11.5 机械效率 ---2025-2026学年苏科版物理九年级上学期

想想议议：要把重100N的沙子运上三楼。右图画了三种办法。 哪种办法最好，哪种办法最不好？ 沙子重100 N 人体重400 N 动滑轮重10 N 桶重 20 N 口袋重 5 N 学习了今天的知识你就明白了: 情景引入 要把这个物体运到高处，用手直接把物体提上去．用滑轮或滑轮组。使用简单机械能达到，省力，省距离，使用机械对手做功和直接对物体做功，他们所做的功究竟有什么关系？ 苏科版（2024）九年级上册物理 第十一章 简单机械和功 第 5 课 机械效率 （第一节） 活动11.4 再探动滑轮 实验目的: 如何探究呢？ 比较直接提升物体手做功与使用动滑轮提升物体手做功的大小 比较使用动滑轮时手拉绳做的功Fs和动滑轮对钩码做功Gh的大小. W1 W2 =Gh =Fs W1=Gh G F， G F 动力对滑轮做功 W1=FS 滑轮对重物做功 W2=Gh 探究动力拉绳所做的功与动滑轮拉钩码所做的功之间的大小关系。 F h s 设计实验： W2=Fs W1=Gh 如何比较Fs和Gh的大小？ （1）实验需要直接测量哪些物理量？ （2）实验需要用什么测量工具？ 钩码重力G 钩码上升的高度h 绳子的拉力F 绳子自由端移动的距离s 弹簧测力计、刻度尺 （3）实验具体实施时要注意哪些细节？ 匀速拉动绳子 竖直向上 实验 次数 钩码重力 G/N 钩码上升 高度h/m 拉力 F/N 拉力移动 距离s/m 动滑轮对钩码做功 W1/J 手拉绳做的功 W2/J 1 2 3 （4）设计实验表格 （5）改变钩码的数量，多次测量的目的是什么？ 避免偶然性，寻找普遍规律 （6）每组刻度尺只有一把，无法同时测出s、h的数值，怎么办？ 实验 次数 钩码重力 G/N 钩码上升 高度h/m 拉力 F/N 绳子（拉力）移动 距离s/m 动滑轮对钩码做功 W1/J 手拉绳做的功 W2/J 1 2.0 0.1 1.3 0.2 2 4.0 0.2 2.5 0.4 3 6.0 0.3 3.5 0.6 实验数据 0.2 0.8 1.8 0.26 1.0 2.1 【分析论证】手拉绳子所做的功和动滑轮对物体所做的功相等吗？ W1 ? W2 (＞＝＜) Gh FS ＞ 实验结论 手拉绳做的功总大于动滑轮对钩码做的功 使用动滑轮不能省功 结论： 小组讨论 手拉绳做的功总是大于动滑轮拉钩码做的功，其中的原因是什么？ 将钩码提升一定的高度是我们的目的， 所做的功叫作有用功， 记为 W 有。 原因是在提升钩码的过程中，不仅要克服钩码的重力做功，还要克服动滑轮的重力、绳的重力及摩擦力做功。 2.动滑轮对钩码做功 1.拉力做功 手拉绳所做的功叫作总功， 记为 W 总。 3.克服动滑轮重力做功 4.克服绳重和摩擦做功 额外功 使用动滑轮提升重物时，有哪些力在做功？ 思考： 使用动滑轮提升重物时，有哪些力在做功？动力做的功总功。使用任何机械对物体做功时，都不可避免地要做一些额外功，所以使用任何机械都不能省功。不存在既省力又省距离的机械。功的原理 机械对物体所做的功,是为了达到 工作“目的”必须做的功. 1.有用功( W有用 ): 机械为了克服本身的重力和摩擦力所 做的功,并非我们需要但又不得不做的功. 2.额外功( W额外 ): 3.总功( W总 ): 动力对机械做的所有的功，即有用功和额外功的总和. 关系式： 一、认识三种功 1.当人们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，哪部分是总功? 2.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，哪部分是总功? 目的：提水 思考： 提桶所做的功是额外功 目的：提桶 提水所做的功是额外功 提水所做的功是有用功 提桶所做的功是有用功 不需要但又不得不做 不需要但又不得不做 总功 总功 学以致用 物理学中，将有用功与总功的比叫作机械效率。 机械效率通常用百分数表示。 知识二、机械效率 1. 机械效率 1.定义： 用希腊字母“”表示. 2.公式： ①机械效率只有大小，没有单位。 3.意义： 机械效率是标志机械做功性能的物理量，有用功占总功的比例越大，机械效率越高，这个机械的性能越好。 思考：机械效率能等于或大于为100%吗？为什么？ 由于W额外>0,所以W有用<W总,机械效率总小于100﹪. 理想情况下，机械效率等于1. 使用机械时，由于额外功的存在，总有 W 有用＜ W 总，因此 η ＜ 100%。 例如，起重机的机械效率为 40% ~ 50%，滑轮组的机械效率为 60% ~ 80%。 