12.4 机械效率 课件- 2024-2025学年物理人教版八年级下册

第十二章 简 单 机 械 12.4 机械效率 引入新课 种子的发芽率 树的成活率 及格率（优秀率） “率”=有用量/总量，表示事物某一方面的优劣。 ① 做 功 1.对沙子做功 2.对桶做功 3.克服自重做功 3.克服摩擦做功 ② 做 功 1.对沙子做功 2.对桶做功 1.对沙子做功 2.对桶做功 3.对动滑轮做功 4.克服摩擦做功 ③ 做 功 1.对沙子做功 2.对口袋做功 3.对动滑轮做功 4.克服摩擦做功 ④ 做 功 一共： (100N＋20N＋400N)×6m＝3120J (100N＋20N＋10N)×6m＝780J (100N＋5N＋10N)×6m＝690J 目的： 100N×6m＝600J (100N＋20N)×6m＝720J 为了达到目的必须做的功。 为了达到目的不需要但又不得不做的功。 ——有用功 ——额外功 一.有用功和额外功 有用功：为了达到目的必须做的功。（W有 ） 额外功：为了达到目的不需要但又不得不做的功。（W额） 产生原因： a.克服机械自重、容器重等做的功； b.克服摩擦力做的功。 总功：有用功和额外功的总和。（W总） W总 = W有 + W额 哪些功是有用功？哪些功是额外功？ 克服重物重力所做的功为有用功。 克服摩擦力所做的功为额外功。 克服泥土重力所做的功为有用功。 克服抓斗和机臂重力所做的功，还有克服摩擦力所做的功为额外功。 有用功 无论采取哪种方法都必须做的功（为达到工作目的所必须做的功）： （1）举高重物时（斜面或滑轮）： （2）在粗糙水平面上移动物体时： W有=G物·h W有=Fs h G物 克服物体重力所做的功为有用功。 F做的功 F F拉 F拉 F 匀速时，f=F，W有=fs 额外功 并非人们需要但又不得不做的功： （1）克服机械自重做功，使用动滑轮或滑轮组时： （2）克服机械间的摩擦做功，使用斜面时： W额=G动·h W额=f·s s （3）在粗糙水平面上移动物体时，克服摩擦力做的功： F1 F F F1 W额=fs1 s1 ：物体在水平面上移动的距离 总功 动力对机械所做的功，有用功和额外功的和等于总功： 公式（1）： W总=W有+ W额 公式（2）： W总=F·S h G物 F1 F F F1 W总=F·s F s F F W总=F·s W总=F·s2 s：物体沿着斜面向上移动的距离 s：弹簧测力计竖直向上移动的距离 s2:绳子自由端移动的距离 s1 ：物体在水平面上移动的距离 使用机械时动力做的功 G G F F h 动滑轮重为G动，不计摩擦和绳重 W总=Fs=（G+G动）h 克服滑轮重力所做的功 克服物体重力做的功 W有=Gh 人的拉力所做的功 W额=G动h 有用功 额外功 总功 每个钩码的质量是100g，将钩码提升0.1m， 此时甲图的弹簧秤示数是2N，乙图示数为1.2N，求两种情况下的有用功，额外功，总功？ G/N h/m W直/J F/N s/m W机/J 2 0.1 1.2 0.2 功的原理 使用任何机械不省功。 使用机械能够省功？ 0.2 0.24 功的原理 使用任何机械不省功。 三种办法中有用功在总功中占的百分比。 1 对沙子做功： W有=600J 对桶和克服自身重力做功： W额=120J+2400J=2520J 总功： W总=3120J 2 对沙子做功： W有=600J 对桶滑轮做功： 总功： 对沙子做功： W有=600J 对口袋和滑轮做功： 总功： W额=60J+120J=180J W总=780J 3 W额=60J+30J=90J W总=690J 什么是“率” 与周围同学讨论下列短语中“率”字的含义。 种子发芽率、树的成活率、粉笔利用率、时间利用率…… 上述的几个“率”=有用的量/总量 表示事物某一方面的优劣。 什么是机械效率 在使用机械工作时，有用功在总功中所占份额越多越好。