12.4机械效率（课件）-2024-2025学年人教版八年级物理下册

第4节　机械效率 第十二章 简单机械 第十二章　简单机械 第4节　机械效率 新知梳理 应用示例 课堂小结 课堂反馈 全品初中 一、有用功、额外功和总功 1.有用功:为达到我们的工作目的对物体所做的功叫作有用功,用W有用表示。 2.额外功:在使用机械完成某项任务时,还不可避免地要克服机械本身的重力以及摩擦力等因素的影响而多做一些功,这部分功叫作额外功,用W额外表示。 3.总功:　　　　　和　　　　　之和是总共做的功,叫作总功,用W总表示,即W总=　　　　 　。 有用功 额外功 W有用+W额外 解析 新知梳理 [点拨](1)使用机械时,人们所做的功都不会少于不用机械时所做的功,也就是说,使用任何机械都不省功。 (2)使用机械要省力就必须费距离,要省距离就必须费力,既省力又省距离的机械是不存在的。 解析 新知梳理 二、机械效率 1.定义:物理学中,将有用功跟总功的　　　叫作机械效率。  2.公式:η=　　　　　。  3.大小:机械效率是一个　　　　,常用百分数表示。使用任何机械都不可避免地要做额外功,有用功总是小于总功,所以机械效率总是　　　　1的。 比值 比值 小于 解析 新知梳理 4.提高方法 (1)有用功一定时,减小　　　　　。  (2)额外功一定时,增大　　　　　。  额外功 有用功 解析 新知梳理 5.简单机械的机械效率 斜面:η=; 定滑轮:η===; 动滑轮:η===; 滑轮组:η===。 解析 新知梳理 三、实验:测量滑轮组的机械效率 原理 　 η== 器材 　钩码、铁架台、滑轮、细线、_____________和 　　　　　　　  测量的 物理量 　钩码的重力G、钩码被提升的高度h、拉力F、绳子自由端移动的距离s 注意 事项 　必须　　　　竖直拉动弹簧测力计使钩码上升,以保证测力计示数大小不变  刻度尺 弹簧测力计 匀速 解析 新知梳理 影响 因素 　其他条件相同时: 　①提升的重物越重,做的有用功就越多,机械效率越高; 　②动滑轮越重,个数越多,做的额外功就越多,机械效率越低; 　③机械摩擦越大,做的额外功就越多,机械效率越低; 　④绳子越重,做的额外功就越多,机械效率越低 （续表） 解析 新知梳理 类型一　有用功、额外功和总功 例1 如图12⁃4⁃1所示,小华用桶把一些沙子运上三楼。在此过程中 (　　) A.小华克服自身重力所做的功是总功 B.小华克服沙子重力所做的功是有用功 C.小华克服沙子重力所做的功是额外功 D.小华克服桶的重力所做的功是有用功 图12⁃4⁃1 B 解析 应用示例 [方法指导] 判断有用功和额外功的方法 判断有用功和额外功时,关键是找准工作的目标(做功的对象),对“目标”所做的功是有用功,而与之相伴随所做的功是额外功。 解析 应用示例 类型二　关于机械效率的简单计算 例2 (2024苏州)某起重机的滑轮组结构示意图如图12⁃4⁃2所示,其最大载质量为5 t。起重机将3600 kg的钢板匀速提升到10 m高的桥墩上,滑轮组的机械效率为80%。不 计钢丝绳的重力和摩擦,g取10 N/kg。求: (1)克服钢板重力做的功W有用。 (2)钢丝绳的拉力F。 (3)滑轮组满载时的机械效率(结果精确到0.1%)。 图12⁃4⁃2 解析 应用示例 [答案] (1)有用功:W有用=Gh=mgh=3600 kg×10 N/kg×10 m= 3.6×105 J。 (2)总功:W总===4.5×105 J; 钢丝绳的拉力:F====1.125×104 N。 解析 应用示例 (3)克服动滑轮重力做的额外功:W额外=W总-W有用=4.5×105 J-3.6×105 J=9×104 J;动滑轮的重力:G动===9×103 N;满载时的机械效率:η最大=×100%=×100% =×100%=84.7%。 解析 应用示例 [方法指导] 机械效率的计算之解题技巧 (1)机械效率的计算要领: ①抓住四个基本量:G、h、F、s; ②弄清使用机械时力与力之间的关系、距离与距离之间的关系、功与功之间的关系; ③熟练运用有关有用功、总功、机械效率的公式,即W总= W有用+W额外,η=。 解析 应用示例 (2)当不计绳重和摩擦时,求解动滑轮重力有两种方法: ①从功的角度求解:额外功仅为克服动滑轮重力做的功, W额外=G动h,故G动=。 ②从力的角度求解:同一根绳子上的拉力处处相等,由平衡力的关系式nF=G+G动,可得G动=nF-G。 解析 应用示例 类型三　测量滑轮组的机械效率 例4 某小组在“测量滑轮组的机械效率”的实验中得到的数据如下表所示,实验装置如图12⁃4⁃3所示。 图12⁃4⁃3 解析 应用示例 实验 次数 钩码总 重G/N 钩码上 升的高 度h/m 绳端拉力 F/N 绳端移 动的距离 s/m 机械 效率 η 1 4 0.1 2.7 0.2 74% 2 4 0.1 1.8 0.3 74% 3 8 0.1 3.1 0.3 86% 4 8 0.1 2.5 　   　  解析 应用示例 (1)实验中应沿竖直方向　　　　缓慢拉动弹簧测力计。  (2)小组同学发现实验过程中边拉动测力计边读数,弹簧测力计的示数不稳定,应该静止时读数,你认为这样的想法______ 　　　 　(选填“正确”或“不正确”),因为没有考虑　　　对滑轮组机械效率的影响。 匀速 不正确 摩擦 解析 应用示例 (3)用如图丁所示装置进行实验,得出表中第4次实验数据,请将表中的两个数据填写完整。 0.4 80% 实验 次数 钩码总 重G/N 钩码上 升的高 度h/m 绳端拉力 F/N 绳端移 动的距离 s/m 机械 效率 η 1 4 0.1 2.7 0.2 74% 2 4 0.1 1.8 0.3 74% 3 8 0.1 3.1 0.3 86% 4 8 0.1 2.5 　   　  解析 应用示例 (4)通过比较　　　　两次实验数据可得出结论:使用同一滑轮组提升同一重物时,滑轮组的机械效率与绳子绕法无关。  (5)通过比较　　　　两次实验数据可得出结论:使用同一滑轮组提升重物时,物重越大,滑轮组的机械效率越高。  2、3 1、2 0.4 80% 实验 次数 钩码总 重G/N 钩码上升的高度h/m 绳端拉力 F/N 绳端移动的距离s/m 机械效率 η 1 4 0.1 2.7 0.2 74% 2 4 0.1 1.8 0.3 74% 3 8 0.1 3.1 0.3 86% 4 8 0.1 2.5 　   　  解析 应用示例 (6)通过比较3、4两次实验数据可得出结论:______________ ___________________________________________________ ___________________________________________________　 　 。 使用不同滑轮组提升相同重物时,动滑轮越轻,滑轮组的机械效率越高(或使用不同滑轮组提升相同重物时,动滑轮越重,滑轮组的机械效率越低) 0.4 80% 实验 次数 钩码总 重G/N 钩码上升的高度h/m 绳端拉力 F/N 绳端移动的距离s/m 机械效率 η 1 4 0.1 2.7 0.2 74% 2 4 0.1 1.8 0.3 74% 3 8 0.1 3.1 0.3 86% 4 8 0.1 2.5 　   　  解析 应用示例 [易错警示] 滑轮组的机械效率是有用功占总功的比例,在有用功不变的情况下可通过减少额外功提高机械效率。 解析 应用示例 类型四　斜面机械效率的计算 例4 (2023永州)如图12⁃4⁃4所示,将一个重9.0 N的物体从斜面底端匀速直线拉到斜面顶端,沿斜面向上的拉力为3.6 N,物体在斜面上移动的距离s=1.2 m,物体升高的高度h=0.3 m,则 (　　) A.物体所受的摩擦力为3.6 N B.克服物体重力做功为4.32 J C.拉力做功为2.7 J D.斜面的机械效率为62.5% D 图12⁃4⁃4 解析 应用示例 [规律总结] 任何机械在使用过程中都存在机械效率的问题,斜面也是一种简单机械,在利用斜面时,一般克服物体重力做的功是有用功,而克服摩擦力做的功是额外功,动力(拉力或推力)所做的功是总功。机械效率表达式为η=,也可写成η=。 解析 应用示例 解析 课堂小结 [机械效率的概念及计算] 1.在使用机械时,为了达到工作目的对物体做的功叫作_____　　　　功,而克服机械本身的　　　　以及　　　 　等因素的影响而多做的一些功叫作　　　　功。这两部分功之和是_____　　　　功。机械效率是　　　　功跟　　　　功的比值,即η= 　　　　。 