5.3.3机械效率（课件）-【上好课】2024-2025学年九年级科学上册同步精品课堂（华东师大版）

3.4 机械效率 YF 甲 乙 丙 教学目标 一 一 01 会结合实际分析有用功、额外功和总功。 能说出机械效率的含义，直到机械效率是小于1的，能利用机械效率的公式进行简单的计算。 02 03 通过实验了解滑轮组机械效率的高低与物体重力的大小有关。 课堂引入 二 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？ 3 课堂引入 二 2、议一议 要把重100N的大米运上三楼，右图画了三种办法。哪种办法最好，哪种办法最不好？ 学习了今天的知识你就明白了。 有关数据 大米重 100 N 人体重 400 N 动滑轮重 10 N 桶重 20 N 口袋重 5 N 4 课堂引入 二 直接提升物体 用滑轮提升物体 观察思考 使用机械提升物体与直接提升物体所做的功相同吗？ 5 有用功和额外功 三 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 有用功和额外功 三 （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。 有用功和额外功 三 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 用水桶打水的时候，所做的有用功和额外功分别是？ 有用功：提水所做的功是； 额外功：提水桶所做的功是。 如果桶掉进井里，在捞桶的时候，桶里带了一些水，此时哪部分是有用功，哪部分是额外功？ 有用功：提水桶所做的功是； 额外功：提水所做的功是。 有用功和额外功 三 有用功和额外功 三 打水 有用功和额外功 三 捞桶 拓展：比较做功的效率 三 想一想 要把重100N的大米运上三楼。图中用了三种方法，怎样比较哪种方法好？ 大米重100 N 人体重400 N 动滑轮重10 N 桶重 20 N 口袋重 5 N 地面到三楼高 6 m 甲 乙 丙 拓展：比较做功的效率 三 （1）人走楼梯提大米做功情况 大米重100 N 人体重400 N 动滑轮重10 N 桶重 20 N 口袋重 5 N 地面到三楼高 6 m W总= W米 + W桶 + W人 =600J+120J +2400J =3120J 对桶做功 克服自重做功 W桶 = Gh=20N×6m= 120 J W人 = Gh=400N×6m= 2400 J W米 = Gh=100N×6m=600 J 对大米做功 总功 拓展：比较做功的效率 三 （2）人用动滑轮和桶提大米做功情况 大米重100 N 人体重400 N 动滑轮重10 N 桶重 20 N 口袋重 5 N 地面到三楼高 6 m W总= W米 + W桶 + W动 =600J+120J +60J =780J 对桶做功 对动滑轮做功 W桶 = Gh=20N×6m= 120 J W动 = Gh=10N×6m= 60 J W米 = Gh=100N×6m=600 J 对大米做功 总功 拓展：比较做功的效率 三 （3）人用动滑轮和口袋提大米做功情况 大米重100 N 人体重400 N 动滑轮重10 N 桶重 20 N 口袋重 5 N 地面到三楼高 6 m W总= W米 + W口袋 + W动 =600J+30J +60J =690J 对口袋做功 对动滑轮做功 W口袋 = Gh=5N×6m= 30 J W动 = Gh=10N×6m= 60 J W米 = Gh=100N×6m=600 J 对大米做功 总功 拓展：比较做功的效率 三 （4）计算三种情况下的W有、W额、W总及 做功形式 有用功W有 额外功W额 总功W总 W有/W总 结论 W人与桶=G总h =420N×6m =2520J W滑轮与桶=G总h =30N×6m =180J W滑轮与口袋=G总h =15N×6m =90J 3120J 780J 690J 19.2% 76.9% 86.9% 对大米做的 功为有用功 W有用=W大米 =Gh =100N×6m =600J 越大， 效率越高，第3种方法效率最高 机械效率 四 （1）定义：物理学中，将有用功跟总功的比值叫做机械效率。 η总小于1。用百分数表示。 η ＝ W总 W有用 ＝ W有用 W有用+W额外 W额外＞0，W总＞W有用　所以η＜1 W额外＝0，W总＝W有用 所以η＝1 1、机械效率 （2）计算公式 （3）物理意义：在使用机械工作的时候，有用功在总功中所占份额越多越好。他反应机械的性能要求，物理学中表示为机械效率。 机械效率 四 F η＝　　　　　　　　　　 W有用 W总 总功：对机械的拉力F所做的功 h G T W总＝Fs 有用功：机械对物体的拉力T所做的功 匀速竖直向上提升物体时W有用＝Th＝Gh s 总功 有用功 2、简单机械的机械效率的计算 当动滑轮的重力一定时，物重越大，机械效率越高。 （1）滑轮组的机械效率 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： = = 机械效率 四 机械效率 四 （2）斜面的机械效率 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。 = 有用功： 总功： 额外功： 机械效率 四 （3）杠杆的机械效率 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。 有用功： 总功为： s 为克服杠杆自重及摩擦力做的功 机械效率 四 3、测量滑轮组的机械效率 实验器材 滑轮 钩码 细绳 弹簧测力计 刻度尺 实验原理 s = nh 机械效率 四 记录数据 实验 序号 钩码重G/N 提升高度h/m 有用功W有/N 拉力F/N 绳端移动距离s/m 总功 W总/N 机械 效率η 1 2 3 1.5 0.2 0.3 0.7 0.6 0.42 71% 3.0 0.2 0.6 1.2 0.6 0.72 83% 4.5 0.2 0.9 1.7 0.6 1.02 88% 同一滑轮组，提升重物越重，机械效率越高。 