11.5 机械效率 第二课时 机械效率的测量与计算（教学课件）-2026-2027学年苏科版物理九年级上学期

该初中物理课件聚焦机械效率的测量与计算，通过回忆上节课动滑轮实验，提出滑轮组测量方法及效率影响因素问题，搭建新旧知识联系的学习支架，引导学生深入探究。 其亮点在于以实验探究为核心，通过滑轮组和斜面效率测量的数据分析，培养科学探究与科学思维能力，结合杠杆、滑轮组等综合计算实例强化物理观念。课堂小结系统归纳测量方法、影响因素及提高措施，助力学生构建知识体系，教师可直接用于实验教学与习题讲解，提升教学效率。

第十一章 简单机械和功 五、机械效率 第二课时 机械效率的测量与计算 能运用机械效率公式进行综合计算 会测量滑轮组和斜面的机械效率 会分析影响机械效率的因素，能提出提高机械效率的方案 01 02 03 学习目标 情境导入 上节课我们学习了机械效率的概念，知道了 η = ，任何实际机械的效率都小于100%。那么，如何具体测量一个滑轮组的机械效率？不同结构的滑轮组效率是否相同？同一个滑轮组提升不同重量物体时效率会怎样变化？今天我们就通过实验和计算来深入探究这些问题 回忆上节课测量动滑轮效率的实验，思考如果换成滑轮组，测量方法有什么异同？ 课堂探究——测量滑轮组的机械效率 探究活动一 · 测量滑轮组的机械效率 实验目的：测量由一个动滑轮和一个定滑轮组成的滑轮组的机械效率，探究效率与物重的关系 实验器材： 铁架台、一个定滑轮、一个动滑轮、细绳、弹簧测力计、钩码若干、刻度尺 装置：组装滑轮组（n=2）。弹簧测力计竖直向下拉绳自由端，使钩码匀速上升 测量：钩码重G、钩码上升高度h、拉力F、绳端移动距离s（注意s = 2h） 探究活动一 · 测量滑轮组的机械效率 数据记录： 序号 钩码重 G/N 上升高度h/m 有用功W有用/J 拉力F/N 绳端移动距离s/m 总功W总/J 机械效率η ① 2 0.10 0.20 1.4 0.20 0.28 71.4% ② 4 0.10 0.40 2.4 0.20 0.48 83.3% ③ 6 0.10 0.50 3.4 0.20 0.68 88.2% 计算：W有用 = Gh，W总 = Fs，η = W有用/W总 × 100%。动滑轮重约0.4N，s = 2h 说明：拉力F略大于理想值 (G+G动)/2，多出的部分来源于摩擦力 探究活动一 · 测量滑轮组的机械效率 分析数据：对比三组数据，物重从2N增大到6N，机械效率从71.4%提高到88.2%。同一滑轮组，提升的物重越大，机械效率越高 原因：额外功（克服动滑轮重力和摩擦）在三次实验中基本不变（约0.08J），物重增大使有用功增大，有用功占总功的比例提高 讨论：如果改用n = 3的绕法（绳自由端从动滑轮引出、向上拉），效率和n = 2相比会怎样？ n = 3时绳子与滑轮间接触点多，摩擦略大，但省力更多。效率和省力程度之间需要根据实际情况权衡 探究活动一 · 测量滑轮组的机械效率 探究活动二 · 测量斜面的机械效率 实验目的：测量斜面的机械效率，探究斜面倾角大小对机械效率的影响 实验器材：长木板（可调节倾角）、小车（重5N）、弹簧测力计、刻度尺 实验装置：将长木板一端架起形成斜面，斜面长度固定为1m。