第三节 机械效率（教学课件）物理新教材北师大版（北京）八年级全一册

第十一章 简单机械 第三节 机械效率 2025 八年级下册（北师大（北京）2024） 目录 壹 学习目标 肆 课堂练习 贰 课堂引入 叁 探究新知 陆 课后作业 伍 课堂总结 学习目标 1.能结合实例分析什么是有用功、额外功和总功，并且知道它们之间的关系。（物理观念） 2.能说出机械效率的含义，知道机械效率总是小于 1。（物理观念） 3.能利用机械效率的公式进行简单的计算。（科学探究） 4.通过实验了解滑轮组机械效率的高低与物体重力的大小有关。（物理观念、科学探究） 课堂引入 观察与思考 做作业0.5h 打瞌睡2h 玩游戏2h 为什么小芳同学学习成绩不好呢？ 以下是小芳同学半天的学习情况 4 课堂引入 第3节 机械效率 在学习过程中，与学习效率，在机械工作中存在机械效率。 在生活中，我们利用机械帮助我们工作，会给我们带来极大的方便。有的机械可以省力，有的机械可以省距离。 利用滑轮组提升重物，绳端拉力所做的功与滑轮组对重物所做的功相同吗? 知识点1 功的原理 （1）如图甲所示，用弹簧测力计将钩码缓慢地提升一定的高度，将数据填入表格，并计算拉力做的功。 （2）如图乙所示，用弹簧测力计和一个动滑轮将同样的钩码缓慢地提升相同的高度，记录实验数据并计算拉力做的功。 不适用机械直接提升物体做功，与使用机械提升物体时做功相同吗？ 1. 研究使用动滑轮是否省功 提出问题 实验设计与制定计划 探究新知 知识点1 功的原理 做功方式 拉力 F/N 物体升高的 高度h/m 拉力移动的 距离S/m 用弹簧测力计 直接提升2个钩码 用弹簧测力计和一个动滑轮提升2个钩码 2 0.1 0.1 1.2 0.1 0.2 数据记录 探究新知 知识点1 功的原理 ①直接用弹簧测力计提升2个钩码所作的功: W1=F1s1= 2N×0.1m=0.2J ②用弹簧测力计和一个动滑轮提升2个钩码，所做的功 W2=F2s2= 1.2N×0.2m=0.24J ③ W2 > W1 做功方式 拉力 F/N 物体升高的 高度h/m 拉力移动的 距离s/m 拉力做的 功W/J 直接用弹簧测力计 提升2个钩码 2 0.1 0.1 用弹簧测力计和一个 动滑轮提升2个钩码 1.2 0.1 0.2 分析论证 0.2 0.24 探究新知 知识点1 功的原理 使用动滑轮提升重物比直接用手提升重物并不省功 实验结论 利用动滑轮提升重物多做的功来源于哪里呢？ 使用动滑轮会省力，但拉力移动的距离增加了一倍，加上动滑轮的自重及摩擦等因素的影响，使用动滑轮提升重物非但不省功，还要费功。 评估 探究新知 知识点1 功的原理 探究新知 知识点1 功的原理 【典例1】小明利用如图所示器材，做“使用动滑轮是否省功”实验。请将他的实验步骤补充完整： (1)如图甲所示，用弹簧测力计将钩码缓慢地匀速向上提升一定高度，并同时用刻度尺测量，记录拉力与高度F1、h，根据公式 ， 计算拉力所做的功W1； (2)如图乙所示，用弹簧测力计并借助一个动滑轮将同样的 钩码缓慢地匀速向上提升相同高度，记录拉力F2，根据相 同的原理公式，计算拉力所做的功W2； (3)通过比较发现 W1 W2，请你写出依据：_________ __________________________________________________ ____________________________。 ＜ 拉力所做的功等于克服钩码重力阻力、动滑轮的重力阻力所做的功与绳与轮的摩擦阻力所做的功之和 11 知识点2 机械效率 以使用动滑轮提升钩码进行分析 ②额外功 用动滑轮提升钩码时，我们还不可避免要克服动滑轮本身的重力及摩擦力等因素的影响而多做的功，这部分功叫做额外功，用W额表示。