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第4節　機械效率
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一、有用功和額外功
閱讀教材,完成下列問題:
1.在研究使用動滑輪是否省功實驗中,將鉤碼提升一定的高度是我們的工作目的,動滑輪對鉤碼的拉力所做的功叫作　　　　,用W有用表示。彈簧測力計的拉力所做的功,叫作　　　　,用W總表示。用動滑輪提升鉤碼時,不可避免地要克服動滑輪本身所受的重力以及摩擦力等因素的影響而多做一些功,這部分功叫作　　　　,用W額外表示?？偣Φ扔凇　　　　∨c
　　　　　之和,即　　 　　　　　。
2.大量實驗表明:動力對機械所做的功(總功)總是　　　　(選填“大于”或“小于”)機械對外所做的功(有用功),即使用任何機械都　　　 　。
有用功
總功
額外功
有用功
額外功
　W總=W有用+W額外
大于
不能省功
二、機械效率
閱讀教材,完成下列問題:
1.物理學中,將有用功跟總功的　　　　叫作機械效率。用公式表示
為　　　　　　。
2.有用功總是　　　　　(選填“大于”或“小于”)總功,所以機械效率總是
　　　　1。機械效率通常用　　　　　表示。
比值
η=
小于
小于
百分數
三、提高機械效率
閱讀教材,完成下列問題:
提高機械效率的主要辦法是　　　　　,使機械設備更　　　　、更　　　　　　。在使用中按照技術規程經?！　　　?使機械設備處于
　　　　的狀態,對于保持和提高機械效率也有重要作用。
改進結構
合理
輕巧
保養
良好
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一、研究滑輪組的機械效率
如圖所示,使用滑輪組把鉤碼提升一定的高度。
1.本次實驗的原理:η=。
2.需要測量的物理量:鉤碼重、繩子的拉力、鉤碼
上升的高度、繩子自由端移動的距離這4個物理量。
3.實驗過程中應豎直勻速向上拉動彈簧測力計。
4.如果不測量距離,也能測量出機械效率,表達式為η=。
5.實驗結論:
(1)同一滑輪組,提升的物重越大,機械效率越高。
(2)不同的滑輪組,物重一定時,動滑輪越重,機械效率越低。
(3)提高滑輪組機械效率的方法有增大物重、減小動滑輪重、減小摩擦等。
跟蹤練習1某實驗小組在測滑輪組機械效率的實驗中得到的數據如下表所示,實驗裝置如圖:
實驗次數 1 2 3
鉤碼重G/N 4 4 6
鉤碼上升高度h/m 0.1 0.1 0.1
繩端拉力F/N 1.8 1.4 2.4
繩端移動距離s/m 0.3 0.5 0.3
機械效率η 74% (a) (b)
(1)通過表中數據可分析出實驗1是用　　(選填“甲”或“乙”)圖做的實驗。
(2)在表中(a)處應填數據為　　　　。(百分號前保留整數)
(3)通過實驗1和實驗2的數據分析可得出結論:使用不同的滑輪組,提升相同的物體時,動滑輪的個數越多,滑輪組的機械效率　　　　　　。
(4)比較　　　　　兩次實驗,可研究滑輪組的機械效率與被提升物體重力的關系。
(5)第3次實驗中,滑輪組的額外功為　　　　 J。
甲
57%
越小
1和3
0.12
解析:(1)實驗1中,s=0.3 m,h=0.1 m,所以
n==3,故實驗1是用甲圖做的實驗。
(2)實驗2中,機械效率η=≈57%。
(3)實驗1和2中,提升物體相同,距離相同,只是滑輪組不同,尤其是動滑輪的個數不同,實驗2的機械效率低于實驗1,因此可得出:使用不同的滑輪組,提升相同的物體時,動滑輪越重,滑輪組的機械效率越小。
(4)研究滑輪組的機械效率與被提升物體重力的關系時,需要用同一滑輪組提升不同重力的物體,故應比較實驗1和3。
