11.3 机械效率（导学案）物理沪粤版2024九年级上册

11.3 机械效率（导学案） 【学习目标】 2022年课程标准 物理素养 3.2.3 知道机械效率。了解提高机械效率的意义和途径。 3.2.4 能说出人类使用的一些机械。了解机械的使用对社会发展的作用。 物理观念：理解有用功、额外功、总功的定义，建立“机械做功存在‘有用’与‘额外’区分”的能量观念；掌握机械效率概念、公式，明确其物理意义（有用功在总功中的占比）。 科学思维：通过分析滑轮组、挖掘机的做功过程，区分有用功与额外功，推导W总=W有用+W额外，培养逻辑推理能力。解释“机械效率为何小于1”（因W额外>0），突破“比例关系”的抽象思维障碍。 科学探究：设计并完成“测量滑轮组机械效率”的实验：明确实验原理（η的公式）、器材选择（滑轮组、弹簧测力计等）、操作要点（匀速拉动测力计）。处理实验数据，分析物重、滑轮绕法对机械效率的影响，提升实验探究与数据分析能力。 科学态度与责任：认识“提高机械效率”对节能、生产的重要性，联系生活（如起重机、水泵的效率差异），树立节约能源、规范操作的科学态度。 【学习重点】 1．概念辨析：清晰界定有用功、额外功、总功的内涵及关系（W总=W有用+W额外）； 2．机械效率核心：理解公式的物理意义，明确“效率是比例，与‘省力’‘做功多少’无直接关联”； 3．实验落实：掌握滑轮组机械效率的测量方法（步骤、数据记录）与实验结论分析（如物重对效率的影响）。 【学习难点】 1．情境化判断：在复杂情境中（如不同机械、不同任务），准确区分有用功与额外功（例：挖掘机“挖泥”vs“克服自身重力、摩擦”）； 2．概念误解突破：纠正“省力的机械效率一定高”“做功多效率就高”等错误认知，理解效率是“比例”而非“绝对值”。深入解释“机械效率为何恒小于1”（从能量损耗的本质分析，如摩擦、机械自重）。 3．实验操作细节：掌握“匀速直线拉动弹簧测力计”的操作逻辑（保证拉力等于动力，避免数据误差）。分析实验中“绕法、物重”对效率的影响，建立“控制变量法”的应用思维。 【自主预习】阅读教材，完成以下问题： 1．使用机械所做的功，是人们需要的、有价值的功，叫做有用功，记作W有用；对人们无利用价值却不得不做的功，叫做额外功，记作W额外；动力对机械做的功叫做总功，记作W总。三者之间的关系：W总=W总+W额外。 2．机械效率是体现机械性能的重要指标。在物理学中，把有用功与总功之比，叫做机械效率。机械效率η=。 3．由于额外功的存在，有用功总是小于（选填“大于”“小于”或“等于”）总功。械效率总是小于（选填“大于”“小于”或“等于”）1。 【课堂探究】 探究一、有用功、额外功与总功的辨析——析情景、明概念 1．探究目标 通过分析机械做功的实际情景，精准区分有用功、额外功与总功。深入理解三者定量关系，推导总功计算公式。 2．探究过程 情景分析：教材活动1研讨 观察教材图11-3-1（a：滑轮组提重物、b：挖掘机搬泥土），以小组为单位展开讨论，并完成下表： 机械类型 做功目的 有用功（W有用） 额外功（W额外） 滑轮组（提重物） 将重物提升至指定高度 克服重物重力所做的功（W有用=Gh） 克服动滑轮、绳子重力及摩擦力所做的功 挖掘机（搬泥土） 将泥土搬运至目标位置 克服泥土重力所做的功（W有用=G泥土h） 克服挖掘机抓斗、机械臂重力及机械摩擦力所做的功 概念提炼与公式推导 结合讨论成果，明晰三个功的定义： 有用功（W有用）：达成预期目的所做的核心价值功； 额外功（W额外）：虽无直接利用价值，但因机械结构与物理特性不得不做的功； 总功（W总）：动力作用于机械所完成的全部功，等于有用功与额外功之和。 小组协作推导总功与前两者的关系：由于总功涵盖有用功和额外功，因此。 1. 