用弹簧测力计沿斜面匀速向上拉小车，记录拉力F，用刻度尺测量斜面顶端的高度h 改变条件：保持斜面长度s=1m不变，调节斜面倾角（12°、30°、45°），使高度h分别为0.2m、0.5m、0.7m，重复实验 测量：小车重G、斜面高度h、拉力F、斜面长度s 探究活动二 · 测量斜面的机械效率 数据记录： 斜面倾角 小车重 G/N 斜面高h/m 斜面长s/m 拉力F/N 有用功W有用/J 总功W总/J 机械效率η 12 5 0.2 1 2.1 1.0 2.1 47.6% 30 5 0.5 1 3.6 2.5 3.6 69.4% 45 5 0.7 1 4.3 3.5 4.3 81.4% 数据分析：从表中可以看出，斜面长度固定时，倾角越大，斜面越高，拉力也越大，说明越费力。从机械效率来看，倾角越大，机械效率反而越高。 知识应用——机械效率的综合计算 综合计算·杠杆类 如图所示，杠杆 MN 可绕 O 点转动，A、B、C、D 是四个吊环，O 点到 B 环所在竖直线的距离为 O 点到 D 环所在竖直线的距离的一半，父子俩在吊环上做游戏，质量为 的儿子抓着 B 环双脚离地，父亲站在地面上抓着 D 环（g 取 ）。 (1) 若不计杠杆和吊环的重力以及转轴间的摩擦，为使杠杆在水平位置平衡，父亲要用多大的力竖直向下拉吊环 D？ (2) 若父亲实际使用竖直向下的拉力为 ，在 内将儿子匀速拉高了 ，则父亲做了多少功？（三个角分别相等的两个三角形为相似三角形，相似三角形对应的边成比例） (3) (2) 中父亲提升儿子的过程中，该器材的机械效率为多少？ 综合计算·杠杆类 【解析】(1) 设父亲竖直向下的拉力为 ，已知 ，根据杠杆平衡条件可得 ，则 。 (2) 根据数学知识可得，，所以，父亲拉力端移动的距离 ，父亲做的功 。 (3) (2) 中父亲用该器材提升儿子的过程中，所做的有用功 ，该器材的机械效率 。 综合计算·杠杆类 【题型解读】 如图所示，用竖直向上的力 F 通过杠杆把重为 G 的物体提高，h 为物体上升的高度，s 为力的作用点移动的距离。则 有用功为 ， 总功为 ， 额外功为克服杠杆自重和摩擦力做的功。 机械效率 综合计算·滑轮类 如图所示是搬运建筑材料时使用的滑轮组。某次用该滑轮组匀速起吊 的建材时，建材上升 用时 ，电动机对绳子的拉力 ，则在此过程中：(g 取 ) (1) 拉力 F 做功的功率是多少？ (2) 该滑轮组的机械效率是多少？ (3) 若该滑轮组克服绳重和摩擦所做的额外功为 ，则动滑轮重是多少？ 综合计算·滑轮类 【解析】(1) 建材上升的高度为 ，时间为 ，绳子拉力为 ，由图可知，动滑轮上绳子股数 ，拉力做的总功为：，拉力 F 的功率为：； (2) 建材重力为：，拉力做的有用功为：，滑轮组的机械效率为：； (3) 拉力做的额外功为：，克服绳重和摩擦所做的额外功为 ，克服动滑轮重力做的额外功为：，动滑轮重力为：。 综合计算·滑轮类 【题型解读】 滑轮组竖直提升重物 如图所示，利用滑轮组把重为 G 的物体提高 h，F 为拉力，s 为绳子自由端移动的距离，n 为动滑轮上的有效绳子股数。 机械效率 ； 不计绳重、摩擦时： 机械效率 。 由公式可知：当动滑轮的重力一定时，物重越大，机械效率越高。 综合计算·滑轮类 【题型解读】 滑轮组水平拉动物体（不计滑轮重及绳重） 如图所示，使用滑轮或滑轮组用力 F 沿水平方向匀速拉动物体，物体与水平面间的摩擦力为 f， 为绳子自由端移动的距离， 为物体移动的距离，n 为动滑轮上的有效绳子股数。 机械效率 。 综合计算·斜面类 为了方便行动不便人士乘公交，公司专门购置了无障碍公交车。坐轮椅的乘客可通过如图甲所示的斜面进入无障碍公交车，若斜面长 ，高 ，乘车时，连同轮椅共 的乘客要用 的牵引力让轮椅匀速直线进入公交车中，进入公交车后继续向前行驶一段距离到达轮椅停泊点，整个过程中，轮椅行驶的路程、牵引力与时间的关系如图乙所示，求 (g 取 )： (1) 轮椅（包括人）通过斜面做的有用功。 (2) 斜面的机械效率（结果保留到 ）。 (3) 进入公交车后轮椅水平行驶的功率。 综合计算·斜面类 【解析】(1) 克服轮椅、乘客的总重力做的功，即为轮椅（包括人）通过斜面做的有用功，则 。 (2) 轮椅在斜面上时牵引力做的总功 ，斜面的机械效率 。 (3) 由图乙可知，进入公交车后水平行驶时，轮椅受到的牵引力 ，水平行驶的路程 ，所用时间 ，则水平行驶的速度 ，由 得，进入公交车后轮椅水平行驶的功率 。 综合计算·斜面类 【题型解读】 如图所示，用力 F 沿斜面把重为 G 的物体提高，h 为物体升高的高度，l 为物体移动的距离，f 为物体与斜面间的摩擦力。则有用功为 ，额外功为 （克服斜面与物体之间的摩擦力做的功），机械效率为 。 知识归纳： (1) 定义：斜面是一个与水平面成一定夹角的倾斜平面。 (2) 特点：可以省力，但费距离。 课堂小结 本节课我们通过实验和计算深入理解了机械效率： 测量机械效率：分别测量 W有用和W总，代入 计算。滑轮组中，；斜面中 ， 影响效率的因素：机械自重、摩擦大小、物重（对同一机械，物重增大通常效率提高） 提高效率的措施：减小机械自重、加润滑油减少摩擦、适当增大物重 核心观念：省力与高效率不可兼得，机械设计需要在省力程度和效率之间权衡 课堂练习——基础巩固提升 课堂练习·基础 1、装修工人利用滑轮组提升装修材料，如图所示，工人站在地面上，把重为 的材料以 的速度匀速提升 ，工人所用拉力为 。不计绳重及摩擦，g 取 }，则在此过程中（ ） A. 工人所做的有用功是 B. 工人拉绳子的速度为 C. 滑轮组的机械效率为 D. 所提材料越重，该滑轮组的机械效率越小 C 课堂练习·基础 【解析】工人所做的有用功 ，故 A 错误；由图可知，，材料上升速度为 ，则工人拉绳子的速度为 ，故 B 错误；滑轮组的机械效率为 ，故 C 正确；不计绳重及摩擦时，滑轮组的机械效率 ，由公式可知，当 不变时，所提材料重力 G 越大，机械效率 越大，故 D 错误。故选 C。 课堂练习·基础 2、如图所示，物体重 ，挂在杠杆中点，人用 的竖直向上的力将物体提高了 ，在此过程中，下列说法不正确的是（ ） A. 人用的拉力所做的功为 B. 用杠杆提升物体所做的有用功为 C. 额外功为 D. 杠杆的机械效率为 B 课堂练习·基础 【解析】人用 的竖直向上的力将物体提高 ，由题图及数学知识可知，拉力 F 移动的距离 ，人用的拉力所做的功 ，故 A 正确；用杠杆提升物体所做的有用功 ，故 B 错误；因总功等于有用功和额外功之和，所以额外功 ，故 C 正确；杠杆的机械效率 ，故 D 正确。故选 B。 课堂练习·基础 3、生活中有些低层建筑房屋装修时，由于没有电梯，工人常用滑轮组提升沙石等物料。如图，物料及桶总重为 ，工人质量为 ，工人的双脚与水平地面的接触面积为 内工人用 的力将物料及桶缓缓匀速提升了 。图中拉力的方向近似认为是竖直方向，g 取 。 (1) 求物料及桶上升的速度和拉力做功的功率。 (2) 若这段时间内克服摩擦、绳重做的功为 ，求滑轮组中动滑轮的重力。 (3) 求匀速提升物料过程中工人对地面的压强。 课堂练习·基础 【解析】(1) 【解】物料及桶上升的速度为 ；由图知 ，拉力做的总功为 ，拉力做功的功率为 。 (2) 这段时间内，拉力做的有用功为 ，这段时间内克服摩擦、绳重做的功为 ，则克服动滑轮重力做的功为 ，滑轮组中的动滑轮的重力为 。 (3) 在匀速提升物料过程中，工人对地面的压力为 ，工人对地面的压强为 。 第十一章 简单机械和功 五、机械效率 第二课时 机械效率的测量与计算 Lavf58.46.101 $