11.3 机械效率 2024-2025学年沪科版物理八年级下学期

第十一章 机械与人 第3节 机械效率 八年级物理下册 •沪科版2024 栏目导航 学习目标 1.有用功、额外功和总功 新课导入 探究点： 2.机械效率及应用 课堂小结 当堂评价 对点训练 3.提高机械效率 对点训练 对点训练 学习目标 物理观念：知道有用功、额外功和总功的含义及它们之间的关系；知道机械效率的内涵，了解提高机械效率的途径和意义 科学态度与责任：了解机械效率是机械性能优劣的重要标志，具有减少额外功、提高机械效率、提高机械性能，从而服务生产的意识 科学思维：认识机械效率内涵，了解机械效率总小于1的科学本质；通过实验和理论分析认识到减少额外功是提高机械效率的一个有效途径 科学探究：通过测量常见简单机械的机械效率实验，提高设计实验、收集实验数据、从实验中归纳科学规律的能力 新课导入 1 观看“机械效率”的视频： 机械效率高低是一个机械的重要指标，那什么是机械效率?如何比较机械效率高低？ 新课导入 2 生活中会有很多的“率”，如种子发芽率、树苗成活率、学习效率、工作效率、成功率等。你还知道那些带“率”的说法？ 那我们如何理解“种子发芽率”呢？如何来求发芽率呢？ 我们利用机械做功时也会涉及效率的问题。那机械做功与效率有怎样的关系呢？ 种子发芽的比例；发芽的种子个数比种子的总个数。 探究点1 有用功、额外功和总功 1.情景分析 （1）情景展示：为了把100N的沙子运到三楼，下面甲、乙、丙、丁四种做法你会采用哪种方法？ 甲 乙 丙 丁 探究点1 有用功、额外功和总功 2.做功情况分析： （1）分项计算： ①对沙子做功：W1=G1h= ； ②对桶做功：W2=G2h= ； ③克服自重做功：W3=G3h= ； ④对口袋做功：W4=G4h= ； ⑤对滑轮做功：W5=G5h= ； ⑥老师点拨：实际上有些过程还要克服绳子重力和摩擦做功，因情况较为复杂，统一简化为W6=50J。 100N×6m=600J 20N×6m=120J 400N×6m=2400J 5N×6m=30J 10N×6m=60J 探究点1 有用功、额外功和总功 （2）过程做功分析：在以上4种过程过程中，人分别对什么物体做功情况如何，请小组分析好后填如下表： 做功情况 做功大小 ①②③ 3120J ①②⑥ 770J ①②⑤⑥ 830J ①④⑤⑥ 740J （3）数据分析：我们发现，采用不同的做功方法，即使做功目的和效果相同，我们做的功也有可能不同。以上四种方法中，丁种做法最合理。你选对了吗？ 探究点1 有用功、额外功和总功 实验探究： 阅读课本P269“有用功、额外功和总功”部分。 （1）动手探究过程： ①选取仪器：铁架台、勾码、细线、滑轮、弹簧测力计、刻度尺； ②分别组装课本P269图11—29所示装置； ③先直接用弹簧测力计将重为G的勾码匀速提升一定高度h，记下所用拉力和移动距离； ④再用图（b）所示装置将同样勾码提升同样高度，记下所用力和力所移动距离； ⑤记录数据表格（数据仅供参考，应以实验实际数据为准）： 所用拉力/N 力移动距离h/m 做的功/J 用手做功 用滑轮做功 （2）分析表格数据可知，两次做功不相等，第二次做功更多，即用滑轮做功时要多做功。 用滑轮做功时，除对勾码做功外，还要克服滑轮重和摩擦多做功 2 0.1 0.2 1.5 0.2 0.3 探究点1 有用功、额外功和总功 4. 认识用用功、额外功和总功 （1）有用功：在工作时，不管采用什么方法都必须做的，对人们 功，用符号 表示。 （2）额外功：在工作时，对我们没有用，但又 的功，用符号 表示。 （3）总功：拉力(或动力)所做的功，用符号 表示。 （4）请理解W有、W额、W总之间关系 。 