逻辑推理：总功与有用功的大小关系 思考：为何在实际机械使用中，W总始终大于W有用？ 提示：因机械自重与摩擦不可消除，额外功W额外>0，由此可得W总=W有用+W额外。 3．探究结论 概念界定：有用功是“达成目标的必要功”，额外功是“伴随产生的无用功”，总功是“动力输入的总功”。 定量关系：W总=W有用+W额外，且因W额外>0，必然有W总>W有用。 【例题1】如图所示，电动机置于水平工作台面上，通过一个 滑轮匀速竖直提升重力为的物体，电动机对绳子竖直向上的拉力为，不计绳重和摩擦，动滑轮的重力为 ；电动机输出的最大功率为，该装置 （选填“能”或“不能”）在内将重的物体匀速提高。 【答案】 动 100 不能 【解析】[1]图示中，滑轮轴随着物体一起运动，是动滑轮。 [2]不计绳重及摩擦，绳子承重股数为n=2，则动滑轮的重力 [3]电动机在20s内做的总功 10s内提升物体做的有用功 所以不能在20s内将重1500N的物体匀速提高20m。 探究二、机械效率的理解与计算——定公式、解问题 1．探究目标 透彻理解机械效率的物理内涵，掌握其计算公式与百分率表示形式。能够结合具体案例计算机械效率，并阐释“机械效率恒小于1”的原理。 2．探究过程 概念引入：从“比例”到“效率” 讨论：使用机械时，为何期望“有用功在总功中的占比越高越好”？（提示：占比越高，意味着能量损耗越低，机械工作效能越高） 结合教材定义：物理学中以“机械效率（η）”量化该比例，即有用功与总功的比值。 公式推导与单位规范 由定义推导公式：，乘以100%是为了以百分率形式呈现，无单位。 解答教材“想一想”问题：机械效率数值能否等于或大于1？为什么？ 小组分析：因为W总=W有用+W额外，所以W有用<W总，进而得出。 实例计算：基础应用巩固 例题：利用滑轮组提升600N重物，绳子自由端拉力250N，物体上升2m，绳端移动6m。求该滑轮组的机械效率。 小组分工分步计算： ①计算有用功：W有用=Gh=600N×2m=1200J ②计算总功：W总=Fs=250N×6m=1500J ③计算机械效率： 结果解读：该滑轮组机械效率为80%，表明有用功占总功的80%，额外功占20%。 3．探究结论 物理意义：机械效率用于衡量机械做功“有效程度”，η值越大，能量利用率越高。 核心公式：，且η始终小于100%。 计算要点：先分别求解W有用（通常为Gh）和W总（通常为Fs），再代入公式计算。 【例题2】一辆质量为3000kg的汽车沿着长5.4km的盘山公路匀速行驶，当它从山脚行驶到高为0.5km的山顶时，耗时15min，汽车发动机的牵引力为4000N。求： (1)汽车的行驶速度； (2)汽车发动机牵引力做的功； (3)汽车发动机牵引力做功的功率； (4)汽车发动机的机械效率。（取g=10N/kg） 【答案】(1)6m/s；(2)2.16×107J；(3)2.4×104W；(4)69% 【详解】（1）汽车速度为 （2）汽车发动机牵引力做的功为W=Fs=4000N×5.4×103m=2.16×107J （3）汽车发动机牵引力做功的功率为 （4）汽车发动机牵引力做的功为总功，即W总=W=2.16×107J 有用功W有=Gh=mgh=3×103kg×10N/kg×500m=1.5×107J 则机械效率 【例题3】如图用滑轮组匀速提升货物，货物上升速度为0.5m/s，动滑轮重40N，货物重300N，拉力功率为200W，绳端拉力是 N，机械效率是 。若拉力做功200J，克服动滑轮重做的额外功为 J。 【答案】 200 75℅ 20 【详解】[1]动滑轮上有两段绳子，绳子移动速度为物体移动速度的两倍，则绳端拉力为 [2]机械效率为 [3]若拉力做功200J，拉力移动的距离为 则物体提升的高度为0.5m，所以克服动滑轮重力做的额外功为 探究三、滑轮组机械效率的测量——做实验、析因素 1．