資源簡介

(共68張PPT)
第十二章 簡單機械
八年級下冊 人教版
第4節 機械效率
1. 生活中我們常常會遇到“效率”這個詞，例如學習效率、工作效率等。用機械幫助我們完成某項任務，也會涉及效率問題，我們稱為“機械效率”，你知道它的物理含義嗎？
導入新課
第4節 機械效率
2. 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？
導入新課
第4節 機械效率
1. 知道有用功、總功和額外功，了解機械效率是衡量機械性能的重要指標。
2. 結合分析具體實例和實驗結果，讓學生知道機械效率總是小于100%的原因，發展學生的分析綜合、歸納推理能力。
3. 通過實際測量滑輪組的機械效率，讓學生經歷收集和分析實驗數據的過程，培養學生的科學探究能力。
4. 通過理論結合實驗的分析過程，讓學生有合理改進機械、提高效率的意識，關注科學 技術 社會 環境方面的問題，認識到提高機械效率的重要性。
學習目標
第4節 機械效率
1. 有用功和額外功
2. 機械效率
3. 課堂總結
4. 練習與應用
5. 提升訓練
學習內容
第4節 機械效率
有用功和額外功
一
第4節 機械效率
有用功和額外功
一
1. 研究使用動滑輪是否省功
【提出問題】利用動滑輪提升重物，繩端拉力所做的功與動滑輪對重物所做的功相同嗎？
【設計實驗】參照圖所示的方法進行實驗。
（1）用彈簧測力計將鉤碼緩慢地提升一定的高度，如圖甲所示，計算拉力所做的功。
（2）用彈簧測力計和一個動滑輪將同樣的鉤碼緩慢地提升相同的高度，如圖乙所示，再次計算拉力所做的功。
比較兩次拉力所做的功相同嗎？為什么？
有用功和額外功
一
【進行實驗】
（1）用彈簧測力計直接將重為2N的鉤碼勻速提升0.1m，記下彈簧測力計的示數F和鉤碼在F方向上移動的距離s1。
（2）用彈簧測力計和一個動滑輪將重2N的鉤碼勻速提升0.1m，記下彈簧測力計的示數F' 和繩子自由端在F' 方向上移動的距離s2。
有用功和額外功
一
做功方式 拉力 F/N 物體升高的 高度h/m 拉力移動的
距離S/m
【數據記錄】
直接用彈簧測
力計提升2個鉤碼
用彈簧測力計和一個
動滑輪提升2個鉤碼
2
0.1
0.1
1.2
0.1
0.2
有用功和額外功
一
①直接用彈簧測力計提升2個鉤碼所做的功
W1=Fh= 2N×0.1m=0.2J
②用彈簧測力計和一個動滑輪提升2個鉤碼所做的功
W2=F’ s= 1.2N×0.2m=0.24J
做功方式 拉力 F/N 物體升高的 高度h/m 拉力移動的 距離s/m 拉力做的
功W/J
直接用彈簧測 力計提升2個鉤碼 2 0.1 0.1
用彈簧測力計和一個 動滑輪提升2個鉤碼 1.2 0.1 0.2
【分析論證】
0.2
0.24
③ W2＞ W1
有用功和額外功
一
【實驗結論】
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。
做功的方式 拉力做的功W/J
直接提升2個鉤碼
用動滑輪提升2個鉤碼
0.2
0.24
【實驗評估】
使用動滑輪提升重物比直接用手提升重物并不省功.