计算“再探动滑轮活动”中不同情况下动滑轮的机械效率。 实验结论 思 考 ①动滑轮的机械效率还跟哪些因素有关？ ②如何才能提高动滑轮的机械效率。 利用“活动11.4　再探动滑轮”所获得的数据，计算不同情况下，动滑轮的机械效率大小。你能从中发现什么规律？ 小组讨论1分钟 1.你能得出什么结论？ 2.为什么会出现这种情况？ 同一个动滑轮，重物越重，机械效率越高。 动滑轮重、绳重、摩擦等。 增加物重； （额外功一定时，增加有用功） 减小动滑轮重；减小绳重及摩擦。 （有用功一定时，减少额外功） 对于同一滑轮的机械效率不是定值，与使用情况有关。因为动滑轮的重力不变，物重越大，在整个重力中所占的比例越大，有用功占总功的比例也越大，所以机械效率越高。 讨论1：现在需把100N重的沙子运到三楼上。想一想，你有哪些方法可以把沙子运上去？ 沙子重100 N 人体重400 N 动滑轮重10 N 桶重 20 N 口袋重 5 N 讨论2：这两种方法中分别做了哪些功？ 讨论3：通过对比，你会选用哪种方式？为什么？ 斜面高度相同时，斜面越长越______； 省力 (1)特点：①使用斜面可以____ _，但__ _____ 省力 费距离 （2）生活中的斜面：__________、___________、螺丝钉等。 ②由于物体在斜面上运动时会受到________，要做额外功，因而斜面的机械效率小于100%。 摩擦力 盘山公路 轮椅斜坡 根据功的原理，可得：Fs＝Gh，即F＝，因为s>h，所以F<G。斜面高度相同时，斜面越长越______； 本课小结 再探动滑轮 使用动滑轮不能省功 有用功 总 功 额外功 机械效率 比值 1. 小明用定滑轮将质量为 20 kg 的物体匀速提升 2 m，所用的拉力为 220 N。求此过程中小明做的有用功、总功和定滑轮的机械效率（g取 10 N / kg）。 解答：m=20kg,s=h=2m,F=220N,g=10N/kg 重力G=mg=20kg ×10N/kg=200N W有用=Gh=200N×2m=400J W总=Fs=220N×2m=440J 学生板演 下课了！同学们再见！ 苏科版（2024）九年级上册物理 第十一章 简单机械和功 第 5 课 机械效率 （第二节） 试着分析一下杠杆和斜面的总功、有用功、额外功 分析杠杆和斜面的总功、有用功、额外功 常用机械机械效率的计算公式推导 杠杆 有用功： 额外功：克服杠杆自重及摩擦力所做的功 总功： 区分有用功、额外功和总功 f s G F h 区分有用功、额外功和总功 W有用=G物·h W总=F·s W额外=f·s 手拉绳子的功： 斜面举高重物做的功： 克服摩擦力做功 分析杠杆和斜面的总功、有用功、额外功 第一，有用功一定时，减小额外功。 第二，额外功一定时，增加有用功。 3. 提高机械效率的方法 二、机械效率 方法有： ①减小机械自重； 使用轻质滑轮 ②减小机械摩擦； 加润滑油 ③减小绳重； 使用轻质细绳 ④增大有用功。 适当增大物重 保持良好的润滑、减小滑轮的轮与轴之间的摩擦、减小动滑轮的自重等都能减小额外功，从而提高机械效率。 当额外功不变时，有用功越大，则机械效率越高。以滑轮组提升重物为例，当动滑轮重和摩擦不变时，提起的货物越重，机械效率越高。 实验原理 实验器材 测量滑轮组机械效率 测量的物理量 G ---- 物体的重力 h ---- 物体升高的高度 F ---- 绳子自由端的拉力 s ---- 绳子自由端移动的距离 刻度尺、弹簧测力计、 实验探究 探究新知 物重相同，动滑轮个数越多（越重），机械效率越低。 挂的钩码质量越大，机械效率越高。因为提起的物体越重，做的有用功越多，机械效率越大。 。 (1).a、b两个滑轮组,挂的钩码数量相同时,机械效率有什么不相同？ 滑轮组 钩码重/N 钩码上升高度/m 有用功/J 弹簧测力计示数/N 绳子自由端移动距离/m 总功/J 机械 效率 （a） 1 0.1 0.1 0.4 0.3 0.12 83% （b） 1 0.1 0.1 0.3 0.5 0.15 67% （c） 1.5 0.1 0.15 0.4 0.5 0.20 75% (2).b、c为同一个滑轮组,挂的钩码数量不同时，它的机械效率有什么变化？ 探究新知 小组讨论1分钟 1.你能得出什么结论？ 2.为什么会出现这种情况？ 使用同一滑轮组提升物体时，滑轮组的机械效率与提升的高度_____。 同一滑轮组，所提升的物体越重，机械效率越_____。 不同的滑轮组提升同一物体，动滑轮的重越小，机械效率越_____。 滑轮组的机械效率与滑轮组的绕线方法______。 