5.3功与机械效率 课件-2025-2026学年科学九年级上册华东师大版

§5.3 功与机械效率 华师大版 九年级上册 第五章 功和简单机械 A.斜面 B. a.功 b.功的计算 C.做功的快慢 D.功率 E.机械效率 这节课我们就跟着法拉第重走电磁感应的发现之路 工人沿着斜面推木块 思考1、工人为什么要在卡车和地面之间搭起一块大的斜木板沿着斜面推货物，而不直接搬上去? 21cnjy.com 21cnjy.com 前言 一、斜面 通过今天的学习你就能清楚理解这些问题. 思考2、南京长江二桥的引桥为什么大桥中连接主桥 与地面的引桥设计得长而平缓？ 南京长江二桥的引桥。 前言 一、斜面 活动一： 1、实验器材 一块木板、几本书、一个弹簧测力计、一个小木块、一小段绳子。 2、实验步骤 ①. 把几本书放在木板一侧的下面，使木板成为一个斜面。 实验导入 一、斜面 0 1 2 ②. 用弹簧测力计拉着小木块沿斜面匀速向上运动，观察并记录弹簧测力计的读数。 v 0.4N 21cnjy.com 21cnjy.com 实验导入 一、斜面 0 1 2 ③. 用弹簧测力计钩着小木块沿竖直方向匀速向上运动，观察并记录弹簧测力计的读数。 v 2N 21cnjy.com 21cnjy.com 实验导入 一、斜面 ④. 改变斜面的倾角，重复步骤 2。 0 1 2 增大斜面的倾角 0.6N 21cnjy.com 21cnjy.com 实验导入 一、斜面 0 1 2 减小斜面的倾角 0.2N 21cnjy.com 21cnjy.com 实验导入 一、斜面 比较以上几种情况下弹簧测力计的读数，你可以发现什么？ 斜面与平面的倾角越小，则省力， 斜面与平面的倾角越大，则费力。 思考讨论 一、斜面 斜面坡度越缓越省力斜面与平面的倾角越小， 斜面较长，则省力，但费距离，机械效率低。斜面与平面的倾角越大，斜面较短，则费力，但省距离，机械效率高。 9 一、斜面 指的是同水平面成一倾斜角度的硬平面 是一种简单机械 这个角度通常称为升角。 升角 一、斜面 思考：斜面有什么特点呢？ 0 1 2 0 1 2 优点：省力 0 1 2 如果高度不变， 减小斜面的倾角 斜面高度不变， 与平面的倾角越小，斜面越长， 越省力 缺点：费距离 （越省力越费距离） 古埃及人在建造金字塔时就会使用斜面搬运巨大的石块。 3、斜面应用 一、斜面 蜿蜒迂回的盘山公路就是利用斜面省力而修筑的，车辆沿着这种形状的公路行驶，比直线攀爬安全、容易。 一、斜面 坐在轮椅上的残疾人不能上下楼梯，但是斜面可以帮助他们，现代建筑都设置残疾人专用通道。 一、斜面 一、斜面 它们是斜面吗？ 特殊的斜面 0 1 2 v 思考：图中的简单机械在工作时，物体有什么共同的特点？ 物体在力的作用下发生了移动 科学上规定： 一个物体在力的作用下，沿着力的方向移动了一段距离，就说该力对这个物体做了机械功，简称功。 二、功 做功的实质：能量转化的过程 人对木箱做了功 人的能量转化为了木箱的 能 动 物体做了多少功，就有多少能量发生了转化。 1、定义： 二、功 机械功存在的两个必要的因素： ①物体受到力的作用 ②物体在力的方向上通过了距离 科学上规定，一个物体在力的作用下，沿着力的方向移动了一段距离，就说该力对这个物体做了机械功简称功。 1. 当举重运动员将杠铃从地上举起超过头顶的过程中，他对杠铃做功了吗？为什么？ 他对杠铃做了功。 举重运动员把杠铃举起来，他对杠铃施加了一个向上的力，杠铃也向上移动 了一段距离，所以他对杠铃做了功。 二、功 思考下列情形是否做功？ 思考：如果举重运动员举着杠铃不动他对杠铃做功了吗？为什么？ 尽管运动员对杠铃用了力，但杠铃没有移动距离，所以运动员对杠铃没有做功。 思考下列情形是否做功？ 二、功 2. 人推汽车但是汽车没有移动，人对汽车做功了吗？为什么？ 