11.5 机械效率课件- 2024-2025学年物理苏科版九年级上册

上述的几个“率” = 有用的量/总量 表示事物某一方面的优劣比例。 “率” 你知道生活中的 一词吗？ 种子的发芽率、树的成活率 高中录取率、及格率、优秀率 时间的利用率 发动机、电动机效率 它们表示什么意义？ 1 11.5 机械效率 小明家住在四楼，买了一批木料，可以直接用手拉到四楼，也可以使用动滑轮，使用动滑轮的作用为了 。 省力 用手直接对木料做功与手对机械做功相等吗？？ 使用机械可以省功吗？？ 想一想 F1 F2 实验目的: 再探动滑轮 实验器材: 实验注意事项: 比较利用动滑轮提升物体与直接提升物体做功的多少 动滑轮、钩码、弹簧测力计、刻度尺、细线等等 测量的物理量: 物体的重力G 物体上升的高度h 作用在绳子上的力F 绳子移动的距离S 匀速拉动绳子 拉力竖直向上 G 次数 钩码的重G/N 钩码上升的高度h/m 手的拉力F/N 手移动的距离S/m 动滑轮对钩码做的功G·h 手拉绳做的功F·S 1 2 0.1 1.3 0.2 0.2 0.26 2 4 0.1 2.5 0.2 0.4 0.5 3 6 0.1 3.8 0.2 0.6 0.79 实验数据: 再探动滑轮 归纳总结: 利用动滑轮做功F·S > 直接提升物体做功G·h，即动滑轮不省功 一把刻度尺如何同时测出h和S？ S = nh 是什么原因导致F·S > G·h？ 人拉绳时，提起物体做功，同时也提升动滑轮做功，另外还要克服绳重和滑轮轴上的摩擦做功。 再探动滑轮 F·S和G·h之间有什么关系呢？ 提起物体做的功 提起滑轮做的功 克服摩擦力做的功 人的拉力做的功 = + + 目 的 没有用但又不得不做的 总共的 有用功 额 外 功 总功 = + 有用功W有：利用机械工作时，对人们有用的功，即目的功 额外功W额：对人们没有用又不得不额外做的功 总功W总：达到目的过程中实际做的功 认识有用功、总功和额外功 动滑轮提升重物 W总 W有用 W额外 = + 在“再探动滑轮”的实验中，为了探究手拉绳所做的功和动滑轮拉钩码所做的功是否相等，即使用动滑轮能否省功？ （1）实验中我们需用的测量工具是_________，______； （2）拉测力计时我们应注意：______________； （3）为了多测几组数据，我们可以改变_________，也可以改变________． （4）最后发现，手拉绳所做的功总是______动滑轮拉钩码所做的功 练一练 弹簧测力计 刻度尺 匀速向上缓慢拉动 钩码数量 提升高度 大于 1.定义：有用功与总功的比值叫机械效率 2.表达式： 机械效率 F·S和G·h之间的大小之比有什么物理意义呢？ η表示机械效率，机械效率常用百分数表示 人们总是希望在保证有用功一定的情况下，额外功越小越好，也就是机械的机械效率越高越好。 = ×100% 机械效率高低与机械省不省力无关 η= × 100% 讨论： 有没有机械效率为100%的机械？为什么？ 起重机的机械效率是50%，它表示什么意义？ 课堂活动 小明选择用如图滑轮组把沙袋搬上楼 对谁做的是有用功？ 对谁做的是总功？ v 学以致用 沙袋 绳子 h s f F G N 不做功 额外功: 提升物体 目 的: 克服物体重力所做的功Gh 有用功: 克服斜面摩擦所做的功fs 总 功: 人拉物体所做的功Fs 学以致用 η = W有用/W总 = Gh/Fs 12 物理量 意义 公式 单位 说明 功 做功，即能量的转化 W=Fs J 功率和机械效率是两个不同的物理量，它们没有直接关系 功率 物体做功快慢 P=W/t W 机械效率 反映机械做功性能好坏 η=W有用/W总 / 对比 前面学过的功、功率、机械效率有什么区别和特点呢？ 机械 总功 有用功 额外功 杠杆 F1s1 F2s2 克服摩擦力做功、 克服杠杆自重做功 动滑轮 Fs=F×2h G物h 克服摩擦力做功、 克服滑轮自重做功G动h 斜面 Fs Gh 克服摩擦力做功fs 不同机械做功特点对比 随堂小练 第1课时 ②测定滑轮组的机械效率，应测定的物理量有 ， ， ， ，需要计算的物理量有 ， ， 。 钩码的重G 拉力F 钩码上升高度h 绳端移动距离s 有用功W有 总功W总 机械效率η ③所用器材除钩码、铁架台、滑轮组、细绳外，还需 和 。 刻度尺 弹簧测力计 ①实验原理： 再探滑轮组：机械效率 测量滑轮组的机械效率 ④安装好滑轮组，记下 和 的位置，匀速拉动弹簧测力计使钩码G升高，记下 ，并从弹簧测力计得出 的值和弹簧测力计移动的距离 。 