11.3 机械效率 教学课件-2025-2026学年八年级物理下学期（沪科版2024）

11.3 机械效率 种子的发芽率 树的成活率 “率”=有用量/总量，表示事物某一方面的优劣。 你知道生活中的 一词吗？ “率” 要把重100N的沙子运上三楼。下图画了三种办法。 有用功和额外功 一 哪种办法最好，哪种办法最不好？ ②人做功 ①人做功 1.对沙子做功 2.对桶做功 3.克服自重做功 ③人做功 1.对沙子做功 2.对袋子做功 3.对动滑轮做功 1.对沙子做功 2.对桶做功 3.对动滑轮做功 忽略绳重和摩擦 额外功 在为了达到目的，人们不需要但又不得不做的功，叫作额外功。 有用功 我们要做的，有价值的功，叫做有用功。 实现目的而做的功 克服机械自身（如动滑轮、绳子）的重力和摩擦等而做的功 有用功加额外功是总共做的功，叫总功。 即：W总=W有用+W额外 总 功 动力对机械所做的功 哪些功是有用功？哪些功是额外功？ （a） 有用功：克服物体重力做的功 额外功：克服绳重，动滑轮重和摩擦 （b） 有用功：克服泥土重力做的功 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。 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。 一、有用功与额外功 分析有用功与额外功 用桶提水上楼 对水做功 对空桶做功 克服自身重力做功 目的是： 并不需要做但又不得不做的功 对人们有用必须做的功 把水运上三楼 有用功 额外功 1. 有用功（W有）：为了达到工作目的，必须做的功。 2. 额外功（W额）：为了达到工作目的，并非我们所需要但又不得不做的功。 3. 总功（W总）：动力所做的所有功。 即有用功与额外功的总和。 W总 = W有 + W额 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 强化训练 提水 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 分析下列事例中的有用功、额外功、总功。不考虑绳重和摩擦。 捞桶 背书 G水h G桶h G书h G桶h G水h (G包+G人)h = W总 + = W总 + = W总 + 机械 功 目的 提沙 沿水平方向拖动物体 提物块 W有用 G沙h f s物 G物h W总 F拉s绳 F拉s绳 F拉L W额外 W额外=F拉s绳-G沙h W额外=F拉s绳-f s物 W额外=f L 或W额外=F拉L-G物h h L s F拉 F拉 F拉 G 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 ×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 如图所示，斜面高为1m，长为3m，工人用400N沿斜面方向的力将重为840N的圆筒推到车上,求： （1）在这过程中推力做的有用功； （2）在这过程中推力做的总功； （3）斜面的机械效率； （4）在斜面受到的摩擦力。 解： W有用=G物h=840N×1m=840J W总=FL=400N×3m=1200J W有用 840J η= W总 X100%= 1200J X100%=70% (1) (2) (3) (4) W额外=W总-W有用=1200J-840J=360J 由W额外=f L得 G=840N F推=400N h=1m L=3m 答： 铁架台、滑轮、细线、钩码。 沿竖直方向上缓慢匀速拉动测力计再读数 实验探究：测量滑轮组的机械效率 1.实验原理 2.实验器材 3.注意事项 弹簧测力计、刻度尺、 实验探究：测量滑轮组的机械效率 实验序号 钩码所受重力G/N 匀速拉动弹簧测力计示数F/N 钩码上升的高度h/m 绳子自由端移动距离s/m 动力对滑轮组做功 W总/J 滑轮组对钩码做功 W有用/J 机械效率η 1 2 1.6 0.2 0.4 0.64 0.4 62.5% 2 2 1.6 0.4 0.8 1.28 0.4 62.5% 3 4 2.6 0.2 0.4 1.04 0.8 76.92% 4 5 3.1 0.2 0.4 1.24 1 80.65% 5 5 2.07 0.2 0.6 1.86 1.5 80.65% 活动2 根据1、2或1、3或4、5你们能分别得出什么结论？ 