探究目标 熟练掌握测量滑轮组机械效率的实验流程，精准测量关键物理量。分析“重物质量”“滑轮组结构”对机械效率的影响机制，掌握提升效率的方法。 2．探究过程 实验准备：器材选择与原理梳理 参考教材图11-3-2（两种滑轮组组装方式），准备实验器材：滑轮组（动滑轮+定滑轮）、不同规格钩码、弹簧测力计、刻度尺、细线。 明确测量原理：=，需测量物理量包括：钩码重力G、拉力F、钩码上升高度h、绳端移动距离s。 实验操作：教材活动2分步实施 步骤1：选择组装滑轮组（如“一动一定”方式）。 步骤2：测量并记录数据（至少完成2次实验）： ①用弹簧测力计测量钩码重力G，记录数值； ②用刻度尺标记钩码初始位置，匀速缓慢拉动弹簧测力计使钩码上升h，同步记录： 弹簧测力计示数F（保持匀速拉动，减少测量误差）； 钩码上升高度h（测量初始与末位置高度差）； 绳端移动距离s（测量细线自由端初始与末位置距离差）。 步骤3：改变钩码数量（如增加1个钩码），重复步骤2，获取多组数据。 步骤4：更换滑轮组组装方式（如“两动一定”），使用相同数量钩码重复实验，对比效率差异。 数据处理：填写教材表11-3-1 参照教材表格完成数据记录与计算（g取10N/kg），示例如下： 实验序号 钩码重力G/N 拉力F/N 钩码上升高度h/m 绳端移动距离s/m 总功W总=Fs/J 有用功W有=Gh/J 机械效率η 1 2 0.8 0.1 0.3 0.24 0.2 83.3% 2 4 1.5 0.1 0.3 0.45 0.4 88.9% 3 4 1.8 0.1 0.5 0.9 0.4 44.4% 实验讨论：分析影响因素 讨论1：同一滑轮组提升不同重物时，机械效率是否相同？为什么？ 结论：不同。重物越重（G增大），η越高；因额外功（克服动滑轮重力、摩擦）基本不变，有用功占比随G增大而提升。 讨论2：不同滑轮组提升相同重物时，机械效率是否相同？为什么？ 结论：不同。动滑轮个数越多，η越低；因动滑轮增加导致额外功（克服动滑轮重力）增大，有用功占比下降。 拓展思考：提高机械效率的方法 结合教材内容，小组讨论生活中提升机械效率的策略： 总结：①优化机械结构（如采用轻质材料制作动滑轮，降低自重）；②定期维护（添加润滑油，减小摩擦）；③合理增大有用功（如起重机尽量满载作业）。 3．探究结论 实验要点：测量滑轮组机械效率需精准测定G、F、h、s，拉动测力计需保持匀速缓慢，规避误差。 影响因素：①同一滑轮组，重物质量越大，效率越高；②提升相同重物，动滑轮数量越少，效率越高。 提升策略：减少额外功（降低自重、减小摩擦）与增加有用功，是提升机械效率的核心路径。 【例题4】小明想测量常见的两种简单机械的机械效率。 (1)他先测滑轮组的机械效率，所用装置如图1所示，实验中每个钩码重2N，测得的数据如表。 实验次数 钩码总重G/N 钩码上升的高度h/m 测力计示数F/N 测力计移动的s/m距离 机械效率 1 4 0.1 1.8 0.3 2 6 0.1 2.4 0.3 83% 3 4 0.1 1.4 0.5 57% 4 4 0.2 1.4 1.0 57% ①在实验中，测绳端拉力F时，应尽量竖直向上 拉动弹簧测力计； ②第1次实验测得的机械效率为 （保留整数），第4次实验是用 （选填“a”“b”或“c”）图做的； ③分析第1、3次实验数据可得结论： ； (2)接着小明用如图2所示的装置探究杠杆的机械效率，每个钩码的质量为m，O为支点（支点处的摩擦不计）。 ①他先将2只钩码悬挂在B点，在A点竖直向上匀速拉动弹簧测力计，拉力为F1，机械效率为η1； ②然后他将这2只钩码悬挂在C点，在A点竖直向上匀速拉动弹簧测力计，使C点上升高度与第一次相同，则杠杆的机械效率η2 （选填“>”“<”或“=”）η1。 