额外功是对人们无用但又不得不做的功。 ①有用功 将钩码提升一定的高度是我们的目的，动滑轮对钩码的拉力做的功叫做有用功，用W有表示。 ③总功 人拉力做的功为总功，用W总表示。其中 W总=Fs 1. 有用功、额外功和总功 总功：有用功与额外功之和. W总= W有+ W额 探究新知 知识点2 机械效率 用水桶从井中提水的时候，所做的功哪部分是有用功，哪部分是额外功？ 提水所做的功是有用功； 提水桶所做的功是额外功。 用书包背书，把书从一楼背到五楼，问：哪部分是有用功，哪部分是额外功？ 对书做的功是有用功； 对书包做的功是额外功。 有用功和额外功的判断 探究新知 知识点2 机械效率 由于额外功是我们不需要的、浪费能量的功，因此在保证所做有用功一定的情况下，人们总是希望额外功越少越好，即额外功在总功中所占的比例越小越好，也就是有用功在总功中所占的比例越大越好。 有用功占总功的比例反映了机械的一项性能，在物理学中用机械效率来表示。 探究新知 知识点2 机械效率 不可避免的额外功 ①物理学中，将有用功跟总功的比值叫做机械效率。 机械效率 η = W有 W总 机械效率只有大小，没有单位。由于有用功总小于总功，所以机械效率总小于1 。机械效率通常用百分数表示。 机械效率的高低与是否省力、滑轮组绳子的绕法、物体被提升的高度及速度无关。 ③对机械效率的理解： ②计算公式： 2. 机械效率 探究新知 知识点2 机械效率 ④一些机械的机械效率 纽科门蒸汽机最初的机械效率约1% 瓦特蒸汽机的机械效率提高至6% ~ 15% 起重机的机械效率40%~50% 探究新知 知识点2 机械效率 ④一些机器的机械效率 汽油机22～27% 离心式水泵60～80% 喷气发动机50～60% 机械效率是标志机械做功性能好坏的重要指标，机械效率越高，机械的性能越好。 探究新知 知识点2 机械效率 探究新知 知识点2 机械效率 【典例2】《物原》记载：“史佚始作辘轳。”如图所示，人们借助辘轳从井中汲水时，转动摇把，使绳子在轴筒上不断叠绕，从而将水桶从井中提出。借助辘轳汲水时，下列有关说法正确的是（　　） A．辘轳是一个动滑轮 B．克服水重和桶重做的功是有用功 C．增大转动摇把的速度不能提高辘轳的机械效率 D．通过现代科技改良后，可以将辘轳的机械效率提高到100% 【详解】A．辘轳是一个轮轴，在使用时轮半径大于轴半径，属于省力杠杆，使用辘轳汲水时可以省力，故A错误； B．汲水时的目的是为了把水提上来，因此克服水重所做的功是有用功，故B错误； C．增大转动摇把的速度，在水的重力不变的情况下，有用功不变，额外功不变，因此机械效率不变，故C正确； D．任何机械在使用过程中都会有额外功，因此通过现代科技改良后，辘轳的机械效率也不会达到100%，故D错误。 C （1）杠杆 如图所示，利用杠杆把重力为G的物体提高h，F 为动力，S为动力作用点移动的距离。 ： 克服杠杆自重及摩擦力做的功。 则有用功为 总功为 3. 三种简单机械的机械效率 探究新知 知识点2 机械效率 【典例3】如图是一个提起重物的机械组成部分示意图，O是转动轴，不计绳重及摩擦，杠杆OA是重为Go的均匀杠杆，挂在OA中点B处的重物重力为G，已知Go=30N，G=150N。 （1）若利用该杠杆将重物提升0.5m，求杠杆的机械效率； 据题意有用功即是杠杆对物体做功，所以有用功为 额外功应是克服杠杆自身重力做功，所以额外功为 总功为 因此机械效率为 探究新知 知识点2 机械效率 （2）竖直面上的滑轮组 = 由公式可知： 当动滑轮的重力一定时，物重越大，机械效率越高。 不计 = = 如图所示，利用滑轮组把重力为G的物体提高h。