9.5 探究使用机械是否省功 课件-2025-2026学年北师大版物理八年级下学期

该初中物理课件围绕“探究使用机械是否省功”展开，核心知识点包括功的原理、有用功与额外功的分类、总功计算及机械效率。通过“为什么使用工具”等问题导入，结合动滑轮提升物体实验，逐步构建概念体系，形成从问题到实验再到规律的学习支架。 其亮点在于以科学探究为核心，通过设计动滑轮实验记录数据、分析结论，培养学生实验操作与证据分析能力。结合斜面、水平滑轮组等实例，运用科学推理深化机械效率计算，帮助学生建立能量观念。课堂小结系统梳理知识，学生能提升科学思维，教师可高效开展概念教学与能力培养。

第五节 探究——使用机械是否省功 提出问题 为什么要使用这些工具？ 使用机械是否能省功？ 探究使用机械是否省功 1.明确实验目的 比较直接提升时和用动滑轮所做的功 2.设计实验 两次提升同一物体，且提升相同高度。 实验注意事项： ▸缓慢提升物体 ▸测力计要在提升过程中读数 ▸测量距离要记录始、末位置的刻度 探究使用机械是否省功 探究：使用动滑轮是否省功？ 使用动滑轮提升物体时，要克服动滑轮重力、绳子重及摩擦力等做功。 G/N h/m W有用/J F/N s/m W总/J 2 0.1 1.2 使用任何机械都不能省功（功的原理） 0.2 0.2 0.24 额外功 G G F F h 用动滑轮，且动滑轮重为G动，而摩擦不计 W3=Fs=（G+G动）h 克服滑轮重力所做的功 克服物体重力做的功 W1=Gh 人的拉力所做的功 W2=G动h 有用功 额外功 总功 知识点一 探究——使用机械是否省功 怎样计算你的学习效率呢？ 学习1h 打游戏3h 打盹1h 学习的时间 总时间 哪些功是有用功？哪些功是额外功？ 克服重物重力所做的功为有用功。 克服抓斗和机臂重力所做的功，还有克服摩擦力所做的功为额外功。 克服泥土重力所做的功为有用功。 克服摩擦力所做的功为额外功。 有用功（机械输出）：为了达到目的必须做的功。W有 额外功：为了达到目的不需要但又不得不做的功。W额 总功（输入）：有用功和额外功的总和。W总 a.克服机械自重、动滑轮重等做的功；b.克服摩擦力做的功。 W总 = W有 + W额 产生原因： 有用功和额外功 一 有用功和额外功 一 W有用=Gh W总=Fs W额外=G动h （不计绳重和摩擦） 利用滑轮组做功 【例题】如图，物体重180N，动滑轮重10N，小明用100N的拉力将物体匀速提升 2m，则此过程中有用功是 J，总功是 J。 W有用=Gh=180N×2m=360J n=2，s=2m×2=4m，W总=Fs=100N×4m=400J 方法一： W额外=G动h=10N×2m=20J W总=W有用+W额外=360J+20J=380J 方法二： W有用=Gh=360J ， 我们做题应该注意些什么？ 要考虑：题目是否忽略动滑轮重力和摩擦力做的功 100N 180N 10N 2m 使用机械做功时，人们总是希望在总功中，额外功占的比例越_____越好，有用功占的比例越_____越好。 2. 机械效率 1. 引入 （1）物理学中，将有用功跟总功的比值叫作机械效率，用η表示。 （2）计算公式： （3）说明： 低 高 ①机械效率总小于1 ②没有单位 ③机械效率越高，机器性能越好， 但做的有用功不一定比机械效率低的多。例如汽车和滑轮 η＝ ×100% 机械效率 判断下面说法中是否正确？ 1．有用功越多，机械效率越高（        ） 2．额外功越少，机械效率越高（        ） 3．做总功越多，机械效率越低（        ） 4．做相同的有用功，额外功越少，机械效率越高（       ） 5．做相同的总功时，有用功越多，机械效率越高（       ） 6．机械效率越高，越省力（        ） 功率与机械效率辨析 功率P：做功与时间的比值 机械效率η:有用功与总功的比值 因此 η与P_________（填"有"或“没有”）关系 没有 例题: 下列说法中正确的是( ) A. 机械效率越高，机械做功一定越快　 B. 做功越多的机械，机械效率一定越高 C. 功率越大的机械，机械效率一定越高 　 D. 做功越快的机械，功率一定越大 D 定义：做功与时间的比值 定义:有用功与总功的比值 功率P 机械效率η 物理意义：做功快慢 物理意义：机械对总功的利用率 怎样提高机械效率？ 滑轮组 50%~70% 起重机 40%~50% 抽水机 60%~80% 常见机械的效率 铁架台、滑轮、细线、钩码。 （1）竖直向上，缓慢拉动测力计。 三、实验探究：测量滑轮组的机械效率 （2）在匀速拉动钩码上升时读数。 1.实验原理 2.实验器材 3.注意事项 弹簧测力计、刻度尺 G动/N G/N h/m F/N s/m W有/J W总/J 1 0.6 1 0.1 0.8 0.3 0.1 0.24 42% 2 0.6 2 0.1 1.2 0.3 0.2 0.26 56% 3 1.4 2 0.1 1.5 0.3 0.2 0.45 44% 结论： 动滑轮重一定,物重越大，机械效率越高。 