資源簡介

(共44張PPT)
第十二章簡單機械
12.4機械效率
1.物理觀念：結合實例分析什么是有用功、額外功和總功；理解機
械效率，會用公式進行簡單的計算；通過實驗能說出提高機械效率的
方 法 。
2.科學思維：通過觀察、分析和討論，理解額外功產(chǎn)生的原因，知 道機械效率 n<1
3.科學探究：測量滑輪組的機械效率，掌握實驗方法和技巧；學習運 用控制變量法進行探究實驗，培養(yǎng)科學思維和實驗能力。
4.科學態(tài)度與責任：知道提高機械效率的實際意義和方法，有合理 改進機械、提高效率的意識，增強將科學服務于人類的責任感。
素 養(yǎng) 目 標
問 題
利用機械幫助我們工作，會給我們帶
來極大的方便。有的機械可以省力，有的 機械可以省距離。
利用滑輪組提升重物，繩端拉力所做 的功與滑輪組對重物所做的功相同嗎
創(chuàng)設情景
【 自主預習 】
帶著下面的問題預習課本第117頁：
“ 有用功和額外功 ” 。
1、圖12.4-1,甲、乙兩次兩次拉力 做的功相同嗎 為什么
2、什么是是有用功、額外功和總功
有用功和額外功
乙
甲
演示 研究使用動滑輪是否省功
【提出問題】
如圖甲、乙，繩端拉力所做的功與滑輪
組對重物所做的功相同嗎
【實驗器材】
彈簧測力計、砝碼、動滑輪、線等。
有用功和額外功
甲 乙
演示 研究使用動滑輪是否省功
【設計實驗】
1.如圖甲，用彈簧測力計將鉤碼緩慢地 提升一定的高度，計算拉力所做的功。
2.如圖乙，用彈簧測力計并借助一個動 滑輪將同樣的鉤碼緩慢地提升相同的高度， 計算彈簧測力計的拉力所做的功。
這兩次拉力所做的功相同嗎 為什么
有用功和額外功
乙
甲
演 示 研 究 使 用 動 滑 輪 是 否 省 功
【 進行實驗 】
1.如圖甲，用彈簧測力計直接將2個鉤碼 勻速提升0.1m, 將彈簧測力計的示數(shù)F和鉤 碼向上移動的距離s 計入表格中。
2.如圖乙，用彈簧測力計和一個動滑輪
將2個鉤碼勻速提升0.1m, 將彈簧測力計的 示數(shù)F '和繩子自由端向上移動的距離s
計入表格中 。
有用功和額外功
乙
甲
N N
0- -0
1.0二 1.0 2.0= 2.0 3.0 3.0
4.0二 4.0
F=1.2N
N
0-
1.0二 1.0 2.0二 2.0
3.0= 3.0
4.0二 4.0
F=2N
動 滑 輪 做 功
有用功和額外功
做功方式 拉力 FN 物體升高的 高度h/m 拉力移動的 距離s/m
拉力做功 W/J
直接用彈簧測力計 提升2個鉤碼 2 0.1 0.1
用彈簧測力計和動 滑輪提升2個鉤碼 1.2 0.1 0.2
有用功和額外功
【實驗記錄】
做功方式 拉力 FN 物體升高的 高度h/m 拉力移動的 距離s/m
拉力做功 W/J
直接用彈簧測力計 提升2個鉤碼 2 0.1 0.1
0.2
用彈簧測力計和動 滑輪提升2個鉤碼 1.2 0.1 0.2
0.24
1.直接用彈簧測力計提升2個鉤碼所作的功：
W =F s =2N×0.1m=0.2J W 2.用彈簧測力計和一個動滑輪提升2個鉤碼，所做的功：
W =F S =1.2N×0.2m=0.24J
有用功和額外功
【分析論證】
【 實驗結論 】
使鉤碼上升相同的高度，利用動滑輪提升鉤碼時做的功
大于直接提升鉤碼所做的功；這表明：
使用動滑輪不但不省功，反而要多做功。
【交流評估】
使用動滑輪會省一半的力，但拉力移動的距離增加了一
倍，加上動滑輪的自重及摩擦等因素的影響，使用動滑輪 提升重物非但不省功，還要多做功。
有用功和額外功
小組合作學習：討論為什么使用動滑輪提升鉤碼做的功比直
接用手提升鉤碼做的功多.
歸納：使用動滑輪時，不可避免地要克服 重力、 重
力做功，還要克服 做功，所以使用動滑輪所做的功多.
