11.4机械效率 课件-2024-2025学年教科版物理八年级下册

第十一章 机械与功 第4节 机械效率（1） 小明和小聪要把重 100 N 的沙子运上三楼。图中有三种办法,哪种办法最好,哪种办法最不好,为什么? 情景导入 一、有用功和额外功 ②人做功 ①人做功 1.对沙子做功 2.对桶做功 3.克服人自重做功 ③人做功 1.对沙子做功 2.对口袋做功 3.对动滑轮做功 必须做的，对我们有用的功 不需要的，但又不得不做的功 有用功 ——额外功 4.克服摩擦做功 1.对沙子做功 2.对桶做功 4.克服摩擦做功 3.对动滑轮做功 新课探究 W有用=G沙h W总= W有用+ W额外 有用功、额外功、总功 有用功和额外功之和等于总功 W总=Fs 提升沙是目的，有利用价值，对沙做的功是对人们有用的功：有用功 要提升沙，必须将动滑轮和口袋也提升，同时还要克服摩擦做功。这些功是对人们无用但又不得不做的功：额外功 新课探究 理解机械的三种功 G F 要提升 G，同时必须将动滑轮也提升。这时，你要克服动滑轮所受重力和摩擦而额外做功，否则你不能完成任务。这部分功无利用价值而又不得不做，是额外功 提升物体G是目的,有利用价值,是有用功 要实现目的，完成有用功,必须施加动力 F 对滑轮做功，动力所做的是 总功 如：用轮滑竖直向上 提升物体 G 拓展 新课探究 1.一个人用水桶从井里打水,有用功是什么？额外功是什么？ 2.若桶掉在水中,把装有水的桶捞起来,则有用功又是什么？额外功又是什么？ 对水做的功为有用功，对桶做的功为额外功。 对桶做的功为有用功，对水做的功为额外功。 想想议议 新课探究 请分别计算出三种情况下有用功、额外功和总功分别是多少？ 新课探究 人利用桶直接上楼做功 对沙子做功 对桶做功 W1 = 600 J 克服人自重做功 总功 3 120 J 额外功 2 520 J W2 = 120 J W3 = 2 400 J 有用功 600 J 沙子重 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。 新课探究 沙子重 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。 对沙子做功 W1 = 600 J 对桶做功 对动滑轮做功 有用功 600 J 额外功 180 J 人利用滑轮拉桶做功 W2 = 120 J W3 = 60 J 总功 780 J 新课探究 对沙子做功 对口袋做功 对动滑轮做功 人利用滑轮拉口袋做功 W1 = 600 J W2 = 30 J W3 = 60 J 有用功 600 J 额外功 90 J 总功 690 J 这种办法最好！ 沙子重 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。 新课探究 二、机械效率 1.定义：有用功跟总功的比值叫作机械效率。 2.表达式: 机械效率越高，说明有用功所占的比例越大。 新课探究 想一想 1.有没有机械效率为 100% 的机械？为什么？ 2.怎样才能提高机械的效率？ 减少额外功 改进结构，使其合理、轻巧 减小摩擦，经常保养、定时润滑 新课探究 活 动 计算机械效率 在前面的三种不同做功方式中，我们已经计算出有用功、额外功和总功。下面我们来算算三种不同方式的机械效率。（结果保留一位小数） 76.9% 87.0% 19.2% 新课探究 竖直放置的滑轮的机械效率 机械效率 定滑轮的机械效率 动滑轮的机械效率 滑轮组中若已知承担物重绳子的段数为n，则： 拓展 新课探究 滑轮组：50%～70% 起重机：40%～50% 一些机械的机械效率 抽水机：60%～80% 柴油机： 30%～45% 了解 新课探究 一台起重机将重 3 600 N 的货物提高 4 m。如果额外功是 9 600 J，起重机做的有用功是多少？总功是多少？机械效率是多少？ 