12.4 机械效率 课件-2025-2026学年人教版物理八年级下学期

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、总功的概念及关系，机械效率的定义与计算。课堂导入通过工人使用滑轮组等机械的实际问题，衔接简单机械知识，以问题链引导学生从“使用机械是否省功”过渡到机械效率的学习，搭建认知支架。 其亮点在于以科学探究为主线，通过测量滑轮组机械效率实验，结合不同物重、动滑轮重对效率影响的数据分析，培养科学思维与探究能力。融入辘轳提水、起重机等生活实例，强化能量观念，帮助学生理解机械效率的实际意义。学生能提升分析解决问题能力，教师可获得系统实验方案与教学资源支持。

第4节 机械效率 第十二章 简单机械 工人通过滑轮组、定滑轮和轮轴提升竖井中的重物。工人为什么不直接提起重物，而是将这么多的简单机械进行组合呢？ 使用这些简单机械的优势是什么？ 二 新课探究 　 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？ 为什么借助动滑轮提升重物做功，拉力做的功要更多一些? 克服摩擦力所做的功 提升动滑轮所做的功 提升绳子所做的功 使用机械做功时，由于机械本身的自重以及摩擦等因素的影响，需要额外多做一些功。 【分析讨论】 大量实验表明： 使用任何机械都不能省功 用动滑轮提升钩码 目的：把钩码提升一定的高度 对钩码做功 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 拉力所做的功 不可避免地多做的功 有用、必须做的功 有用功 额外功 总功 2. 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) ：有用功与额外功之和。 W总= W有用+ W额外 产生原因：①克服机械自重、容器重等做的功； ②克服摩擦力做的功等 指出图中杠杆的有用功、额外功和总功 有用功 总功 额外功：克服杠杆自重及摩擦所做的功 W额外 = G杠杆 h杠杆 指出图中斜面的有用功、额外功和总功 有用功 总功 额外功：克服斜面与物体之间的摩擦所做的功 W额外 = fs 有用功： 额外功： 拓展：用滑轮组匀速水平拉动物体的过程中，哪个是有用功？哪些是额外功？ 克服地面摩擦力做的功 W有 =f物S物 绳子、滑轮间摩擦力做的功 总外功： 绳端拉力做的功W=Fs绳 如图所示是在生产力比较低下的时期，人们 从人工挖的水井中获取生活用水时使用的辘 轳和水桶。（以下均填“总功”“有用功” 或“额外功”） （1）当使用辘轳和水桶从井中提水时，对水桶做的功是__________，对水做的功是___ __，手的动力所做的功是__________。 额外功 有用功 总功 （2）如果打水时操作不当，把水桶掉进水井中，人们把水桶打捞上来时，水桶中有泥沙和水，此时对水桶做的功是__________，对泥沙和水做的功是_________，手的动力所做的功是__________。 有用功 额外功 总功 在使用机械工作时，我们希望有用功在总功中所占的比例越大越好。它反映了机械的一种性能，物理学中表示为机械效率。 定义：有用功跟总功的比值，通常用符号η表示。 机械效率 η ：机械效率 W有用：有用功 W总：总功 不会，因为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。 η会大于1吗？ 起重机把质量为 0.5 t 的重物匀速提升了 3 m，而它的电动机所做的功是 3.4×104J，起重机的机械效率是多少？g 取 10 N/kg。 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：F = G = m g =0.5×103 kg×10 N/kg = 5×103 N 起重机提升重物所做的功是有用功： W有用=Fh = 5×103 N×3 m = 1.5×104 J 起重机的电动机所做的功是总功：W总 = 3.4×104 J 因此，起重机的机械效率 这台起重机的机械效率为44%。 生活中的机械效率 生产生活中，人们利用多种方式提高机械效率，但都不能使其达到100%，如起重机 的机械效率一般为 40%~50%，皮带 传动的机械效率一般为 90%~98%。 1.有用功(W有用)：为了达到目的，必须做的功。 2.额外功(W额外)：并非我们所需要但又不得不做的功。 3.总功(W总) ：有用功和额外功之和。 W总= W有用+ W额外 4.机械效率 　 有用功跟总功的比值，通常用百分数表示，且总小于1。 课堂小结 滑轮组的机械效率:①滑轮组竖直提升物体 如图，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。 不考虑绳重和摩擦力，只考虑动滑轮重时： 考虑所有的额外功时： 建筑工地上，起重机吊臂上的滑轮组如图所示。在匀速吊起重为 4.8×103 N 的物体时，物体 4 s 内上升了 6 m，在此过程中，拉力 F 为 2×103 N。则滑轮组的机械效率为______，拉力 F 的功率为________W。 80% 9×103 滑轮组的机械效率:②滑轮组水平提升物体 使用滑轮或滑轮组用力F沿水平方向匀速拉动物体，物体与水平面的摩擦力为f，𝑠绳为绳子自由端移动的距离，𝑠物为物体移动的距离，n为动滑轮上的绳子股数。 考虑所有的额外功时： f摩擦力 指出图中杠杆的机械效率 滑轮组的机械效率:③滑轮组竖直提升物体 如图所示，在斜面上，用与斜面平行的拉力将质量为 2 kg 的物块由斜面底端匀速拉到顶端，拉力大小为 8 N，斜面长 1.2 m、高 0.3 m，斜面的机械效率为_______，斜面间的摩擦力为_____N。