有用功和額外功
一
②額外功
要提升鉤碼，必須將動滑輪和繩子也提升，同時還要克服摩擦做功。這些功是對人們無用但又不得不做的功叫作額外功。
①有用功
提升鉤碼是工作目的，動滑輪對鉤碼的拉力所做的功是對人們有用的功叫作有用功。
③總功
人的拉力做的功為總功 W總，
為有用功與額外功之和：
W總= W有+ W額
（1）實例分析
以使用動滑輪提升鉤碼進行分析機械的三種功。
2. 有用功、額外功和總功
有用功和額外功
一
（2）有用功：在第二次實驗中，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有用功，用W有用表示。
（3）額外功：用動滑輪提升鉤碼時，我們還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，這部分功叫作額外功，用W額外表示。
（4）總功：彈簧測力計的拉力所做的功，叫作總功，用W總表示。若使用機械提升重物，則總功指動力做的功，即W=Fs。
W總=W有用+W額外
有用功和額外功
一
想想議議
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。
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
一
動畫講解——《有用功和額外功》
有用功和額外功
一
【例題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______J，額外功是____J，總功是_____J 。
400
360
40
滑輪組提升重物所做的有用功為W有＝Gh＝180N×2m＝360J
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
機械效率
二
第4節 機械效率
機械效率
二
1. 比較機械做功的效率
想一想：
要把重100N的大米運上三樓。甲、乙兩位同學用了二種方法，怎樣比較哪種方法好？
大米重100 N 動滑輪重10 N
桶重 20 N 口袋重 5 N
地面到三樓高度 6 m
桶
口袋
機械效率
二
（1）甲用動滑輪和桶提大米做功情況
W總= W米 + W桶 + W動
=600J+120J +60J =780J
對桶做功
對動滑輪做功
W桶 = Gh=20N×6m= 120 J
W動 = Gh=10N×6m= 60 J
W米 = Gh=100N×6m=600 J
對大米做功
總功
大米重100 N 動滑輪重10 N
桶重 20 N 口袋重 5 N
機械效率
二
W總= W米 + W口袋 + W動
=600J+30J +60J =690J
對口袋做功
對動滑輪做功
W口袋 = Gh=5N×6m= 30 J
W動 = Gh=10N×6m= 60 J
W米 = Gh=100N×6m=600 J
對大米做功
總功
（2）乙用動滑輪和口袋提大米做功情況
大米重100 N 動滑輪重10 N
桶重 20 N 口袋重 5 N
機械效率
二
做功形式 有用功W有 額外功W額 總功W總 結論
W滑輪與桶
=G總h
=30N×6m
=180J
W滑輪與口袋
=G總h
=15N×6m
=90J
780J
690J
77%
87%
對大米做的
有用功
W有用=Gh
=100N×6m
=600J
機械效率
二
2. 機械效率
機械效率
二
②機械效率只有大小，沒有單位。
③機械效率總小于1。由于有用功總小于總功，所以機械效率總小于1。機械效率通常用百分數表示。
④機械效率的高低與省力情況無關。
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。
機械效率
二
3. 一些機械（機器）的機械效率
紐科門蒸汽機最初的機械效率約1%
瓦特蒸汽機的機械效率提高至6% ~ 15%
起重機的機械
效率40%~50%
機械效率
二
汽油機
22～27%
離心式水泵
60～80%
噴氣發動機
50～60%
一些機械（機器）的機械效率
機械效率
二
想一想:
一臺起重機的機械效率是60% ，它表示什么意義？
機械效率
二
【例題2】起重機把質量為0.5t的重物勻速提升了3m，而它的電動機所做的功是3.4×104J，起重機的機械效率是多少？g取10N/kg。
起重機勻速提升重物所用的力與物體所受的重力大小相等
F=G=mg =0.5×103kg×10N/kg = 5×103 N
起重機提升重物所做的功是有用功
W有用 = Fh = 5×103N×3m = 1.5×104J
起重機的電動機所做的功是總功 W總 = 3.4×104J
因此，起重機的機械效率
這臺起重機的機械效率為44%。
機械效率
二