人对汽车没有做功 人推汽车但是汽车没有移动，也就是说在力的方向上汽车移动的距离为零， 所以人对汽车没有做功。 思考下列情形是否做功？ 二、功 3.小孩在平地上抬水，他们对物体向上的支持力对物体做功吗？ 物体受到某力的作用，但运动方向始终与该力方向垂直，在力的方向上没有距离，所以没做功。 思考下列情形是否做功？ 二、功 4. 汽车靠发动机提供的牵引力前进。在行驶时关闭发动机，汽车继续前进，此时汽车受到牵引力做功吗？ 汽车此时靠惯性而非牵引力前进，即便存在向前的运动，牵引力为0，发动机不对车做功 二、功 思考下列情形是否做功？ 5. 一个人提包走在水平地面上，人对包做功了吗？ 包受到竖直向上的提力作用，但运动方向水平，即始终与该力方向垂直，在力的方向上没有通过距离，所以没做功。 二、功 思考下列情形是否做功？ 机械功存在的两个必要的因素： ①物体受到力的作用 ②物体在力的方向上通过了距离 二、功 机械功不存在的三种情况： ①有力无距离 ②有距离无力 ③有力有距离，但二者方向垂直 二、功 判断下列情形是否做功？ 1.箱子摆在地上，老师站在旁边 2.老师抱起地上的箱子 3.老师抱着箱子匀速前进。 4.老师抱着箱子走楼梯。 5.老师坐电梯，抱着箱子不动。 6.老师将箱子举过头顶放在架子上。 没做功 做功 没做功 做功 做功 做功 如何比较功的大小？ 下列四种情景中，人对物体做了功的是（ ） A、提着桶在水平地面上匀速前进 B、人搬石头，却搬而未起 C、人用木棍撬起石块 D、人推车，却推而不动 C 二、功 功的计算 2、如果用F表示力，s表示在力的方向上移动的距离，W表示功，则 上式可以写成公式：W=FS 1、科学上定义：功等于力与物体在力的方向上通过的距离的乘积。即：功=力×距离 二、功 在国际单位制中，力的单位是N，距离的单位是m，功的单位是N·m。 为了纪念英国物理学家焦耳的贡献，人们便用他的名字焦耳作为功的单位，简称焦，用符号J表示，1J=1N·m 3.单位: 功的计算 二、功 二、功 2、公式： 机械功 = 力 × 力方向上的距离 W = F × S 3、单位： 焦耳（简称焦，符号J） 1焦耳=1牛顿·米 1J=1N·m 1J的含义： 1N的力使物体在力的方向上， 通过1m的距离时所做的功为1J。 功的计算 例 某同学用120N的水平推力将重250N的木箱在水平地面上推动了6m，然后再用肩膀将木箱扛上 5m高的楼上，接着肩扛着木箱在平直的走廊上走了8m，这位同学对木箱共做功 焦。 将运动过程分为三段： W1推箱子走6m； W2扛箱子上楼5m； W3扛箱子走8m； 推力和运动方向一致，做功 支持力向上，只计算向上的距离，做功 支持力向上，运动方向水平，不做功 W=W1+W2+W3 =F推s1+Gh+0J =120N×6m+250N×5m+0J =1970J 1970 二、功 功的计算 1、一个学生把重 30 N的书包从地上提起，放在桌子上，桌子的高度是 0.8 m， 那么，他对书包做的功为多少？ 已知：G=30N h=0.8m 求：WG=? 解： WG = Gh = 30N ×0.8m=24 J 答：他对书包做的功为24J 二、功 功的计算 质量为2 t的汽车,在平直的公路上行驶时所受的阻力一直为汽车所受重力的0.2倍,匀速行驶了2 km后关闭发动机,又行驶了55 m才停下,求整个过程中牵引力对汽车做的功。(g取10 N/kg) 二、功 功的计算 【答案】8×106J。 【解析】由F=Ff=0.2G=0.2 mg=0.2×2×1 000 kg×10 N/kg=4 000 N,所以W=Fs=4 000 N×2 000 m=8×106J。 把一定数量的砖头 从地面运到楼顶， 你有什么方法？ 如果让一个工人搬运需要几十分钟， 若使用起重机则只需要几分钟，这 说明机器和人对物体做功的快慢是 不同的。 如何比较 做功的快慢？ 