(5)由表格中第3次實驗數據可知,滑輪組的總功為W總'=F's'=2.4 N×0.3 m=0.72 J,有用功為W有用'=G物'h'=6 N×0.1 m=0.6 J,所以滑輪組的額外功為
W額外=W總-W有用=0.72 J-0.6 J=0.12 J。
【點撥】 本題考查測量滑輪組機械效率的實驗。在此實驗中,對滑輪組的分析、機械效率公式的運用是實驗的基礎,同時,實驗中分別探究了機械效率高低與動滑輪個數、提升物體重力等多個量的關系,因此,控制變量法的運用也十分關鍵。
二、滑輪組機械效率的計算
1.滑輪組提升物體
(1)η=。
(2)若不計繩重和摩擦,η=。
2.滑輪組水平拉動物體
η=。
跟蹤練習2裝卸工人用如圖所示的滑輪組勻速提升重600 N的貨物,所用的拉力F為400 N,貨物在10 s內被提升1 m,在此過程中,求:
(1)工人所做的有用功;
(2)工人所做的總功;
(3)滑輪組的機械效率。
答案:(1)600 J (2)800 J (3)75%
解析:(1)工人所做的有用功為
W有用=Gh=600 N×1 m=600 J。
(2)由圖可知,繩子承重段數n=2,工人所做的總功為
W總=Fs=Fnh=400 N×2×1 m=800 J。
(3)滑輪組的機械效率為
η=×100%=75%。
【點撥】 本題考查了做功公式以及滑輪組機械效率公式的應用,明確滑輪組繩子的有效股數是關鍵。
跟蹤練習3一位同學用如圖所示的滑輪組拉重500 N的物體,物體以0.1 m/s的速度勻速水平向右做直線運動10 s,已知滑動摩擦力為150 N,該滑輪組機械效率為60%,求:
(1)拉力所做的有用功;
(2)拉力所做的額外功;
(3)拉力做功的功率P。
答案:(1)150 J (2)100 J (3)25 W
解析:(1)10 s內物體移動的距離為s物=v物t=0.1 m/s×10 s=1 m
水平使用滑輪組時,克服物體所受摩擦力做的功為有用功,故拉力所做的有用功
W有用=Ffs物=150 N×1 m=150 J。
(2)拉力做的總功
W總==250 J
拉力所做的額外功W額外=W總-W有用=250 J-150 J=100 J。
(3)拉力做功的功率
P==25 W。
【點撥】 本題考查水平使用滑輪組時有關功、功率和機械效率的計算,明確有用功是關鍵。
本課結束(共15張PPT)
第1節　杠桿
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一、杠桿
閱讀教材,完成下列問題:
1.一根硬棒,在　　　　的作用下,能繞著　　　　　　轉動,這根硬棒就是一個杠桿。
2.杠桿的五要素及概念
　　 :杠桿可以繞其轉動的點,用字母O表示。
　 　:使杠桿轉動的力,用字母F1表示。
　 　:阻礙杠桿轉動的力,用字母F2表示。
動力臂:從支點到　　　　　　的距離,用字母l1表示。
阻力臂:從支點到　　　　　　的距離,用字母l2表示。
力
固定點
支點
動力
阻力
動力作用線
阻力作用線
二、杠桿的平衡條件
閱讀教材,完成下列問題:
1.在動力和阻力的作用下杠桿處于　　　　　　　　,叫杠桿的平衡。
2.在探究杠桿平衡條件的實驗中:
(1)調節杠桿兩端的　　　　,使杠桿在　　　　位置平衡,目的是　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)在杠桿一邊掛上鉤碼,在杠桿另一邊掛上數量不同的鉤碼,移動鉤碼的位置使杠桿在　　　　　位置平衡,目的是　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)進行多次實驗的目的是　　　　　　　　　　　　　　　　　 。
靜止狀態
螺母
水平
消除杠桿自重對實驗的影響
水平
便于直接從杠桿上讀出力臂　
避免偶然性,得出普遍規律
三、生活中的杠桿
閱讀教材,完成下列問題:
1.實驗室用的托盤天平是　　　　杠桿。