4. 一些簡單機械的機械效率的計算
（1）滑輪組的機械效率
①滑輪組豎直提升物體
如圖，利用滑輪組把重力為G的物體提高h。F為動力，s為繩子自由端移動的距離，n為承擔重物的繩子股數。
由公式可知：當動滑輪的重力一定時，物重越大，機械效率越高。
機械效率
二
f摩擦力
f摩擦力
機械效率
二
（2）斜面的機械效率
如圖所示，用力F沿斜面把重力為G的物體提高，h為斜面的高度，l為斜面的長度，f 為物體與斜面間的摩擦力。
機械效率
二
（3）杠桿的機械效率
如圖所示，利用杠桿把重力為G的物體提高h，F 為動力，s為動力作用點移動的距離。
機械效率
二
5. 測量滑輪組的機械效率
測量的物理量有：物體的重力G及升高的高度h；拉力F及移動的距離s。
機械效率
二
【實驗過程】
（1）用彈簧測力計測量鉤碼所受的重力G并填入后面的表格中 。
（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，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。
機械效率
二
次數 鉤碼所受的 重力G/N 提升的 高度h/m 有用功 W有用/J 拉力 F/N 繩端移動的 距離s/m 總功 W總/J 機械
效率η
1
2
3
4
5
【實驗表格】
機械效率
二
（1）由1、2、3次實驗可知，對同一個滑輪組來說，物重越大，機械效率越高；
次數 鉤碼所受的 重力G/N 提升的 高度h/m 有用功 W有用/J 拉力 F/N 繩端移動的 距離s/m 總功 W總/J 機械
效率η
1 1.5 0.4 0.6 0.7 1.2 0.84 71%
2 3 0.4 1.2 1.2 1.2 1.44 83%
3 4.5 0.4 1.8 1.7 1.2 2.04 88%
4 1.5 0.3 0.45 0.7 0.9 0.63 71%
5 1.5 0.3 0.45 0.8 0.9 0.72 62.5%
【分析論證】
（2）由1、4次實驗可知，物重相同時，提升高度不同，機械效率大致相同。
（3）由4、5兩次實驗可知，在物重相同時，動滑輪重越大，機械效率越低。
注意：第5次實驗增大了動滑輪的重力
機械效率
二
大量的實驗表明：
【實驗結論】 滑輪組的機械效率跟物重、動滑輪重、繩重和摩擦有關；對同一個滑輪組來說物重越大，機械效率越高；在物重相同時，動滑輪重越大，機械效率越低；在物重相同時，機械摩擦和繩重越大，機械效率越低。
機械效率
二
（1）實驗時拉力的方向應盡量__________，應在鉤碼__________的過程中讀取拉力的大小。
（2）確定繞線方式與承擔重物繩子的段數n：
與動滑輪連接的段數即為承擔重物繩子的段數，如圖所示，n=3，用“奇動偶定法”確定繞線方式。
（3）影響滑輪組機械效率的因素：
物體的 、動滑輪的_____、繩子與滑輪之間的摩擦力。與繩子的繞法、提升的高度、繩子段數____。
豎直向上
勻速移動
重力
重力
無關
【交流與評估 】
機械效率
二
摩擦
【交流與評估 】
機械效率
二
視頻演示——《測量滑輪組的機械效率》
機械效率
二
5. 提高機械效率的方法
影響因素 分析 改進措施（提高效率）
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.
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.
機械自身部件的摩擦力越大，機械效率越低.
改進機械結構，使其更合理、更輕巧.
對機械按照技術規程經常保養，使機械處于良好的狀態.
被提升
物體的重力
機械自身
的重力
機械轉動
部件間的摩擦
機械效率
二
【例題3】如圖所示，用滑輪組豎直向上勻速提升重物，不計繩重和摩擦，下列措施能提高滑輪組機械效率的是
（　　）
A．適當增大重物上升的高度
B．換用質量較小的動滑輪
C．增大繩子自由端移動的距離
D．增大繩子自由端的拉力
B
機械效率
二
所以選B.
ACD．用滑輪組豎直向上勻速提升重物時，有用功為
W有用 = G物h ，不計繩重和摩擦，額外功為：W額 = G動h，
總功為W總=W有用+W額= G物h+ G動h
則滑輪組的機械效率為
由此可知，滑輪組機械效率的高低與重物上升的高度、增大繩子自由端移動的距離和增大繩子自由端的拉力無關，故ACD不符合題意；
B．由以上分析可知，減小動滑輪的重力，可減小額外功，能提高滑輪組的機械效率，故B符合題意。
機械效率
二
【例題4】如圖所示，斜面與水平地面夾角為30°，某快遞員用500N的力，將重800N的貨物沿斜面勻速推上車廂，斜面的機械效率為 _____。不改變斜面與地面夾角和貨物質量，采用 ______________的方法可以提高斜面的機械效率。
