第4节　机械效率（培优教学课件）物理新教材人教版八年级下册

该初中物理课件聚焦“机械效率”核心知识点，涵盖有用功、额外功、总功及机械效率概念。通过生活中机械省力省距离是否省功的问题导入，结合动滑轮、杠杆实验视频展示不省功现象，区分有用功与额外功，搭建从“功的原理”到“机械效率”的学习支架。 其亮点是以科学探究为主线，包含2段实验视频及控制变量法实验设计，培养科学思维与探究能力。通过起重机实例计算、滑轮组效率测量等，强化物理观念，助力学生理解机械效率本质，为教师提供完整教学资源，提升课堂效率。

物理八年级下册•人教版 第十二章 　简单机械 第4节 　机械效率 致：老师同学 1. 说明: ppt使用高质量视频，资源比较大，约122MB ppt共有57张、2段视频，可根据需要选择点播 …………………………………………………………………………… 2. 视频资源： ①实验视频—《研究使用动滑轮是否省功》 ②实验视频—《测量滑轮组的机械效率》 …………………………………………………………………………… 3. 免责追责：视频版权归原作者，如涉及版权问题，请联系删除。 ppt版权归本工作室，如涉及侵权问题，将追究责任。 新课导入 手提肩扛 简单机械 机械服务生产生活 　　生活中利用机械帮助我们工作，会给我们带来极大的方便。有的机械可以省力，有的机械可以省距离。 省力（F）× 省距离（s） ＝省功（W ）？ 学习目标 物理观念 1. 了解有用功、总功和额外功，知道机械效率。 2. 了解机械效率是衡量机械性能的重要指标。 科学思维 1. 通过实验探究和小组讨论，对动滑轮是否省功进行研究。 2. 能基于事实解释机械效率总小于1的原因，提高推理能力。 实验探究 1. 通过测量滑轮组机械效率，能根据控制变量法制订简单的探究方案，正确读取和记录实验数据，提高科学探究能力。 2. 经历收集和分析实验数据的过程，并通过分析和处理数据得出实验结论，提高交流、评估和反思的能力。 科学态度与责任 1. 培通过实验分析，培养学生严谨认真、实事求是的科学态度。 2. 了解提高机械效率的意义和途径，体会科技进步对人类和社会发展的推动作用。 重点难点 教学重点 科学难点 测量滑轮组的机械效率 1. 认识什么是有用功、总功和额外功； 2. 了解机械效率概念并会利用公式进行相关计算。 学习内容 01 有用功和额外功 02 机械效率 一、有用功和额外功 第4节 机械效率 一、有用功和额外功 　　利用滑轮组提升重物，绳端拉力所做的功与滑轮组对重物所做的功相同吗？ F 思 考 一、有用功和额外功 1. 实验：研究使用动滑轮是否省功 实验过程： ①如甲所示，用弹簧测力计将钩码缓慢地提升一定的高度，计算拉力所做的功。 ②如乙所示，用弹簧测力计并借助一个动滑轮将同样的钩码缓慢地提升相同的高度，计算弹簧测力计的拉力所做的功。 演 示 甲 乙 一、有用功和额外功 一、有用功和额外功 做功方式 拉力F/N 重物升高的高度h/m 拉力端移动的距离s/m 拉力做功W/J 直接用弹簧测力计 提升2个钩码 0.98 0.1 0.1 用弹簧测力计和动滑轮提升2个钩码 0.6 0.1 0.2 0.098 0.12 分析论证： W1=F1s1= 0.98N×0.1m=0.098J W2=F2s2=0.6N×0.2m=0.12J W1＜W2 使用动滑轮不省功 一、有用功和额外功 W2 O W1 F杠 G F拉 拓展实验： 将动滑轮换成费力杠杆提升重物是否省功呢？ 