2.撬棒是　　　　杠桿。
3.賽艇的船槳是　　　　杠桿。
等臂
省力
費力
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一、杠桿力臂的畫法
1.首先根據杠桿的示意圖,確定杠桿的支點。
2.確定力的作用點和力的方向,畫出力的作用線。
3.從支點向力的作用線作垂線,支點到垂足的距離就是力臂。
跟蹤練習1(2024·山東泰安中考)如圖所示,O為杠桿支點,請畫出F1的力臂并用字母l表示。
如圖所示
解析:從支點到力的作用線的距離叫作力臂,過支點O向F1的作用線作垂線,垂線段的長度為F1的力臂l。
【點撥】 本題考查力臂的畫法,屬于基礎題。作力臂時一定要找準支點與力的作用線,力的作用線必要時可進行延長,在畫出由支點到力的作用線的距離時,也注意要垂直才行。
二、杠桿平衡條件的應用
1.杠桿平衡的條件:動力乘以動力臂等于阻力乘以阻力臂,即公式F1l1=F2l2。
2.運用杠桿平衡條件計算時單位要統一,力的單位與力臂的單位分別統一即可。
跟蹤練習2圖甲是小浩同學做俯臥撐時的情形,可將身體等效為杠桿如圖乙所示,點A為重心,已知小明雙手支撐力F為350 N,他自身的重力為G,利用圖甲中的數據,計算他的重力G的大小。
答案:560 N
解析:從支點到力的作用線的距離叫作力臂;由圖可知,動力和阻力都是豎直方向,因而力臂都是水平方向,根據杠桿平衡條件F1l1=F2l2,得Gl2=Fl1,解得G=560 N。
【點撥】 此題考查力臂的意義和杠桿的平衡條件,知道杠桿的平衡條件是解答此題的關鍵。
三、三種杠桿
1.省力杠桿:動力臂大于阻力臂的杠桿,省力但費距離。
2.費力杠桿:動力臂小于阻力臂的杠桿,費力但省距離。
3.等臂杠桿:動力臂等于阻力臂的杠桿,既不省力也不費力。
跟蹤練習3如圖所示,下列工具中屬于省距離杠桿的是(　　)
A.甲圖中,人用撬棒移動大石頭
B.乙圖中,羊角錘拔起釘子
C.丙圖中,用開瓶器打開瓶蓋
D.丁圖中,食品夾夾起食物
D
解析:圖甲撬棒,在使用時,動力臂大于阻力臂,屬于省力杠桿,省力費距離,故A錯誤。圖乙中,羊角錘在使用時,動力臂大于阻力臂,屬于省力杠桿,省力費距離,故B錯誤。圖丙的開瓶器在使用時,動力臂大于阻力臂,屬于省力杠桿,省力費距離,故C錯誤。圖丁的食品夾在夾起食物時,動力臂小于阻力臂,屬于費力杠桿,費力省距離,故D正確。
【點撥】 此題考查的是杠桿的分類:結合圖片和生活經驗,先判斷杠桿在使用過程中,動力臂和阻力臂的大小關系,再判斷它是屬于哪種類型的杠桿。
本課結束(共8張PPT)
第2節　跨學科實踐制作簡易桿秤
1.課題引入
桿秤是中國最古老也是現今人們仍然在使用的衡量工具,它是根據杠桿的平衡條件制造出來的,反映出中國古代勞動人民的聰明才智,具有悠久的歷史特征。那么桿秤的組成是怎樣的 原理是怎樣的呢 我們能否自制桿秤
生活中的桿秤
2.設計實驗
原理分析:桿秤的原理是怎樣的 它的結構是怎樣的
桿秤由杠桿組成,其重心在支點外端。稱量時根據被稱物的質量,使秤砣與砣繩在秤桿上移動以保持平衡。根據平衡時砣繩所對應的秤桿上的星點,即可讀出被稱物的質量。
3.實驗器材
塑料瓶蓋、木條、細繩、膠帶等。
4.制作過程
(1)制作秤盤
把塑料瓶蓋打孔,把細繩穿過小孔,秤盤便制作好了,如圖所示。
(2)制作秤桿
我們用木條作為桿秤的秤桿,在秤桿上穿幾個小孔,把細繩系住,作為桿秤的支點。另外把剛才制作的秤盤系在秤桿的一側,如圖所示。
(3)制作秤砣
考慮到所測物體的質量不大,我們用透明膠帶的卷筒作為我們的秤砣。
(4)制作刻度
分別用桿秤測量一枚硬幣(6 g)和兩枚硬幣(12 g),記錄秤砣的位置。
在秤盤中放入一枚硬幣(6 g)
放入兩枚硬幣(12 g)
根據兩個刻度的長度,劃分為6個刻度,每個刻度表示1 g。依次推出其他的刻度,桿秤便組裝好了。
