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(共21張PPT)
第三章 能量的轉(zhuǎn)化與守恒
第4節(jié) 簡單機械
浙教版 科學(xué)（初中）
九年級上
1
課堂導(dǎo)入
觀察思考
機械的使用給人們的工作帶來許多方便， 為什么使用機械做功比不用機械做功多？
因為在使用機械時，做了一些并不希望做的功。所以使用機械做功比不用機械做功多。
這是什么原因呢？
1、有用功、額外功、總功
如圖所示，利用動滑輪把重為G1 的物體提升h 高度的過程中所做的功是多少？
互動學(xué)習(xí)
2
一、機械效率
圖3-50 研究做功情況
如圖 3-50 所示，利用動滑輪把重為 G1 的物體提升 h 高度的過程中所做的功為：W有＝ G1h，這是人們提升重物過程中必須要做的功。
（1）有用功（W有）
有用功是人們提升重物過程中必須要做的功，
即使用機械時對人們有用的功。
h
G1
圖3-50 研究做功情況
在提升重物的過程中，由于動滑輪本身也受到重力作用，以及動滑輪的轉(zhuǎn)軸上存在摩擦力，因此，必須克服動滑輪自身的重力和動滑輪上的摩擦力做一定量的功，這部分功并非我們需要但又不得不額外做的功就是額外功。
(2)、額外功（W額）
利用機械時，人們不得不額外做的功叫額外功。
G動
(3)、總功（W總）：有用功與額外功的總和叫總功。
W總=W有用+W額外
F
人的拉力F（動力）對動滑輪（機械）所做的功，就是總功。
S
注意：由于存在額外功，因此總功必定大于有用功。
W總= F動力 S動力
作用在機械上的動力
動力作用點移動的距離
1．在用動滑輪提升重物的過程中，除了克服動滑輪自重和摩擦力所做的額外功外，還需要做哪些額外功？你希望額外功大一些還是小一些？
除了克服動滑輪自重和摩擦力所做的額外功還有克服繩子自身重力做功，額外功小一些較好。
2．請從功是能量轉(zhuǎn)化的量度的角度，對有用功、額外功和總功進行分析。
有用功= 重物增加的勢能
W有＝ G物h
額外功
總功= 人提供的能量
W總= F動力 S動力
動滑輪增加的勢能
W動＝ G動h
摩擦產(chǎn)生的內(nèi)能
W總-W有-W動
使用機械做功時，有用功在總功中所占的比例越大，說明利用機械工作的效率就越高，或者說機械工作時能量的利用率越高。為了描述機械工作時能量的利用率，科學(xué)上引入了機械效率。
怎樣描述機械工作時能量的利用率？
2、機械效率
（1）定義：我們把有用功和總功的比值叫做機械效率（η）
η=
W有
W總
×100%
（2）表達式為：
η 為希臘字母，漢語拼音讀做yita，機械效率習(xí)慣上用百分比表示。
①機械效率通常用百分率表示沒有單位 。
②有用功總小于總功，所以機械效率總小于100% 即：η<1
3、機械效率的意義
滑輪組的械效率是78%，它表示什么意思？
使用滑輪組提升重物時所做的有用功跟總功的比值是78%，也可以說有用功在總功中占有78 %，另外的22％是額外功。
如何提高在使用機械時的效率？
機械效率是表示機械性能的一項重要指標。一般的滑輪組的機械效率為50%~70%，起重機的機械效率是40%~50%，抽水機的機械效率為60%~80%。
減少機械自重、機械間的摩擦等，減小額外功；也可以在額外功一定時，增大有用功，即增加重物。
在使用機械時，總是盡可能減小額外功以提高機械效率。提高機械設(shè)備的機械效率有著重要的現(xiàn)實意義。
機械功率與機械效率有什么區(qū)別？
機械效率η：有用功與總功的比值，叫做機械效率。總功一定時，有用功越多機械效率越高。有用功越少機械效率越低。
機械功率P：表示做功的快慢，等于單位時間內(nèi)所做的功。功率越大做功越快，單位時間做的功越多；功率越小做功越慢單位時間做的功越少。
互動學(xué)習(xí)
2
二、斜面的機械效率
如圖斜放的平板構(gòu)成了一個斜面，為什么搬運貨物時要用斜面？
斜面也是一種簡單機械，利用它可以更省力地將貨物從低處搬運到高處。
測量斜面的機械效率
1、實驗器材：長木板、木塊、刻度尺、小車、彈簧測力計
2、實驗步驟
①如圖所示將1塊長木板的一端墊高，構(gòu)成一個斜面，用刻度尺測出斜面的長s和斜面的高度h。
s
h
②用彈簧測力計測出小車的重力。
③用彈簧測力計沿著斜面把小車從斜面底端勻速拉到頂端，讀出彈簧測力計的讀數(shù)。
④改變斜面的傾斜程度，重復(fù)上述步驟2 次。
⑤將測量結(jié)果記錄在下面的表格中。
注意事項：
①要勻速拉動物體;
②拉力要與斜面平行；