F 为动力，s为绳子自由端移动的距离，n为承担重物的绳子股数。 探究新知 知识点2 机械效率 探究新知 知识点2 机械效率 【典例4】如图所示，用滑轮组将重300N的物体在10s内匀速提升了2m，拉力F为200N。则物体上升的速度为 ；拉力所做的有用功为 J；滑轮组的机械效率为 。（） 【详解】[1]物体上升的速度 [2]拉力做的有用功W有=Gh=300N×2m=600J [3]滑轮组的动滑轮绕绳子的段数是3段，拉力做的总功 W总=Fs=F×nh=200N×3×2m=1200J 滑轮组的机械效率 0.2 600 50% （3）水平方向上的滑轮和滑轮组（不计滑轮及绳重） = 使用滑轮或滑轮组用力F沿水平方向匀速拉动物体，物体与水平面的摩擦力为f， 为绳子自由端移动的距离，为物体移动的距离，n为动滑轮上的绳子股数。 f摩擦力 = = f摩擦力 探究新知 知识点2 机械效率 探究新知 知识点2 机械效率 【典例4】如图所示，工人用30N的拉力将重150N的重物匀速向左移动20cm，物体与地面间摩擦力为50N，时间为10s。则此过程中有用功是 J，总功 J，额外功是 J，滑轮组的机械效率是 。（结果保留整数） 【详解】[1]物体移动的距离为s=20cm=0.2m 重物匀速移动，受到的拉力等于摩擦力，根据有用功的计算公式可得，此过程中做的有用功是W有用=Fs=fs=50N×0.2m=10J 10 [2]由图可知，动滑轮上有2股绳拉动滑轮，拉力做的总功为W总=Fs′=Fns=30N×2×0.2m=12J [3]额外功W额外=W总-W有用=12J-10J=2J [4]根据机械效率的计算公式可得，滑轮组的机械效率 12 2 83% （4）斜面 如图所示，用力F沿斜面把重力为G的物体提高，h为斜面的高度，l为斜面的长度。f 为物体与斜面间的摩擦力。 则有用功为 总功为 ： 克服斜面与物体之间的摩擦力做的功: 探究新知 知识点2 机械效率 【典例5】如图所示，斜面高为3m，用沿斜面向上大小为300N的拉力F，将重为500N的木箱由斜面底端以0.5m/s的速度匀速拉动，经过12s到达顶端。则拉力做的功为 J，拉力的功率为 W，额外功为 J，斜面的效率是 。 【详解】[1]由得，斜面的长度为 拉力做的功为 [2]拉力的功率为 [3]有用功为 额外功为 [4]效率是 1800 150 300 83.33% 探究新知 知识点2 机械效率 知识点3 测量滑轮组的机械效率 实验原理 实验器材 定滑轮、动滑轮组成的滑轮组， 弹簧测力计，钩码和刻度尺。 影响滑轮组机械效率的因素可能有哪些？ ①被提升物体的重力； ②动滑轮的重力； ③绳重、摩擦力… … 甲 乙 探究新知 知识点3 测量滑轮组的机械效率 甲 乙 ①按照图甲那样安装滑轮组，算出钩码的重力G，并记下钩码和绳端的位置。 ②如图乙，匀速竖直缓慢拉动弹簧测力计，使钩码缓慢上升，读出拉力F的值，并用刻度尺测出钩码上升的高度h和绳端移动的距离s。 ③算出有用功、总功、机械效率，并填入表格。 ④改变钩码的数量，再做两次上面的实验。 （1）探究滑轮组的机械效率与物体重力的关系 设计并进行实验 探究新知 知识点3 测量滑轮组的机械效率 实验 次数 钩码的 重力G物/N 提升 高度h/m 有用功 W有/J 拉力 F/N 绳端移动的 距离s/m 总功 W总功/J 机械 效率η 1 1.0 0.1 0.10 0.55 0.3 0.165 2 1.5 0.1 0.15 0.70 0.3 0.210 3 2.0 0.1 0.2 0.85 0.3 0.255 60.6% 71.4% 78.4% 同一滑轮组，提升物体的重力越大，机械效率越高。 发现三次的机械效率不同。