【答案】(1)匀速 74% c 见解析；(2)> 【详解】（1）①[1]在实验中，测绳端拉力时，应尽量竖直向上匀速拉动弹簧测力计，此时处于平衡状态，受到的拉力等于测力计示数。 ②[2]第1次实验测得的机械效率为 [3]第4次实验绳子的有效段数 故是用图c做的。 ③[4]分析第1、3次实验数据可以得到，第1次实验中绳子的有效段数 钩码的重力是4N，第1次使用的是a滑轮组， 第3次实验中绳子的有效段数 第3次使用的是c滑轮组，两个滑轮组提升重物的重力相等，提升的高度相等，第3次滑轮组的动滑轮较重，机械效率较小，可以得到使用不同的滑轮组，提升相同的重物，动滑轮越重，滑轮组的机械效率越小。 （2）使C点上升高度与第一次相同，故有用功不变，因杠杆重心上升高度变小，克服杠杆自重额外功变小，总功变小，所以机械效率变大，即η2>η1。 【归纳整理】 【课堂练习】 题组A基础过关练 1．下列说法中正确的是（）。 A．机械效率越高的机械做功越快 B．机械效率越高，有用功越大； C．功率越大的机械做功越快 D．功率越大的机械做功越多 【答案】C 【解析】A．机械效率是有用功在总功中所占有的百分比，机械效率高不能决定做功的快慢，故A错误； B．机械效率是有用功在总功中所占有的百分比，机械效率高只能说有用功占总功百分比大，故B错误； CD．功率是描述物体做功快慢的物理量，故C正确；D错误。 故选C。 2．一个滑轮组经过改进后提高了机械效率，用它把同一个物体匀速提升相同的高度时，改进后与改进前相比（）。 A．有用功减少，总共增多 B．有用功不变，总功减少 C．功率变大，机械做功加快 D．机械效率提高，机械做功加快 【答案】B 【解析】A．改进前后提升同一个物体到同一个高度，W有用=Gh因此有用功不变，根据机械效率，机械效率增大，有用功不变，则总功减少，故A错误，B正确； CD．机械效率的大小与功率大小无关，故CD错误。 故选B 3． 如图所示，工人用定滑轮匀速提升重为180的物体，所用的拉力为200N，物体升高的高度为2m。此过程中，求：（1）有用功。（2）定滑轮的机械效率。 【答案】（1）360J；（2）90%。 【解析】（1）根据W有用=Gh=180N×2m=360J （2） W总=Fs=200N×2m=400J，机械效率 4. 斜面长1m，高0.2m，将10N重的物体A从斜面底端匀速拉到斜面顶端，需要用平行于斜面的力2.5N，那么：（1）求物体做的有用功；（2）推力F的总功；（3）斜面的机械效率。 【答案】（1）2J；（2）2.5J；（3）80% 【解析】(1)W有用=Gh=10N×2m=2J （2）W总=Fs=2.5N×1m=2.5J （3） 机械效率 5.斜面长10m，高4m，将一个重为100N的物体G由斜面底端A匀速推到顶端B，已知克服斜面摩擦的用力F＝10N。 （1）求物体做的有用功；（2）推力F的总功；（3）斜面的机械效率。 【答案】（1）400J；（2）500J；（3）80%。 【解析】(1)W有用=Gh=100N×4m=400J （2）W额外=fs=10N×10m=100J；W总=W有用+W额外=100J+400J=500J （3）机械效率 题组B能力提升练 1.现有一重为3000N的包装箱，工人师傅想把它搬到1.2m高的车厢上，他们用木板在车厢与地面之间搭成一个长度约为4m的简易斜面，如图所示，工人师傅站在地上用1200N的推力沿斜面把包装箱匀速推上车。求： (1)该斜面的机械效率是多少？ (2)包装箱在斜面上运动时所受摩擦力多大？ 【答案】（1）75%；（2）300N 【解析】(1)W有用=Gh=3000N×1.2m=3600J；W总=Fs=1200N×4m=4800J，机械效率 （2）W额外=W总-W有用=4800J-3600J=1200J；W额外=fs=f×4m，f=300N 2.