两个重要公式的推导 此公式无附加条件，适用于滑轮组的所有情况。 推导过程： 两个重要公式的推导 使用条件：不计绳重及摩擦力 推导过程： = 提高滑轮组的机械效率的方法。 提高滑轮组机械效率的途径： 适当增加物重； 减小动滑轮重；减小绳重及摩擦。 ①增大有用功。 ②减小额外功。 当f =0时,W额= G动h 注意：①滑轮组的机械效率与绳子的段数n无关。 滑轮组机械效率的计算公式推导。 ①滑轮组竖直提升物体 二、机械效率 S= ; （普适） nh 拓展：不计绳重、摩擦时滑轮组的机械效率 1. 滑轮组公式（ f = 0） 2. 滑轮组机械效率公式 ×100= ×100 当f =0时,W额= G动h 滑轮组的机械效率在数值上等于物重与总重的比值。 【拓展1】 4. 简单机械的机械效率计算公式推导 W总 =W有用+W额 1. 斜面的粗糙程度有关：同一斜面，拉同一物体，斜面越粗糙，拉力越大，效率越低。 2. 斜面的倾斜程度有关：粗糙程度相同，拉同一物体，斜面越陡（倾角越大），拉力越大，效率越高。 （2）提高斜面的机械效率的方法。 ①增大斜面的倾角。 ②减小斜面的粗糙程度。 注意：①增加物体重力，斜面的机械效率不变。 ②机械效率与移动距离S无关。 二、机械效率 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。 则有用功为： 总功为拉力所做的功： 额外功为克服杠杆自重及摩擦力做的功 （3）杠杆机械效率的计算公式推导(竖直向上拉，F与G平行) 当f =0时,W额= h （3）提高杠杆的机械效率的方法。 ①增大物体重力。 ②减小杠杆自重和摩擦力。 注意：动力的作用点改变，杠杆的机械效率不变。 ③将物体远离支点。 2. 用 某 杠 杆 将 质 量 为 18 kg 的 物 体 缓 慢 提 升 50 cm， 若 此 时 杠杆 的 机 械 效 率 为 90%， 则 提 升 该 物 体 需 要 做 的 总 功 是 多 少（g 取10 N/ kg）？ 学生板演 解答：m=18kg, h=50cm=0.5m,η=90%，g =10N/kg 物重G=mg=18kg×10N/kg=180N w有用=Gh=180N×0.5m=90J 3. 图 11-42 所示是塔式起重机上的一种滑轮组。已知在匀速吊起 600 kg 的物体时，滑轮组的机械效率是 80%。使物体上升 5 m，所做的有用功是多少？所做的总功是多少（g 取 10 N / kg）？ 学生板演 解答：m=600kg，h=5m,n=3,η=80%,g=10N/kg w有用=Gh=mgh=600kg ×10N/kg×5m=3×104J 1.板车上装有货物，一人拉着该板车将货物送到目的地， 对货物所做的功叫　 功，对板车所做的功叫　 功， 如果目的是送板车，则对板车所做的功叫　 　功，对 货物所做的功叫　 　功。 2.两台机械所做的总功之比为2：1，它们的机械效率之比为 3：4，则它们所做的有用功之比为（　　） A．2：1 B．3：4 C．8：2 D．3：2 有用 额外 有用 额外 D 课堂练习 3.用总功率为10 kW，最大抽水高度10 m的水泵给水塔抽水， 水塔顶端水箱容积为200 m3，水塔水箱距地面高度为24 m， 抽水机的机械效率为50 %，则最少需要　台这样的抽水机， 同时满负荷工作　 　 s可以将水塔抽满？ 4.朝鲜族有一种群众喜爱的娱乐跳板，若支点在跳板中央， 当体重均为600 N的两名运动员从1.5 m处由静止下落到跳 板一端时，静止于另一端重为450 N的女运动员被向上弹 起3 m高，若不计空气阻力，跳板的机械效率为（　　） A．100 % B．90 % C．75 % D．25 % 3 3.2×103 C 课堂练习 如图所示，水平拉力F1将所受重力为G的物体沿直线匀 速拉动s1的距离，做功W1 ；如图，借用滑轮组， F2使 物体在同一水平地面上匀速直线运动同样的距离s1 ， F2 所拉绳端的上升距离为s2 ，做功W2 。则（　　） B A． W2=3 F2 s2 B．图中有用功W有=F1 s1 C． D．图中，拉力F2克服物体与地面间的摩擦力做了额外功 课堂练习 6.分别用图甲、乙的方式将重为50 N的物体提升1 m，已知 滑轮重5 N（不计绳重和摩擦）。则（　　） A．甲图中手对物体所做的功较大 B．乙图中手对物体所做的功较大 C．手的拉力：F甲＞F乙；机械效率：η甲＞η乙 D．手的拉力：F甲 < F乙；机械效率：η甲 < η乙 D 课堂练习 课堂小结 Lavf59.27.100 Lavf59.27.100 $