五、机械效率（培优教学课件）物理新教材苏科版九年级上册

该初中物理课件聚焦“机械效率”核心内容，涵盖有用功、额外功、总功的概念及机械效率的计算。通过“动滑轮提升木料”问题导入，衔接简单机械知识，以实验和实例为支架，帮助学生构建知识脉络。 其亮点在于融合物理观念与科学探究，通过动滑轮实验数据归纳机械效率与物重的关系，用斜面实验控制变量分析影响因素，结合《天工开物》及盘山公路实例培养科学思维。学生能提升实验操作与问题解决能力，教师可高效突破重难点教学。

五、机械效率 第十一章 简单机械和功 苏科版九年级上册 导入新课 用动滑轮把木料拉上三楼时，手拉绳做的功与动滑轮对木料做的功相等吗？ 动滑轮对木料做功：将钩码提升一定的高度。 手拉绳所做功：①将钩码提升一定的高度；②克服摩擦力做功；③克服动滑轮所受的重力做功。 学习目标 物理观念 科学思维 科学探究 科学态度 与责任 1.知道有用功、额外功和总功的概念，理解它们的数量关系。 2.理解机械效率的概念，知道机械效率的计算公式。 3.知道机械效率的物理意义，知道实际机械效率总小于1。 4.了解提高机械效率的途径和意义。 能通过“再探动滑轮”实验的数据分析，理解有用功、额外功和总功的概念，培养从实验数据中归纳物理概念的科学思维方法；能运用控制变量法分析影响机械效率的因素。 能独立完成“再探动滑轮”实验，规范记录拉力F、移动距离s、重力G、高度h等数据；能设计实验测量滑轮组的机械效率。 能认识到提高机械效率的意义，体会节约能源的社会价值；通过了解我国重大工程中的机械应用，增强民族自豪感。 重点难点 重点 难点 1. 从实际情境中准确判断有用功、额外功和总功的具体表现形式。 2. 掌握机械效率的定义和计算公式，并能进行简单计算。 3.通过实验测量滑轮组的机械效率。 1. 根据不同的做功目的，正确区分有用功和额外功。 2. 机械效率与功率的区分。 3. 结合实验数据，综合分析影响机械效率的关键因素。 学习内容 1. 有用功、额外功和总功 2. 机械效率 3. 斜面及其应用 4. 课堂小结 5. 练习与应用 6. 提升训练 一、 有用功、额外功和总功 机械效率 一、有用功、额外功和总功 活动11.4 再探动滑轮 做一做 1. 如图所示，用弹簧测力计沿竖直方向匀速拉绳的一端，使挂在动滑轮下面的钩码缓缓上升。测量绳受到的拉力 F、绳端移动的距离 s、钩码所受的重力 G 和钩码上升的高度 h。 2. 改变钩码的数量，重复上述步骤。 3. 将实验数据填入自己设计的表格中。 4. 分别计算手拉绳做的功和动滑轮对钩码做的功。比较两者的大小，你有什么发现？请说明其中的原因。 F s h 一、有用功、额外功和总功 实验数据 实验序号 ① ② ③ 钩码所受的重力G/N 钩码上升的高度h/m 绳受到的拉力F/N 绳端移动的距离s/m 动滑轮对钩码做的功W1/J 手拉绳做的功W2/J 2.0 1.3 0.05 0.1 0.1 0.13 4.0 0.05 0.1 2.3 0.2 0.23 3.0 0.05 1.8 0.1 0.15 0.18 实验结论 手拉绳做的功总大于动滑轮对钩码做的功； 原因：手拉绳所做功除了包含动动滑轮对钩码做的功外，还包含了克服摩擦力做功，克服动滑轮所受的重力做功。 一、有用功、额外功和总功 F s h 将钩码提升一定的高度是我们的目的，所做的功叫作有用功，记为W有用。 我们在使用动滑轮提升重物时，除需克服摩擦力做功外，还要克服动滑轮和绳所受的重力做功，这部分并非我们需要但又不得不做的功叫作额外功，记为W额外。 手拉绳所做的功叫作总功，记为W总。 总功等于有用功与额外功之和，即W总= W有用+ W额外 W总功=Fs W有用=Gh 一、有用功、额外功和总功 想想议议 用水桶从井中提水的时候，所做的功哪部分是有用功，哪部分是额外功？ 提水所做的功是有用功； 提水桶所做的功是额外功。 如果桶掉到井里，从井里捞桶的时候，捞上的桶里带了一些水，这种情况下哪部分是有用功，哪部分是额外功？ 提水桶所做的功是有用功； 提水所做的功是额外功。 【例1】如图，是《天工开物》中古人用脚踏碓舂米（将稻米去皮）的情景。