【 交流評估 】
使用動滑輪會省一半的力，但拉力移動的距離增加了一
倍，加上動滑輪的自重及摩擦等因素的影響，使用動滑輪 提升重物非但不省功，還要多做功。
有用功和額外功
有用功和額外功
1. 有 用 功 ( W有用) : 為 了 達 到 工 作 目 的 所 做 的 功 。
2.總 功 ( W總):使用機械時，動力對機械所做的功。
3.額外功 ( 額外):對人們沒有用，但不得不做的功。
F
用動滑輪提升重物時對物
體重力G 所做的功，就是
有用功(工作目的)
W 有用 == Gh
W 總 =W 有 用 +W 額 外 J
人對繩子的拉力所做的功 就是總功(實際付出)
W總= Fs
克服動滑輪的重力以及摩 擦力等而多做一些功，就 是額外功(無用付出)
W額外 = G動 h ( 不 及 摩 擦 )
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
提水桶所做的功是有用功； 提水所做的功是額外功。
有用功和額外功
【聯(lián)系實際】
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
提水所做的功是有用功；
提水桶所做的功是額外功。
例題
例1、圖甲所示的塔吊是施工建設中最常見的設
備，其結構可簡化為圖乙所示的滑輪組模型。已 知物體質量為300kg, 在繩子自由端施加1250N拉 力，物體以0.5m/s的速度勻速上升10s。求：
(1)繩子拉力端移動的距離；(2)拉力的功率；
(3)有用功
解： (1)繩端離： s=v't=1.5m/s×10s=15m
(2)拉力F的功率拉力F的功率
(3)有用功： W有=Gh=mgh=300kg×10N/kg×5m=15000J
有用功和額外功
甲
n=3
針對訓練
1、如圖所示，物體重180N, 動滑輪重10N,
小明用100N的拉力(方向不變)將物體勻速提升 2m, 則此過程中有用功是3 60 J, 額外功是40 J, 總功是 400 J。
由圖知有2段繩子拉著物體，拉力端移動距離： s=2h= 2×2m=4m
拉力所做的總功W總=Fs=100N×4m=400J
則 額 外 功 為 W額外 =W總-W有=400J-360J=40J
解析：滑輪組提升重物所做的有用功為有=Gh=180 N×2m=360J
有用功和額外功
在保證所做有用功一定的情況下，人們總是希望額外功越
少越好，即額外功在總功中所占的比例越小越好，也就是 有用功在總功中所占的比例越大越好。
1.定義：物理學中，將有用功跟總功的比值叫作機械效率。
有用功和額外功
2.公 式 ：
3.物理意義：機械效率是標志機械做功性能好壞的重要指 標，機械效率越高，機械的性能越好。
4.使用任何機械都有額外功，有用功總是小于總功，所以 機械效率總是小于1。機械效率通常用百分數(shù)表示。
5.機械效率的高低與機械省力多少無關，不要認為機械越 省力其機械效率越高。
有用功和額外功
汽油發(fā)動機：22%~27%
柴油發(fā)動機：28%~30%
有用功和額外功
起重機40%~50%
抽水機60%~80%
cn15
例題 課本第119頁
例2、起重機把質量為0.5 t的重物勻速提升了3 m, 而它的
電動機所做的功是3.4×10 J, 起重機的機械效率是多少 g 取10 N/kg。
解析：有用功： W有用=Gh =mg=5×103N×3 m=1.5×104 J
起重機的電動機所做的功是總功 W總=3.4×104 J
因此，起重機的機械效率
有用功和額外功
針對訓練
2、 用一動滑輪將重200N 的砂子提到9m 高的腳手架上， 所用力是120N, 求有用功、總功機械效率各是多少
解 析 W有 = G·h=200N×9m=1800J
W總=F·s=120N×18m=2160J
有用功和額外功
創(chuàng)設情景
問 題
討論：在例題2中，若用起重機提升的重物質量為0.6t,
那么它的機械效率還是44%嗎 對一個機械來說，它的機 械效率是恒定不變的嗎
分析：不是，機械效率不是恒定不變的，機械效率反映的
