第十一章第三节　机械效率学案 2024-2025学年沪科版物理八年级下学期

第三节　机械效率 学习目标 1.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。 2.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。 3.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。。 4.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。 重点难点 重点：影响机械效率的因素及探究过程 难点：机械效率的应用分析 导学过程 自主学习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 ) ( 丙 ) ( 丁 ) ( 乙 ) 讨论，选择：我选…… 2.做功情况分析： （1）分项计算： ①对沙子做功：W1=G1h= 100N×6m=600J ； ②对桶做功：W2=G2h= 20N×6m=120J ； ③克服自重做功：W3=G3h= 400N×6m=2400J ； ④对口袋做功：W4=G4h= 5N×6m=30J ； ⑤对滑轮做功：W5=G5h= 10N×6m=60J ； ⑥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。 （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 ①②③ ①②⑥ ①②⑤⑥ ①④⑤⑥ 做功大小 3120J 770J 830J 740J （3）数据分析：以上四种方法中，丁种做法最合理。你选对了吗？ 合作探究1 1.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 2 0.1 0.2 用滑轮做功 1.5 0.2 0.3 （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。 分析原因是： 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. 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__有用的__功，用符号__W有__表示。 （2）额外功：在工作时，对我们没有用，但又__不得不做__的功，用符号__W额__表示。 （3）总功：拉力(或动力)所做的功，用符号__W总__表示。 （4）请理解W有、W额、W总之间关系： W总=W有+ W额 。 4.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。 提示：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 。 5.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（　D　） 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 自主学习2 机械效率及应用 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？ 回答： 没有 。 ②额外功在总功中占的比例越多越好，还是越少越好？ 回答： 额外功在总功中占的比例越少越好 。 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 有用功 和 总功 之 比 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？ 答： 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 。 所以其表达式为： 。 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。 我的分析：； ； ； 。 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 机械装置 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%。 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。 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 。 5.对点训练： 下列关于功、功率和机械效率的说法正确的是（　C　） 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 自主学习3 提高机械效率 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； 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； 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 1 0.1 0.1 0.6 0.3 0.18 55.6% 2 2 0.1 0.2 0.9 0.3 0.27 74.1% 3 3 0.1 0.3 1.2 0.3 0.36 83.3% （4）处理数据，总结结论： 同一滑轮组的机械效率是 变化 （选填“不变”或“变化”）的，提升物重越重，机械效率越 高 。 合作探究3 1.思考总结： （1）影响滑轮组机械效率的因素有哪些？ 回答： 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 。 （2）提高滑轮组机械效率的措施有哪些？ 回答： 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 。 3.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）。 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 甲 图中滑轮组测得的，此滑轮组的机械效率为 83.3% （计算结果精确到0.1%）； （2）若两个弹簧测力计的示数相等，则 乙 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。 自我评价 1．如图是某地区临时停水时，居民利用滑轮提水的情景。下列说法中正确的是（ A ） A．对水做的功是有用功 B．对桶做的功是有用功 C．用此滑轮是为了省力 D．此装置的机械效率为 2．关于功率、机械效率下列说法正确的是（ A ） A．功率越大的物体做功越快 B．机械效率越高的物体做功越多 C．功率越小的物体机械效率越低 D．做功越多的物体功率越大 5．（2024·黑龙江齐齐哈尔中考）如图所示，小宇用动滑轮把重400N的物体匀速提升了3m，作用在绳子自由端的拉力F为250N，方向竖直向上。不计绳重和摩擦，则下列选项正确的是（　D　） A．绳子自由端移动的距离为3m B．动滑轮受到的重力为150N C．拉力F做的功为1200J D．该动滑轮的机械效率为80% 4．用四个完全相同的滑轮，组装成两套滑轮组，用它们匀速提升同一物体时，其拉力分别为 F1、F2，滑轮组的机械效率分别为η1、η2，如图所示。不计绳重和摩擦，下列说法中（　A　） ①F1<F2         ②F1>F2 ③η1>η2          ④η1=η2 A．只有①④正确 B．只有②④正确 C．只有②③正确 D．只有①③正确 5．如图显示的是甲、乙两机械的做功情况，它们的有用功均为2100J，则机械效率较高的是 甲 ，总功较多的是 乙 （前两空均选填“甲”或“乙”），甲机械的额外功为 700 J。 6．如图所示，工人利用滑轮组将质量为的建筑材料在内匀速提升，工人所用的拉力为．利用滑轮组提升建筑材料可以 省力 （选填“省力”或“省功”）；此过程中，工人拉力做功的功率为 200 W，滑轮组的机械效率为 80% ；若增大提升建筑材料的质量，滑轮组的机械效率将 变大 （选填“变大”、“变小”或“不变”）。（取） 7．某实验小组测量如图滑轮组的机械效率，实验中使用的滑轮完全相同，得到的数据如表所示。 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η 1 4 0.1 1.8 0.3 74% 2 4 0.1 1.4 0.5 3 6 0.1 2.4 0.3 83% （1）通过表中数据可分析出实验次数1是用 甲 （选填“甲”或“乙”）图做的实验，实验次数2是用 乙 （选填“甲”或“乙”）图做的实验； （2）请在表中空白处填上恰当的数据 57% ；（百分号前保留整数） （3）通过实验次数1和实验次数2的数据分析可得出结论：使用不同的滑轮组提升相同的重物时，动滑轮越重，滑轮组的机械效率 越低 ； （4）比较实验次数1和实验次数3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高。 8．如图所示，用滑轮组匀速提升物体到一定高度，已知该物体的重力是100N，拉力F为60N，物体被向上提升的高度是5m。若不计绳重和摩擦，求： （1）绳自由端移动的距离； （2）动滑轮重； （3）该滑轮组的机械效率。 解：（1）如图，由2段绳子吊着动滑轮，则绳自由端移动的距离为： ； （2）若不计绳重和摩擦，则动滑轮重为： ； （3）拉力做的总功为：；拉力做的有用功为： ；该滑轮组的机械效率为： 。 答：（1）绳自由端移动的距离为； （2）动滑轮重； （3）该滑轮组的机械效率为。 我的收获 学科网（北京）股份有限公司 $$