第4节 机械效率（教学 课件）-2024-2025学年初中物理人教版（2024）八年级下册

机械效率 第4节 第十二章 简单机械 做作业1h 玩游戏1h 思考：小明同学为什么学习效率如此低呢？ 打瞌睡1h 观察与思考 衔接：大家晚上做作业都会花费多少的时间呢？（学生陆续回答）看来大家的学习效率不错啊，小明同学就不如你们了，他花了三个小时才写完作业，这是他在做作业期间做的事情。他满打满算做作业的时间为1h，玩游戏时间为2h，打瞌睡时间为1h。那么小明同学为什么学习效率如此低下呢？（因为他做了许多与学习无关的事情） 如简单机械的省力原理。良好的数理基础是必备条件。制作知识卡片记忆重要公式，特别是能量转换的效率问题。尝试用多种方法验证答案。尝试用多种方法验证答案。物理数据的可视化呈现建立物理直觉需要反复练习。保持好奇心是学习的动力源泉。动手做实验加深理解，系统化的知识才能灵活运用。用生活实例解释物理现象，设计小实验验证日常现象定期复习巩固学习成果，理解基本公式的物理意义，保持好奇心是学习的动力源泉。 在生活中我们会利用机械完成很多“作业”。 机械工作时也有机械效率 衔接：……它会不会做一些与任务无关的事情呢？还是说它会不会帮助我们提升效率呢？机械完成某项任务的时候也会涉及到效率，这个效率我们叫做机械效率。今天我们就一起来学习一下机械效率。 F s W = Fs F1 F2 W = F1s W = F2s 有 额 总 一、有用功和额外功 衔接：我拿起了杯子喝了水。（这时候拿起杯子喝水，询问学生老师是如何喝到水的，让学生发现杯子被举了起来）让我们一起来分析一下刚才这个过程。 我们不能像动物一样低头喝水，我们要喝到水就要用手拿起杯子，就要给杯子一个？（力）在力的方向上面我们把杯子拿起来了，也就是移动了一段距离。大家看到这两个物理量是不是很熟悉。（相当于做了功） 但是这个力我们可以把他拆分一下。分为拿起水的力，拿起杯子的力。其中拿起水的这个力对我们来说才是有用的，也就是F1，因为我们的目的是喝水，我们要让水起来。作用在杯子上的力F2其实是没有实际作用的，它提起了杯子，我们并不想喝掉这个杯子，但是这个力我们又不得不去提供。所以我们把分给水的这个力做的功叫做有用功，分给杯子的力做的功叫做额外功。 公式： 有用功：为达到目的必须做的对人们有用的功。 额外功：人们不需要但又不得不做的功。 总 功：有用功与额外功的总和。 W有+W额= W总 衔接：我们来梳理一下这几个名词的概念。它们之间的关系我们用公式如何表达呢？…… 如简单机械的省力原理。良好的数理基础是必备条件。制作知识卡片记忆重要公式，特别是能量转换的效率问题。尝试用多种方法验证答案。尝试用多种方法验证答案。物理数据的可视化呈现建立物理直觉需要反复练习。保持好奇心是学习的动力源泉。动手做实验加深理解，系统化的知识才能灵活运用。用生活实例解释物理现象，设计小实验验证日常现象定期复习巩固学习成果，理解基本公式的物理意义，保持好奇心是学习的动力源泉。 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。 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，这种情况下哪部分是有用功，哪部分是额外功？ 提水桶所做的功是有用功，提水所做的功是额外功。 （判断有用功要看目的） 使用动滑轮是否省功 1.用弹簧测力计将钩码缓慢地提升一定的高度，计算拉力所做的功。 2.用弹簧测力计并借助一个动滑轮将同样的钩码缓慢地提升相同的高度，计算拉力所做的功。 进行实验： 衔接：我们前面学习了各种各样的简单机械，这些简单机械有的能帮我们省力，有的能帮我们省距离，有的能帮我们改变力的方向。使用机械提升重物和不使用机械直接提升重物所做的功会是一样的吗？使用机械能不能省功呢？请同学们来一起看一个实验。…… 物重G/N 物体移动 距离h/m 直接提起物体做功W直 拉力F/N 绳子移动距离s/m 用装置拉起来做功W机 实验记录： 衔接：让我们把测量的结果记录在这，来分析一下。