是機械在一次做功過程中有用功跟總功的比值， 同一機械 在不同的做功過程中，有用功不同，機械效率也會不同。
下面通過測滑輪組的機械效率的實驗來探究這一課題。
測量滑輪組的機械效率
小組合作學習：課本第119---120頁
1.測量滑輪組的機械效率，需要測量哪幾個量
2.實驗器材有哪些
3.怎樣計算有用功 怎樣計算總功 機械效率
重物的重力G、繩端拉力F
重物提升的距離h
繩端通過的距離s
機械效率n= W- 等
【實驗器材】彈簧測力計、刻度尺、鐵架
臺、滑輪、細線、鉤碼
【注意事項】豎直向上，緩慢拉動測力計。
演示 測量滑輪組的機械效率
測量滑輪組的機械效率
【實驗原理】
【進行實驗】
1.用彈簧測力計測量鉤碼所受的重力G并 填入下表。
2.按照圖安裝滑輪組，分別記下鉤碼和繩 端(彈簧測力計掛鉤底部)的位置。
3.緩慢拉動彈簧測力計，使鉤碼升高，讀 出拉力F的數(shù)值，用刻度尺測出鉤碼提升 的高度h 和繩端移動的距離s, 將這三個量 填入下表。
測量滑輪組的機械效率
【進行實驗】
4.算出有用功W有用、總功W總、機械效率 n 并填入下表。
5.改變鉤碼的數(shù)量，重復實驗。
測量滑輪組的機械效率
次數(shù) 鉤碼所受 提升高 有用功 W有用/J 拉力 F/N 繩端移動 總功 W總/J
機械效 率 η
的重力G/N 度h/m 的距離s/m 1 0.05 0.05 0.45 0.15 0.0675
74.1%
7 1.5 0.15 0.225 0.65 0.45 0.2925
76.9%
3 2 0.15 0.3 0.80 0.45 0.36
83.3%
【得出結論】
用同一滑輪組提升重力不同的物體時，機械效率不同，
被提升的物體越重，機械效率越高。
測量滑輪組的機械效率
【分析論證】
想想議議
你在三次實驗中測得的機械效率一樣嗎 說一說影響滑輪組
機械效率的因素有哪些。
影響滑輪組機械效率的因素主要有重物的重力G 和
動滑輪的重力G動。
不計繩重、摩擦時：
機械效率
測量滑輪組的機械效率
分析 ：
【交流與評估】
(1)動滑輪重力、物重相同時，所測機械效率不同的 可能原因：繩子與滑輪或滑輪與軸之間的 摩擦 不 同 。
(2)可以不用刻度尺測量距離，用下列公式計算，也 能得出機械效率。
測量滑輪組的機械效率
影響因素 分析
改 進 措 施 ( 提 高 效 率 )
被提升 物體的重力 同一機械，被提升物體的 重力越大，做的有用功越 多，機械效率越大.
在機械承受的范圍
內，盡可能增加被
提升物體的重力.
機械自身 的重力 有用功不變時，減小提 升機械時做的額外功， 可提高機械效率.
改進機械結構，使其
更合理、更輕巧.
機械轉動 部件間的摩擦 機械自身部件的摩擦力 越大，機械效率越低.
對機械按照技術規(guī)程經(jīng)常保
養(yǎng)，使機械處于良好的狀態(tài).
測量滑輪組的機械效率
提高機械效率的方法
針對訓練
小夢家在房屋裝修時，由于低層建筑沒有電梯，裝修師傅用如
圖甲所示的滑輪組提升重物，某次搬運過程中工人師傅將的重 物勻速提起，所用拉力大小為，重物上升的高度h與所用時間t 的關系如圖乙所示，不計繩重和摩擦。求本次運送過程中滑輪
組的機械效率。
【解析】W 有用=Gh=400N×2m=800J W總=Fs=250N×4m=1000J
測量滑輪組的機械效率
乙
甲
動滑 輪個 數(shù) 鉤碼所 受的重 力G/N 提升 高度 h/m 有用功 W有/J 拉力 F/N 繩端移 動的距 離s/m 總功W總 /J
機械效 率n
一動 4 0.05 0.2 1.7 0.15 0.255
78.4%
兩動 4 0.05 0.2 1.4 0.20 0.280
71.4%
【拓展思維】
用不同的滑輪組，提升相同的重物，機械
效率相同嗎
【小組討論】 【實驗加持】
測量滑輪組的機械效率
動滑 輪個 數(shù) 鉤碼所 受的重 力G/N 提升 高度 h/m 有用功 W有/J 拉力 F/N 繩端移 動的距 離s/m 總功W總 /J
機械效 率n
一動 4 0.05 0.2 1.7 0.15 0.255