一、做功的快慢 思考讨论1：如用挖掘机挖土和一个工人单独挖土怎样比较它们做工快慢，你能说那些方法？ 如图人和挖掘机挖相同的土，挖掘机用5min人用20min 21cnjy.com 21cnjy.com 三、做功的快慢 做功快慢和什么因素有关？ 方法一：相等时间内，比较挖的土量——等时间比做功大小 如图人和挖掘机在相同时间内挖的土，很明显挖掘机挖的土较多。 1、比较物体做功快慢的方法： (1)、做功相同时，做功时间短的则做功快； (2)、做功时间相同时，做功多的则做功快。 三、做功的快慢 做功快慢和什么因素有关？ 方法二：挖等量的土，比较花的时间——等做功比时间长短 如果做功和所用时间都不相同如图所示。 两位同学进行爬杆比赛 怎样比较他们做功的快慢呢？ 21cnjy.com 21cnjy.com 三、做功的快慢 分析：他们的体重不同，爬到杆顶时克服重力做功不同，从地面爬到杆顶所用时间也不相等。 由此可见：要比较物体做功的快慢，其一是要知道物体做了多少功；其二是要知道物体做功所用去的时间。 为了表示物体做功的快慢，我们引入了功率这个物理量，功率又该如何定义呢？ 三、做功的快慢 四、功率 (1) 定义： 把一段时间内做的功与做功所用的这段时间的比叫 做功率，用P来表示。 (2)表达式：功率＝ 时间 功 t W P = 即 表示做功的快慢。功率越大，做功越快； 功率越小，做功越慢。 (3)功率的意义： (4)功率的单位： 四、功率 在国际单位制中，功率的单位是:焦／秒(J/s) 。 由功的单位：焦耳（J） 和时间的单位：秒（s） 组合而成。 焦／秒它有一个专门的名称叫做瓦特，即J/s也 写作W（注：此处的W为功率单位，不表示功）。 功率常用单位与瓦的数量关系： 1千瓦＝1000瓦 1兆瓦＝106瓦 1瓦表示什么含义？ 1瓦表示在1秒钟时间力内对物体做了1焦耳的功。 1、思考：1瓦表示什么含义？ 瓦是功率的单位，1瓦表示在1秒钟时间内对物体做了1焦耳的功. 2、判断正误 1.机器的功率越大，做的功越多。 （ ） 2.机器的功率越小，做功越慢。 （ ） 3.抽水机的功率越大，抽的水越多。 （ ） √ × × 四、功率 三、一些动物和交通工具的功率 （1）排量为1.6 L的家用小轿车的功率约为80kW，6t载重汽车的功率约为125 kW （2）蓝鲸游动的功率可达350KW 轿车 21cnjy.com 四、功率 蓝鲸 （4）电风扇（230-440mm）38-65w； （3）优秀运动员短时间功率可达到1kW （5）推土机107-147kw 四、功率 活动 二三个同学一组，测出每一个同学上楼的功率，从而比较一下谁克服重力做功的功率大。你知道需要测出哪些数据吗？需要什么测量工具吗？ 比一比谁的功率大 四、功率 1.测量功率的公式是什么？ 2.需要测量哪些量？ 3.应选择的测量工具有哪些？ 思考讨论 四、功率 根据公式 ， 需要知道每位同学所做的功W和爬楼的时间t，而根据功的公式W=Gh，还要知道每位同学的体重G的楼的高度h。这样我们只需要测量同学的体重、爬楼的时间、楼层高度。 需要的侧量工具：体重秤、秒表、刻度尺。 t w p = 四、功率 要测量人的爬楼功率，必须测量人的质量m、爬楼高度h、爬楼时间t。 （1）测出上楼的功率，测量所需要的器材有：______、______、______ 秒表 体重计 刻度尺 理解上述知识完成下面的填空: 四、功率 （2）他们设计了三套方案：①测量出各自的体重、爬楼用的时间和爬楼的高度，算出爬楼的功率并进行比较；②控制爬楼的时间相同，测量出各自的体重、爬楼的高度，算出爬楼做的功并进行比较；③控制爬楼的高度相同，测量出各自的体重、爬楼的时间，算出体重和时间的比值并进行比较．可行的是______： A．只有① B．只有①② C．只有②③ D．①②③都可以． D 四、功率 功率恒定的汽车，以30m/s的速度在一平直的公路上匀速行驶 了10分钟。