如图所示，物体重为180N，所用拉力F=100N，方向竖直向上，将物体匀速提高1m时，滑轮组的机械效率是多少？ 【答案】60% 【解析】 3.如图所示，在50N的水平拉力作用下，重800N的物体沿水平地面做匀速直线运动，物体与地面间滑动摩擦力为120N，（1）则滑轮组的机械效率是多少；（2）若物体的速度为0.2m/s，则1min内拉力做的功是多少? ( A F ) 【答案】（1）80%；（2）1800J 【解析】（1） （2）W=Fs=Fs2=Fns1=Fnv1t=50N×3×0.2m/s×60s=1800J 4.某人在5s内，用如图所示的滑轮组将重1280N的物体匀速提升1m。已知动滑轮的总重为320N，不计绳重和摩擦。（1）人做功的功率P；（2）滑轮组的机械效率η 【答案】（1）320W；（2）80% 【解析】（1）根据滑轮组的F与G的关系：；s=nh=4×1m=4m；W=Fs=400N×4m=1600J； （2） 题组C培优拔尖练 某工程队在一次水下施工作业中，用如图所示的滑轮组将浸没在河底的实心物体从深水中吊起。物体的密度为2.6×103kg/m3，体积是1.5m3，所用的拉力F＝2.0×104N，物体在20s内匀速上升了2m(未露出水面)，不计水的阻力、绳重和摩擦。求：(g取10N/kg，ρ水＝1.0×103kg/m3) （1）物体受到的重力；（2）物体受到的浮力；（3）拉力F做功的功率；（4）滑轮组的机械效率。 【答案】（1）3.9×104N；（2）1.5×104N；（3）2×103W 【解析】（1）  根据质量公式m=ρV=2.6×103kg/m3×1.5m3=3.9×103kg；G=mg=3.9×103kg×10N/kg=3.9×104N （2）根据浮力公式F浮=ρ水gV排=1.0×103kg/m3×1.5m3×10N/kg=1.5×104N （3）W=Fs=2.0×104N×2m=4×104J； （4） 1/1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 11.3 机械效率（导学案） 【学习目标】 2022年课程标准 物理素养 3.2.3 知道机械效率。了解提高机械效率的意义和途径。 3.2.4 能说出人类使用的一些机械。了解机械的使用对社会发展的作用。 物理观念：理解有用功、额外功、总功的定义，建立“机械做功存在‘有用’与‘额外’区分”的能量观念；掌握机械效率概念、公式，明确其物理意义（有用功在总功中的占比）。 科学思维：通过分析滑轮组、挖掘机的做功过程，区分有用功与额外功，推导W总=W有用+W额外，培养逻辑推理能力。解释“机械效率为何小于1”（因W额外>0），突破“比例关系”的抽象思维障碍。 科学探究：设计并完成“测量滑轮组机械效率”的实验：明确实验原理（η的公式）、器材选择（滑轮组、弹簧测力计等）、操作要点（匀速拉动测力计）。处理实验数据，分析物重、滑轮绕法对机械效率的影响，提升实验探究与数据分析能力。 科学态度与责任：认识“提高机械效率”对节能、生产的重要性，联系生活（如起重机、水泵的效率差异），树立节约能源、规范操作的科学态度。 【学习重点】 1．概念辨析：清晰界定有用功、额外功、总功的内涵及关系（W总=W有用+W额外）； 2．机械效率核心：理解公式的物理意义，明确“效率是比例，与‘省力’‘做功多少’无直接关联”； 3．实验落实：掌握滑轮组机械效率的测量方法（步骤、数据记录）与实验结论分析（如物重对效率的影响）。 【学习难点】 1．情境化判断：在复杂情境中（如不同机械、不同任务），准确区分有用功与额外功（例：挖掘机“挖泥”vs“克服自身重力、摩擦”）； 2．