（g 取 10 N/kg） 62.5% 3 知识点 测量滑轮组的机械效率 【实验装置】 要想知道有用功和总功，需要测量哪些量？ 【实验原理】 新课探究 【实验思路】 按示意图组装滑轮组，并使用该滑轮组分别提起重力不同的钩码，比较每次的机械效率。 【实验过程】 1. 用弹簧测力计测量钩码所受的重力 G 并填入表中。 2. 按照右图安装滑轮组，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 ，用刻度尺测出钩码提升的高度 h 和绳端移动的距离 s，将这三个量填入表中。 【实验过程】 4. 算出有用功 W有用、总功 W总、机械效率 η 并填入表中。 5. 改变钩码的数量，重复上面的实验。 次数 钩码所受的 重力G/N 提升 高度h/m 有用功W有用/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 【实验过程】 6. 换用如图所示的装置重复2~4步，将实验数据填入表中。 次数 钩码所受的 重力G/N 提升 高度h/m 有用功W有用/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 4 次数 钩码所受的 重力G/N 提升 高度h/m 有用功W有用/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 1.5 0.2 0.3 0.7 0.6 0.42 71% 2 3 0.2 0.6 1.2 0.6 0.72 83% 3 4.5 0.2 0.9 1.7 0.6 1.02 88% 4 1.5 0.2 0.3 0.6 1 0.6 50% 【实验记录】 几次实验中测得的机械效率一样吗？ 【分析论证】 比较实验1、2、3： 动滑轮重一定时，物重越大，机械效率越高。 比较实验1、4： 物重一定时，动滑轮越重，机械效率越低。 说一说，影响滑轮组机械效率的因素有哪些？ 被提升物体的重力、动滑轮的重力、绳重及摩擦等。 【实验结论】 用同一滑轮组提升重力不同的物体时，机械效率不同，被提升的物体越重，机械效率越高； 用不同的滑轮组提升同一物体时，动滑轮越重，滑轮组的机械效率越低。 怎样提高机械效率呢？ 影响因素 分析 提高的方法 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 在机械承受的范围内，尽可能增加被提升物体的重力 机械自身 的重力 有用功不变时，减小提升机械时做的额外功，可提高机械效率 改进机械结构，使其更合理、更轻巧 机械转动 部件间的摩擦 机械自身部件的摩擦力越大，机械效率越低 对机械按照技术规程经常保养，使机械处于良好的状态 提高机械效率的方法 (1)增加有用功： (2)减少额外功： 在机械能承受的范围内，增加物重。 ①改进结构，减轻机械自重； ②定期保养，减小机械间的摩擦（加润滑油）。 在“测量滑轮组机械效率”的实验中，小明利用同一滑轮组先后提升不同重力的物体进行实验，如图甲和乙所示，不计空气阻力。实验测量的数据记录在表格中： （1）表格中的横线上应填的数据为______。 （2）分析实验数据，可初步得出实验结论：同一滑轮组的机械效率与__________________有关。 62.5% 被提升物体的重力 （3）小明在实验操作中发现：一边拉动弹簧测力计一边读数，非常不方便，因为这样示数不稳定，为了方便读数，小明认为可以让弹簧测力计保持静止时读数，照此操作，则所测出的机械效率与其真实值相比将________（选填“偏高”“偏低”或“不变”）。 偏高 （4）如果不计绳重和摩擦，只是按照如图丙所示的绕绳方法组装滑轮组，并利用图丙方案提升相同重力的物体，对比图甲和图丙所示的滑轮组的机械效率，可知 η甲____（选填“>”“<”或“=”）η丙。 = （5）结合生产实际，用滑轮组提升重物时。下列选项中也可以提高机械效率的是______。 A. 增大绳重 B. 减轻动滑轮重 C. 加快提升物体的速度 D. 增加物体被提升的高度 B 用同一滑轮组提升重力不同的物体时，被提升的物体越重，机械效率越高； 用不同的滑轮组提升同一物体时，动滑轮越重，滑轮组的机械效率越低。 1.滑轮组机械效率的规律 2.提高机械效率的方法 减轻机械自重 减小机械间的摩擦 允许情况下增加物重 课堂小结 1. 用滑轮组匀速提升重物的过程中，哪个是有用功？哪些是额外功？ 动滑轮对重物的拉力做的功为有用功；克服动滑轮本身所受的重力、绳的重力以及摩擦力所做的功为额外功。 解：起重机做的有用功 W有用 = Gh = 3600 N×4 m = 14400 J 总功 W总=W有用+W额外=14400 J + 9600 J = 24000 J。 机械效率 起重机所做的额外功是由动滑轮、起重臂和钢丝绳所受的重力以及摩擦力引起的。 2. 一台起重机将重 3600 N 的货物匀速提高 4 m，起重机做的有用功是多少？如果额外功是 9600 J，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？ 3. 用一个动滑轮在 5 s 内将一个重 200 N 的物体向上匀速提起 3 m，拉力为 150 N。这个动滑轮的机械效率是多少？拉力的功率是多少？ 解：由题可知，n = 2， 则绳端移动的距离 s = nh = 2×3 m = 6 m， 动滑轮的机械效率 拉力的功率 $