受到的阻力为1000N，求汽车的输出功率（牵引力的 功率）。 P=W/t =Fs/t =Fv =30000W 解： F=f=1000N P= Fv 功率的变形求法 使用要求： ①由推导过程可知，F与v必须是同方向的。 ②由于F或v可能随时间变化，因此P=Fv计算 的是某一时刻的功率。若要求平均功率，需 要用P=W/t 计算。 四、功率 P= Fv 的应用： 在功率不变的情况下，牵引力的大小和运动速度成反比。 减少车辆的速度就会使车辆的牵引力增大； 反之，增大车辆的速度就会使车辆的牵引力减小。 提升物块0.2 m手的拉力所做的功和克服物块重力所做的功相同吗? 21cnjy.com 21cnjy.com 五、机械效率 不相同，由于滑轮轴间存在摩擦阻力， 因此在提升物块时还需要克服摩擦阻力做功；动滑轮工作时，还需要克服动滑轮的重力做功,因此手的拉力所做的功大于克服物块重力所做的功。可见机械存在着效率问题，这节课，我们就来学习机械效率。 五、机械效率 1、有用功、额外功、总功 （1）有用功：对完成工作目标有用的功W有用. 如图：将物块提升到一定的高度是我们的目的。 一、机械的三种功 我们把克服物块重力所做的功叫做有用功。 五、机械效率 (2)额外功 对完成工作目标不需要又不得不做的功W额外。 克服滑轮与绳子之间的摩擦阻力做的功以及克服动滑轮的重力做功都属于额外功。 21cnjy.com 21cnjy.com 五、机械效率 （3）总功 人们把使用简单机械时动力所做的功叫做总功. 如图手的拉力所做的功就是总功。 它等于有用功与额外功之和，用符号表示： W总 =W有用 +W额外 五、机械效率 1、如图在拉力作用下使物体A在粗糙水平面上匀速运动。请判断所做的功哪部分是有用功? 哪部分是额外功?哪部分是总功？ F摩擦力 A 五、机械效率 （1）有用功：克服支持面与物体间的F摩擦力做的功是有用功（因为目的是要拉动物体，所以必须克服物体与支持面间的摩擦力）。 （2）而克服绳与滑轮间的摩擦力做的功是额外功。 （3）动力F（即拉力）做的功是总功。 参考答案 21cnjy.com 21cnjy.com 五、机械效率 W有用=Gh 2、木块沿着粗糙斜面匀速上升请用图中已知量表示出有用功和总功。 F 0 1 2 h s G W总=Fs 五、机械效率 二、机械效率 使用简单机械做功，总功大于有用功。有用功与总功的比值越大， 说明机械的效率越高. 1、定义：我们把有用功和总功的比值叫做机械效率。 2、机械效率用字母 η表示机械效率，则计算公式可以表示为： η= W有 W总 ×100% 21cnjy.com 21cnjy.com 五、机械效率 3、关于机械效率η的几点说明： (1)、η常用百分数表示； (2)、η总是小于100%；(3)、η没有单位 有用功总小于总功，所以机械效率总小于100% 即：η<1 思考讨论:机械效率会大于100%吗？为什么？ 五、机械效率 五、机械效率 如何提高滑轮组机械效率？ 1.同一滑轮组，增加物重 2.减小动滑轮和绳子的重力 3.减小滑轮的摩擦 F 1、通常起重机的机械效率是 40％～50％，滑轮组的机械效率是 50％～70％，它表示什么意思？ 使用起重机和滑轮组提升重物时所做的有用功跟总功的比值是分别是40％～50％和50％～70％，也可以说起重机和滑轮组有用功在总功中占有40％～50％和50％～70％，另外的是额外功． 五、机械效率 例题：起重机将0.9 t的货物匀速提升10 m的过程中所做的额外功是6×104 J。该过程中起重机对货物做的功是(　 　)J,起重机机械效率是(　　　　)。(g取10 N/kg) 60% 9×104 五、机械效率 三、实验：测滑轮组的机械效率 F G1 探究同一滑轮组提升不同重物时，滑轮的机械效率是否相同。 F G2 1、实验目的： 五、机械效率 2、实验原理: η= W有 W总 ×100% 4、实验步骤： （1）、把滑轮组安装好，测出物体G1重力的值，并记录表中。 