概念误解突破：纠正“省力的机械效率一定高”“做功多效率就高”等错误认知，理解效率是“比例”而非“绝对值”。深入解释“机械效率为何恒小于1”（从能量损耗的本质分析，如摩擦、机械自重）。 3．实验操作细节：掌握“匀速直线拉动弹簧测力计”的操作逻辑（保证拉力等于动力，避免数据误差）。分析实验中“绕法、物重”对效率的影响，建立“控制变量法”的应用思维。 【自主预习】阅读教材，完成以下问题： 1．使用机械所做的功，是人们需要的、有价值的功，叫做____，记作____；对人们无利用价值却不得不做的功，叫做____，记作____；动力对机械做的功叫做____，记作____。三者之间的关系：W总=________。 2．机械效率是体现________的重要指标。在物理学中，把________与____之比，叫做机械效率。机械效率η=________。 3．由于________的存在，有用功总是____（选填“大于”“小于”或“等于”）总功。械效率总是________（选填“大于”“小于”或“等于”）1。 【课堂探究】 探究一、有用功、额外功与总功的辨析——析情景、明概念 1．探究目标 通过分析机械做功的实际情景，精准区分有用功、额外功与总功。深入理解三者定量关系，推导总功计算公式。 2．探究过程 情景分析：教材活动1研讨 观察教材图11-3-1（a：滑轮组提重物、b：挖掘机搬泥土），以小组为单位展开讨论，并完成下表： 机械类型 做功目的 有用功（W有用） 额外功（W额外） 滑轮组（提重物） 将重物提升至指定高度 克服重物重力所做的功（W有用=Gh） 克服动滑轮、绳子重力及摩擦力所做的功 挖掘机（搬泥土） 将泥土搬运至目标位置 克服泥土重力所做的功（W有用=G泥土h） 克服挖掘机抓斗、机械臂重力及机械摩擦力所做的功 概念提炼与公式推导 结合讨论成果，明晰三个功的定义： 有用功（W有用）：达成预期目的所做的核心价值功； 额外功（W额外）：虽无直接利用价值，但因机械结构与物理特性不得不做的功； 总功（W总）：动力作用于机械所完成的全部功，等于有用功与额外功之和。 小组协作推导总功与前两者的关系：由于总功涵盖有用功和额外功，因此。 1. 逻辑推理：总功与有用功的大小关系 思考：为何在实际机械使用中，W总始终大于W有用？ 提示：因机械自重与摩擦不可消除，额外功W额外>0，由此可得W总=W有用+W额外。 3．探究结论 概念界定：有用功是“达成目标的必要功”，额外功是“伴随产生的无用功”，总功是“动力输入的总功”。 定量关系：W总=W有用+W额外，且因W额外>0，必然有W总>W有用。 【例题1】如图所示，电动机置于水平工作台面上，通过一个 滑轮匀速竖直提升重力为的物体，电动机对绳子竖直向上的拉力为，不计绳重和摩擦，动滑轮的重力为 ；电动机输出的最大功率为，该装置 （选填“能”或“不能”）在内将重的物体匀速提高。 探究二、机械效率的理解与计算——定公式、解问题 1．探究目标 透彻理解机械效率的物理内涵，掌握其计算公式与百分率表示形式。能够结合具体案例计算机械效率，并阐释“机械效率恒小于1”的原理。 2．探究过程 概念引入：从“比例”到“效率” 讨论：使用机械时，为何期望“有用功在总功中的占比越高越好”？（提示：占比越高，意味着能量损耗越低，机械工作效能越高） 结合教材定义：物理学中以“机械效率（η）”量化该比例，即有用功与总功的比值。 公式推导与单位规范 由定义推导公式：，乘以100%是为了以百分率形式呈现，无单位。 解答教材“想一想”问题：机械效率数值能否等于或大于1？为什么？ 小组分析：因为W总=W有用+W额外，所以W有用<W总，进而得出。 实例计算：基础应用巩固 例题：利用滑轮组提升600N重物，绳子自由端拉力250N，物体上升2m，绳端移动6m。求该滑轮组的机械效率。 