一、有用功和额外功 做功方式 拉力F/N 重物升高的高度h/m 拉力端移动的距离s/m 拉力做功W/J 直接用弹簧测力计 提升2个钩码 0.98 0.1 0.1 用弹簧测力计和动滑轮提升2个钩码 5 0.1 0.05 0.098 0.25 W1=F1s1= 0.98N×0.1m=0.098J W2=F2s2=5N×0.05m=0.25J W1＜W2 使用杠杆不省功 一、有用功和额外功 使用任何机械均不省功 直接提升物体所做的功小于使用机械提升物体所做的功。 归纳总结： 一、有用功和额外功 2. 有用功和额外功 （1）有用功：动滑轮对钩码的拉力所做的功叫作有用功，用W有用表示。 我们必须做的功 实现目的而做的功 将钩码提升一定的高度是我们的工作目的。 （2）总功：弹簧测力计的拉力所做的功，叫作总功，用W总表示。 一、有用功和额外功 （3）额外功：用动滑轮提升钩码时，要克服动滑轮本身所受的重力以及摩擦力等因素的影响而多做一些功，这部分功叫作额外功，用W额外表示。 克服机械自身的重力和摩擦等而做的功。 对人们没有用但又不得不做的功 克服动滑轮本身所受的重力以及摩擦力等因素的影响而多做一些功。 一、有用功和额外功 生活中有没有使用机械时额外功为0的情况呢? 桔槔汲水 动滑轮提升物体 用斜面搬运货物 W总＝W有用＋W额外 一、有用功和额外功 大量实验表明：W总>W有用， 使用任何机械都不能省功。 对大量机械分析发现： 使用机械时，额外功不可能为0。 二、机械效率 第4节 机械效率 二、机械效率 1. 机械效率 （1）定义：物理学中，将有用功跟总功的比值叫做机械效率。 （2）计算公式： η ＝ W总 W有用 总功 有用功 （3）特点：有用功总是小于总功，所以机械效率总是小于1。 机械效率通常用百分数表示。 二、机械效率 （4）常见的机械效率 起重机的机械 效率40%~50% 抽水机的机械效率为 60～80% 汽油机的机械效率为22～27% 喷气发动机的机械效率50～60% 二、机械效率 例题：起重机把质量为0.5t的重物匀速提升了3m，而它的电动所做的功是3.4×104J，起重机的机械效率是多少?g取10N/kg。 F = G = mg = 0.5×10³kg×10N/kg = 5×105N 起重机提升重物所做的功是有用功 W有用 = Fh = 5×103N×3m = 1.5×104J 起重机的机械效率 η＝　　　　　　　　　　 W有用 W总 ＝ 1.5×104J 3.4×104J ＝ 0.44=44% 答：起重机的机械效率为44%。 解： 起重机匀速提升重物所用的力与物体所受的重力大小相等 二、机械效率 通过计算我们已经了解了实际生活中起重机的机械效率， 下面我们通过实验测量滑轮组的机械效率。 二、机械效率 2. 实验：测量滑轮组的机械效率 提出问题：如何测量滑轮组的机械效率? 实验思路： ①测量滑轮组的机械效率，需要测量滑轮组工作时的有用功和总功。然后求出二者的比值。 二、机械效率 ②要想知道有用功和总功，需要测量哪些量？ 物理量： 钩码重G物、钩码上升高度h、拉力F、绳自由端移动距离s。 实验器材与装置： 钩码、刻度尺、弹簧测力计、滑轮、细线、粘钩。 二、机械效率 实验过程： ①用弹簧测力计测量钩码所受的重力G，并填入下表。 ②按照实验图安装滑轮组，分别记下钩码和绳端 (弹簧测力计挂钩底部)的位置。 ③缓慢拉动弹簧测力计，使钩码升高，读出拉力F 的数值，用刻度尺测出钩码提升的高度h和绳端移 动的距离s，将这三个量填入下表。 ④算出有用功W有用、总功W总、机械效率η， 并填入下表。改变钩码的数量，重复上面的实验。 G物 F 二、机械效率 二、机械效率 序号 钩码所受的重力G/N 提升高度h/m 有用功 W有/J 拉力F/N 绳端移动的距离s/m 总功W总/J 机械效率η 1 0.44 0.1 0.044 0.2 0.3 0.06 2 1.00 0.1 0.1 0.38 0.3 0.114 3 1.48 0.1 0.148 0.54 0.3 0.162 73.3% 87.7% 91.4% 省力的滑轮组，机械效率不一定高 二、机械效率 你在几次实验中测得的机械效率为什么不一样呢? 影响滑轮组机械效率的因素有哪些呢？ 二、机械效率 3. 实验：影响滑轮组的机械效率的主要因素 实验猜想：机械效率η与钩码重G、动滑轮重G动、钩码上升高度h、等因素有关。 F G物 η W有 W总 W额 W有 G动h 克服摩擦和绳重所做的功 Th Th 二、机械效率 实验过程： ①探究滑轮组机械效率与物体上升的高度是否有关 保持滑轮组和物重不变，改变物体上升高度 序号 钩码所受的重力G/N 提升高度h/m 有用功 W有/J 拉力F/N 绳端移动的距离s/m 总功W总/J 机械效率η 1 4 0.05 0.2 1.7 0.15 0.255 2 4 0.1 0.1 1.7 0.3 0.51 78.4% 78.4% 结论 ：滑轮组机械效率与物体上升的高度无关。 控制变量法 二、机械效率 ②探究滑轮组机械效率是否与提升的物重有关 保持滑轮组不变和提升高度，只改变物重 序号 钩码所受的重力G/N 提升高度h/m 有用功 W有/J 拉力F/N 绳端移动的距离s/m 总功W总/J 机械效率η 1 4 0.05 0.2 1.7 0.15 0.255 2 6 0.05 0.3 2.4 0.15 0.36 78.4% 83.3% 结论 ：滑轮组机械效率与物提升的物重有关， 物重越大，机械效率越高。 控制变量法 二、机械效率 ③探究滑轮组机械效率是否与动滑轮的重有关 保持提升的物重不变和提升高度不变，只改变只改变动滑轮重 序号 动滑轮重 G动/N 钩码所受的重力G/N 提升高度h/m 有用功 W有/J 拉力F/N 绳端移动的距离s/m 总功 W总/J 机械效率η 1 0.3 4 0.05 0.2 1.7 0.15 0.255 2 1.2 4 0.05 0.2 1.9 0.15 0.285 78.4% 70.2% 结论 ：滑轮组机械效率与动滑轮的重有关， 动滑轮越重，机械效率越低。 控制变量法 二、机械效率 归纳总结： ①滑轮组机械效率，与被提升的物重有关，物重越大，机械效率越高； 与动滑轮的重有关，动滑轮越重，机械效率越低； ②机械效率还与机械装置本身有关，与其结构、自身的重力以及润滑程度都有关系。 二、机械效率 4. 提高机械的效率的主要方法： ①改进结构，使机械更合理、更轻便。 ②经常保养，使机械保持良好的运行状态。 ③在机械承受的范围内，尽可能增加被提升物体的重力。 同一机械，被提升物体的重力越大， 做的有用功越多，机械效率越大。 二、机械效率 5. 简单机械机械效率的计算 （1）滑轮组的机械效率： 利用滑轮组把重力为G的物体提高h。F为动力，s为绳子自由端移动的距离，n为承担重物的绳子股数。 = 不计绳重、摩擦时： = = 当动滑轮的重力一定时，物重越大，机械效率越高。 二、机械效率 （2）斜面的机械效率： 用力F沿斜面把重力为G的物体提高，h为斜面的高度，l为斜面的长度，f 为物体与斜面间的摩擦力。 有用功： 总功： 额外功： = 机械效率： 二、机械效率 （3）杠杆的机械效率： 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。 机械效率： 有用功： 总功： s 三、课堂总结 机械效率 有用功：提升重物时，将重物提升一定高度所做的功。 有用功和额外功 定义：有用功跟总功的比值叫做机械效率 额外功：克服机械的自重和摩擦力等因素而做的功。 总功：有用功与额外功之和：W总= W有+ W额。 计算公式：机械效率 η= ； η＜1，用百分数表示 滑轮组的机械效率 影响因素 提高方法 机械效率 1. 关于机械效率，下列说法中正确的是（　　） A．做功越多，机械效率越高 B．机械效率越大，则该机械的功率越大 C．有用功与总功的比值越大，机械效率越高 D．在生产生活过程中，有时候机械效率可以高于100% 四、练习与应用 C 四、练习与应用 【解析】解：A、做功越多，有用功在总功中占的比例不一定越大，机械效率不一定越高，故A错误； B、功率和机械效率无关，机械效率越大，该机械的功率不一定越大，故B错误； C、机械效率等于有用功与总功的比值，有用功与总功的比值越大，机械效率越高，故C正确； D、机械效率永远不可能高于100%，故D错误。 故选：C。 2. 如图所示，甲、乙两人用不同的装置在相同时间内把质量相等的货物匀速提升到同一平台，不计绳重及滑轮的摩擦。下列说法正确的是（　　） A．甲做的有用功多 B．乙做的总功多 C．甲做总功的功率大 D．乙所用装置的机械效率大 四、练习与应用 CD 四、练习与应用 【解析】解：A、甲、乙两人用不同的装置在相同时间内把质量相等的货物匀速提升到同一平台，在相同的时间内物体升高了相同的距离，由W有=Gh可知两次提升物体所做的有用功相等，故A错误； BC．图甲使用的是动滑轮，不计绳重和摩擦，总功为W甲=（G+G动）h＞Gh, 使用乙定滑轮时，拉力F乙=G，拉力做功W乙=F乙s乙=Gh，所以乙装置中拉力F做的总功少，相同时间内，由　　可知乙装置中拉力F做的总功功率小，甲做总功的功率大，故B错误，C正确； D．不计绳重和摩擦，使用定滑轮时，额外功为0J，机械效率为100%；使用动滑轮时，要提升动滑轮做额外功，机械效率小于100%；所以两种装置的机械效率η乙＞η甲，故D正确。 故选：CD。 3. 利用四个相同的滑轮，组成如图所示的甲、乙两个滑轮组，把质量相等的重物G提升了相同的高度，所用的拉力分别为F甲、F乙，机械效率分别是η甲、η乙（忽略绳重与摩擦），下列关系正确的是（　　） A．F甲＞F乙 B．η甲＜η乙 C．η甲＞η乙 D．η甲=η乙 四、练习与应用 D 四、练习与应用 【解析】解：A、根据图示可知，绳子股数n甲=3和n乙=2；由于动滑轮重相同，重物相同，则　　　　　　　　　　　所以，F甲＜F乙，故A错误； BCD、由W有=Gh可知，W甲有=W乙有；由W额=G动h可知，额外功W甲额=W乙额； 根据W总=W有+W额可知：总功W甲=W乙；由 可知：η甲=η乙，故BC错误、D正确。 故选：D。 4. 如图所示，一台起重机在10秒钟内将重4000N的货物匀速竖直提高4m,此过程中起重机的机械效率为80%。下列关于此过程中的说法正确的是（　　） A．起重机做的有用功是40000J B．起重机做的额外功为4000J C．起重机对货物竖直向上的拉力为5000N D．起重机做总功的功率是2400W 四、练习与应用 B 四、练习与应用 【解析】解：A、起重机做的有用功是克服货物重力所做的功，则起重机做的有用功为： 　　　　　　　　，故A错误； B、根据机械效率公式可得起重机做的总功为： 则起重机做的额外功为： 　　　　　　　　　　　，故B正确； C、因为货物被匀速竖直提高，所以货物处于平衡状态，起重机对货物的拉力与货物的重力是一对平衡力，大小相等，因此，拉力为4000N，故C错误； D、起重机做总功的功率为：　　　　　　　，故D错误。 故选：B。 1．如图，这是小静设计的一款无需电池和燃料的无碳小车。在重物下落驱动无碳小车运动的过程中，下列说法正确的是（　　） A．顶部的定滑轮可以省力 B．机械效率可达到100% C．主要是利用重力势能转化为动能 D．给车轮轴承加润滑油可以增大摩擦力 五、提升训练 C 【解析】解：A、顶部的定滑轮不省力，也不省距离，故A错误； B、由于摩擦力的存在，机械效率不可达到100%，故B错误； C、该装置主要是利用重力势能转化为动能，故C正确； D、给车轮轴承加润滑油可以减小摩擦力，故D错误。 故选：C。 五、提升训练 2．“由物及理，思维建模”。如图是一种利用滚轴A、B和绳子组装的特殊机械，借助这种机械可以将较重的物体（如摩托车）搬运到高处。不计绳和滚轴自重，下列说法错误的是（　　） A．图中A部分可等效为定滑轮 B．图中B部分可等效为动滑轮 C．该机械既可省力，也能改变力的方向 D．该机械可以省力，机械效率可达到100% 五、提升训练 D 【解析】解：AB．提升物体时，A的轴的位置固定不动，可等效为定滑轮；B和物体一起移动，可等效为动滑轮，故AB正确； C．利用该滑轮组装置既能省力，又能改变力的方向，故C正确； D．使用该机械过程中需要克服摩擦力做功，克服动滑轮的重力做功，即存在额外功，因此效率不会达到100%，故D错误。 故选：D。 五、提升训练 3．工人用相同的滑轮以如图甲、乙所示的两种方式，在相同时间内把同一物体竖直匀速提升相同高度，物体质量大于滑轮质量，忽略绳重、摩擦和空气阻力，对比两种方式下列说法正确的是（　　） A．甲中工人所用拉力较小 B．甲中绳端拉力做的功较大 C．乙中工人的功率较大 D．乙中滑轮的机械效率较大 五、提升训练 C 【解析】解：A．在甲图中，滑轮的位置固定不动，因此它是定滑轮。定滑轮的主要特点是能够改变力的方向，但不省力。故A错误； B．在甲图中，拉力做的功W甲=F甲s甲=Gh，在乙图中，拉力做的功，由于G动不为零，所以W乙＞W甲，即甲中绳端拉力做的功比乙中绳端拉力做的功少，故B错误； C．两者在相同时间内把同一物体竖直匀速提升相同高度，乙做的功比甲多，所以乙的功率大，故C正确； D．甲、乙的有用功相等，乙的额外功更多，故乙的机械效率更低，故D错误。 故选：C。 五、提升训练 4．在“测量滑轮组的机械效率”的实验中，某同学用同样的滑轮安装了如图甲、乙所示的滑轮组，实验测得的数据如下表所示。 五、提升训练 乙 （1）第4次数据是图___（选填“甲”或“乙”）所示的滑轮组测得的； （2）采用图甲装置实验时，应沿______方向匀速拉动弹簧测力计，使挂在动滑轮下的物体缓慢上升； 竖直 五、提升训练 （3）第3次实验中的机械效率为____（小数点后保留一位小数）； （4）比较1、2、3次实验数据可知：在装置相同情况下，被提升物体重力越大，滑轮组机械效率越____（选填“高”或“低”）； （5）采用图甲装置实验时，若弹簧测力计没有沿竖直向上拉， 则测得的机械效率将____（选填“偏大”“偏小”或“不变”）。 74.1% 高 偏小 五、提升训练 【解析】解：（1）根据表中数据，根据s=nh判断第4次动滑轮上的绳子段数： 分析甲、乙两图可知第4次数据是图乙所示的滑轮组测得的； （2）实验时，应沿竖直方向匀速拉动弹簧测力计，使挂在动滑轮下物体缓慢上升；（3）第3次实验中的机械效率 （4）由表格中数据得，1、2、3次都是使用甲滑轮组进行实验的，对比可知物体被提升的高度、拉力大小和绳子自由端移动的距离都相同，物体越重，滑轮组的机械效率越高，则在装置相同情况下，被提升物体重力越大，滑轮组机械效率越高； 五、提升训练 （5）采用甲图装置实验时，若弹簧测力计没有竖直向上拉，拉力会增大，拉力移动距离不变，则总功变大；拉动的重物相同，且上升相同高度，则有用 功不变，由 可知测得的机械效率将偏小。 故答案为：（1）乙；（2）竖直；（3）74.1%；（4）高；（5）偏小。 $