③及時記錄數(shù)據(jù)。
斜面傾斜程度 小車重力/N 斜面高度/m 有用功/J 拉力/N 斜面長/m 總功/J 機械效率
較緩 1N 0.7
較陡 1N 0.7
最陡 1N 0.7
0.1
0.175
0.24
0.14
0.28
0.21
71.4%
83.3%
85.7%
3、測量斜面的機械效率記錄表
0.24
0.4
0.1
0.2
0.175
0.3
結(jié)論：對光滑程度相同的斜面，斜面的傾斜程度越大，斜面的機械效率越高。
η=
W有
W總
=
Gh
FS
4、斜面的機械效率
某斜面長為S，高為h，有一重力為G的物體被拉力F沿斜面從底端勻速移至頂端。若物體所受阻力為f，則此時的有用功為__________，總功為__________，額外功為__________，機械效率為
__________。
h
F
S
Gh
FS
f S
Gh
FS
3
課堂小結(jié)
典例分析
考點一：機械效率
4
【典型例題1】
如圖所示一小型牽引車通過滑輪組打撈深井中重物，物重為1.2×103N，密度為1.6×103kg/m3。測得物體在出水面前、完全出水面后牽引車作用在繩子上的拉力之比為1∶2，不計繩重、輪繩摩擦及水的阻力。試分析計算回答：
（1）滑輪組在此次打撈重物體現(xiàn)的特點有( )
A. 只省力 B. 只改變力的方向 C. 省力且改變力的方向 D. 不省力、不改變力的方向
（2）動滑輪的重力為多少？
（3）若重物在出面后上升的速度為0.6m/s，則牽引車的拉力功率為多少？
（2）m＝G/g＝120kg，V＝m/ρ＝0.075m3 ， F浮＝ρ水V排g＝750N，
繩拉重物的力為F1＝G－F浮＝1200N－750N＝450N
2(450＋G動)/3＝(1200＋G動)/3 G動＝300N
（3）F車拉＝(1200N＋300N)/3＝500N，v＝3×0.6m/s＝1.8m/s
P＝Fv＝500N×1.8m/s＝900W
C
【遷移訓(xùn)練1】
工人用如圖甲所示的滑輪組利用箱子運送建材上樓.每改運送量不定，滑輪組的機械效率隨建材重量變化的圖像如同乙所示，滑輪和鋼繩的摩擦力及繩重忽略不計，g取10N／kg
（1）若某次運送建材的質(zhì)量為40 kg.求此時的拉力是多少？
（2）若工人在1min內(nèi)將建材勻速豎直向上提升了12 m，作用在鋼繩上的托力為200 N，拉力做功的功率是多大？
（3）當(dāng)滑輪組的機械效率為60％時，運送建材的重力是多大？
（1）建材的重力G=mg=40kg×10N/kg=400N；F=400N；
（2）拉力移動的距離：s=nh=2×12m=24m；拉力做的功W=Fs=200N×24m=4800J；
（3）當(dāng)建材質(zhì)量為40kg時，G'=600N。
考點二：斜面的機械效率
【典型例題1】
小明想把重1000N的木箱A搬到高h=5m，長L=10m的斜面上，如圖所示．他站在斜面上，沿斜面向上用F=600N的拉力使木箱A以v=0.2m/s的速度勻速從斜面底端拉到斜面頂端．求：
（1）小明同學(xué)拉木箱的功率是多大？
（2）該斜面的機械效率是多少？
（3）木箱A在斜面上勻速運動時受到的摩擦力是多大？
（1）因為F=600N，v=0.2m/s，所以小明同學(xué)拉木箱功率為：P=Fv=600N×0.2m/s=120W；
（2）因為G=1000N，h=5m，所以做的有用功為：W有用=Gh=1000N×5m=5000J，
做的總功W總=Fs=600N×10m=6000J
則機械效率為：η≈83.3%
（3）額外功為：W額外=W總﹣W有用=6000J﹣5000J=1000J，而W額外=fL，
則摩擦力的大小為：f=100N
【遷移訓(xùn)練1】
在荊州火車站附近的荊州中學(xué)新校區(qū)的建設(shè)工地上，工人把重1 200牛的物體沿著長L＝5米、高h＝1米的斜面從底部勻速拉上斜面的頂端，沿斜面所用的拉力為300牛(不計空氣阻力)。求：
（1）將物體從斜面底部勻速拉到斜面頂端的過程中，拉力做了多少功？
（2）工人使用斜面做功的機械效率是多少？
（3）物體和斜面之間的摩擦力是多大？
（1）知道沿斜面的拉力是300牛，斜面長度是5米，故W總＝Fs＝F·L＝300牛×5米＝1 500焦
（2）此時W有用＝Gh＝1 200牛×1米＝1 200焦
η＝80%
（3）W額外＝W總－W有用＝1 500焦－1 200焦＝300焦
根據(jù)W額外＝fL，得f＝60牛

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