（让学生找到刚才实验中用动滑轮提升物体的有用功，总功，并计算出额外功） 如简单机械的省力原理。良好的数理基础是必备条件。制作知识卡片记忆重要公式，特别是能量转换的效率问题。尝试用多种方法验证答案。尝试用多种方法验证答案。物理数据的可视化呈现建立物理直觉需要反复练习。保持好奇心是学习的动力源泉。动手做实验加深理解，系统化的知识才能灵活运用。用生活实例解释物理现象，设计小实验验证日常现象定期复习巩固学习成果，理解基本公式的物理意义，保持好奇心是学习的动力源泉。 使用动滑轮不省功，而且要多做功。 实验结论： 使用任何机械都不省功，这叫做功的原理。 衔接：看来，我们可以得出的结论是使用动滑轮不仅不省功，而且还费功呢。其实，不仅动滑轮不省功，所有机械都不省功的，这就是功的原理。 使用机械时要克服摩擦做功，要克服机械的重力做功等等，这些都属于使用机械时要做的额外功。（此页可以提出问题，使用机械时额外功是怎么来的？）但是为了我们的一些目的，我们仍然需要使用这些机械。不能因噎废食啊。 二、机械效率 在总功一定的情况下，人们希望有用功越_____越好，额外功越_____越好。 注：机械效率一般用百分数表示，没有单位。 思考：机械效率可能大于1或者等于1吗？ 多 少 机械效率：有用功跟总功的比值。 η = W总 W有 公式： 衔接：人们在使用机械的时候，额外功反映的是机械对能量的一种额外消耗；有用功反映的是机械对能量的一种有效利用。因此我们在使用机械的过程当中，在总功一定的情况下，总希望有用功越（多）越好，额外功越（少）越好。这反映的是机械对能量利用的效率问题，所以这里我们引入了一个新的物理量来表示机械的性能，这就是机械效率。 起重机把质量为0.5t的重物匀速提升了3m，而它的电动机所做的功是3.4×104J，起重机的效率是多少？g取10N/kg。 例题 解：起重机匀速提升重物则 F＝G＝mg＝0.5×103kg×10N/kg＝5×103N 起重机提升重物所做的功是有用功： W有＝Fh＝5×103N×3m＝1.5×104J 起重机的电动机所做的功是总功：W总＝3.4×104J 则机械效率：η＝ ＝ ＝0.44＝44%　　　　　　　　　　 3.4×104J 1.5×104J W总 W有 测量滑轮组的机械效率 设计实验： 需要测量哪些物理量？用什么测量工具？怎样计算有用功和总功？ 需要那些实验器材？ 实验原理： Gh Fs η＝ ＝　　　　　　　　　　 W有用 W总 衔接：接下来我们测量一下滑轮组的机械效率。计算机械效率我们刚才已经知道了，因此实验原理为：……。 在做实验前，我们还需要制定实验方案，请同学们思考以下这个问题…… 问题答案： 1.钩码的重力、物体提升的距离、绳子的拉力、绳子移动的距离。（计算按照公式来就行） 2.需要弹簧测力计、刻度尺、铁架台、滑轮、细线、钩码等。 注意强调：要竖直和匀速拉动绳子。 （这里还可以引导学生猜想与哪些因素有关，例如物重，滑轮重，绳重，摩擦，提升高度，与动滑轮连接的绳数量） 如简单机械的省力原理。良好的数理基础是必备条件。制作知识卡片记忆重要公式，特别是能量转换的效率问题。尝试用多种方法验证答案。尝试用多种方法验证答案。物理数据的可视化呈现建立物理直觉需要反复练习。保持好奇心是学习的动力源泉。动手做实验加深理解，系统化的知识才能灵活运用。用生活实例解释物理现象，设计小实验验证日常现象定期复习巩固学习成果，理解基本公式的物理意义，保持好奇心是学习的动力源泉。 1.测出钩码所受重力，再按图所示组装滑轮组。记下钩码和绳端的位置。 2.匀速拉动弹簧测力计，读出拉力F 的值，并用刻度尺测出钩码移动的距离与绳子移动的距离。 3.计算机械效率。 进行实验： 衔接：请大家开始实验。 实验记录： 物重G/N 物体移动 距离h/m 有用功W有 拉力F/N 绳子移动距离s/m 总功W总 效率η 实验结论： 增加物重，机械效率会提高。 请小组展示测量结果，并要求分析. 如简单机械的省力原理。良好的数理基础是必备条件。制作知识卡片记忆重要公式，特别是能量转换的效率问题。尝试用多种方法验证答案。尝试用多种方法验证答案。物理数据的可视化呈现建立物理直觉需要反复练习。