脚踏碓是用柱子架起一根木杠，木杠绕着O点能上下转动，杠的前端装有锥形石头，不断用脚踩踏木杠后端，就可以舂米。下列分析正确的是（     ） A．使用这种杠杆可以省力 B．使用这种杠杆可以省功 C．人对石头做的功是额外功 D．人对碓做的功是总功 D 一、有用功、额外功和总功 【解析】A．用脚踏碓舂米过程中，动力臂小于阻力臂，属于费力杠杆，不能省力，故A错误； B．根据功的原理可知，使用任何机械都不能省功，故B错误； C．用脚踏碓舂米过程中，克服石头重力做的功对人们来说是有用的，属于有用功，故C错误； D．人对碓做的功是动力对机械做的功，是总功，故D正确。 故选D。 【例2】小明用同一滑轮组成如图甲、乙所示的两种装置，分别用这两个装置将质量相同的两个物体匀速提升相同的高度。不计绳重和摩擦，则两个装置所做的有用功________（选填“相同”或“不同”），甲装置中滑轮的作用是可以改变力的_______。 方向 【解析】有用功的计算公式为W=Gh，本题中两个物体质量相同，因此物体重力G相等，且提升高度h相同，所以两个装置做的有用功相同。 甲装置中的滑轮是定滑轮，定滑轮不省力，作用是改变力的方向。 一、有用功、额外功和总功 相同 【例3】如图所示，滑轮重50 N，工人用300 N的拉力，在30 s内将重为500 N的物体匀速提高了6 m，此过程中的有用功为___________J，额外功为___________J。 一、有用功、额外功和总功 【解析】有提升重物所做的有用功为W有用=Gh=500N×6m=3000J 由图可知，动滑轮承担物重绳子的股数为2 绳子自由端移动的距离为s=2h=12m 拉力所做的总功为W总=Fs=300N×12m=3600J 额外功为W额外=W总-W有用=3600J-3000J=600J 600 3000 二、机械效率 机械效率 二、机械效率 实际情况下，使用任何机械都不可避免地要做一些额外功，有用功只是总功的一部分。有用功在总功中所占比例越大，说明机械工作的效率越高。 物理学中，将有用功与总功的比叫作机械效率。机械效率通常用百分数表示。 若用希腊字母 η 表示机械效率，则 变形公式：W有= W总η 二、机械效率 理解机械效率 ①机械效率只有大小，没有单位。由于有用功总小于总功，所以机械效率总小于1。 ②机械效率是标志机械做功性能好坏的重要指标，机械效率越高，机械的性能越好。 一些机械的机械效率 起重机：40%～50% 滑轮组：60%～80% 二、机械效率 请计算“活动11.4 再探动滑轮”中不同情况下动滑轮的机械效率。 你有什么发现? 实验序号 ① ② ③ 动滑轮对钩码做的功W1/J 手拉绳做的功W2/J 机械效率 0.1 0.13 0.2 0.23 0.15 0.18 77.0% 83.3% 87.0% 其他条件相同时，钩码重力越大，机械效率越高。 你认为如何才能提高动滑轮的机械效率？ 二、机械效率 提高动滑轮机械效率的方法 适当增大物重 ①减小机械自重； 使用较轻滑轮 ②减小机械摩擦； 定时润滑 ③增大有用功。 【例4】下列关于功率和机械效率的说法，正确的是（     ） A．机械效率越高，做功一定越快 B．功率越大，做功一定越快 C．做的有用功越多，机械效率就越高 D．做的总功越多，机械效率就越高 B 二、机械效率 【解析】A．机械效率越高仅说明有用功占总功的比例越大，和做功快慢（功率）无关，故A错误； B．功率的物理意义就是表示做功快慢，功率越大，做功一定越快，故B正确； C．机械效率是有用功和总功的比值，未知总功大小时，有用功越多，机械效率不一定越高，故C错误； D．机械效率由有用功和总功的比值决定，仅总功多无法确定机械效率的高低，故D错误。 故选B。 【例5】甲、乙机械把同样重的物体匀速向上提升。两机械做功情况的部分数据如图所示，则甲机械的效率______乙机械的效率（选填“大于”“等于”或“小于”），甲机械的总功为______J。 小于 二、机械效率 【解析】甲机械的有用功占总功的25％，甲的效率25％；乙机械的有用功占总功的30％，乙的效率30％； 因此甲机械的效率小于乙机械的效率。 