11.5 机械效率（3）课件-2024-2025学年九年级物理上册同步新授课课件（苏科版）

复习引入 1. 不同机械的机械效率不同 定滑轮、动滑轮、滑轮组、斜面、杠杆等机械的机械效率不同 2. 同种机械的机械效率不是固定不变 （1）同一动滑轮（滑轮组）的机械效率与物重等有关 （2）同一斜面的机械效率与倾斜程度等有关 （3）同一杠杆的机械效率与重物的悬挂点等有关。 五、机械效率 第三课时 1．通过比较不同机械的效率，能说明机械效率的高低与省力、功率无关； 2．运用机械效率公式，结合实例能计算出杠杆、斜面等机械的机械效率； 3．通过综合运用功率、机械效率相关知识，完成滑轮组相关机械效率的计算。 学习目标 判断：将一重为20N的滑轮，用如图所示的甲、乙两种方式将重为100N的物体匀速提升1m，不计绳重和摩擦力。比较两种方式作用在自由端的拉力大小、机械效率高低。 有用功与总功的比值 机械效率： 任何机械的机械效率η的范围_____________ ＜100% 机械效率的实质 手的拉力： F甲＝ G物 F乙＝ （G物＋G动）/2 ＝100N ＝60N 机械效率： 思考：机械效率的高低与是否省力有关吗？ η甲= ×100% G物s甲 F甲h甲 ＝100% η乙= ×100% G物s乙 F乙h乙 ＝83.3% η= ×100% W有用 W总 ＝ ×100% 100N×1m 100N×1m ＝ ×100% 100N×1m 60N×2m 因滑轮存在摩擦，一定存在额外功 例1．如图所示，甲、乙两套装置所用的滑轮相同，用它们分别将质量相同的物体匀速竖直提升，在相等时间内绳子自由端A、B移动的距离相同（不计绳重和摩擦）。在此过程中，物体上升的速度分别为v1、v2，拉绳子的力分别为F1、F2，拉力做功分别为W1、W2，装置的机械效率分别为η1、η2。下列说法正确的是（　　） A．v1＝v2 B．F1＝F2 C．W1＝W2 D．η1＝η2 甲图中动滑轮由2股绳子承担，乙图有3股绳子： 分析： 机械效率的实质 甲 乙 因绳子自由端移动距离相同，由此可知甲图中物体上升速度大于乙图中物体上升速度，即v1＞v2，故A选项错误。 物体和滑轮的重力相等，所以作用在绳子自由端的力F1＞F2，故B选项错误。 因不计绳重和摩擦，甲、乙两装置中物体和滑轮的重力相等，即物体提升相同高度，有用功和额外功相等，则总功也相同，所以两装置的机械效率相等。 故D选项正确。 由绳子自由端移动距离相同、绳子自由端的力F1＞F2可知：W1＞W2，故C选项错误。 D 机械效率越高，表示___________________________ 有用功在总功的比值越大。 例2．下列说法正确的是（ ） A．机械效率越高，机械一定越省力 B．总功越小的机械，机械效率一定越高 C．有用功越大的机械，机械效率一定越高 D．利用机械做功，总功一定大于有用功 机械效率的实质 分析： 机械效率是指有用功在总功的比值，机械效率的高低与是否省力无关，故A选项错误。 总功越小，若有用功更小，有用功在总功中的比值小，则机械效率就越低，故B选项错误。 利用机械做功，由于存在额外功，则总功一定大于有用功，故D选项正确。 有用功越大，若总功更大，有用功在总功中的比值小，则机械效率就越低，故C选项错误。 D 同步训练 1.如图所示，小明用两个不同的滑轮组，在相同时间内分别用大小相等的拉力F将同一物体匀速提高了相同的高度，若两个滑轮组的动滑轮重分别为G动1和G动2，机械效率分别为η1、η2，小明做功的功率分别为P1、P2，不计绳重和摩擦。则（　　） A．G动1＜G动2，η1＞η2，P1＜P2 B．G动1＜G动2，η1＞η2，P1＝P2 C．G动1＞G动2，η1＜η2，P1＜P2 D．