由实验1、2得，用滑轮组提升物体时，滑轮组的机械效率与 物体被提升的高度 无关 比较1、3可得， 用滑轮组提升物体时，滑轮组的机械效率与 物体的重力 有关 比较4、5可得， 用滑轮组提升物体时，滑轮组的机械效率与 滑轮组的绳子绕法 无关 动滑轮重一定时，物重越大，机械效率___________； 物重一定时，动滑轮越重，机械效率______________。 归纳 用滑轮组提升物体时，滑轮组的机械效率与 、 、 有关； 与 无关。 越高 越低 物体的重力 绳重及动滑轮的自重 机械间的摩擦等因素 滑轮组的绕法以及被提升的高度 拓展讨论:滑轮组机械效率的计算 （忽略绳重和摩擦） 拓展讨论:滑轮组机械效率的计算 （竖直使用动滑轮或 滑轮组） （水平使用动滑轮或 滑轮组） （忽略绳重和摩擦） 例如：动滑轮太重，使得滑轮组机械效率很低， 换用较轻滑轮就可提高其机械效率。 例如：加强机械运动部位的润滑。 在额外功不变的情况下增大有用功。 拓展 如何提高机械效率？ 1. 改进机械的结构，使它更合理，更轻巧。 2. 减小机械间的摩擦力。 3. 增大被提升物体的重力。 习题练习 1. 如图甲所示，用弹簧秤将重为3.9 N的物块从斜面的底端匀速拉至顶端，则物块所受拉力为_________N，已知斜面的高为2 m，长为4 m，则拉力做功为__________J，斜面的机械效率为_______。若用图乙所示装置匀速提升该重物上升0.5 m，当其机械效率与斜面相同时，竖直向上的拉力为_______N，该过程所做的额外功为_______J。 2.6 10.4 75% 1.73 0.65 习题练习 2.如图所示，用甲、乙两种方式在相同时间内将同一物体匀速提升相同高度时，拉力做功的功率为P甲、P乙，机械效率分别为η甲、η乙（不计绳重与摩擦）。下列判断正确的是 （ ） A. P甲=P乙 η甲=η乙 B. P甲<P乙 η甲>η乙 C. P甲<P乙 η甲<η乙 D. P甲>P乙 η甲>η乙 B 习题练习 3. 如图所示，工人利用动滑轮匀速提升重物，已知物重400N，施加在绳端竖直向上的拉力F为250N，在100s内将物体提升10m，不计绳重与摩擦，此过程中动滑轮的机械效率为 ，绳端拉力做功的功率为 W。 80% 50 习题练习 4. 建筑工地上，工人用如图所示的装置将重为300N的建材从地面匀速运送到离地面8m的高处，所用时间为40s。已知动滑轮重为40N，不计滑轮组的绳重和摩擦，下列说法正确的是（　　） A．工人做的总功为2400J B．工人拉力的功率为60W C．此过程中该装置的机械效率约为88% D．可以通过增加动滑轮个数的方法提高该装置的机械效率 C 5.一台起重机将重3600N的货物提高4m，起重机做的有用功是多少？如果额外功是9600J，总功是多少？机械效率是多少？起重机所做的额外功是由哪些因素引起的？ 起重机的额外功具体是克服吊臂、钢丝绳、吊钩的重做的功，以及克服转动部分机械摩擦做的功。 W有用=Gh=3600N×4m=14400J W总= W有用+ W额外=14400J+9600J=24000J 解： 6.在斜面上拉一个重4.5N的物体到高处（如图），沿斜面向上的拉力为1.8N，斜面长1.2m、高0.3m。把重物直接提升h所做的功作为有用功，求这个斜面的机械效率。 W有用=Gh=4.5N×0.3m=1.35J W总= FS=1.8N×1.2m=2.16J 解： 7.用一个动滑轮在5s内将一重为200N的物体向上提起3m，拉力为150N。这个动滑轮的机械效率是多少？拉力的功率有多大？ W有用=Gh=200N×3m=600J S=2h=2×3m=6m W总= FS=150N×6m=900J 解： 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作机械效率 机械效率总小于1 机械效率 课堂小结 额外功 总功 W有用 W总 η＝ ×100% 提高方法 尽可能减小额外功 在机械能承受的范围内，尽可能增加有用功 Lavf60.16.100 Lavf60.16.100 Lavf60.16.100 $