解:起重机提高物体的力等于物体所受的重力 F=G=3 600 N， 起重机提升重物所做的有用功 W有用=Fh=3 600 N×4 m=14 400 J=1.44×104 J， 起重机做的总功 W总=W有用+ W额外=14 400 J+9 600 J=2.4×104 J， 因此,起重机的机械效率 60%。 练习 计算机械效率 新课探究 课堂总结 机械效率 三种功 公式 定义：有用功跟总功比值 定义 有用功：为完成工作目的对人们有用的那部分功 额外功：对人们没有用但不得不做的功 总功：动力所做的功， = ，等于有用功和额外功的总和， = ，机械效率总小于1 课堂总结 当堂检测 1．做值日时，小阳将一桶水从一楼提到二楼，在此过程中，下列关于做功的说法正确的是(　　) A．对桶做的功是有用功　 B．对水做的功是有用功 C．对水做的功是额外功　 D．克服自身重力做的功是总功 B 课堂总结 当堂检测 2．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，做功的(　　) A．有用功减小，总功不变　 B．有用功增加，总功增加 C．有用功减小，总功减小　 D．有用功不变，总功减小 D 课堂总结 当堂检测 3.如图所示,工人师傅用 250 N 的力将重 400 N 的物体匀速提升 1 m,在此过程中滑轮组的机械效率是(　　) A.80%　　　B.62.5% C.125% D.20% A 解析：由题图可知,该滑轮组有 2 段绳子吊着物体, 故 s=2h=2×1 m=2 m,F=250 N,所以 W总=Fs=250 N×2 m=500 J。 已知物体的重力和物体上升的高度G=400 N,h =1 m,则W有用=Gh=400 N×1 m =400 J,故 课堂总结 当堂检测 4．如图所示，当水平拉力 F＝50 N 时，恰好可以使物体 A 沿水平地面向右做匀速直线运动。已知物体重 200 N，所受地面的摩擦力约为 80 N，假如在 5 s 时间内，物体水平移动了0.6 m，不计绳和滑轮的自重，则在此过程中(　　) A．拉力 F 做功为 30 J　 B．物体重力做功为 120 J C．拉力 F 做功的功率为 12 W　 D．该装置的机械效率约为 60% C 课堂总结 当堂检测 D 5.如图，为了提升重物，我们选用了粗细均匀，重 G 的杠杆，不计杠杆支点处的摩擦，先后把同一个重物挂在杠杆的 A、B 两处，每次用竖直向上的力让重物匀速上升相同的高度，下列说法正确的是（　　） A．重物挂在 A 点时拉力做的有用功多 B．重物挂在 B 点时拉力做的总功多 C．重物挂在 A 点时杠杆的机械效率高 D．重物挂在 B 点时杠杆的机械效率高 课堂总结 当堂检测 90% 6.用水桶从井中提水的时候，如果桶重 10 N，水重90 N，井深 10 m，将水提至井口时，所做的有用功等于 　 　J，额外功等于 　 　J，总功等于 　 　J，机械效率等于 　 　。 1 000 100 900 课堂总结 当堂检测 7．如图所示，小刚用 20 N 的拉力在 10 s 内把重32 N 的物体匀速提升了 30 cm，拉力所做的有用功为 J，滑轮的机械效率是 ，拉力的功率是 W。 9.6 80% 1.2 课堂总结 当堂检测 8.在某建筑工地上，起重机在 2min 内把质量为 0.5t 的花岗岩碑石匀速提升了 3 m，而它的电动机所做的功为 3.4×104 J，g 取 10N/kg，通过计算回答： （1）这块花岗岩碑石所受的重力是多少？ 解：（1）花岗岩碑石所受的重力： G＝mg＝0.5×103 kg×10 N/kg＝5×103 N。 课堂总结 当堂检测 8.在某建筑工地上，起重机在 2min 内把质量为 0.5t 的花岗岩碑石匀速提升了 3 m，而它的电动机所做的功为 3.4×104 J，g 取 10N/kg，通过计算回答： （2）起重机对碑石做的有用功是多少？ 