同一滑轮组，钩码的重力越大，机械效率越高。 分析并论证 数据分析 实验结论 探究新知 知识点3 测量滑轮组的机械效率 ①按照图甲安装滑轮组，用弹簧测力计测量动滑轮A重力GA，分别记下钩码和绳端的位置。 ②匀速缓慢拉动弹簧测力计，使钩码升高，读出拉力F的值，用刻度尺测出钩码上升的高度h和绳端移动的距离s，将测量数据填入表格。 ③如图乙所示，改变动滑轮的重力，换用动滑轮B，重复上述实验。 ④算出有用功W有、总功W总、机械效率η，并填入表格。 设计并进行实验 （2）探究滑轮组的机械效率与动滑轮重力的关系 探究新知 知识点3 测量滑轮组的机械效率 次数 动滑轮的 重力G动/N 提升 高度h/m 有用功 W有/J 拉力 F/N 绳端移动 的距离s/m 总功 W总/J 机械 效率η 1 0.5 0.1 0.3 1.55 0.3 0.465 2 1.0 0.1 0.3 1.90 0.3 0.57 钩码的重力G码=3N 64.5% 53.0% 二次实验中的机械效率不同。 分析并论证 数据分析 实验结论 不同的滑轮组提高重力相同的重物，动滑轮的重力越大，机械效率越低。 探究新知 知识点3 测量滑轮组的机械效率 ①同一滑轮组，提升物体重力的越大，机械效率越高； ②不同滑轮组提升重力相等的物体，动滑轮重力越小，机械效率越高。 探究归纳 探究新知 知识点3 测量滑轮组的机械效率 影响因素 分析 改进措施（提高效率） 影响滑轮组机械效率的因素和改进措施 被提升 物体的重力 动滑轮自身 的重力 滑轮组自身 部件的摩擦 同一个滑轮组，被提升物体的重力越大，做的有用功越多，机械效率越大 有用功不变时，减小提升动滑轮时做的额外功，可提高机械效率 机械自身部件的摩擦力越大，机械效率越低 在机械承受的范围内，尽可能增加被提升物体的重力 改进滑轮结构，减轻滑轮自重 对机械进行保养，保持良 好的润滑，减小摩擦 探究新知 知识点3 测量滑轮组的机械效率 探究新知 知识点3 测量滑轮组的机械效率 【典例6】在“探究影响滑轮组机械效率的因素”的实验中，某小组用如图所示的同一滑轮组提升不同个数钩码，分别做了如图所示的三组实验，实验数据记录如下： 探究新知 知识点3 测量滑轮组的机械效率 次数 钩码重/N 动滑轮重/N 钩码上升的距离/cm 弹簧测力计的示数/N 弹簧测力计上升的距离/cm 机械效率 1 2 0.8 5 1 15 66.7% 2 4 0.8 5 1.7 15 ② 3 6 0.8 5 ① 15 83.3% （1）在实验中，测绳端拉力F时，应尽量 向上匀速拉动弹簧测力计，且在拉动过程中读数； （2）第3次实验时弹簧测力计的示数如图所示，表格中编号①的数值是 ，②的数值是 （精确至千分位）； 竖直 2.4 78.4% 探究新知 知识点3 测量滑轮组的机械效率 （3）多次改变提升的物重测量滑轮组的机械效率的目的是 ； A．减小摩擦 B．多次测量取平均值减小误差 C．获得多组数据归纳出物理规律 （4）汽车作为一种“机械”，提高效率对节能减排有重要意义，请你指出以下三种提高效率的方法中， 中的方法是与本实验同理的。 A．鼓励人们“拼车”出行，使汽车尽量装满人员 B．汽车制造厂用新材料减轻汽车重量 C．经常给汽车做保养，保持良好的润滑 C A 探究新知 知识点3 测量滑轮组的机械效率 知识点4 探究斜面的机械效率 实验过程 ①如图所示,将一长木板用一木块垫起,使其倾斜程度较小. ②用弹簧测力计测出小车的重力G. ③用弹簧测力计沿斜面方向匀速拉动小车,使小车沿斜面匀速向上运动，并读出弹簧测力计的示数F. ④用刻度尺测出小车上升的高度h和小车沿斜面移动的距离s. ⑤根据公式,计算出此次的机械效率。 ⑥多次改变斜面的倾斜程度，重复测量。 ⑦比较每次测量的机械效率。 探究新知 知识点4 探究斜面的机械效率 斜面倾斜程度 小车的重力 斜面高度h/m 有用功 W有/J 拉力 F/N 斜面长度s/m 总功 W总/J 机械 效率η 1 5 0.2 1 2 1 2 2 5 0.4 2 3 1 3 3 5 0.6 3 4 1 4 将实验数据记录在下表中，并计算后填入相关值。 50% 66.7% 实验记录 75% 实验结论 从表中的数据看出，斜面的机械效率与斜面的倾斜程度有关，斜面越陡，机械效率越高。 探究新知 知识点4 探究斜面的机械效率 【典例7】实验小组的同学们在做“探究斜面的机械效率”实验时，用弹簧测力计沿斜面匀速向上拉动物块，如图所示，收集了表中的实验数据。 实验次数 斜面长度s/m 斜面高度h/m 物块重力G/N 拉力F/N 机械效率η 1 1 0.2 5 2.5 40.0% 2 1 0.4 5 3.4 58.8% 3 1 0.6 5 4.2 71.4% 4 1 0.6 5 5.0   探究新知 知识点4 探究斜面的机械效率 (1)分析表中实验1、2、3的数据可得出：斜面倾斜程度越小越 （选填“省”或“费”）力。 (2)该小组又进行了第4次实验，他们在斜面上铺上毛巾，目的是 ；保持斜面高度和长度与第3次实验相同，他们测得这种情况下斜面的机械效率为 。 (3)把第4次实验数据与表中数据综合分析可得出：斜面的机械效率与_________ __________和 有关。 (4)当用弹簧测力计通过细线沿斜面匀速向上拉动物块时，物块所受的拉力 （选填“大于”“小于”或“等于”）物块所受的摩擦力。 省 增大阻力 60% 斜面的粗糙程度 斜面的倾斜程度 大于 探究新知 知识点4 探究斜面的机械效率 课堂练习 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 课堂练习 C 2．如图所示，建筑工人用大小为300N的拉力 F，通过滑轮将重250N 的重物匀速提升2m，用时20s。这一过程中，下列选项正确的是 （　　） A．图中所示滑轮为动滑轮 B．工人做的有用功是500J C．拉力的功率是25W D．滑轮的机械效率是80% 课堂练习 B 3．在斜面上将一个重4.5N的物体匀速拉到高处，沿斜面向上的拉力为1.8N，斜面长1.2m、高0.3m。下列说法不正确的是（    ） A．整个过程中物块的运动状态不变 B．盘山公路是斜面在生活中的应用 C．斜面的机械效率是62.5% D．物块受到的摩擦力大小为1.8N 课堂练习 D 4．如图所示，工人师傅利用滑轮组竖直向下用200N的力提升重为360N的物体，物体在5s内匀速竖直上升1m。则在提升物体的过程中（不计绳重和摩擦，g取10N/kg）。下列说法正确的是（　　） A．动滑轮的重为50N B．绳子自由端速度为0.2m/s C．滑轮组的机械效率为90％ D．工人师傅拉力做功的功率为40W 课堂练习 C 5．如图所示，斜面长6m、高1.5m，工人用沿斜面向上500N的力，以1.5m/s的速度把重1600N的箱子匀速推到车上，则推力做的功是 J，推力的功率是 W；工人所做的额外功是 J。 课堂练习 3000 750 600 6．建筑工人用如图所示的滑轮组，将重为1200N的物体沿水平方向匀速移动了5m，所用的拉力大小为300N，物体受到水平地面的摩擦力为物重的0.4倍。在此过程中，滑轮组的机械效率为 。 课堂练习 80% 知识总结 课后作业 作业 内容 同步作业 完成课后“实践与探索”练习 自主安排 配套同步分层作业 53 ENDING! 2024 Thank you for watching! 谢谢观看 $$