钩码 弹簧测力计 钩码上升高度h 拉力F s ⑤设计表格 钩码重G/N 钩码上升高度h/m 有用功W有/J 弹簧测力计示数F/N 绳端移动距离s/m 总功 W总/J 机械效率η 再探滑轮组：机械效率 机械效率可能与哪些因素有关呢？ 物体重 动滑轮重 绕绳股数 上升高度 上升速度 = = = 保持动滑轮重一定，改变钩码重力 实验探究1 G/N h/m F/N s/m W有/J W总/J η 1 2 3 1 0.1 0.5 3 0.1 1.5 83.3％ 88.9％ 4.5 3 0.2 0.4 3 1.5 0.1 4 2 0.1 0.8 3 66.7％ 结论：动滑轮重一定，提升的物重越大，滑轮组的机械效率越高。 再探滑轮组：机械效率 多次实验，避免偶然性 G/N h/m F/N s/m W有/J W总/J η 1 2 83.3％ 55.5％ 4.5 3 0.2 0.2 4 0.9 0.1 2 2 0.1 0.8 3 实验探究2 保持钩码重力一定，改变动滑轮重 结论：提升的物重一定，动滑轮越重，滑轮组的机械效率低。 F F 再探滑轮组：机械效率 讨论η： a 、装置不变，若物重增加，则η_______； b 、物重不变，若动滑轮个数增加，则η_____； c 、其他不变，若绕绳股数变化， 则η_____。 d 、其他不变，若提升高度变高， 则η_____ e 、其他不变，若提升速度增大， 则η_____ 增加 减小 不变 不变 不变 结论：滑轮组的机械效率与物重、动滑轮重、绳重、摩擦有关，与绳子股数，提升高度，提升速度均无关 再探滑轮组：机械效率 如何提高机械效率呢？ （1）影响机械效率的因素 A、减轻机械自重 D、减小摩擦力 B、增加提升的物重 C、减轻绳重 （2）提高机械效率的方法 A、机械的自重、绳重、摩擦 B、提升的物体重力 机械效率与绳子股数(省力多少)、重物被提升的高度都无关！ 注意 分析滑轮组机械效率 随堂小练 第2课时 用竖直滑轮组在空气中提起重物时，（不计摩擦和绳重） W有用=G物h S=nh W总  = W有用 W总 = G物 nF W总= Fs =F·nh ＝(G物+G动)h = G物 G物+G动 = G物h Fs 分析竖直方向滑轮组机械效率 不同方法测机械效率 ① 已知物体受到的摩擦力f、拉力F、物体移动的距离s物、自由端移动的距离s，则机械效率η=　 　　　　　。 ② 已知物体受到的摩擦力f、拉力F、绳子的段数n，则机械效率η=　 　　　。 分析水平方向滑轮组机械效率 ×100% ×100%　 探究：影响斜面机械效率的因素 斜面的倾斜程度 粗糙程度 可能影响因素 η = = 原理： h s f F G FN l 粗糙程度 G1 G2 斜面倾斜度 (1) 已知物重G、斜面的高度h、斜面的长度s、拉力F,则机械效率η=　　　　　　　； (2) 已知物重G、斜面的高度h、斜面的长度s、摩擦力f,则机械效率η=____________； (3) 已知斜面的长度s、摩擦力f、拉力F,则机械效率η=　　　　　　　 。 ×100%　 ×100%　 ×100% h s f F G 分析斜面机械效率 ×100%　 FN 实验次数 斜面倾斜程度 斜面材料 木块重力G/N 斜面高度h/m 有用功W有/J 拉力F/N 斜面长度s/m 总功W总/J 机械效率 1 较缓 木板 1 0.1 0.1 0.2 0.7 0.14 71.4% 2 较陡 木板 1 0.17 0.17 0.3 0.7 0.21 81% 3 陡 木板 1 0.24 0.24 0.4 0.7 0.24 85.7% 4 棉布 1 0.24 0.24 0.5 0.7 0.35 68.6% 5 毛巾 1 0.24 0.24 0.6 0.7 0.42 57.1% 1. 斜面的粗糙程度有关：同一斜面，拉同一物体，斜面越粗糙，拉力越大，效率越低。 2. 斜面的倾斜程度有关：粗糙度相同，拉同一物体，斜面越陡（倾角越大），拉力越大，效率越高。 