G动1＝G动2，η1＝η2，P1＝P2 分析： 从图示可知，左边的滑轮组有2根绳子拉物体，右边有三根绳子拉物体，物体重力相同，两次的拉力也相同，根据F拉＝（G物+G动）/n可知G动1＜G动2；因同一物体提高相同的高度，因此做的有用功相同。而绳子自由端移动的距离s甲＜s乙，则总功G总1＜G总2，故机械效率η1＞η2；又两者的时间相同，故功率P1＜P2。 故答案应选A。 A 斜面的机械效率 例1.同学用绳子沿斜面将重为400N的木箱由斜面底端匀速拉到顶端，已知斜面的倾角为30°，斜面的高为2m,拉力大小为300N，绳重不计。求： （1）该同学对木箱做的有用功； （2）斜面的机械效率； （3）斜面对物体施加的摩擦力。 ＝ ×100% Gh Fs ＝66.7% η= ×100% W有用 W总 ＝ ×100% 800J 300N×4m 解： （1） W有用＝Gh ＝400N×2m ＝800J （2） 由题意可知： 斜面长s=2h=4m （3） W额外＝W总－W有用 ＝1200J－800J ＝400J ∵W额外＝fs ∴ f = W额外 s = 400J 4m ＝100N 杠杆的机械效率 例2.如图所示，小明在探究利用杠杆做功的实践活动中，杠杆一端O固定，重物挂在杠杆中点A处，摩擦忽略不计。在杠杆另一端B处用手竖直提起，使物体缓慢匀速升高。 （1）若不计杠杆自重，把重20N的物体甲匀速提起0.1m，求拉力F做功多少。 （2）若杠杆是一根自重为5N、材料均匀的硬棒，匀速提起另一重物乙时杠杆的机械效率为80%，现将重物提升的高度h为0.1m，求拉力F′的大小。 ＝125N η/= ×100% W有用/ W总/ ＝ 25J 0.2m 解： （1） 即： 由题意可知： ＝20N×0.1m ＝2J 因不计杠杆自重和摩擦，即无额外功，则： W总＝W有用＝2J W额外＝G动h＝5N×0.1m＝5J = ×100% W总/－W额外 W总/ 解得：W总/＝25J F/= W总/ s （2） 由题意可知：杠杆重心在A点，即杠杆重心上升高度与重物上升高度相同，B端上升高度是重物上升高度的两倍。 W有用＝G物h s＝2h 滑轮组综合问题 例3.某项目建设中，工人用如图所示的装置将质量为70kg的建筑材料匀速提升了6m,用时10s。电动机的输出功率恒定为600W，不计绳重和摩擦，g取10N/kg。求： （1）10s内电动机输出的总功； （2）动滑轮所受的重力； （3）此时滑轮组的机械效率η1； （4）若用此滑轮组匀速提升另一批建筑材料时，机械 效率η2是90%，求该建筑材料上升的速度。 ＝70% η= ×100% W有用 W总 ＝ ×100% 4200J 6000J 解： （1） W总＝Pt ＝600W×10s ＝6000J （2） 由P = 得 W t W有用＝G物h ＝700N×6m ＝4200J W额外＝W总－W有用 ＝6000J－4200J ＝1800J G动 = W额外 h = 1800J 6m ＝300N （3） （4） η/= ×100% W有用/ W总/ = ×100% G/h G/h＋G动h 解得： 物重G/＝4G动＝4×300N＝1200N v = P有用 G物 = η/P G物 = 90%×600W 1200N ＝0.45m/s 课堂小结 1．机械效率的高低反映的是有用功与总功比值的大小 机械效率的高低与机械是否省力、省力程度无关 机械效率的高低与机械的功率大小无关 有用功一定时，额外功越大（小），机械效率越低（高） 额外功一定时，有用功越大（小），机械效率越高（低） 2．机械效率的计算，需关注： （1）一般利用机械的目的：竖直提升物体，W有用＝Gh （2）判断被提升物体移动距离与动力作用点移动距离的关系 （3）判断机械移动距离与动力作用点移动距离的关系 检测反馈 1．