12.4 机械效率(学案课件)2024-2025学年人教版物理八年级下册

第十二章 简单机械 第4节 机械效率 第1课时 机械效率及其计算 请同学们翻到《精讲本》P79 1． 有用功、额外功和总功 有用功：为了实现做功的目的，无论是否使用机械都 ⁠做的 功，用W有用表示． 额外功：使用机械时，对人们没用但又不得不做的功，用W额外表 示． 总功： 与 的总和，用W总表示． 注意：使用任何机械都不省功，都不可避免地要做额外功． 必须 有用功 额外功 2． 机械效率 定义： 跟 ⁠的比值叫作机械效率． 公式：η＝ ⁠． 意义：机械效率的高低反映了使用机械时有用功在 ⁠中所占 的比例大小，比例越大，机械效率越高，机械的性能越好． 注意：有用功总是小于总功，所以机械效率总小于 1．机械效率通常 用百分数表示． 有用功 总功 总功 有用功和额外功 例1 用水桶从井中提水的时候，提水所做的功是 ⁠，提水 桶所做的功是 ⁠．如果桶掉到井里，从井里捞桶的时候，捞上 的桶里带了一些水，这种情况下，提水所做的功是 ⁠，提水桶 所做的功是 ⁠． 有用功 额外功 额外功 有用功 例2 建筑工地上，工人用如图所示的装置将重为500 N的建材从地 面匀速送到6 m高处，所用拉力为300 N，时间为20 s．若不计摩擦和绳 重，那么，工人做的总功为 J，其中有用功为 J；工 人做功的功率为 W． 3 600 3 000 180 机械效率的理解 例3 关于机械效率的说法中正确的是（　C　） A． 越省力的机械，效率越高 B． 做有用功越多的机械，效率越高 C． 做相同的功，额外功的值越小，效率越高 D． 做功越快的机械，效率越高 C 机械效率的计算 例4 装有9 kg水的圆桶置于水平地面上，桶的重力为10 N，某同学 用如图所示的滑轮组将这桶水匀速提升2 m的过程中，所用拉力为40 N， g取10 N/kg．求： (1)该同学做的有用功； 解：水的质量m水＝9 kg，则水的重力G水＝m水g ＝9 kg×10 N/kg＝90 N 克服水的重力做功即该同学做的有用功W有用＝G水h＝90 N×2 m ＝180 J (2)该同学做的额外功； 解：由图知，承担物重的绳子股数n＝3，拉力端移动的距离s＝nh＝ 3×2 m＝6 m 拉力所做的总功W总＝Fs＝40 N×6 m＝240 J 该同学做的额外功W额外＝W总－W有用＝240 J－180 J＝60 J (3)滑轮组的机械效率． 解：滑轮组的机械效率η＝＝＝0.75＝75%． 答：(1)该同学做的有用功为180 J； (2)该同学做的额外功为60 J； (3)滑轮组的机械效率为75%． 知识点拨►(1)滑轮组的机械效率η：(n为承担物重绳子的段数) 悬挂式滑轮组：①η＝＝＝；②η＝＝＝ (不计绳重和摩擦)． 水平放置式滑轮组：η＝＝＝(f指物体受到的阻力)． (2)斜面：η＝＝． (3)杠杆：η＝＝． 1． 如图用同一滑轮组分别将两个不同的物体A和B匀速提升相同的 高度，不计绳重和摩擦的影响，提升A的过程滑轮组的机械效率较大，则 下列判断正确的是（　B　） B ①物体A比物体B轻 ②提升A的拉力较大 ③提升A所做的额外功较少 ④提升A做的有用功较多 A． 只有①③ B． 只有②④ C． 只有②③ D． 只有①④ 2． 如图所示，斜面长为3 m，高为1 m，工人用400 N沿斜面方向的 力将重为840 N的箱子推到车上．在这过程中（　D　） A． 有用功是400 J，总功是840 J B． 有用功是840 J，额外功是400 J C． 有用功是400 J，机械效率是70% D． 总功是1 200 J，机械效率是70% D 3． 如图是甲、乙两机械在某次使用时的参数，其中“900 J”和“720 J”为所做的有用功，“75%”和“70%”表示额外功所占总功的比例，甲的 机械效率为η甲，乙的机械效率为η乙，则η甲 (选填“大于”“等 于”或“小于”)η乙． 小于 4． 如图所示，叉车在10 s内将质量为2 t的平柱大理石沿竖直方向匀 速提升了1 m，叉车发动机做了5×104 J的功．g取10 N/kg，在叉车将大 理石提升的过程中，求： (1)叉车对大理石做了多少功？ 解：叉车对大理石做的功 W有用＝Gh＝mgh＝2×103 kg×10 N/kg×1 m＝2×104 J (2)叉车发动机做功的功率多大？ 解：叉车发动机做功的功率 P＝＝＝5×103 W (3)叉车提升大理石的机械效率是多少？ 解：叉车提升大理石的机械效率 η＝＝＝0.4＝40%． 答：(1)叉车对大理石做了2×104 J的功； (2)叉车发动机做功的功率为5×103 W； (3)叉车提升大理石的机械效率是40%． 第十二章 简单机械 第4节 机械效率 第2课时 机械效率的测量及应用 请同学们翻到《精讲本》P82 1． 测量滑轮组的机械效率 实验原理： ⁠． 实验过程：沿 方向 拉动弹簧测力计使重力为G的 钩码升高，测出拉力F、钩码提升的高度h、绳的自由端移动的距离s并填 入数据表格中，计算W有用、W总、η．改变钩码的数量或利用不同的滑轮 组，重复上述实验． η＝ 竖直 匀速 2． 