小组分工分步计算： ①计算有用功：W有用=Gh=600N×2m=1200J ②计算总功：W总=Fs=250N×6m=1500J ③计算机械效率： 结果解读：该滑轮组机械效率为80%，表明有用功占总功的80%，额外功占20%。 3．探究结论 物理意义：机械效率用于衡量机械做功“有效程度”，η值越大，能量利用率越高。 核心公式：，且η始终小于100%。 计算要点：先分别求解W有用（通常为Gh）和W总（通常为Fs），再代入公式计算。 【例题2】一辆质量为3000kg的汽车沿着长5.4km的盘山公路匀速行驶，当它从山脚行驶到高为0.5km的山顶时，耗时15min，汽车发动机的牵引力为4000N。求： (1)汽车的行驶速度； (2)汽车发动机牵引力做的功； (3)汽车发动机牵引力做功的功率； (4)汽车发动机的机械效率。（取g=10N/kg） 【例题3】如图用滑轮组匀速提升货物，货物上升速度为0.5m/s，动滑轮重40N，货物重300N，拉力功率为200W，绳端拉力是 N，机械效率是 。若拉力做功200J，克服动滑轮重做的额外功为 J。 探究三、滑轮组机械效率的测量——做实验、析因素 1．探究目标 熟练掌握测量滑轮组机械效率的实验流程，精准测量关键物理量。分析“重物质量”“滑轮组结构”对机械效率的影响机制，掌握提升效率的方法。 2．探究过程 实验准备：器材选择与原理梳理 参考教材图11-3-2（两种滑轮组组装方式），准备实验器材：滑轮组（动滑轮+定滑轮）、不同规格钩码、弹簧测力计、刻度尺、细线。 明确测量原理：=，需测量物理量包括：钩码重力G、拉力F、钩码上升高度h、绳端移动距离s。 实验操作：教材活动2分步实施 步骤1：选择组装滑轮组（如“一动一定”方式）。 步骤2：测量并记录数据（至少完成2次实验）： ①用弹簧测力计测量钩码重力G，记录数值； ②用刻度尺标记钩码初始位置，匀速缓慢拉动弹簧测力计使钩码上升h，同步记录： 弹簧测力计示数F（保持匀速拉动，减少测量误差）； 钩码上升高度h（测量初始与末位置高度差）； 绳端移动距离s（测量细线自由端初始与末位置距离差）。 步骤3：改变钩码数量（如增加1个钩码），重复步骤2，获取多组数据。 步骤4：更换滑轮组组装方式（如“两动一定”），使用相同数量钩码重复实验，对比效率差异。 数据处理：填写教材表11-3-1 参照教材表格完成数据记录与计算（g取10N/kg），示例如下： 实验序号 钩码重力G/N 拉力F/N 钩码上升高度h/m 绳端移动距离s/m 总功W总=Fs/J 有用功W有=Gh/J 机械效率η 1 2 0.8 0.1 0.3 0.24 0.2 83.3% 2 4 1.5 0.1 0.3 0.45 0.4 88.9% 3 4 1.8 0.1 0.5 0.9 0.4 44.4% 实验讨论：分析影响因素 讨论1：同一滑轮组提升不同重物时，机械效率是否相同？为什么？ 结论：不同。重物越重（G增大），η越高；因额外功（克服动滑轮重力、摩擦）基本不变，有用功占比随G增大而提升。 讨论2：不同滑轮组提升相同重物时，机械效率是否相同？为什么？ 结论：不同。动滑轮个数越多，η越低；因动滑轮增加导致额外功（克服动滑轮重力）增大，有用功占比下降。 拓展思考：提高机械效率的方法 结合教材内容，小组讨论生活中提升机械效率的策略： 总结：①优化机械结构（如采用轻质材料制作动滑轮，降低自重）；②定期维护（添加润滑油，减小摩擦）；③合理增大有用功（如起重机尽量满载作业）。 3．探究结论 实验要点：测量滑轮组机械效率需精准测定G、F、h、s，拉动测力计需保持匀速缓慢，规避误差。 影响因素：①同一滑轮组，重物质量越大，效率越高；②提升相同重物，动滑轮数量越少，效率越高。 提升策略：减少额外功（降低自重、减小摩擦）与增加有用功，是提升机械效率的核心路径。 