資源簡介

第九章 機械和功
第5節(jié) 探究使用機械是否省功

省力
省距離
使用機械是否能省功？
新知導(dǎo)入
1.通過探究活動，知道使用任何機械都不省功。
2.知道什么是有用功、額外功、總功。
3.理解機械效率的概念，會利用公式η＝????有用????總進行計算。
?
學(xué)習(xí)目標(biāo)
人們使用杠桿、輪軸、滑輪等機械是為了達到一定的目的。在使用中，有的機械可以省力，有的機械可以改變作用力的方向或達到“省距離”的效果。那么，使用機械能省功嗎?怎樣判斷使用機械是否省功呢?
新知學(xué)習(xí)
知識點一：探究使用機械是否省功
實驗：探究使用動滑輪是否省功
重物、鐵架臺、動滑輪裝置、彈簧測力計、皮尺等
比較使用機械和不使用機械兩種情況下，對同一物體完成同一工作任務(wù)的過程中，人所做的功的大小關(guān)系。
【實驗器材】
【實驗思路】
（1）直接用手通過彈簧測力計勻速豎直提起一個重物，讀出彈簧測力計的示數(shù)，測出重物移動的距離并計算出拉力對重物做的功W1。
【進行實驗】
（2）再用彈簧測力計通過一個動滑輪提起這個重物，使重物勻速上升相同的高度，測算出對繩端的拉力做的功為W2。比較W1、W2的大小就可以探究使用動滑輪是否省功。
{00A15C55-8517-42AA-B614-E9B94910E393}力F/N
重物移動的距離h/m
力F做的功W1/J
力F’/N
繩子自由端移動的距離s/m
力F’做的功W2/J
W2＞W(wǎng)1，實驗結(jié)果說明使用動滑輪不省功。
【實驗數(shù)據(jù)】
【實驗結(jié)論】
為什么使用動滑輪省力卻不省功?
①直接用彈簧測力計勻速豎直提升重物，只需提升重物做功。
②豎直拉動繩子使動滑輪和重物一起上升時，既要提升重物做功，也要提升繩子和動滑輪做功，還要克服動滑輪上的摩擦做功，因此使用動滑輪并不省功。
大量實驗表明:使用任何機械都不能省功。
【實驗反思】
在用動滑輪提升重物時，動滑輪對物體所做的功是有用的，這部分功叫作有用功（W有用）。
有用功與額外功的總和即拉力所做的功叫作總功（W總）。
提升重物時，不可避免地要對繩子和動滑輪本身做功，還要克服摩擦做功，這部分叫作額外功（W額外）。
W總=W有用+W額外
1.有用功
2.額外功
3.總功
新知學(xué)習(xí)
知識點二：機械效率
①用水桶從井中提水的時候，所做的功哪部分是有用功，哪部分是額外功？
②如果桶掉到井里，從井里撈桶的時候，撈上的桶里帶了一些水，這種情況下哪部分是有用功，哪部分是額外功？
提水所做的功是有用功，提水桶所做的功是額外功。
提水桶所做的功是有用功，提水所做的功是額外功。
思考
因此，有用功在總功中所占的比例越大越好。有用功占的比例越大，說明機械工作的效率越高。
用字母表示機械效率：
η＝　　　　
W有用
W總
η 總是小于1，原因：有用功是總功的一部分，W有用注：機械效率一般用百分?jǐn)?shù)表示，沒有單位。
4.機械效率的定義
有用功跟總功的比值，稱之為機械效率。機械效率用符號η表示。
對機械效率的理解：
某機械的機械效率為60％的意思是什么？
說明：使用這臺機械提升重物時所做的有用功跟總功的比值是60％，也可以說有用功在總功中占有60％，另外的占比做的是額外功。
1.額外功不變時，增加有用功，如，增加鉤碼的重力，上升相同高度時，有用功增加，機械效率增加。
2.有用功不變時，減少額外功，如，同一鉤碼被提升相同高度，有用功一定，可以通過減少額外功，機械效率也會增加。
經(jīng)常保養(yǎng)、定時潤滑以減小滑輪的輪與軸之間摩擦，減小動滑輪的自重，減小繩子的重力等方法。
分析如何提高機械效率：
此圖中克服摩擦力做功是有用功還是額外功？