78.4%
兩動 4 0.05 0.2 1.4 0.20 0.280
71.4%
【 結 論 用 不同 的滑輪 組 ， 提升相 同的重
物，機
【拓展思維】
用不同的滑輪組，提升相同的重物，機械
效率相同嗎
相同。動滑輪越重， 機械效率越小。 械效率不
測量滑輪組的機械效率
【拓展思維】
用不同的滑輪組，提升相同的重物，機械
效率相同嗎
【理論解析】不及繩重和摩擦時，
可知，用不同的滑輪組，提升相同的重物時動 滑輪越重，機械效率越小。
測量滑輪組的機械效率
【思維建模】三種常見模型機械效率的分析
模型 杠桿 滑輪組 斜面
G
hf G
G
圖示
支點
回
0
F
S
l
F
η
G
F
練習與應用
1.生產(chǎn)生活中常常會用到各種機械設備，下列說法中不正確
的是 ( D )
A. 任何機械設備的效率總小于1
B. 減小機械內部摩擦可以提高其效率
C. 提高機械設備的效率可以節(jié)能減排
D. 用機械設備做功越快，其效率越高
2.如圖，快遞小哥為了把較重的貨物裝入運輸車，用同樣的
器材設計了甲、乙兩種方式提升貨物.若把同一貨物勻速提升 到同一高度，忽略繩重和摩擦.下列分析正確的是 ( C )
A. 甲方式可以省力
B. 乙方式不能改變力的方向
C. 甲、乙兩種方式做的有用功相等
D. 甲、乙兩種方式的機械效率相等
甲 乙
練習與應用
練習與應用
3.某實驗小組分別用如圖所示的甲、乙兩個滑輪組(每個滑
輪等重),在相同時間內把重物G提升相同高度.若F1和F2大 小相等，不計繩重及摩擦，下列說法正確的是 ( D )
A. 力F1和F2做功的功率相同
B. 力F1和F2做的總功相同
C. 兩個滑輪組機械效率一樣大
D. 甲滑輪組的機械效率比乙滑輪組高
甲
4. (2024 · 山東)如圖甲，虛線框內是兩個滑輪連成的滑輪組，
工人利用該滑輪組，用200N豎直向上的拉力F, 將物體勻速提 高3m, 物體和繩子自由端的運動情況如圖乙，已知動滑輪重
120N, 不計繩重和摩擦，下列說法正確的是 ( C )
A. 繩子自由端移動的速度為0.5m/s
B. 工人做的有用功為360J
C. 該滑輪組的機械效率為80%
D. 拉力F的功率為100W
練習與應用
甲
乙
5.如圖甲所示，傾角為30°的斜面固定在水平地面上，體重
為800N的工人用300N豎直向下的拉力將重500N的貨物從斜面 底端拉到頂端。貨物沿著斜面運動的速度隨時間變化的圖像 如圖乙所示，工人的鞋底與地面的總接觸面積約為，不計滑 輪的摩擦和繩子的重力。貨物在0～10s內運動的平均速度是 1.2 m/s; 貨物運動時受到的摩擦力大小 50N O
【解析】先算出有用功和總功，再算
練 習 與 應 用
出額外功
甲
乙
力為150 N。求：這個動滑輪的機械效率 拉力的功率
解：拉力移動的距離s=2h=2×3 m=6 m。
所以動滑輪的機械效率
拉力做功為 W總=Fs=150 N×6 m=900 J,
所以其功率為
6.用一個動滑輪在5s內將一重200 N的物體向上提起3 m, 拉
練 習 與 應 用
練習與應用
7. 如圖所示，用一平行于斜面向上的力將質量為80kg的木
箱從2m長的斜面底端勻速拉到頂端(可以把木箱看作質點), 斜面的傾斜角為30°,木箱受到的摩擦力是木箱重力的0.1
倍，則下列說法正確的是 ( B )
A. 木箱克服摩擦力做功80J
B. 拉力大小為480N
C. 斜面的機械效率80%
D. 拉力做功為880J
(1)根據(jù)圖中的實驗數(shù)據(jù)，該滑 輪組的機械效率是 83.3% _ ;
(2)若增加提升鉤碼的個數(shù)，該 滑輪組的機械效率將 增大 (選填
“增大”“不變”或“減小”)。影 響滑輪組機械效率的因素還有
動滑輪重、繩重、繩與滑輪摩擦等
練 習 與 應 用
8.小明測量滑輪組的機械效率的實驗過程如圖所示，他 勻速拉動彈簧測力計時，彈簧測力計的示數(shù)如圖丁所示。
需 害 小 甲
丙
乙
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