机械效率 四 实验分析 若不计绳重及轴摩擦 W有 = G物h W总 = G物h + G动h 　　对于同一滑轮组，机械效率只与被提升物体的重力有关， 与提升的高度无关。 机械效率 四 常见的机械效率 起重机的机械 效率40%~50% 抽水机的机械效率为 60～80% 汽油机的机械效率为22～27% 喷气发动机 50～60% 机械效率 四 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. 对机械按照技术规程经常保养，使机械处于良好的状态. 被提升 物体的重力 机械自身 的重力 机械转动 部件间的摩擦 提高机械的效率的意义：节能、减排，提高经济效益 机械效率 四 对机械效率的理解 ①机械效率没有单位，一般用百分数表示。 ②对于实际的机械, 由于额外功的存在, 总有 W有＜W总, 因此η＜100%。比如起重机的机械效率为40%～50%,抽水机的机械效率为60%～80%。 ③机械效率是机械性能的重要标志, 机械效率越高, 机械的性能越好。 ④机械效率不是固定不变的，同一机械在不同的做功过程中，机械效率通常不同。 ⑤机械效率的高低与是否省力无关，与做功快慢（功率大小）无关，与做功多少无关，机械效率高的不一定省力，做功也不一定快，做功也不一定多，它只表示有用功在总功中占的比例大。 机械效率 四 三种简单机械做功效率的计算： 杠杆 滑轮组 斜面 竖直 水平 图例 机械 效率 ②不计绳重,摩擦时: 说明∶其中G为被提升物体受到的重力，h为物体升高的高度， F为拉力，s为拉力移动的距离，G动为动滑轮的重力，f为摩擦力，s物为物体移动的距离，n为动滑轮上绳子的段数 机械效率 四 机械效率与功率辨析 项目 机械效率 功率 物理意义 衡量机械性能的重要指标 表示物体做功的快慢 定义 有用功与总功的比值 做的功和完成这些功 所用的时间之比 公式 单位 无单位, 一般用百分数表示 瓦（W） 影响因素 物重、机械自重、 绳重、摩擦等 功与做功所用的时间 机械效率 四 竖直滑轮组和水平滑轮组的必背公式 物理量 竖直方向滑轮组 水平方向滑轮组 图形 绳子拉力F/N F=n(G物+G动）不计f绳 F=nFA=nf地(不计f绳, 此时η=100%) F＞nFA=nf地(计f绳, 此时η＜100%) 绳子自由端的距离s/m s=nh s绳=ns地 绳子自由端的速度v绳 v绳=nv物 v绳=nv物 机械效率 四 物理量 竖直方向滑轮组 水平方向滑轮组 图形 有用功W有 W有=G物h W有=FAs地=f地s地 额外功W额 W额=G动h(不计f绳） W额=W总 - W有=Fs - G物h(通用） W额=W总-W有 = Fs绳 - FAs地 = Fs绳 - f地s地 总功W总 W总=G物h+G动h（不计f绳） W总=Fs（通用） W总=Fs绳 机械效率 四 物理量 竖直方向滑轮组 水平方向滑轮组 图形 机械效率η （不计f绳）（通用） 注析 n-动滑轮上绳子的根数h-物体上升的高度s-绳子自由端移动的距离f绳—绳子与滑轮间的摩擦力 n-动滑轮上绳子的根数s地-物体相对地面运动的距离s绳-绳子自由端移动的距离f绳-绳子与滑轮间的摩擦力-物体受到地面的摩擦力FA-拉物体的绳子上的拉力 当堂测试 五 1、如图所示，将一个重为4.5 N的物体用1.8 N的拉力沿斜面从底端匀速拉到顶端，斜面长1.2 m，高0.4 m，斜面对物体的摩擦力为0.3 N（物体大小可忽略），则下列说法正确的是（　　） A．沿斜面向上的拉力0.3 N B．有用功0.36 J，机械效率20% C．有用功1.8 J，机械效率20% D．总功2.16 J，机械效率83.3% D G = 4.5 N F =1.8 N 0.4 m 1.2 m Ff = 0.3 N 当堂测试 五 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 当堂测试 五 3、某实验小组分别用如图所示的甲、乙两个滑轮组（每个滑轮等重），在相同时间内把重物G提升相同高度，F1和F2大小相等，不计绳重及摩擦，下列说法正确的是（　　） A．力F1和F2做功的功率相同 B．力F1和F2做的总功相同 C．乙滑轮组更省力 D．甲滑轮组的机械效率比乙滑轮组高 D 当堂测试 五 4、如图所示，小明用两个滑轮分别组成如图甲、乙所示的滑轮组，分别用拉力F1、F2将两质量相同的重物在相等时间内匀速提升相同的高度，该过程中拉力做功的功率分别为P甲、P乙，机械效率分别为η甲、η乙，不计绳重和绳与轮槽间的摩擦，下列说法正确的是(　　) A. P甲>P乙 B. P甲<P乙 C. η甲<η乙 D. η甲＝η乙 D 当堂测试 五 5、如图所示，在拉力F=40N的作用下，一个重500N的物体以0.1m/s的速度沿水平地面向右匀速直线运动10s，已知滑轮组的机械效率为80%，则物体与地面间的滑动摩擦力为_________N，拉力F做功的功率为_________W。 96 12 课堂总结 六 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：有用功与额外功之和：W总= W有+ W额. ①定义：有用功跟总功的比值叫做机械效率. ②计算公式：机械效率 η= ； η＜1，用百分数表示. ①影响因素：与被提升的物重有关，物重增大，机械效率升高；还与机械装置本身的结构、轻巧程度以及润滑程度都有关系. ②提高方法：减少动滑轮重，增加被提升的物重，减少绳重，减少摩擦阻力可以提高滑轮组的机械效率. 有用功和 额外功 机械效率 滑轮组的 机械效率 机械效率 38 THANKS THIS IS A ART TEMPLATE ,THE TEMPLATE DESIGN BY JERRY. THANK YOU WATCHING THIS ONE. $$