11.5 机械效率-2025-2026学年苏科版九年级上冊物理

该初中物理课件围绕“机械效率”展开，系统讲解有用功、额外功、总功的概念及关系，机械效率的定义、公式和物理意义，通过生活中“率”的实例（如发芽率）导入，衔接旧知“使用机械不省功”，搭建从生活经验到物理概念的学习支架。 其亮点在于结合“想想做做”活动和提水、捞桶等实例分析，引导学生建构功的分类模型，培养科学思维。设计测量滑轮组机械效率的探究实验，含步骤、数据表格及问题讨论，落实科学探究。例题涵盖斜面、滑轮组等情境，强化能量观念，帮助学生理解机械效率的实际意义，教师可直接用于教学，提升效率。

11.5 机械效率 温故知新 什么是功？ 作用在物体上的力，使物体在力的方向上通过一段距离，就说这个力对物体做了机械功，简称做了功。 功的两要素是什么？ 功的两个必要因素：作用在物体上的力，物体在力的方向上通过一段距离 使用任何机械都不省功 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 课程讲授 有用功与额外功 克服重物重力所做的功为有用功。 克服动滑轮和绳子重力所做的功，还有克服摩擦力所做的功为额外功。 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。 克服泥土重力所做的功为有用功。 课程讲授 1.有用功、额外功、总功的定义 有用功：我们需要的、有价值的功，记作W有用。（有利用价值） 额外功：利用机械做功时，克服机械部件自身的重力和摩擦力等做一定量的功，记作W额外 （既没有利用价值而又不得不做的功） 总功：动力对机械所做的功，记作W总（有用功和额外功的总和） 有用功与额外功 课程讲授 2.有用功、额外功、总功的关系 总功等于有用功和额外功之和， 即W总=W有用+W额外 由于存在额外功，即W额外＞0，所以总功必定大于有用功，即 W总＞ W有用 有用功与额外功 课程讲授 分析下列事例中的有用功、额外功、总功。不考虑绳重和摩擦 事例 目的 有用功 额外功 总功 1、用桶从井中提水 2、水桶掉进井里要把桶捞起来 3、用书包把书背上楼 G水h+ G桶h G水h 背书 捞桶 提水 G书h G桶h G桶h G水h G书包h+G人h G水h+ G桶h G书包h+ G书h+G人h 有用功要具体问题具体分析，由 做功目的 决定。 有用功与额外功 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。 G G F F h 动滑轮重为G动，不计摩擦和绳重 或W总=W有+W额（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 W总=Fs 例1：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。 例2：用滑轮提升重物，哪部分是有用功，哪部分是额外功? 物体重力所做的功是有用功；动滑轮重力、绳子重力、绳子与滑轮的摩擦力所做的功是额外功。 计算：某工人使用一个由 2 个定滑轮和 1 个动滑轮组成的滑轮组（不计滑轮组绳重及绳与滑轮间摩擦），将重为 600N 的建筑材料匀速提升至 10m 高的楼顶。已知动滑轮的重力为 100N，求： （1）此过程中所做的有用功 （2）此过程中所做的额外功 （3）此过程中所做的总功 W有=G物h=600N x10m=6000J W额=G动h=100N x10m=1000J W总=W有+W额=6000Jx1000J=7000J 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 使用任何机械都不省功。 使用机械能够省功？ 0.2 0.24 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 课程讲授 机械效率 我们总希望，有用功占总功中的份额越大越好 定义：有用功W有用与总功W总之比，叫做机械效率 表达式： η= ——×100％ W有 W总 机械效率是一个比值，没有单位，通常用百分数表示 课程讲授 机械效率是表征机械性能的重要指标. 那么机械效率高或低的意义是什么? 有用功占总功的比例高或低 任何机械的机械效率总小于1。 即η<1 机械效率 课程讲授 忽略我的重力和摩擦，我的机械效率是等于1；其它任何情况，我的机械效率都小于1。 Ｗ额外＞０，Ｗ总＞Ｗ有用　　所以η＜１ Ｗ额外＝０，Ｗ总＝Ｗ有用　　所以η＝１ （理想状态） 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？ 没有，因为机械有自重、有摩擦，额外功总大于0，因此有用功总是小于总功。 2.怎样才能提高机械的效率？ h G F s s：物体沿着斜面向上移动的距离 斜面机械效率： （1）举高重物时（斜面）： 克服物体重力所做的功为有用功。 W有=G·h W总=F·s 使用机械时动力做的功 （2）总功： W总=W有+ W额 （3）额外功： W额=f·s 克服斜面摩擦做功： 斜面的摩擦力f的求法（注意不等于拉力F）： F1 F s：弹簧测力计竖直向上移动的距离 特殊情况不计绳重和摩擦： h：重物竖直向上移动的距离 滑轮组机械效率： （1）举高重物时（滑轮）： 克服物体重力所做的功为有用功。 W有=G·h W总=F·s 使用机械时动力做的功 （2）总功： W总=W有+ W额 （3）额外功： W额=G动·h 克服动滑轮重力做功（不计摩擦） s=nh F1 F F F1 s2:绳子自由端移动的距离 s1 ：物体在水平面上移动的距离 滑轮组机械效率： 匀速时，f=F1，W有=fs1 （1）在粗糙水平面上移动物体时： W有=F1s1 F1做的功 （2）总功： 使用机械时动力做的功 W总=F·s2 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 课程讲授 测量滑轮组的机械效率 实验步骤： 实验1 保持动滑轮重一定，改变钩码重力. 实验2 保持钩码重力一定，改变动滑轮重. 课程讲授 测量滑轮组的机械效率 课程讲授 测量滑轮组的机械效率 F F F 1.动滑轮重一定时，物重越大，机械效率越高。 实验结论： 滑轮组的机械效率与提升重物的重力有关，不同的滑轮组机械效率不同。 2.物重一定时，动滑轮越重，机械效率越低。 课程讲授 测量滑轮组的机械效率 实验数据： 次数 物重G/N 拉力F/N 提升高度h/m 绳端移动的距离s/m 总功 W总/J 有用功 W有/J 机械效率η 1 2 3 课程讲授 测量滑轮组的机械效率 想一想 用同一滑轮组提升不同重物时的机械效率相同吗？ 答：不相同，滑轮组提升重物的质量越大，滑轮组的机械效率越大。 课程讲授 影响滑轮组机械效率的因素 1.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 2.物重 （物重增加，机械效率提高） 3.动滑轮重 （动滑轮重减小，机械效率提高） 课程讲授 常见机械的机械效率 电梯的机械效率是50%~55% 汽油发动机的机械效率是22%~27% 柴油发动机的机械效率是28%~30% 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。 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) 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 Lavf60.16.100 Lavf60.16.100 Lavf60.16.100 Lavf60.16.100 Lavf57.77.100 $$