提高机械效率的方法 自重 减小 增加 测量滑轮组的机械效率 例1 一题多设问 某小组在“测量滑轮组机械效率的实验”中，实 验装置如图所示，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 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 0.4 ⁠ (1)实验中应沿 方向 ⁠拉动弹簧测力计． (2)请将表中数据填写完整，分析表中数据可知第4次实验是 用 (选填“丙”或“丁”)图所示装置做的实验． 竖直 缓慢匀速 丁 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 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 0.4 ⁠ 80% (3)通过比较 ⁠两次实验数据可得出结论：使用同一滑轮组提 升同一物体时，滑轮组的机械效率与绕绳方式 (选填“有关”或 “无关”)． 1、2 无关 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 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 0.4 ⁠ (4)通过比较2、3两次实验数据可得出结论：使用同一滑轮组提升物 体时，物体越重，滑轮组的机械效率越 (选填“高”或“低”)． (5)通过比较3、4两次实验数据可得出结论：使用不同的滑轮组提升 同一物体时，动滑轮越 ⁠，滑轮组的机械效率越低． 高 重 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 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 0.4 ⁠ (6)小组同学发现实验过程中边拉动边读数，弹簧测力计示数不稳 定，应该静止读数．你认为他的想法 (选填“正确”或“错 误”)，因为忽略了 对滑轮组机械效率的影响． 错误 机械摩擦 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 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 0.4 ⁠ 知识点拨►影响滑轮组机械效率的主要因素有： (1)物体的重力；(2)动滑轮的重力；(3)机械摩擦． 注意：绕线方式、物体提升的高度及绳端移动的速度不影响滑轮组 的机械效率． 其他简单机械的机械效率 例2 图甲是“之”字形盘山公路，公路修成这种形状有什么好处 呢？王磊将木板搭在木块上模拟盘山公路(如图乙)，发现只要2 N的力就 能将5 N的重物拉上木板，这说明盘山公路可以 ． 省力 通过查阅资料，王磊知道斜面也是一种机械，那么它的效率会跟什 么因素有关呢？他提出了如下猜想： A． 与斜面的倾斜程度有关； B． 与斜面的粗糙程度有关； C． 与物体的重力有关． 王磊设计方案，并利用图乙装置进行探究，他通过移动木板下的木 块来改变斜面的倾斜程度，通过在木板表面铺上棉布来改变斜面的粗糙 程度，用弹簧测力计将重物匀速拉上斜面，记录相关数据，如下表． 实验 次数 斜面 材料 物重 G/N 斜面高度 h/m 斜面长 s/m 沿斜面拉 力F/N 有用功 W有用/J 总功 W总/J 机械效 率η/% 1 木板 2 0.6 1 1.6 1.2 1.6 75 2 木板 2 0.4 1 1.4 0.8 1.4 57.1 3 木板 4 0.6 1 3.2 2.4 3.2 4 棉布 2 0.6 1 1.8 1.2 1.8 66.7 (1)第三次实验斜面的机械效率为 ⁠． (2)若要探究猜想C，则必须要保持斜面长度及 ⁠ 、 不变，这是运用了 ⁠法． (3)分析王磊同学的探究数据可知：他的猜想 、 ⁠是正确 的；物体的重力和斜面的粗糙程度均相同时，斜面的倾斜程度越大，机 械效率越 ⁠． 75% 斜面的粗糙程 度 斜面的倾斜程度 控制变量 A B 高 1． 工人用滑轮组把一箱箱货物从一楼提升到五楼，在滑轮组上加润 滑油后，机械效率提高了，则加润滑油后工人提升同样的重物时，做的 （　B　） A． 有用功减小，总功不变 B． 有用功不变，总功减小 C． 有用功增加，总功增加 D． 有用功减小，总功减小 B 2． 如图所示是某工人师傅正在用滑轮组提起重物的情景，下列做法 中能提高该滑轮组机械效率的是（　B　） A． 改变绳子的绕法 B． 增大物体的重力 C． 减小定滑轮的重力 D． 提高物体上升高度 B 3． 小华用如图所示的装置探究杠杆的机械效率，他将两个钩码悬挂 在B点，在A点用弹簧测力计保持竖直方向拉动杠杆，使其绕O点缓慢转 动，带动钩码上升一定的高度h(不计摩擦)（　C　） A． 在杠杆转动过程中，弹簧测力计的示数会变小 B． 仅增加钩码的个数，拉力所做的额外功增大 C． 仅将拉力的作用点从A点移到C点，杠杆的机械效率不变 D． 仅将钩码的悬挂点从B点移到C点，拉力做的总功变大 C 4． 在“测滑轮组机械效率”的实验中，用同一滑轮组进行两次实 验，实验数据如下表： 实验次数 钩码重/N 钩码上升高度 /cm 弹簧测力计示 数/N 弹簧测力计移动 距离/cm 1 2 10 0.8 40 2 5 5 1.5 20 (1)此实验所用滑轮的个数至少是 个，其中动滑轮有 ⁠个． (2)第一次实验测得滑轮组的机械效率为 ⁠，第二次实验时 滑轮组的机械效率 (选填“大于”“小于”或“等于”)第一次的 机械效率． 3 2 62.5% 大于 $$