有用 重力 摩擦力 额外 总 有用 总 解析 课堂反馈 A 2.送气工人将一瓶液化石油气从一楼扛到三楼,在这个过程中,送气工人对钢瓶(不包括液化石油气)所做的功是 　　　 　;到了三楼后,送气工人又把用户家里的空钢瓶带下了楼,在这个过程中,送气工人对钢瓶所做的功是 　　　　　。(均选填“有用功”或“额外功”)  3.某机械工作时,动力做的功是400 J,其中额外功是100 J,则动力做的有用功是　　　　J,机械效率是　　　　。 额外功 有用功 300 75% 解析 课堂反馈 A 4.小明用如图24⁃1所示装置将重为12 N的物体匀速提升0.1 m,拉力F=6 N,则小明做的有用功为　　　　　,额外功为　　　　　。 图24⁃1 1.2 J 0.6 J 解析 课堂反馈 A 5.用如图24⁃2所示的滑轮组将重10 N的物体匀速提升0.1 m,所用时间为2 s,作用在绳子自由端的拉力F为6 N(不计绳重和滑轮摩擦),下列计算结果正确的是 (　　) A.所做的有用功为0.6 J B.动滑轮重0.2 N C.所做的总功为1.8 J D.该滑轮组的机械效率为83.3% 图24⁃2 D 解析 课堂反馈 A 6.如图24⁃3所示,用动滑轮将重为10 N的物块竖直向上匀速提升20 cm,拉力为6 N。求: (1)此过程中拉力做的功。 (2)动滑轮的机械效率。 图24⁃3 [答案] (1)拉力移动的距离:s=2h=2×0.2 m=0.4 m; 此过程中拉力做的功:W=Fs=6 N×0.4 m=2.4 J。 (2)有用功:W有用=Gh=10 N×0.2 m=2 J; 动滑轮的机械效率:η==≈0.833=83.3%。 解析 课堂反馈 A [机械效率的测量] 1.如图24⁃4所示,用滑轮组提升重为80 N的物体,物体上升速度为0.1 m/s,上升高度为20 cm,拉绳子的力F为50 N,则 (　　) A.绳子自由端被拉下60 cm B.拉力的功率为5 W C.滑轮组的机械效率为80% D.有用功为1600 J C 图24⁃4 解析 课堂反馈 B 2.如图24⁃5所示,用滑轮组匀速竖直向上提升重物,不计绳重和摩擦,下列措施能提高滑轮组机械效率的是 (　　) A.减小定滑轮的重力 B.减小动滑轮的重力 C.增大重物上升的速度 D.增大重物上升的高度 图24⁃5 B 解析 课堂反馈 B 3.如图24⁃6所示,斜面长1 m、高0.4 m,用大小为5 N、沿斜面向上的拉力F,将重为10 N的铁块从斜面底端匀速拉到顶端,斜面的机械效率为　　　　;这个过程中额外功为　　　J,摩擦力大小为　　　N。 图24⁃6 80% 1 1 解析 课堂反馈 B 4.某物理兴趣小组在“测量滑轮组的机械效率”的实验中,利用如图24⁃7所示的滑轮组进行了4次测量,测得的数据如下表所示。 图24⁃7 次数 钩码所受的重力G/N 钩码被提升高度h/m 拉力 F/N 绳自由端移动距离s/m 机械效 率η 1 1 0.1 0.7 0.3 47.6% 2 1 0.2 0.7 0.6 47.6% 3 2 0.1 1.1 0.3 60.6% 4 4 0.1 2.0 0.3   解析 课堂反馈 B (1)实验中应竖直向上　　　　缓慢拉动弹簧测力计。  (2)第4次实验测得的机械效率为　　　　。 匀速 66.7% 次数 钩码所受的重力G/N 钩码被提升高度h/m 拉力 F/N 绳自由端移动距离s/m 机械效 率η 1 1 0.1 0.7 0.3 47.6% 2 1 0.2 0.7 0.6 47.6% 3 2 0.1 1.1 0.3 60.6% 4 4 0.1 2.0 0.3   解析 课堂反馈 B (3)比较　　　　两次实验,小组同学发现:同一滑轮组的机械效率与钩码被提升的高度无关;比较3、4两次实验数据可知,同一滑轮组,　　　　　　　 　　越大,机械效率越高。第4次实验中拉力做的额外功与第3次实验相比　　　　(选填“增大”“减小”或“不变”),由此可见,机械效率提高的原因是__________________________________________________  　 。 1、2 所提升钩码的重力 增大 增加的有用功比增加的额外功多得多,从而使有用功在总功中所占的比例增大 解析 课堂反馈 B 谢 谢 观 看！ 全品初中 $$