(5)測試性能
用組裝好的桿秤測量不同物體的質量,記錄表格。
物體 質量/g
紐扣電池
橡皮擦
筆蓋
5.總結反思
(1)實驗的誤差有哪些
(2)如果想測量質量大的物體,該怎么辦
(3)自制桿秤和真實桿秤差別在哪里,為什么這樣設計
本課結束(共13張PPT)
第3節　滑輪
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一、定滑輪和動滑輪
閱讀教材,完成下列問題:
1.滑輪是一個能夠自由　　　　、周邊有　　　　　的輪子。
2.在使用滑輪時,軸固定不動的滑輪為　　　　滑輪;在使用滑輪時,軸隨物體一起運動的滑輪為　　　　　滑輪。
二、滑輪組
閱讀教材,完成下列問題:
1.滑輪組是　　　　　和　　　　組合在一起的裝置。
2.滑輪組的省力情況由承擔物重的繩子　　　　　來決定。
轉動
槽
定
動
定滑輪
動滑輪
段數
一、定滑輪和動滑輪的特點
項目 滑輪的種類作圖 比較施力的方向 比較F與G的大小 比較h與s的大小 實質
定滑輪 改變施力的方向 不省力 等距離 等臂杠桿
動滑輪 不改變施力的方向 最多可以省一半力 費一倍距離 動力臂為阻力臂兩倍的杠桿
課堂 互動理解
跟蹤練習1研究定滑輪和動滑輪特點的裝置圖如圖所示,下列說法正確的是(　　)
A.使用定滑輪能夠省力
B.使用動滑輪能夠省距離
C.使用定滑輪能夠改變力的方向
D.使用動滑輪能夠改變力的方向
C
解析:定滑輪的本質是等臂杠桿,使用時既不省力也不費力,也不能省距離,優點是可以改變力的方向,故A錯誤,C正確。動滑輪實質是一個動力臂為阻力臂兩倍的杠桿,使用動滑輪省力但不能改變力的方向,故B、D錯誤。
【點撥】 此題考查的是定滑輪、動滑輪及其工作特點,難度不大,屬于基礎題,平日注意相關知識的積累,要結合現實生活去分析問題。
二、滑輪組的特點
1.滑輪組既可以省力,又可以改變力的方向,但是要費距離。
2.若不考慮繩重和摩擦,則滑輪組用幾段繩子吊著動滑輪,提起物體所用的力就是物體和動滑輪總重的幾分之一。
(1)F繩=(G物+G動),G物是物體重,G動是動滑輪重。
(2)s繩=nh物,s繩是繩子自由端移動的距離;h物是物體升高的高度。
(3)v繩=nv物,v繩是繩子自由端移動的速度;v物是物體上升的速度。
跟蹤練習2如圖所示,每個滑輪的重力相等,不計繩重和摩擦,G1=60 N, G2=38 N,甲、乙兩種情況下繩子在相等拉力F作用下靜止。則每個動滑輪的重力為(　　)
A.3 N
B.6 N
C.11 N
D.22 N
B
解析:由圖知,使用滑輪組承擔物重的繩子股數分別為n1=3,n2=2,已知每個滑輪的重力相等,設動滑輪的重力為G動,不計繩重和摩擦,則拉力分別為F1=(G1+G動),F2=(G2+G動),由題知F1=F2,所以(G1+G動)=(G2+G動),解得動滑輪的重力G動=6 N。故選B。
【點撥】 本題考查了使用滑輪組時拉力的計算,關鍵是利用好關系式:不計繩重和摩擦,拉力F=(G+G動)。
三、滑輪組繩子的繞法
1.兩鉤用一,奇動偶定,從里到外,動定交互,只繞一次。
2.繩子的段(股)數:吊著動滑輪的繩子的段(股)數。如圖所示。
跟蹤練習3如圖所示,小明使用滑輪組將重物從地面提升到樓頂,要求繩子的自由端要向下拉,請你用筆畫線代替繩子,畫出滑輪組最省力的繞繩方法。
如圖所示
解析:要使滑輪組最省力,需要承擔物重的繩子段數最多,并且繩子的自由端要向下拉,所以要從動滑輪的下掛鉤向上繞起,依次繞過上面的定滑輪、下面的動滑輪。
【點撥】 本題考查了使用滑輪組繩子的繞法,對于滑輪組的組裝與繞線方法,要看清題目的每一個要求,靈活運用,不能死記硬背最省力的繞線方法。
本課結束

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