如图所示，分别用三个大小相同、方向分别沿A、B、C三个斜面的力将同一物体推上同一高度，则（　　） A．三个斜面的机械效率相同，所做有用功一样多 B．斜面A的机械效率最高，所做有用功一样多 C．斜面B的机械效率最高，所做有用功一样多 D．斜面C的机械效率最高，所做有用功一样多 2．用如图所示的甲、乙两滑轮组提升重物时，两物体重分别为G1、G2，提升的高度分别为h1、h2，两动滑轮重分别为G动甲、G动乙，拉力分别为F1、F2，机械效率分别为η甲、η乙。若不计绳重和摩擦，下列说法正确的是（　　） A．若G1＝G2、h1＝h2，则η甲＝η乙 B．若G动甲＝G动乙、F1＝F2，则η甲＝η乙 C．若G1＝G2、F1＝F2，则η甲＞η乙 D．若G动甲＝G动乙、F1＝F2，则η甲＞η乙 D D 3．小明用如图所示的装置研究杠杆的机械效率时，将重为G的钩码挂在铁质杠杆上A点，弹簧测力计作用于C点，竖直向上匀速拉动弹簧测力计，使钩码上升h高度，杠杆的机械效率为η1；在小明的装置基础上，小红仅改为将弹簧测力计作用于B点，竖直向上匀速拉动弹簧测力计，仍使钩码上升h高度，杠杆的机械效率为η2；在小明的装置基础上，小华仅改为将钩码挂到B点，竖直向上匀速拉动弹簧测力计，仍使钩码上升h高度，杠杆的机械效率为η3；不计转轴O处的摩擦，则（　　） A．η1＜η2，η1＜η3 B．η1＝η2，η1＜η3 C．η1＝η2，η1＝η3 D．η1＞η2，η1＞η3 检测反馈 B 4．如图所示，沿斜面向上用F为50N的力拉一个重为100N的物体匀速运动到斜面顶端，斜面长10m，高4m， 求：（1）在这过程中做的有用功是多少？ （2）这个斜面的机械效率是多少？ （3）物体受到斜面的摩擦力是多大？ 检测反馈 解： （1） 由题意可知： ＝100N×4m ＝400J W有用＝G物h （2） ＝50N×10m ＝500J W总＝Fs ＝80% η= ×100% W有用 W总 ＝ ×100% 400J 500J （3） W额外＝W总－W有用 ＝500J－400J ＝100J ∵W额外＝fs ∴ f = W额外 s = 100J 10m ＝10N 5．建筑工地上，需要将一堆建筑材料运到高处，某次，工人用250N的拉力将2000N的重物在20s内匀速升高4m。g取10N/kg。求： （1）工人20s内所做的有用功； （2）拉力的功率； （3）滑轮组的机械效率。 检测反馈 解： （1） 由题意可知： ＝200N×4m ＝800J W有用＝G物h （2） ＝100W ＝40% η= ×100% W有用 W总 ＝ ×100% 800J 2000J P = W总 t = Fs t = 250N×8m 20s （3） 6．小喻用如图所示的均匀杠杆OB将重为15N的货物匀速提升0.1m。经测量AB＝2m，OA＝0.4m，小喻所用拉力F＝4N，且方向始终竖直向上。求： （1）小喻做的有用功是多少？ （2）小喻所用的杠杆的机械效率是多少？ （3）若杠杆的重心处于OB的中点，忽略转轴O处的摩擦，杠杆的自重是多少？ 检测反馈 解： （1） ＝15N×0.1m ＝1.5J W有用＝Gh （2） ＝62.5% η= ×100% W有用 W总 ＝ ×100% Gh Fs ＝ ×100% 1.5J 4N×0.6m 由题意可知：0B＝AB+OA=6OA s＝6h=0.6m （3） W额外＝W总－W有用 ＝2.4J－1.5J ＝0.9J 又∵W额外＝G0h/ ∴ G0 = W额外 h/ = 0.9J 0.3m ＝3N 由题意可知：杠杆重心上升高度h/为重物上升高度的3倍。