它反映了机械的一种性能，物理学中表示为机械效率。 1、定义：有用功跟总功的比值。 2、物理意义：反映机械性能优劣的物理量。 3、公式： 读作yita 二、机械效率 二、机械效率 ×100%　　　　　　　　　　 有 用 额 外 总功 读作yita 注： 1.百分数 2.没有单位 3. η能不能大于1？ 机械效率会大于１吗？为什么？ 不会。因为额外功总大于0，所以机械效率总小于1 。 4、机械效率η一般用百分数表示，总小于1，无单位。 实际：η<1 （理想： η=1） 机械效率与是否省力、功率大小、提升高度、绳子的绕法和做功的多少等都无关。 判断下面说法中是否正确？ 1．有用功越多，机械效率越高（        ） 2．额外功越少，机械效率越高（        ） 3．做总功越多，机械效率越低（        ） 4．做相同的有用功，额外功越少，机械效率越高（       ） 5．做相同的总功时，有用功越多，机械效率越高（       ） 6．机械效率越高，越省力（        ） 常见机械的效率 滑轮组 50%~70% 起重机 40%~50% 抽水机 60%~80% 离心式水泵 60%~80% 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？ 功率P 机械效率η 定义：做功与时间的比值 物理意义：做功快慢 定义:有用功与总功的比值 物理意义：机械对总功的利用率 功率与机械效率辨析 功率P：做功与时间的比值 机械效率η:有用功与总功的比值 例题: 下列说法中正确的是( ) A. 机械效率越高，机械做功一定越快　 B. 做功越多的机械，机械效率一定越高 C. 功率越大的机械，机械效率一定越高 　 D. 做功越快的机械，功率一定越大 D 因此 η与P_________（填"有"或“没有”）关系 没有 三、实验探究：测量滑轮组的机械效率 1.实验原理 2.实验器材 弹簧测力计、刻度尺 铁架台、滑轮、细线、钩码 实验时拉力的方向应尽量_____________，且应在钩码____________的过程中读取拉力的大小。 竖直向上 匀速移动 注意事项： 实验：测滑轮组的机械效率 实验1：保持动滑轮重一定，改变钩码重力。 结论：动滑轮重一定，物重越大，机械效率越高。 3 4.5 6 0.1 0.1 0.1 0.3 0.3 0.3 0.3 0.45 0.6 1.5 2 2.5 0.45 0.6 0.75 66.7% 75% 80% 实验：测滑轮组的机械效率 实验2：保持钩码重力一定，改变动滑轮重。 结论：物重一定，动滑轮越重，机械效率低。 6 6 0.1 0.1 2.5 4 0.3 0.3 0.6 0.6 0.75 1.2 80% 50% 滑轮组的机械效率 与提升的高度无关 与提升的物体重力有关 与动滑轮的重力有关 如何提高机械效率 根据刚才的实验结论，试想我们怎样提高滑轮组的机械效率呢？ 1、当有用功一定时，尽量减小额外功：采取减轻机械自重和在滑轮轴处加润滑油的办法减小摩擦； 2、当额外功一定时，尽量增加有用功：在机械能承受的范围内尽可能增加物重。 测斜面的机械效率 斜面的摩擦力f的求法（注意不等于拉力F）： 例1.如图所示，斜面长5m，高3m，小明用绳子沿斜面将重为300N的木块由斜面底端匀速拉到顶端，拉力大小为240N，绳重不计．求： （1）小明做的有用功； （2）斜面的机械效率； （3）木块与斜面间的摩擦力。 F 解： (1)W有=Gh=300N×3m=900J (2)W总=Fs=240N×5m=1200J (3)W额=W总-W有=1200J-900J=300J 例2.用如图所示的滑轮组提升重物，已知物体重为200N，动滑轮的重为50N，5s内可使物体匀速上升2m，不计绳重和摩擦。求： （1）拉力所做的功； （2）拉力的功率； （3）滑轮组的机械效率。 