5.分析以上用滑轮提升勾码的做功过程中的有用功、额外功、总功情况。 不得不做 W有 W额 W总 W总=W有+ W 克服勾码重力做的功为有用功；克服滑轮重、绳重及摩擦做的功为额外功；拉力做的功为总功 有用的 对点训练 水桶掉进水里，打捞时桶里带了些水，下列关于该过程做功的说法中正确的是（　　） A．对桶和水所做的功都是有用功 B．对桶所做的功是额外功 C．对水所做的功是有用功 D．对水所做的功是额外功 有用功、额外功和总功 D 探究点2 1. 机械效率 （1）讨论问题：①有没有一种简单机械只做有用功，不做额外功？ ②额外功在总功中占的比例越多越好，还是越少越好？ ③总结：在使用机械时，我们总是希望额外功在总功中所占的比例尽量少些，这样可以让机械处于一个高效率工作的状态，以尽可能少的消耗，取得尽可能多的效益。 （2）概念、定义式 我们把 和 之 叫做机械效率。 其定义式为： ；机械效率没有单位且总小于1，为什么？ 所以其表达式为： 。 机械效率及应用 没有 额外功在总功中占的比例越少越好 有用功 总功 比 使用任何机械时，都不可避免的要做额外功，有用功总小于总功。所以我们习惯用百分数来表示 探究点2 2.分析“探究点一”中甲、乙、丙、丁四种做功过程的机械效率，并积极展示。 机械效率及应用 机械装置 我们发现，即使是同一做功目的，即完成相同的有用功，如果采用不同方法或使用不同机械做功，其机械效率是不同的，说明机械效率跟 情况有关。机械装置不同，机械效率往往不同。 3.了解常见机械的机械效率： 起重机的效率一般为40%～50%；皮带传动的机械效率一般为90%～98%。 探究点2 4.计算应用： （1）阅读课本P271例题。 （2）用课本盖住解题部分或观看老师多媒体投放原题，再现解题过程。 （3）总结解题策略。 机械效率及应用 解决此类问题，首先根据机械使用情况跟题的要求分析有用功、总功，及因为什么做额外功，再应用相关公式计算。 对点训练 下列关于功、功率和机械效率的说法正确的是（　　） A．越省力的机械，机械效率越高 B．做功越多的机械，机械效率越高 C．省力的机械可以省力，但一定费距离 D．功率大的机械，做功一定多 C 机械效率及应用 1.拓展探究：同一机械装置（滑轮组）的机械效率是否会发生变化 （1）提出问题：同一滑轮组，动滑轮重、绳重一定，绳子和滑轮间摩擦变化不大，其机械效率是否不变呢？ （2）实验器材：铁架台、2个滑轮、细线、弹簧测力计、三个大勾码（每个1N）、刻度尺 （3）实验方案： ①用一个定滑轮和一个动滑轮组成如下图滑轮组，分别提升1个、2个、3个重力为1N的大勾码； 提高机械效率 探究点3 ②分别记录勾码重力、升高高度、拉力大小（弹簧测力计示数）、拉力移动距离，记入表格； 提高机械效率 探究点3 试验次数 物重/N 上升高度/N 有用功/J 拉力/N 拉力移动距离/m 总功/J 机械效率 1 2 3 （4）处理数据，总结结论： 同一滑轮组的机械效率是 （选填“不变”或“变化”）的，提升物重越重，机械效率越 。 0.1 1 0.1 2 3 0.1 0.1 0.2 0.3 0.3 0.3 0.3 0.6 0.9 1.2 0.18 0.27 0.36 55.6% 74.1% 83.3% 变化 高 2.思考总结： （1）影响滑轮组机械效率的因素有哪些？ （2）提高滑轮组机械效率的措施有哪些？ 3.课外探究：机械效率跟滑轮组绕线方式、物体被提高的高度、提升物体的速度等因素是否有关，写出实验方案，整理实验结论。 