升A做的有用功较多 A．只有①③ B．只有②④ C．只有②③ D．只有①④ B 综合提升训练 由题知，提起两物体所用的滑轮组相同，将物体提升相同的高度，不计绳重和摩擦，克服动滑轮重力所做的功是额外功，由W额=G动h知，提升A和B所做额外功相同，不计绳重与摩擦的影响，滑轮组的机械效率： ， 因为额外功相同，提升A物体时滑轮组的机械效率较大，所以提升A物体所做的有用功较大，由于提升物体高度一样，所以A物体较重，提升A物体用的拉力较大，故ACD错误，B正确．所以选B。 综合提升训练 6．工人利用如图所示的滑轮组将重900N的物体竖直向上匀速提升0.5m，工人所用的拉力F为600N，(不计摩擦和绳重)，求： ①人的拉力做的功为多少J？ ②此滑轮组的机械效率为多少？ ③若用此滑轮组提升重为1 500 N的物体，绳上的拉力是多少N？ 综合提升训练 ③由于不计摩擦和绳重，拉力F＝（G物＋G动）/2 所用动滑轮的重G动＝2F-G＝2×600 N-900 N＝300 N 若用此滑轮组提升1500N的重物， 此时拉力F′＝(G物′＋G动)/2＝(1500N＋300 N)/2＝900 N. ①由图知n＝2，拉力端移动距离s=2h=2×0.5m=1m 拉力做的总功W总＝Fs＝600 N×1m＝600 J. ②工人做的有用功W有＝Gh＝900 N×0.5 m＝450 J 滑轮组的机械效率η=W有/W总=450J/600J×100%=75%. 综合提升训练 Lavf59.27.100 Lavf59.27.100 Lavf59.27.100 $$