结论： 物重一定，动滑轮越重，机械效率低。 【例题2】斜面的机械效率 解： W有用 = ， W总 = 如图所示，用力F沿斜面把重力为G的物体提高h，l 为斜面对应的长度， f 为物体与斜面间的摩擦力。则：W有用、W总、摩擦力f为多少？ Gh FS W额外 =W总 - W有用 = FS - Gh ∵W额外 =f S ∴f = 摩擦力做的功就是额外功 S 1、如图所示，斜面与水平地面夹角为30°，快递员用500N的力，将重800N的货物 沿斜面匀速推上车厢，斜面的机械效率为__________。不改变斜面倾角和货物质 量，采用__________________的方法可以提高斜面的机械效率。 η＝ 有用功不变时，减小额外功可以提高效率。 比如：减小摩擦力 提高机械效率 W有 W额 G物↑ G机械↓ f↓ F 例1.如图所示，斜面长5m，高3m，小明用绳子沿斜面将重为300N的木块由斜面底端匀速拉到顶端，拉力大小为240N，绳重不计．求： （1）小明做的有用功； （2）斜面的机械效率． （3）木块与斜面间的摩擦力． (1)W有=Gh=300N×3m=900J (2)W总=Fs=240N×5m=1200J (3)W额=W总-W有=1200J-900J=300J 解： 例2.用如图所示的滑轮组提升重物，已知物体重为200N，动滑轮的重为50N，5s内可使物体匀速上升2m，不计绳重和摩擦。求： （1）拉力所做的功； （2）拉力的功率； （3）滑轮组的机械效率。 解： (1)有图可知n=2 W总=Fs=125N×4m=500J (2) (3)W有=Gh=200N×2m=400J s=2h=2×2m=4m 例3：如图1所示, 重1000N的物体与地面间的滑动摩擦力为 Ff=300N,为了使物体以v=0.2m/s匀速前进必须在绳端加以F=120N的水平拉力, （1）求1min内拉力做功是多少？ （2）拉力的功率是多少？ （3）求则滑轮组的机械效率 ; (3)W有=Ff s物=300N×12m=3600J W总=Fs=120N×36m=4320J 有图知n=3 s=3s物=3×12m=36m (1) (2) 解： 例题4.质量为60kg的工人用如图甲所示的滑轮组运送货物上楼，滑轮组的机械效率随货物重力变化的图象如图乙，机械中摩擦力及绳重忽略不计。 (1)影响滑轮组机械效率的因素之一是______。 (2)若工人在1min内将货物匀速向上提高了6m，作用在钢绳上的拉力为400N，求拉力的功率。 (3)求动滑轮受到的重力。 (4)该工人竖直向下拉绳子自由端运送货物时，此滑轮组的机械效率最大值是多少？ 物重或动滑轮重 (2)n=3s=nh=3×6m=18m W=Fs=400N×18m=7200J 例题4.质量为60kg的工人用如图甲所示的滑轮组运送货物上楼，滑轮组的机械效率随货物重力变化的图象如图乙，机械中摩擦力及绳重忽略不计。 (3)求动滑轮受到的重力。 (4)该工人竖直向下拉绳子自由端运送货物时，此滑轮组的机械效率最大值是多少？ G动=200N (3) (4) 练习1．(2019·襄阳改编)工人师傅用如图所示的滑轮组将重为600N的货物匀速提升了2m，做了1500J的功．求： (1)滑轮组的机械效率； (2)当他用400N的拉力匀速提升其它货物时，额外功占总功的15%，求提升货物的重． (1)W有用＝Gh＝600 N×2 m＝1200 J,W总＝1 500 J， (2)额外功占总功的15%，则有用功占总功的为85%，即η′＝85%， 由图知，n＝3，滑轮组的机械效率： 解： 练习2．(2019·眉山)在一次车辆故障处置过程中，拖车所用装置简化为如图所示的滑轮组．为了尽快疏通道路，交警指挥拖车只用了30 s时间，将水平路面上质量是1.5t的故障车匀速拖离了现场．若故障车被拖离的速度是5 m/s，绳子自由端的拉力F是500 N，地面对故障车的摩擦力为其重力的0.08倍．求： (1)拉力F在30 s内所做的功． (2)整个装置的机械效率． (1)s车＝v车t＝5 m/s×30 s＝150 m 由图知，n＝3，s＝3s车＝3×150 m＝450 m W总＝Fs＝500 N×450 m＝2.25×105 J 解： (2)Ff＝0.08G＝0.08mg＝0.08×1500kg×10N/kg＝1200N W有用＝Ffs车＝1 200 N×150 m＝1.8×105 J 练习3： 如图1所示,用滑轮组拉着重600N的物体A沿着水平方向匀速移动,在40s内物体移动了8m , 拉力F做的功为1280J 。 求:(1)拉力F的大小及拉力的功率 ; (2) 若动滑轮的重力为12N(不计绳重及摩擦),计算滑轮组的机械效率。 解： (1) (2) 机械效率 有用功 对人们有用的必须要做的功 并非我们需要但又不得不做的功 有用功与额外功的总和 有用功跟总功的比值叫作机械效率 机械效率总小于1 机械效率 课堂小结 额外功 总功 W有用 W总 η＝ ×100% 提高方法 尽可能减小额外功 在机械能承受的范围内，尽可能增加有用功 $