11.3 机械效率 课件-2025-2026学年沪粤版（2024）九年级物理上册

11.3 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 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” 新课引入 想一想： 有哪些办法可以将沙子运上三楼？ 思考： 提升物体的过程中动力（人）对哪些物体做了功？ ① 3克服自重做功 1对砂子做功 2对桶做功 ② 1对砂子做功 2对桶做功 ③ 1对砂子做功 2对桶做功 3对动滑轮做功 ④ 1对砂子做功 2对口袋做功 3对动滑轮做功 问题1：哪些功起到了积极作用，即达到了我们做功的目的？ 对重物（沙子）做的功。 有用功W有： 满足我们做功的目的，对我们有价值的功。 对人、桶、动滑轮、布袋做的功；克服机转动时摩擦力做的功。 额外功W额： 对我们无利用价值而又不得不做的功。 问题2：哪些功对我们没有价值，但又不得不做的功？ 1.有用功、额外功、总功的定义 2.有用功、额外功、总功的关系 有用功：对我们有用的，是我们需要做的功。（有利用价值） 额外功：利用机械做功时，克服机械自身重力以及摩擦力等所做的功。 （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（有用功和额外功的总和） 新知讲解 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。 请分别计算出三种情况下有用功、额外功和总功分别是多少？ 人提沙子做功 对沙子做功 对桶做功 W1 = 600 J 克服自重做功 总功 3120J 额外功2520 J 沙子重100 N 人体重400 N 动滑轮重10 N 桶重 20 N 袋子重 5 N 地面到三楼高 6 m W2 = 120 J W3 = 2400 J 有用功600 J 对沙子做功 W1 = 600 J 对桶做功 对动滑轮做功 有用功600J 额外功180J W2 = 120 J W3 = 60 J 总功 780 J 沙子重100 N 人体重400 N 动滑轮重10 N 桶重 20 N 袋子重 5 N 地面到三楼高 6 m 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 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 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 什么叫机械效率？ 1.意义： 表示机械做功时，有用功在总功中所占的比例 2.定义： 有用功跟总功之比 3.计算公式： 对机械效率概念的理解 （1）机械效率是表示机械做功性能的一个重要指标。 （2）机械效率常用百分数表示，是一个没有单位的物理量。 （3）进行有关机械效率的计算时，要分清有用功、额外功和总功。 （5）进行有关机械效率的计算时，常用的公式： （4）机械效率总小于1 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 测量滑轮组的机械效率 实验原理： 实验器材： 刻度尺、钩码、弹簧测力计、滑轮、铁架台、长约2m的细绳。 测量滑轮组的机械效率 W有用=G物·h W总=F·s W额外=G动·h （不计绳重和摩擦） f W有用=f·s物 W总=F·s绳 利用滑轮组做功 忽略绳重与摩擦的影响，则机械效率： 例1工人用如图的机械将物体匀速提升到某一高度，若物体的重力与滑轮的重力之比G物∶G滑轮=9∶1，忽略绳重与摩擦的影响，则机械效率为 （　　） A．10% B．45% C．80% D．90% D h s f F G N W有用=G·h W总=F·s W额外=f·s 不做功 利用斜面做功 探究：影响斜面机械效率的因素 实验时沿斜面匀速拉动木块，并在拉动中读出拉力的大小。 实验次数 斜面倾斜程度 斜面材料 木块重力G/N 斜面高度h/m 有用功W有/J 拉力F/N 斜面长度s/m 总功W总/J 机械效率 1 较缓 木板 1 0.1 0.1 0.2 0.7 0.14 71.4% 2 较陡 木板 1 0.17 0.17 0.3 0.7 0.21 81% 3 陡 木板 1 0.24 0.24 0.4 0.7 0.24 85.7% 4 棉布 1 0.24 0.24 0.5 0.7 0.35 68.6% 5 毛巾 1 0.24 0.24 0.6 0.7 0.42 57.1% 实验数据 斜面的机械效率与 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。 结 论 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） 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： 3.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： 4.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： 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。 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 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 Lavf58.20.100 Lavf60.16.100 $