保持好奇心是学习的动力源泉。动手做实验加深理解，系统化的知识才能灵活运用。用生活实例解释物理现象，设计小实验验证日常现象定期复习巩固学习成果，理解基本公式的物理意义，保持好奇心是学习的动力源泉。 1.动滑轮重 (动滑轮重减小，机械效率提高) 思考：你觉得除此之外还有什么其他的因素会影响机械效率呢？ 2.摩擦(轮与轴及轮与绳之间)、绳重 (减小摩擦、绳重可以减少额外功，提高机械效率) 还可以利用公式分析 讨论：如何提高机械设备的机械效率？ 1.改进机械结构、使其更合理、更轻巧。 2.定时保养、加润滑油减小机械间的摩擦。 3.在机械能承受的范围内，尽可能增加每次提升重物的重量，充分发挥机械的作用。 降低额外功 提高有用功 衔接：既然我们知道了哪些因素会影响滑轮组的机械效率，那么你觉得生活中的这些机械我们应该如何去提高它们的机械效率呢？ 如简单机械的省力原理。良好的数理基础是必备条件。制作知识卡片记忆重要公式，特别是能量转换的效率问题。尝试用多种方法验证答案。尝试用多种方法验证答案。物理数据的可视化呈现建立物理直觉需要反复练习。保持好奇心是学习的动力源泉。动手做实验加深理解，系统化的知识才能灵活运用。用生活实例解释物理现象，设计小实验验证日常现象定期复习巩固学习成果，理解基本公式的物理意义，保持好奇心是学习的动力源泉。 如图所示，用同一滑轮组分别将物体A 和物体B 匀速提升相同的高度，与提升B 相比，提升A 的过程滑轮组的机械效率较大，若不计绳重与摩擦的影响，则提升A 的过程（　　）A. 额外功较小 B. 额外功较大 C. 总功较小 D. 总功较大 D 例题 机械效率 有用功 对人们有用的必须要做的功 并非我们需要但又不得不做的功 有用功与额外功的总和 有用功跟总功的比值叫做机械效率 机械效率 额外功 总功 W有 W总 η＝ 测量滑轮组的机械效率 影响因素：G物、G轮、G绳、f 如简单机械的省力原理。良好的数理基础是必备条件。制作知识卡片记忆重要公式，特别是能量转换的效率问题。尝试用多种方法验证答案。尝试用多种方法验证答案。物理数据的可视化呈现建立物理直觉需要反复练习。保持好奇心是学习的动力源泉。动手做实验加深理解，系统化的知识才能灵活运用。用生活实例解释物理现象，设计小实验验证日常现象定期复习巩固学习成果，理解基本公式的物理意义，保持好奇心是学习的动力源泉。 1.卖茶杯的人，从货架上拿起茶杯；喝茶水的人，从桌面上端起盛茶水的茶杯，就两人克服茶杯重力做功的下列说法中正确的是（　　） A.都是有用功 B.都是额外功 C.对喝茶的人而言是有用功 D.对卖茶杯的人而言是有用功 D 2.关于机械效率的说法中正确的是（ ） 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 如简单机械的省力原理。良好的数理基础是必备条件。制作知识卡片记忆重要公式，特别是能量转换的效率问题。尝试用多种方法验证答案。尝试用多种方法验证答案。物理数据的可视化呈现建立物理直觉需要反复练习。保持好奇心是学习的动力源泉。动手做实验加深理解，系统化的知识才能灵活运用。用生活实例解释物理现象，设计小实验验证日常现象定期复习巩固学习成果，理解基本公式的物理意义，保持好奇心是学习的动力源泉。 3.一台起重机将重3600N的货物提高5m。求： (1)起重机做的有用功是多少？ (2)如果额外功是12000J，起重机的机械效率是多少？ 解：(1)W有＝Gh＝3600N×5m＝18000J； (2)如果额外功是12000J，则总功为： W总＝W有+W额＝18000J+12000J＝30000J； 起重机的机械效率： η＝ ×100% ＝ ×100%＝60% 　　　 W有 W总 1.8×104J 3×104J 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： (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。 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 $$