刻度尺、钩码、弹簧秤、滑轮组两个、铁架台、长约2m的细绳。 3、实验器材： 五、机械效率 (2)记下G1和绳子自由端的初始位置，匀速拉动弹簧秤使G1升高到某一位置处，记下G1及绳子自由端的末位置，计算G1和绳子自由端的上升距离并同时从弹簧测力计上读出拉力F的数值填入表格 (3) 、分别算出有用功和总功、机械效率。记录结果。 (4) 、再换成比较重的G2重复上面的实验记录结果。 五、机械效率 5、测滑轮组的机械效率视频 五、机械效率 6、做好记录计算出总功、有用功、和机械效率。 拉力F/N 弹簧测力计上升的距离s/m 总功W总/J 钩码G1、G2重G/N 钩码上升高度h/m 有用功W有/J 机械效率η 0.6 0.3 1.0 0.1 0.8 0.45 2.0 0.15 0.18 0.36 0.1 0.3 55.6% 83.3% 实验结论：同一滑轮提升重物时，重物越重，滑轮的机械效率就越高。 五、机械效率 思考讨论：如何提高滑轮组机械效率？ 提高滑轮组机械效率的方法： 1，有用功一定，减少额外功：减少动滑轮重力；减少绳的重力减小摩擦； 2，额外功一定，增加有用功，增加物重。 五、机械效率 1、实验目的：探究斜面的机械效率与哪些因素有关。 四、斜面的机械效率 F 0 1 2 h s 五、机械效率 (1)测量小木块的重量，记录数据； 斜面、小木块、棉布、毛巾、弹簧测力计、刻度尺、铁架台 2、实验器材： 3、实验步骤： (2)把小木块用弹簧测力计沿斜面匀速向上拉；分别记录拉力F、木块沿斜面移动的距离S、木块上升的高度h。 五、机械效率 (3)改变斜面的倾斜程度，重复步骤(2)记录拉力F、木块沿斜面移动的距离S、木块上升的高度h。 (4)改变斜面的粗糙程度铺上棉布、毛巾，重复步骤(2),记录拉力F、木块沿斜面移动的距离S、木块上升的高度h。 (5)计算出有用功、总功、机械效率总结出斜面的 机械效率与哪些因素有关。 五、机械效率 4、斜面的机械效率视频 五、机械效率 斜面倾斜程度 斜面材料 斜面高度/m 有用功/J 拉力/N 斜面长/m 总功/J 机械效率 较缓 木板 0.1 0.2 0.7 较陡 木板 0.175 0.3 0.7 很陡 木板 0.24 0.4 0.7 棉布 0.24 0.5 0.7 毛巾 0.24 0.6 0.7 0.1 0.175 0.24 0.24 0.14 0.28 0.21 0.35 0.42 71.4% 83.3% 85.7% 68.6% 57.1% 0.24 5、把测量的数据记录表中,已知木块重量1N 实验结论 在其他条件一定时，斜面的倾斜程度越大，机械效率越高，斜面表面粗糙程度越大，机械效率越低；机械效率与物体重量无关，物体斜面之间接触面大小无关。 η= W有 W总 = Gh FS 斜面机械效率: 五、机械效率 F 例题：通过一动滑轮用60 牛的拉力提起重为100牛的重物，使重物提高2米。（不考虑绳重及摩擦） (1)动滑轮的重力为多少? (2)拉力做多少功？ (3)有用功为多少？机械效率? 五、机械效率 (3)W有用=Gh=100N×2m=200J W总=FS=60N×4m=240J (2)S=2h=2×2m=4m 解:(1).根据 F=×（ G物 +G动 ）得: G动=2F－G物＝120N－100N＝20N η= W总 W有 ×100% = 200Ｊ 240Ｊ ×100% ≈83.3% 五、机械效率 5、什么是机械效率?机械效率的大小可能大于1吗?为什么? 机械效率是指有用功占总功的百分比.只要有使用机械,机械本身就必然有摩擦等要消耗一部分功,也就是说额外功是不可避免的,故有用功总有于总功,机械效率不可能大于1. 五、机械效率 §5.3笔记总结 §5.3笔记总结 F §5.3笔记总结 Untitled Untitled $