解：（2）起重机对碑石做的有用功： W有用＝Gh＝5×103 N×3 m＝1.5×104 J。 课堂总结 当堂检测 8.在某建筑工地上，起重机在 2min 内把质量为 0.5 t 的花岗岩碑石匀速提升了 3 m，而它的电动机所做的功为 3.4×104 J，g 取 10N/kg，通过计算回答： （3）起重机的机械效率是多少？(结果保留一位小数) 解：（3）起重机做的总功：W总＝3.4×104 J， 起重机的机械效率： η100%≈44.1%。 课堂总结 $$第十一章 机械与功 第4节 机械效率（2） ⑴额外功越少越好： ①动滑轮的重量越轻越好； ②所受摩擦力越小越好。 ⑵有用功越多越好：提起的重物越重越好。 滑轮组的机械效率可能与哪些因素有关？ 思考 情景导入 实验目的 测量滑轮组的机械效率 1．学习安装滑轮组。 2．学习测滑轮组的机械效率。 3．通过实验加深对滑轮组和机械效率 的理解，培养动手能力。 新课探究 实验原理 实验器材 注意事项 竖直向上，匀速缓慢拉动弹簧测力计。 η== 新课探究 实验步骤 （2）匀速竖直缓慢拉动弹簧测力计，使重物升高，读出拉力 F 的值，并用刻度尺测出重物上升的高度 h 和绳端移动的距离 s，将这三个量填入表格。 （1）用弹簧测力计测出重物所受的重力，按照图示安装滑轮组，分别记下钩码和绳端的位置。 新课探究 实验步骤 （3）应用公式 W有用=Gh、W总=Fs、η=分别求出有用功 W有用、总功 W总、机械效率η，并填入表格。 （4）增加动滑轮的个数重复实验，将实验数据记入表格。 （5）改变钩码个数，重复上面的实验，将实验数据记入表格。 新课探究 实验表格 实验序号 1 2 3 4 重物所受的重力G/ N 重物上升的高度h/ m 滑轮组做的有用功W有用/ J 弹簧测力计的拉力F/ N 绳子自由端移动的距离s/ m 总功W总/ J 机械效率η 新课探究 交流讨论 同一滑轮组提升的重物越重，滑轮组的机械效率越高。 （1）同一滑轮组提升不同质量的重物时，机械效率相同吗？ 结论：提升重力相等的重物，动滑轮重力越小，机械效率越高。 同一个重物，被不同的滑轮组提升时，滑轮组的机械效率不相同。 （2）同一个重物，被不同的滑轮组提升时，机械效率相同吗？ 结论：机械效率具有可变性，使用同一滑轮组，它的机械效率不是恒定不变的，被提升的重物越重，机械效率越高。 新课探究 η = 关于测量滑轮组机械效率的几点说明： = = = （1）在测滑轮组的机械效率时，可以不测量 s 和 h。 （2）若不考虑绳重和摩擦，只计动滑轮重力时： F = η = G + G动 G η= 即： 即： η= G + G动 G 新课探究 影响滑轮组机械效率的因素 摩擦（轮与轴及轮与绳之间）、绳重 （减小摩擦可以减少额外功，提高机械效率） 如：加强机械运动部位的润滑、采用轻质细绳 物重 （物重增加，机械效率提高） 动滑轮重 （动滑轮重减小，机械效率提高） 新课探究 练一练 1.图为测量滑轮组机械效率的实验装置，钩码总重 6 N。 （1）实验时要竖直向上______拉动弹簧测力计，由图可知拉力大小为_______N，若钩码上升的高度为 8 cm,则弹簧测力计向上移动______cm,该滑轮组的机械效率为________。 （2）若仅增加钩码的个数，该滑轮组的机械效 率将_______（选填“增大”“减小”或 “不变”） 匀速 2.4 24 83.3% 增大 新课探究 2．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： ⑴此实验所用滑轮的个数至少是____个，其中动滑轮有_____个。 ⑵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___ ___第一次的机械效率（选填“大于”“小于”或“等于”） 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 3 2 62.5% 大于 新课探究 课堂总结 机械效率 测量滑轮组的机械效率 实验原理：η== 实验器材：定滑轮和动滑轮组成的滑轮组、弹簧测力计、重物、刻度尺 注意事项：弹簧测力计要竖直匀速拉动 实验结论：（1）动滑轮重一定,物重越大，机械效率越高 （2）物重一定，动滑轮越重，机械效率越低 提高滑轮组机械效率 减小摩擦 增加物重 减小动滑轮重 课堂总结 当堂检测 1．某实验小组分别用如图所示的甲、乙两个滑轮组(每个滑轮重相同)匀速提起相同的重物，所用的拉力分别为 F1 和 F2，机械效率分别为η1和η2，不计绳重及摩擦，下列说法正确的是(　　) A．F1＞F2，η1＝η2 B．F1＜F2，η1＝η2 C．F1＜F2，η1＞η2 D．F1＞F2，η1＜η2 A 课堂总结 当堂检测 2．用如图所示的装置研究滑轮组机械效率，下列说法不正确的是(　　) A．弹簧测力计通常要竖直向上匀速拉动 B．测量机械效率的原理是η＝ ×100% C．机械效率与动滑轮重力的大小有关 D．提高机械效率可以通过减小钩码的重力来实现 D 课堂总结 当堂检测 3.为了提高滑轮组的机械效率，以下做法正确的是 （ ） A.以较快的速度匀速提升重物 B.以较慢的速度匀速提升重物 C.增加承担物重的绳子股数 D.把滑轮做得更轻巧，减小滑轮在转动过程中的摩擦 D 课堂总结 当堂检测 4．如图所示，工人用滑轮或滑轮组提升重物，每只滑轮的质量均相同，若把同一货物匀速提升相同的高度(不计绳子与滑轮间的摩擦)，下列说法正确的是(　　) A．使用丙滑轮组与使用丁滑轮组 一样省力 B．使用丁滑轮组最省力 C．机械效率最高的是使用丙滑轮组 D．机械效率最高的是使用乙滑轮 D 课堂总结 5.如图所示，是某实验小组“测滑轮组机械效率”的实验装置，实验中获得的数据如表所示。 （1）实验中应沿 　 　方向 　 　拉动弹簧测力计。第3次实验时，测力计的示数如图甲所示，为 　 　N。 2.4 实验次数物理量 1 2 3 钩码总重G/N 4 4 6 钩码上升高度h/m 0.1 0.1 0.1 绳端拉力F/N 1.8 1.6   绳端移动距离s/m 0.3 0.4 0.3 机械效率η 74.1%     匀速直线 竖直 课堂总结 5.如图所示，是某实验小组“测滑轮组机械效率”的实验装置，实验中获得的数据如表所示。 （2）分析表中数据可知第2次实验是用 　 　（选填“甲”或“乙”）图所示装置进行测量的，测得滑轮组的机械效率为 　 　。 62.5% 实验次数物理量 1 2 3 钩码总重G/N 4 4 6 钩码上升高度h/m 0.1 0.1 0.1 绳端拉力F/N 1.8 1.6   绳端移动距离s/m 0.3 0.4 0.3 机械效率η 74.1%     乙 课堂总结 5.如图所示，是某实验小组“测滑轮组机械效率”的实验装置，实验中获得的数据如表所示。 （3）通过第1次和第2次 实验的数据分析可 得出结论：使用不 同的滑轮组提升相 同的重物时，动滑 轮的个数越多（动滑轮的重力越大），滑轮组的机械效率 （选填“越高”“不变”或“越低”），第1次实验时做的额外功为 　J。 0.14 实验次数物理量 1 2 3 钩码总重G/N 4 4 6 钩码上升高度h/m 0.1 0.1 0.1 绳端拉力F/N 1.8 1.6   绳端移动距离s/m 0.3 0.4 0.3 机械效率η 74.1%     越低 课堂总结 5.如图所示，是某实验小组“测滑轮组机械效率”的实验装置，实验中获得的数据如表所示。 （4）分析比较第 　 　两次实验数据可得出：使用同一滑轮组，所提物体的重力越大，机械效率越高。 1、3 实验次数物理量 1 2 3 钩码总重G/N 4 4 6 钩码上升高度h/m 0.1 0.1 0.1 绳端拉力F/N 1.8 1.6   绳端移动距离s/m 0.3 0.4 0.3 机械效率η 74.1%     课堂总结 $$