提高机械效率 探究点3 提升的物重，动滑轮重，绳重，滑轮转轴处及绳与滑轮间的摩擦 在提升物重确定的情况下，有效减小额外功，如改进机械结构，减轻机械自重，定期保养机械，减小机械运转时的摩擦等，都可以提高机械效率 对点训练 在“测量滑轮组的机械效率”的实验中，用相同的滑轮分别组装如图所示的甲、乙滑轮组（忽略绳重和摩擦）。 甲 提高机械效率 钩码总重 钩码上升高度 测力计拉力 测力计移动距离 2 0.05 1.2 0.1 （1）根据分析可得，表格中数据是利用 图中滑轮组测得的，此滑轮组的机械效率为 （计算结果精确到0.1%）； （2）若两个弹簧测力计的示数相等，则 图中提升的物体更重，此时两个滑轮组机械效率的关系是：η甲 η乙。 83.3% 乙 < 课堂小结 通过机械做功 1.对物体做有用功 2.克服机械重和摩擦做额外功 机械效率 1.做工对象 2.机械装置 当堂评价 1．已知甲机器的机械效率是80%，乙机器的机械效率是60%，那么下列说法中正确的是（　　） A．甲机器一定比乙机器省力 B．甲机器一定比乙机器功率大 C．甲机器做的有用功一定比乙机器多 D．甲机器做的有用功在总功中占的比值一定比乙机器多 1 23456 D 当堂评价 2．如图所示，用相同的滑轮安装成甲，乙两种装置，用它们分别将同一物体匀速向上提升（物体的质量大于滑轮的质量），在相同的时间内物体升高了相同的距离，不计绳重和摩擦，下列说法正确的是（   ） A．两次绳子自由端移动的速度相同 B．两种装置的机械效率相等 C．两种装置中拉力F做功相等 D．乙装置可以省力 1 2 3456 D 当堂评价 3.如图所示，用滑轮组帮助汽车脱困，滑轮B的作用是 ；汽车被水平匀速拉动，用时，作用在绳子自由端的拉力为，汽车受到的摩擦力为，则此过程中拉力做功的功率为 ，滑轮组的机械效率为 。 12 3 456 800W 改变力的方向 600W 当堂评价 4．如图所示，两个滑轮重力相同，用F1和F2分别将同一物体以相同速度提升相同高度。不计绳重和摩擦，其中动滑轮的重力小于物体的重力，所用拉力大小F1 F2；拉力F1和F2的功率P1 P2；机械效率 和 的功率η1 η2。（三空均选填“>”或“<”或“=”） 123 4 56 > > < 当堂评价 1234 5 6 5．小明利用图甲、乙所示的实验装置做“测量滑轮组的机械效率”的实验，实验数据如下表所示。 实验次数 钩码重G/N 钩码上升高度h/m 绳端拉力F/N 绳端移动距离s/m 机械效率 1 4 0.1 1.8 0.3 74.1% 2 4 0.1 1.6 0.4 62.5% 3 6 0.1 2.4 0.3 当堂评价 1234 5 6 （1）实验中应沿竖直向上匀速拉动 （选填实验器材名称），使钩码上升； （2）通过表中数据可分析出第2次实验是用图 （选填“甲”或“乙”）所示装置做的实验。通过分析第1、2两次实验数据可得出结论：使用不同的滑轮组提升相同的重物时，动滑轮的个数越多（动滑轮的质量越大），滑轮组的机械效率 （选填“越高”、“越低”或“不变”）； （3）小明再用第1次实验中使用的装置做第3次实验，表中第3次实验中空缺的数据应为：机械效率 。比较第1、3两次实验可得出结论：使用同一滑轮组提升的物体越重，滑轮组的机械效率越 。 弹簧测力计 乙 越低 83.3% 高 当堂评价 12345 6 6．小明利用如图所示的滑轮组提升重为600N的重物，重物匀速上升了2m历时20s，小明拉绳的拉力为400N （1）滑轮组做的有用功； （2）拉力做功的功率； （3）滑轮组的机械效率。 解：（1）滑轮组做的有用功为： （2）由图知道，承担物重绳子的股数是n＝2， 拉力做功的功率： （3）该滑轮组的机械效率为： 答：（1）滑轮组做的有用功为1200J； （2）拉力做功的功率为80W； （3）滑轮组的机械效率为75%。 Lavf58.76.100 $$