3.4 简单机械（第4课时）（教学课件）-【上好课】九年级科学上册同步高效课堂（浙教版）

3.4 简单机械（第4课时） 第3章 能量的转化与守恒 科学浙教版 九年级上册 学习目录 机械效率 斜面 学习目标 能正确判断有用功、额外功和总功，知道机械效率的公式及计算； 知道斜面是一种简单机械。 课堂导入 如图所示，用这三种方式将沙子提到二楼，其中使用动滑轮的优点是什么？直接提升重物和使用简单机械提升重物做的功相同吗？ PART 01 机械效率 一、机械效率 方式①做的功 ① ② ③ 方式②做的功 方式③做的功 克服沙子重力做功 克服人体重力做功 克服桶的重力做功 克服沙子重力做功 克服动滑轮重力做功 克服桶的重力做功 克服沙子重力做功 克服动滑轮重力做功 克服口袋重力做功 一、机械效率 我们的目的是将沙子提到二楼，那么克服沙子重力所做的功属于提升重物过程中必须要做的功，这部分功叫做有用功。 而克服人体、桶、动滑轮、袋子的重力等做的功均属于并非我们需要但又不得不额外做的功。利用机械时，人们不得不额外做的功叫做额外功。 人的拉力F（动力）对动滑轮（机械）所做的功，叫做总功。 由于存在额外功，因此，总功必定大于有用功。 一、机械效率 计算有用功、额外功和总功（忽略空气阻力和摩擦），比较三种方式的优略 一、机械效率 计算有用功、额外功和总功（忽略空气阻力和摩擦），比较三种方式的优略 一、机械效率 计算有用功、额外功和总功（忽略空气阻力和摩擦），比较三种方式的优略 一、机械效率 三种方式的有用功相同，均为克服沙子重力做的功，额外功①＞②＞③，故方式③付出的能量最少。但不论用哪种机械，都会出现额外功，均比不使用任何机械所需做的功多。故： 使用任何机械都不能省功 （功的原理） 一、机械效率 注意事项： ①明确工作目的，为了达到某一目的必须要做的功就是有用功。 竖直拉物体，克服物体重力做的功就是有用功：； 横拉物体，克服摩擦力做的功就是有用功： ； ②注意特殊条件，如忽略摩擦，或动滑轮重力等条件，若无特殊条件，额外功一般为克服机械自重做功、克服机械间的摩擦做功。 ③总功的求法： 、 （注意：F是人施加的力，s是力的作用点通过的距离） 一、机械效率 思考与讨论： （1）在用动滑轮提升重物的过程中，有哪些额外功？你希望额外功大一些还是小一些？ 额外功包括克服动滑轮重力做的功、克服摩擦力所做的功、克服绳子重力所做的功。额外功并不是我们需要的功，因此额外功越小越好。 一、机械效率 （2）请从功是能量转化的量度的角度，对有用功、额外功和总功进行分析。怎样描述机械工作时能量的利用率？ 有用功在总功中所占的比例就是机械工作时能量的利用率。 一、机械效率 使用机械做功时，有用功在总功中所占的比例越大，说明利用机械工作的效率就越高，或者说机械工作时能量的利用率越高。 科学上把有用功跟总功的比值叫做机械效率。 若用W总表示总功，W有用表示有用功，η表示机械效率（η为希腊字母，汉语拼音读做yita。机械效率习惯上用百分比表示。）那么： 由于有用功一定小于总功，故机械效率总小于1。 一、机械效率 机械效率是表示机械性能的一项重要指标。一般的滑轮组的机械效率为50%~70%，起重机的机械效率是40%~50%，抽水机的机械效率为60%~80%。在使用机械时，总是尽可能减小额外功以提高机械效率。提高机械设备的机械效率有着重要的现实意义。 一、机械效率 思考与讨论： 机械功率与机械效率有什么区别？ 机械效率与功率间没有必然的联系。功率是表示做功快慢的物理量，而机械效率则表示机械对总功的利用率。功率大的机器，效率不一定高。比如内燃机车功率高达数万瓦特，但效率却只有30%~40%，而电动玩具车功率只有几瓦特，但效率却可达80%。 PART 02 斜面 二、斜面 你是否看到过如图所示的搬运货物的情景？斜放的平板构成了一个斜面，斜面也是一种简单机械，利用它可以更省力地将货物从低处搬运到高处。斜面作为一种简单机械，使用时也同样存在着一个效率高低的问题。 二、斜面 活动： （1）如图所示，将1块长木板的一端垫高，构成一个斜面，用刻度尺测出斜面的长s和斜面的高度h。 （2）用弹簧测力计测出小车的重力。 （3）用弹簧测力计沿着斜面把小车从斜面底端匀速拉到顶端，读出弹簧测力计的读数。 （4）改变斜面的倾斜程度，重复上述步骤2次。 （5）将测量结果记录在下面的表格中。 二、斜面 斜面的计算公式 Gh、 斜面的倾斜程度 小车重力G（牛） 斜面高度h（米） 沿斜面拉力F（牛） 斜面长s（米） 有用功W有用（焦） 总功W总（焦） 机械效率η 较缓 10 0.2 4 1 2 4 50% 较陡 10 0.4 6 1 4 6 67% 最陡 10 0.6 8 1 6 8 75% 二、斜面 由实验数据可知，对光滑程度相同的斜面，斜面的倾斜程度越大，斜面的机械效率越高。这是为什么呢？ 斜面的有用功是克服物体重力做功，额外功是克服斜面和物体之间的摩擦力做功，斜面的倾斜程度越大，物体对斜面的压力越小，根据摩擦力的影响因素可知，接触面光滑程度不变时，压力越小，摩擦力越小，故斜面倾斜度越大，额外功越小，故有用功的占比越大，即机械效率越大。 二、斜面 思考与讨论： 怎样求出斜面和物体之间的摩擦力呢？ 课堂练习 例1. 关于机械效率，下列说法正确的是（ ） A.机械效率越大，越省力 B.机械效率越大，做功越多 C.机械效率越大，功率越大 D.机械效率越大，额外功在总功中所占的比例越小 D 【解析】A.机械效率是指有用功与总功的比值，其大小与机械的省力情况没有关系，故A错误； B.机械效率越大，则有用功在总功中所占的比例越大，与机械做功的多少没有关系，故B错误； C.机械效率反映有用功在总功中占比大小，功率表示机械做功的快慢，两者无关，故C错误； D. 由公式可知，机械效率越大，有用功在总功中占比越大，则额外功在总功中占比越小，故D正确。 故选D。 例2. 如图所示，有一个斜面长s为1.2m、高h为0.3m，现将一个重为16N的物体沿斜面向上从底端匀速拉到顶端，若拉力F为5N，则（ ） A.物体沿斜面匀速上升时动能转化为重力势能 B.拉物体的速度越快，斜面的机械效率越高 C.该斜面的机械效率是90% D.斜面上物体受到的摩擦力为1N 课堂练习 D 【解析】A.物体沿斜面匀速上升速度不变则动能不变，高度增大则重力势能增大，无转化关系，故A错误； B.斜面机械效率的大小与有用功和总功的大小有关，与物体运动的速度无关，故B错误； C.有用功W有=Gh=16N×0.3m=4.8J，总功W总=Fs=5N×1.2m=6J，则斜面的机械效率，故C错误。 D.克服阻力做的额外功W额=W总-W有=6J-4.8J=1.2J，，故D正确。 故选D 例3. 如图所示，物重G为2000N，小金用800N的拉力花2s的时间把物体沿斜面匀速移动了4m，提升高度为h为2.5m。（不计滑轮、细绳的重。不计细绳与滑轮间的摩擦）。下列说法正确的是（ ） A.拉绳子自由端的速度4m/s B.拉力所做的功大小为5000J C.整个系统的机械效率为78.125% D.物体受到斜面对它的摩擦力为1150N 课堂练习 D 课堂练习 【解析】A.由图可知，滑轮组绳子的有效股数n=3，则绳端移动的距离s=nh=3×4m=12m，绳子自由端的速度，故A错误； B.拉力所做的功，故B错误； C.有用功，整个系统的机械效率 ，故C错误； D.因不计滑轮、细绳的重、不计细绳与滑轮间的摩擦时，额外功即为物体克服摩擦力做的功，所以，克服摩擦力所做的额外功W额=W总-W有=9600J-5000J=4600J，物体受到斜面对它的摩擦力，故D正确。 故选D 例4.如图所示为某汽车起重机利用卷扬机吊起物体A的示意图。卷扬机把质量为2.7×kg的物体A以0.1m/s的速度匀速提升。卷扬机牵引力F为N，不计绳重与摩擦。求： （1）卷扬机牵引力的功率； （2）动滑轮的重力； （3）滑轮组的机械效率。 课堂练习 解：（1）由图知道，n=3，自由端移动的速度为v=nv物=3×0.lm/s=0.3m/s，则卷扬机牵引力的功率； （2）不计绳重与摩擦，根据，动滑轮的重力为 （3）该滑轮组的机械效率为 课堂总结 简单机械 机械效率 斜面 机械效率 有用功、额外功和总功 斜面 斜面的机械效率 3.4 简单机械（第4课时） 谢谢观看 科学浙教版 九年级上册 $$