甲的总功为 2000 【例6】用一个动滑轮在内将一重的物体向上匀速提起，拉力为，此过程中做的有用功是______J，这个动滑轮的机械效率是______。 720 二、机械效率 80％ 【解析】此过程中做的有用功为 动滑轮绳子段数为2，所以绳端的移动距离为     做的总功为 动滑轮的机械效率为 【例7】如图所示，用滑轮组匀速提升物体，已知物体重为400N，动滑轮重为20N（不计绳重和摩擦），则拉力F=______N，该滑轮组的机械效率为______。（保留一位小数） 210 二、机械效率 95.2％ 【解析】由图可知，承担物重的绳子段数2，不计绳重和摩擦时，拉力为 滑轮组机械效率 三、斜面及其应用 机械效率 三、斜面及其应用 在地面和高台间架一块长木板，沿斜面将重物拉到高台上，如图所示。这里的斜面就是一种省力的简单机械。使用斜面可以省力，但要费距离。 由于物体在斜面上运动时会受到摩擦力，要做额外功，因而斜面的机械效率小于100%。 三、斜面及其应用 斜面在生产、生活中应用广泛。如图(a) 所示，在一些建筑物的入口处设置了供轮椅等上下的斜坡，将轮椅沿着这种斜坡推上去比直接抬上去要省力，这体现了社会对残障人士的人文关怀。如图(b) 所示，高山上的公路修得弯弯曲曲，宛如盘龙，也是利用了同样的道理。 （a）斜坡 （b）盘山公路 三、斜面及其应用 测量斜面的机械效率 有用功为： 总功为拉力所做的功： 额外功为克服斜面与物体之间的摩擦力做的功： 实验原理： 测量工具：刻度尺、弹簧测力计 三、斜面及其应用 实验步骤： 1.测量木块的重力，记录数据； 2.把木块用弹簧测力计沿斜面匀速向上拉；分别记录拉力F、小车沿斜面移动的距离s、木块上升的高度h。 3.改变斜面的倾斜程度，重复步2。 4.斜面倾斜程度不变，在斜面上分别铺白布、毛巾重复步2。 三、斜面及其应用 三、斜面及其应用 实验记录： 机械效率与倾斜程度的关系 斜面的倾斜程度 较缓 较陡 最陡 木块重 G/N 斜面高度h/m 沿斜面拉力F/N 斜面长 s/m 有用功 W有/J (Gh) 总功 W总/J (Fs) 机械效率η 0.06 1.7 1.7 1.7 0.1 0.14 0.4 0.5 0.6 0.82 0.82 0.82 0.1 0.17 0.24 0.33 0.41 0.49 30 ％ 41％ 49 ％ 实验结论： 斜面的粗糙程度一定，倾斜程度越大，机械效率越高 三、斜面及其应用 实验记录： 机械效率与斜面粗糙程度的关系 实验结论： 斜面的倾斜程度一定，斜面越光滑，机械效率越高 斜面材料 木板 棉布 毛巾 小车重力G/N 2 2 2 斜面高度 h/m 0.1 0.1 0.1 拉力 F/N 0.8 1.2 1.6 斜面长 s/m 0.82 0.82 0.82 有用功W有/J 0.2 0.2 0.2 总功W总/J 0.66 0.98 1.32 机械 效率η 30.3 ％ 20.4 ％ 15.2 ％ 【例8】（多选）如图所示，斜面长1m，高0.2m，用平行于斜面向上2.5N的拉力，将重10N的物体A从斜面底端匀速拉到斜面顶端。则下列说法正确的是（       ） A．用该斜面提升物体时所做的有用功为2J B．该斜面的机械效率为90% C．物体所受摩擦力大小为0.5N D．为了提高该斜面的机械效率，可以增大斜面的倾斜角 ACD 三、斜面及其应用 【例9】如图所示，盘山公路全长10 km，海拔落差高度1000 m，它实质上是简单机械中的_______（选填“杠杆”、“滑轮”或“斜面”）。现有一辆总质量为6000kg的客车，受到恒为4×104N的牵引力沿盘山公路从山底匀速行驶至山顶，整个过程中，盘山公路的机械效率为______，若汽车行驶过程中阻力大小不变，则阻力为__________N（g取10N/kg）。 15％ 三、斜面及其应用 3.4×104 斜面 四、课堂总结 机械效率 四、课堂总结 五、练习与应用 机械效率 五、练习与应用 1. 小明用定滑轮将质量为20kg的物体匀速提升2m，所用的拉力为220N。