解： (1)有图可知 n=2 s=2h=2×2m=4m W总=Fs=125N×4m=500J (2) (3)W有=Gh=200N×2m=400J 例3：如图所示, 重1000N的物体与地面间的滑动摩擦力为 f=300N,为了使物体以v=0.2m/s匀速前进，必须在绳端施加F=120N的水平拉力。求： （1）60s内拉力做功 （2）拉力的功率 （3）则滑轮组的机械效率 解： (1) 由图知n=3 则s=3s物=3×12m=36m W总=Fs=120N×36m=4320J (2) (3)W有=f s物=300N×12m=3600J 例4.质量为60kg的工人用如图甲所示的滑轮组运送货物上楼，滑轮组的机械效率随货物重力变化的图象如图乙，机械中摩擦力及绳重忽略不计。 (1)影响滑轮组机械效率的因素之一是_______________。 (2)若工人在1min内将货物匀速向上提高了6m，作用在钢绳上的拉力为400N，求拉力的功率。 (3)求动滑轮受到的重力。 (4)该工人竖直向下拉绳子自由端运送货物时，此滑轮组的机械效率最大值是多少？ 物重或动滑轮重 解：(2)n=3 s=nh=3×6m=18m W=Fs=400N×18m=7200J 例题4.质量为60kg的工人用如图甲所示的滑轮组运送货物上楼，滑轮组的机械效率随货物重力变化的图象如图乙，机械中摩擦力及绳重忽略不计。 (3)求动滑轮受到的重力。 (4)该工人竖直向下拉绳子自由端运送货物时，此滑轮组的机械效率最大值是多少？ (3) 解得 G动=200N (4) 练习1．(2019·眉山)在一次车辆故障处置过程中，拖车所用装置简化为如图所示的滑轮组．为了尽快疏通道路，交警指挥拖车只用了30 s时间，将水平路面上质量是1.5t的故障车匀速拖离了现场．若故障车被拖离的速度是5 m/s，绳子自由端的拉力F是500 N，地面对故障车的摩擦力为其重力的0.08倍。求： (1)拉力F在30 s内所做的功； (2)整个装置的机械效率。 解： (1)s车＝v车t＝5 m/s×30 s＝150 m 由图知，n＝3，s＝3s车＝3×150 m＝450 m W总＝Fs＝500 N×450 m＝2.25×105 J (2)f＝0.08G＝0.08mg＝0.08×1500kg×10N/kg＝1200N W有＝f s车＝1 200 N×150 m＝1.8×105 J 练习2．(2019·襄阳改编)工人师傅用如图所示的滑轮组将重为600N的货物匀速提升了2m，做了1500J的功．求： (1)滑轮组的机械效率； (2)当他用400N的拉力匀速提升其它货物时，额外功占总功的15%，求提升货物的重。 解： (1)W有＝Gh＝600 N×2 m＝1200 J,W总＝1 500 J (2)额外功占总功的15%，则有用功占总功的为85%，即η′＝85%， 由图知，n＝3，滑轮组的机械效率： 练习3： 如图所示,用滑轮组拉着重600N的物体A沿着水平方向匀速移动,在40s内物体移动了8m , 拉力F做的功为1280J 。求: (1)拉力F的大小及拉力的功率 ; (2)若动滑轮的重力为12N(不计绳重及摩擦),计算滑轮组的机械效率。 解： (2) (1) 总结 一、机械的三种功： 二、机械效率： 1、定义： 2、公式： 3、机械效率η一般用________表示，总_______，无______。 三、测滑轮组的机械效率： 有用功、额外功、总功 W总= W有+ W额 有用功与总功的比值。 百分数 小于1 单位 总有 S=nh V绳=nV物 不计绳重与摩擦 课堂小结 机械效率 功 有用功 额外功 总功 机械效率 理解 计算 提高机械效率的方法 减小额外功 增大有用功 下 课 Lavf60.16.100 Lavf60.16.100 Lavf60.16.100 Lavf60.16.100 Lavf60.16.100 Lavf60.16.100 Lavf57.77.100 $$