结 论 探究：影响斜面机械效率的因素 探究影响杠杆机械效率的影响因素 钩码悬挂点 杠杆自重 物体重力 可能影响因素 原理：η = = = h物/h杆=OA/OC 悬挂点 h物 h杆 O A C B B’ C’ A’ s 不同机械的机械效率对比 机械 杠杆 斜面 水平方向滑轮组 竖直方向滑轮组 机械效率 η=Gh/Fs η=Gh/Fl η=Gh/(Gh+fl) η=fs物/Fs绳 =f/nF η=Gh/Fs=G/nF η=Gh/(Gh+G动h) = G/(G+G动) 影响因素 物重、杠杆自重、悬挂点、摩擦 粗糙度、 斜面倾斜度 物重、动滑轮重、绳重和摩擦 物重、动滑轮重、绳重和摩擦 实验次数 物重G/N 物体上升的高度h/cm 测力计的示数F/N 测力计移动的距离s/cm 1 6 3 9 2 6 5 2.5 15 3 6 8 2.5 24 小宇在“研究滑轮组机械效率”的实验中，用如图甲所示的滑轮组进行了三次实验，实验数据如下表： （1）分析表中数据，回答以下问题： ①第1次实验测力计示数如图甲是     N； ②第3次实验中滑轮组的机械效率是     ； ③滑轮组的机械效率与     无关． （2）小红在小宇实验的基础上多使用一个滑轮也做了实验，如图乙所示。 ①小红多使用一个滑轮，目的是为了改变     ； ②当这两位同学使用各自的滑轮组提升相同的重物时，若忽略绳重及摩擦，它们的机械效率是     （相同/不相同）的。 2.5 80% 物体上升高度 施力方向 相同 实验练一练 请你判断：下面说法中是否正确？ （1）有用功越多，机械效率越高（ ）； （2）额外功越少，机械效率越高（ ）； （3）物体做功越慢，机械效率越低（ ）； （4）做总功越多，机械效率越高（ ）； （5）做相同的有用功，额外功越少，机械效率越高（ ）； （6）做相同的总功时，有用功越多，机械效率越高（ ）； （7）机械效率越高，越省力（ ）。 √ × × × × × √ 练一练 1.用右图所示的滑轮组，将重为20N的物体匀速提升0.1m。拉力F=8N，动滑轮重3N，在这过程中，求： （1）有用功 （2）总功 （3）克服绳重与摩擦所做的额外功 （4）此滑轮组的机械效率 练一练——考虑绳重与摩擦 2J 2.4J 0.1J 83.3% 2.某人用如图的滑轮组匀速提升重物，所用的拉力F为300N。绳子自由端在4s内被拉下2m，滑轮组的机械效率为60%。求： (1)总功、有用功和额外功 (2)重物有多重 (3)滑轮组中动滑轮的重(不计摩擦和绳重) F=300N S=2m G物 =? η=60% h=1m W总 W有 练一练——不考虑绳重与摩擦 600J、360J、240J 360N 240N 3.某小区正在进行改造施工。工人用如图所示的滑轮组将900N的沙子匀速提升了10m，用时100s。若工人所用的拉力为400N，则拉力的功率为 　W，滑轮组的机械效率为　 　。若工人的重力为500N，则该滑轮组能提升的沙子最大重力为 ，最大的机械效率为 。 练一练——最大机械效率 120 75% 80% 1200N 4.某实验小组分别用如图的甲、乙两个滑轮组(每个滑轮重相同)匀速提起相同的重物，所用的拉力分别为F1和F2，机械效率分别为η1和η2，不计绳重及摩擦，下列说法正确的是(　　) A. F1＞F2，η1＝η2 B. F1＜F2，η1＝η2 C. F1＜F2，η1＞η2 D. F1＞F2，η1＜η2 A 练一练 5.如图所示，用手沿竖直方向匀速拉一个动滑轮，使挂在下面重为G的物体缓慢上升，动滑轮的重力不可忽略，现改变物体的重力G，不计绳重与摩擦，则动滑轮的机械效率η与物体重力G的关系可能符合下列图中的(　　) A B C D B　 练一练 6.工人用如图装置搬运石块A。已知A重1200N，在20s内沿水平方向匀速移动3m，工人所用拉力F为120N，那么A移动速度为______m/s，此过程拉力F做功为______J；如果此装置机械效率为75%，则石块A受到的摩擦力为______N。 练一练——水平滑轮组 0.15 1080 270 7.如图所示，斜面长5m，高2m，工人要沿斜面把重500N的物体匀速拉到斜面顶端，若拉力大小为400N求： （1）工人做的有用功、总功、额外功； （2）求斜面的机械效率 （3）物体与斜面的摩擦力。 F 2m 1000J、2000J、1000J 练一练——斜面 50% 200N 8.用一个杠杆来提升重物，已知动力臂是阻力臂的3倍，物体重600N，手向上提杠杆的动力是210N，物体被提升20cm。求：(1)手提杠杆上升的高度； (2)人做了多少总功； (3)人做了多少额外功； (4)杠杆的机械效率是多大； (5)杠杆的重力。 练一练——杠杆 60cm 126J 6J 95.2% 20N 9.如图所示，物重G为2000N，斜面长5m，高3m，斜面和滑轮组装置的总机械效率为80%，若将重物沿斜面以0.2m/s的速度拉上来，求： (1)所需拉力F是多少？ (2)机械的总功率是多少？ 500N 300W 练一练——组合机械 $$