【例题4】小明想测量常见的两种简单机械的机械效率。 (1)他先测滑轮组的机械效率，所用装置如图1所示，实验中每个钩码重2N，测得的数据如表。 实验次数 钩码总重G/N 钩码上升的高度h/m 测力计示数F/N 测力计移动的s/m距离 机械效率 1 4 0.1 1.8 0.3 2 6 0.1 2.4 0.3 83% 3 4 0.1 1.4 0.5 57% 4 4 0.2 1.4 1.0 57% ①在实验中，测绳端拉力F时，应尽量竖直向上 拉动弹簧测力计； ②第1次实验测得的机械效率为 （保留整数），第4次实验是用 （选填“a”“b”或“c”）图做的； ③分析第1、3次实验数据可得结论： ； (2)接着小明用如图2所示的装置探究杠杆的机械效率，每个钩码的质量为m，O为支点（支点处的摩擦不计）。 ①他先将2只钩码悬挂在B点，在A点竖直向上匀速拉动弹簧测力计，拉力为F1，机械效率为η1； ②然后他将这2只钩码悬挂在C点，在A点竖直向上匀速拉动弹簧测力计，使C点上升高度与第一次相同，则杠杆的机械效率η2 （选填“>”“<”或“=”）η1。 【归纳整理】 【课堂练习】 题组A基础过关练 1．下列说法中正确的是（）。 A．机械效率越高的机械做功越快 B．机械效率越高，有用功越大； C．功率越大的机械做功越快 D．功率越大的机械做功越多 2．一个滑轮组经过改进后提高了机械效率，用它把同一个物体匀速提升相同的高度时，改进后与改进前相比（）。 A．有用功减少，总共增多 B．有用功不变，总功减少 C．功率变大，机械做功加快 D．机械效率提高，机械做功加快 3.如图所示，工人用定滑轮匀速提升重为180的物体，所用的拉力为200N，物体升高的高度为2m。此过程中，求：（1）有用功。（2）定滑轮的机械效率。 4.斜面长1m，高0.2m，将10N重的物体A从斜面底端匀速拉到斜面顶端，需要用平行于斜面的力2.5N，那么：（1）求物体做的有用功；（2）推力F的总功；（3）斜面的机械效率。 5.斜面长10m，高4m，将一个重为100N的物体G由斜面底端A匀速推到顶端B，已知克服斜面摩擦的用力F＝10N。 （1）求物体做的有用功；（2）推力F的总功；（3）斜面的机械效率。 题组B能力提升练 1.现有一重为3000N的包装箱，工人师傅想把它搬到1.2m高的车厢上，他们用木板在车厢与地面之间搭成一个长度约为4m的简易斜面，如图所示，工人师傅站在地上用1200N的推力沿斜面把包装箱匀速推上车。求： (1)该斜面的机械效率是多少？ (2)包装箱在斜面上运动时所受摩擦力多大？ 2.如图所示，物体重为180N，所用拉力F=100N，方向竖直向上，将物体匀速提高1m时，滑轮组的机械效率是多少？ 3.如图所示，在50N的水平拉力作用下，重800N的物体沿水平地面做匀速直线运动，物体与地面间滑动摩擦力为120N，（1）则滑轮组的机械效率是多少；（2）若物体的速度为0.2m/s，则1min内拉力做的功是多少? ( A F ) 4.某人在5s内，用如图所示的滑轮组将重1280N的物体匀速提升1m。已知动滑轮的总重为320N，不计绳重和摩擦。（1）人做功的功率P；（2）滑轮组的机械效率η 题组C培优拔尖练 某工程队在一次水下施工作业中，用如图所示的滑轮组将浸没在河底的实心物体从深水中吊起。物体的密度为2.6×103kg/m3，体积是1.5m3，所用的拉力F＝2.0×104N，物体在20s内匀速上升了2m(未露出水面)，不计水的阻力、绳重和摩擦。求：(g取10N/kg，ρ水＝1.0×103kg/m3) （1）物体受到的重力；（2）物体受到的浮力；（3）拉力F做功的功率；（4）滑轮组的机械效率。 1/1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $