11.4 机械效率 课件-2024-2025学年物理八年级下册教科版

该初中物理课件聚焦“机械效率”核心知识点，从生活中“效率”概念切入，通过搬运沙子的三种方法实例引导学生思考机械是否省功，逐步构建有用功、额外功、总功的概念体系，为机械效率学习提供逻辑递进的支架。 其特色在于融合科学探究与科学思维，通过动滑轮是否省功的实验、滑轮组机械效率测量等探究活动，结合数据表格分析与机械效率和功率的对比，培养学生实验能力与推理能力。既帮助学生深化能量观念，又为教师提供结构化教学资源，提升教学实效。

11.4 机械效率 第十一章 机械与功 教学引入 1 　　生活中我们常常会遇到“效率”这个词，例如学习效率、工作效率等，用机械进行工作时，也会涉及效率问题，常称为 “机械效率”，你知道它的物理含义吗？ 有的机械可以省力，有的机械可以改变作用力的方向或达到“省距离”的效果。 有用功、额外功和总功 知识点一 怎样判断使用机械是否省功呢? 那么，使用机械能省功吗? 要把重100 N的沙子运上三楼。图中三种方法，如果是你，你会选择哪种方法？为什么？ 做功的不同方法 体重桶重 口袋重 、、、、动滑轮重 沙子重 探究使用动滑轮是否省功 直接拉力所做的功与利用滑轮组所做的功相同吗？ 实验探究：动滑轮是否省功 钩码所受的重力G/N 钩码上升的高度h/m 未用动滑轮时拉力做的功W直/J 使用动滑轮时弹簧测力计的F/N 动滑轮绳子端移动的距离s/m 使用动滑轮时拉力做的功W滑轮/J 2 0.1 1.2 0.2 0.2 0.24 使用动滑轮会省力，但由于滑轮的自重以及摩擦等因素的影响，需要额外多做一些功，即使用动滑轮不省功。 【实验结论】 ☆功的原理：使用任何机械都不省功 有用功和额外功 2 甲、乙、丙三位同学要把重100N的沙子运上三楼，他们分别采用了三种办法。 你知道三种办法中哪些力做了功吗？ 方法① 方法② 方法③ 对沙子做功 对桶做功 克服自身重力做功 对沙子做功 对桶做功 对滑轮做功 对沙子做功 对麻袋做功 对滑轮做功 有用功 额外功 做功的不同办法 讨论交流 有用功和额外功 2 有用功和额外功 将沙子提升一定的高度而做的功。 我们必须做的功 实现目的而做的功 克服同学自身重力、桶和麻袋等而多做一些功。 有用功 （W有） 额外功 （W额） 克服自身重力和摩擦等而做的功。 对人们没有用但又不得不做的功 总功 （W总） 有用功与额外功之和是总共做的功。 W总=W有用+W额外 大量实验表明，动力对机械所做的功总是大于机械对外所做的功(有用功)。事实上，使用任何机械都不能省功。 认识：有用功、额外功和总功 用动滑轮提升重物 目的：把重物提升一段距离 对重物做功 Gh: 提升绳子所做的功 提升动滑轮所做的功 克服摩擦力所做的功 动力所做的功Fs 对人们无用 但又不得不做的功 对人们有用必须做的功 有用功 额外功 总功 设计小实验验证日常现象利用假期参观科技馆。在物理学习过程中，保持好奇心是学习的动力源泉。创设情境模拟物理过程，尝试用多种方法验证答案。将知识应用于生活才是真掌握。包括磁场的性质与描述。物理规律的美在于其普适性。如声音的产生和传播特性。针对物理这门实验性学科，建议每天解决2-3道典型例题。多角度思考能拓展解题思路。物理问题的解决需要耐心。建立物理现象-原理-应用的联想。 额外功 在做有用功的同时，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，必须做的功，叫作有用功。 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 F是动力，是总功。 目的是提升重物，是有用功。 要克服滑轮重力和摩擦做功，这个功不是目的而又不得不做，是额外功。 什么是有用功、额外功和总功？ (1)有用功(W有)：为了达到目的，必须做的功。 (2)额外功(W额)：为了达到目的，并非我们所需 要但又不得不做的功。 (3)总功(W总) ：动力所做的所有功。 三种功之间的关系: W总= W额+ W有 有用功和额外功 2 做功方式 有用功（对沙子做功） 额外功（对桶和克服自身重力所做的功） 总功 桶装，手提上楼 桶装，动滑轮吊运 袋装，动滑轮吊运 W有＝Fs＝G沙h=100N×6m=600J W额＝Fs＝（G人＋G桶）h =（400N＋20N×6m=2520J W总＝W额＋W有 ＝2520J＋600J＝3120J W有＝Fs＝G沙h=100N×6m=600J W额＝Fs＝（G动＋G桶）h =（10N＋20N）×6m=180J W总＝W额＋W有 ＝180J＋600J＝780J W有＝Fs＝G沙h=100N×6m=600J W额＝Fs＝（G动＋G袋）h =（10N＋5N）×6m=90J W总＝W额＋W有 ＝90J＋600J＝690J 你能计算出三位同学搬运沙子过程中所做的有用功、额外功和总功是多少吗？ 如果是你，你会选择哪种方法？为什么？ 第三种 有用功在总功占比更多 机械效率 在使用机械工作时，有用功在总功中所占份额越多越好。它反映了机械的一种性能，物理学中表示为机械效率。 知识点二 定义：有用功与总功的比值叫做机械效率，通常用百分率表示 η＜1 机械效率是一个比值，没有单位 使用任何机械时，都不可避免地要做额外功，有用功总是小于总功，因此机械效率总小于100%。 焦耳( J ) η ：机械效率 W有：有用功 W总：总功 设计小实验验证日常现象利用假期参观科技馆。在物理学习过程中，保持好奇心是学习的动力源泉。创设情境模拟物理过程，尝试用多种方法验证答案。将知识应用于生活才是真掌握。包括磁场的性质与描述。物理规律的美在于其普适性。如声音的产生和传播特性。针对物理这门实验性学科，建议每天解决2-3道典型例题。多角度思考能拓展解题思路。物理问题的解决需要耐心。建立物理现象-原理-应用的联想。 在保证所做有用功一定的情况下，人们总是希望额外功越少越好，即额外功在总功中所占的比例越小越好，也就是有用功在总功中所占的比例越大越好。 生活中我们常常会遇到“效率”这个词，例如学习效率、工作效率等。 利用机械帮助我们完成某项任务，也会涉及效率问题，我们称为机械效率。 物理学中，将有用功跟总功的比值叫作机械效率 类比 如果用 η 表示机械效率，那么有 有用功总是小于总功，所以机械效率总是小于1。 起重机的机械效率一般为40%~50% 抽水机的机械效率一般为60%~80% 机械效率 功率 定义 有用功与总功的比值 功与做功时间的比值 物理意义 反映机械做功性能的好坏 表示物体做功的快慢 公式 单位 说明 机械效率和功率是两个不同的物理量， 它们之间没有直接关系 机械效率与功率有关系吗？ 无单位，用百分数表示 瓦(W） 对比 机械效率 3 【例】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。 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 解： 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%。 机械效率 3 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22～40% 喷气发动机的机械效率50～60% 2.滑轮 用弹簧测力计测量钩码所受的重力G并填入表格； 按照图安装滑轮组。分别记下钩码和绳端的位置； 缓慢拉动弹簧测力计，使钩码升高，读出拉力F的值,用刻度尺测出钩码上升的高度h和绳端移动的距离s，将这三个量填入表格。 算出有用功W有，总功W总，机械效率η，并填入表格，改变钩码的数量，重复上面的实验。 测量滑轮组的机械效率 次数 钩码所受重力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 2 3 要想测量滑轮组的机械效率，就要想办法找出使用滑轮组工作时的有用功和总功，然后求出二者的比值。本实验可以测量如图所示滑轮组的机械效率，请根据此实验装置思考：要想知道有用功和总功，需要测量哪些量？ 【实验思路】 测量滑轮组的机械效率 设计小实验验证日常现象利用假期参观科技馆。在物理学习过程中，保持好奇心是学习的动力源泉。创设情境模拟物理过程，尝试用多种方法验证答案。将知识应用于生活才是真掌握。包括磁场的性质与描述。物理规律的美在于其普适性。如声音的产生和传播特性。针对物理这门实验性学科，建议每天解决2-3道典型例题。多角度思考能拓展解题思路。物理问题的解决需要耐心。建立物理现象-原理-应用的联想。 【设计实验】 用滑轮组提升物体，W有=Gh，W总=Fs，所以需要测出物重、拉力、物体上升的高度、绳子前进的距离。 【实验器材】 刻度尺、钩码、弹簧测力计、滑轮两个、铁架台、长约 2 m 的细绳等 机械效率 3 演示实验 探究实验：测量滑轮组的机械效率 【实验原理】 【实验问题】 需要测量的物理量： 物体重力G，物体上升高度h，绳子自由端拉力F，绳子自由端移动的距离s。 【实验器材】 滑轮、刻度尺、弹簧测力计、铁架台、钩码、细绳等。 机械效率 3 【实验步骤】 1.用弹簧测力计测量钩码所受的重力G，并记录数据； 2.如图(a)所示安装滑轮组，并分别标注钩码和绳子自由端的初始位置。 3.在竖直方向上匀速拉动弹簧测力计，读出弹簧测力计的示数F。 4.标注出钩码和绳子自由端现在的位置，并用刻度尺测出钩码上升的高度h和绳端移动的距离s。 5.如图(b)所示，保持钩码的重力不变，改变动滑轮的重力(个数)重复上述实验。 6.如图(c)所示的装置，滑轮组不变，改变钩码重力， 重复上述实验。 7.分别计算滑轮组的机械效率。 2、当额外功一定时，在机械能承受的范围内，尽可能增加每次提升重物的重量，（增大W有的占比）充分发挥机械的作用。 1、尽量减少额外功 改进机械结构、使其更合理、更轻巧 定时保养、加润滑油减小机械间的摩擦 如何提高滑轮组的效率 $