使物體勻速直線運動是目的，克服物體與水平面之間的摩擦力做功
能達到目的，所以做的功是有用功。
W有用＝
fs物
思考
例題 如圖所示，工人利用滑輪組將一桶沙子從地面提升到 9 m 高的樓里，桶和沙子的總質(zhì)量為 118 kg，動滑輪的質(zhì)量為 2 kg。忽略摩擦和繩重， g取 10 N/kg。求滑輪組的機械效率。
分析：
提升桶和沙子所做的功是有用功，提升動滑輪所做的功是額外功。根據(jù)桶和沙子的總質(zhì)量以及動滑輪的質(zhì)量，可以求出它們所受的重力；又已知它們上升的高度，可以求出有用功和額外功，進而可以求出總功；最后依據(jù)機械效率等于有用功與總功之比得出結(jié)果。
解：桶和沙子所受的總重力G桶沙 = m桶沙 g =118kg×10N/kg = 1180N。
動滑輪所受的重力G動 = m動g = 2kg×10N/kg = 20N。
提升過程中的有用功W有用=G桶沙h = 1180N×9m = 10620J。
提升過程中的額外功W額外=G動h = 20N×9m = 180J。
拉力所做的總功W總 = W有用+W額外 = 10620J+180J = 10800J。
滑輪組的機械效率
答：滑輪組的機械效率為 98.3%。
1.使用滑輪組提升重物時，影響其機械效率的因素有哪些?
2.某公司的一幅廣告宣傳畫，一個巨大的滑輪提起一個小皮箱，宣傳文宇寫著“事無大小，必盡全力”。請你分析滑輪組機械效率與物重的定性關(guān)系，并結(jié)合這個關(guān)系談一談你對這幅廣告宣傳畫中觀點的看法。
斜面與螺旋
工人在將較重的貨物搬到貨車上時，往往會借助斜面，這樣就會輕松許多。斜面是與水平面成一定角度的平面，也是簡單機械的一種。
把三角形紙片繞在一支長鉛筆上，就可以體會到斜面變形成為螺旋的過程。
利用斜面搬運重物
斜面與螺旋
斜面的機械效率除了與斜面的粗糙程度有關(guān)以外，還與斜面的傾斜角度有關(guān)。一般來說，斜面的傾斜角度越小越省力，機械效率越低。
螺旋有一個特點，可以將繞軸的旋轉(zhuǎn)運動與沿軸的直線運動，進行相互轉(zhuǎn)化，所以螺旋有許多巧妙的應(yīng)用。
螺旋斜面引橋
應(yīng)用螺旋的裝置
探究使用機械是否省功
使用任何機械都不能省功
機械效率
三種功：有用功、總功、額外功
有用功跟總功的比值
機械效率總小于1
W有用
W總
η＝
課堂小結(jié)
1. 建筑工地上，起重機幾分鐘內(nèi)就能把所需的磚送到樓頂，如果人直接用滑輪組來提升則需要幾小時。對于這一過程，下列說法正確的是（ ）
起重機的功率大，機械效率高
起重機的機械效率高，做功慢
起重機的功率大，機械效率不一定高
起重機的機械效率高，做功多
C
隨堂練習(xí)
2. 關(guān)于一臺機械做功，下列說法正確的是（ ）
機械做的額外功越少，機械效率就越高
機械做的有用功越多，機械效率就越高
機械做的總功越多，機械效率就越高
機械做的有用功在總功中占的比例越大，機械效率就越高
D
3. 小明家新建的房子準(zhǔn)備裝修。為了把水泥從地面送上樓，他在樓上安裝了一個滑輪組。每個滑輪的質(zhì)量約為 4 kg，他每次將一袋 50 kg 的水泥提升 4 m，已知克服繩重和摩擦所做的額外功為 250 J，g 取 10 N/kg。求：
（1）每次提升水泥做的有用功。
（2）該滑輪組的機械效率。
解：（1）每次提升水泥做的有用功
W有用 = G水泥h =mgh= 50 kg×10 N/kg×4 m = 2×103 J
（2）克服動滑輪重做的額外功
W額外 = G動h+W繩、f
= 4 kg×10 N/kg×4 m+250 J = 410 J

展開更多......

收起↑