求此过程中小明做的有用功、总功和定滑轮的机械效率（g取10N/ kg）。 【解析】(1)物体重力G=mg=20kg×10N/kg=200N 有用功W有用=Gh=200N×2m=400J。 (2)定滑轮中拉力移动距离s=h=2m，总功W总=Fs=220N×2m=440J。 (3)机械效率 五、练习与应用 2. 用某杠杆将质量为 18 kg 的物体缓慢提升50 cm，若此时杠杆的机械效率为90%，则提升该物体需要做的总功是多少（g 取10 N/ kg）？ 【解析】物体重力：G=mg=18kgx10N/kg=180N，上升高h=50cm=0.5m， 有用功: W有用=Gh=180N×0.5m=90J。 总功： 五、练习与应用 3. 如图所示是塔式起重机上的一种滑轮组。已知在匀速吊起600 kg 的物体时，滑轮组的机械效率是80%。使物体上升5 m，所做的有用功是多少？所做的总功是多少（g 取 10N/ kg）？ 【解析】(1)物体的重力G=mg=600kg×10N/kg=6000N 有用功：W有用=Gh=6000N×5m=3×104J (2)总功： 六、提升训练 杠杆 1．如图所示，小明用弹簧测力计沿斜面匀速拉动小车至高度h处，测得小车重为4N，斜面高h为0.1m，斜面长s为0.5m，拉力F为1N。则在此过程中，拉力做功为______J，斜面的机械效率为______%，小车所受摩擦力为______N。 六、提升训练 0.5 0.2 80 2．小征用两个相同的滑轮组成不同的滑轮组（如图），分别将同一物体匀速提升到相同高度，所用拉力分别为F1、F2，滑轮组的机械效率分别为η1、η2，下列大小关系正确的是（忽略绳重及摩擦）（     ） A．F1>F2、η1=η2 B．F1>F2、η1>η2 C．F1<F2、η1=η2 D．F1<F2、η1>η2 六、提升训练 A 3．用如图甲所示的滑轮组提升物体M，已知物体M所受的重力为550N，卷扬机加在绳子自由端的拉力F将物体M在内沿竖直方向匀速提升10m，拉力F做的功W随时间t的变化图像如图乙所示，不计绳重及摩擦，下列说法正确的是（     ） A．拉力F为33N B．绳子自由端移动的速度为0.5m/s C．动滑轮重为 50N D．该滑轮组的机械效率为83.3% 六、提升训练 C 4．如图，小明10 s内用拉力f将重为2000 N货物竖直向上匀速提升2 m， 动滑轮的质量为10 kg，动滑轮的机械效率为80%。（g=10N/kg）求： (1)小明做的有用功； (2)此过程中的F做功的功率； (3)克服摩擦和钢绳重所做的功。 六、提升训练 【解析】（1）小明做的有用功W有=Gh=2000N×2m=4000J （2）拉力做的功     拉力的功率 （3）动滑轮重力为 克服动滑轮做功     克服摩擦和钢绳重所做的功 5．如图，工人用滑轮组提升重200N的物体，所用的拉力为125N， 物体在5s内匀速上升2m。求：(1)绳子自由端移动的速度； (2)拉力的功率； (3)如不计绳重及摩擦，将重物变为450N，此时滑轮组的机械效率为多少？ 六、提升训练 【解析】（1）由图可知，该滑轮组承担物重的绳子段数，绳子自由端移动的距离4m 绳子自由端移动的速度 （2）拉力做的总功 拉力的功率 （3）不计绳重及摩擦，动滑轮重力 当物重变为450N时，此时的拉力 机械效率 6．用如图所示滑轮组匀速提升重为350N的物体，人的体重为500N，人对绳的拉力为200N，不计绳重和摩擦，求： (1)滑轮组的机械效率； (2)在此过程中，物体在5s内匀速上升了2m，求拉力的功率； (3)若绳子能承受的最大拉力是800N，拉动过程中绳始终未断裂，他用此滑轮组的最大机械效率为多少？ 六、提升训练 六、提升训练 【解析】（1）由图可知与动滑轮连接的绳子股数为2，滑轮组的机械效率为 （2）绳子自由端移动的距离为4m 拉力做的总功为 拉力做功的功率为 （3）动滑轮的重力为 因为人的重力500N，小于绳子能承受最大拉力800N，所以使用滑轮组时，人向下的最大拉力大小等于人自身的重力500N 所以用此滑轮组能提升的最大物重为 滑轮组的最大机械效率为