80%
使接觸面光滑
機械效率
二
【例題5】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，彈簧測力計的示數如圖丁所示。
（1）根據圖中的實驗數據，使用該滑輪組時做的有用功、總功、機械效率分別是____、_______、_______；
（2）若增加提升鉤碼的個數，該滑輪組的機械效率將______（選填“增大”“不變”或“減小”）。影響滑輪組機械效率的因素還有_______________________________ 。
動滑輪重等（或繩重、繩與滑輪摩擦等）
83.3%
0.2J
0.24J
增大
機械效率
二
三
課 堂 總 結
第4節 機械效率
課堂總結
三
有用功和
額外功
滑輪組的
機械效率
機械效率
四
練習與應用
第4節 機械效率
練習與應用
四
1. 用滑輪組勻速提升重物的過程中，哪個是有用功？哪些是額外功？
對重物所做的功是有用功；克服動滑輪本身所受的重力、摩擦力、繩重等所做的功是額外功。
練習與應用
四
2．一臺起重機將重3600N的貨物提高4m，起重機做的有用功是多少 如果額外功是9600J，總功是多少？機械效率是多少？起重機所做的額外功是由哪些因素引起的？
練習與應用
四
3. 兩位同學根據圖分別用自己的器材測量滑輪組的機械效率，下表是他們實驗中的一組數據。請將表格中的數據補充完整并說明機械效率不同的原因可能是什么。
如表所示；機械效率不同的原因可能可能是使用的動滑輪所受的重力不同、摩擦力不同等。
練習與應用
四
練習與應用
四
4. 有沒有機械效率為100%的機械 為什么 舉例說明，通過什么途徑可以提高機械效率。
沒有。因為使用機械做功時，必然要克服機械受到的重力、摩擦等做額外功，即有用功一定小于總功，機械效率一定小于100%。
使用滑輪組提升重物時，盡量使用輕質的動滑輪和繩子，盡量減小滑輪和軸間的摩擦，增大重物的質量，這樣可以減小額外功，增大有用功，提高機械效率。
練習與應用
四
5. 用一個動滑輪在5s內將一重為200N的物體向上勻速提起3m，拉力為150N。這個動滑輪的機械效率是多少？拉力的功率是多少？
W有=Gh W總=FS
五
提 升 訓 練
第4節 機械效率
提升訓練
六
1．用繩子將鉤碼提升至一定的高度，如圖所示，此過程所做的有用功是（ ）
A．提升鉤碼所做的功　　　　　　　
B．克服摩擦力所做的功
C．提高繩子所做的功　　　　　　　
D．克服動滑輪重力所做的功
A　
用繩子將鉤碼提升至一定的高度，此過程所做的有用功是提升鉤碼所做的功。
所以選A。
提升訓練
六
2．下列辦法中，能提高如圖滑輪組機械效率的是（　 ）
A．增大摩擦 B．增大定滑輪重力
C．增大動滑輪重力 D．增大被提升物體重力
D
A．增大摩擦，會增大額外功在總功所占比值，使機械效率降低，故A不符合題意；
B．增大定滑輪重力，不會改變額外功和有用功，即機械效率不變，故B不符合題意；
C．增大動滑輪重力，會增大額外功在總功所占比值，使機械效率降低，故C不符合題意；
D．增大被提升物體重力，增大有用功在總功所占比值，使機械效率增大，故D符合題意。
所以選D.
提升訓練
六
3. 實驗時，小芳用圖所示的滑輪組，將重為8N的物體勻速提升0.5m。已知動滑輪的重為2N，不計繩重和摩擦，則（　　）
A．拉力F為4N
B．有用功為5J
C．繩子自由端移動距離為1.5m
D．該滑輪組的機械效率為80%
D
提升訓練
六
所以選D.
提升訓練
六
4. 如圖用同一滑輪組分別將兩個不同的物體A和B勻速提升相同的高度，不計繩重和摩擦的影響，提升A的過程滑輪組的機械效率較大，則下列判斷正確的是（ ）
①A物體比B物體輕； ②提升A的拉力較大； ③提升A所做的額外功較少；④提升A做的有用功較多
A．只有①③ B．只有②④
C．只有②③ D．只有①④
B
提升訓練
六
因為額外功相同，提升A物體時滑輪組的機械效率較大，所以提升A物體所做的有用功較大，由于提升物體高度一樣，所以A物體較重，提升A物體用的拉力較大，故ACD錯誤，B正確．所以選B。
提升訓練
六
5．工人利用如圖所示的滑輪組將重900N的物體豎直向上勻速提升0.5m，工人所用的拉力F為600N，(不計摩擦和繩重)，求：
①人的拉力做的功為多少J？
②此滑輪組的機械效率為多少？
③若用此滑輪組提升重為1 500 N的物體，繩上的拉力是多少N？
600 J
75%
900 N
提升訓練
六
③由于不計摩擦和繩重，拉力F＝（G物＋G動）/2
所用動滑輪的重G動＝2F-G＝2×600 N-900 N＝300 N
若用此滑輪組提升1500N的重物，
此時拉力F′＝(G物′＋G動)/2＝(1500N＋300 N)/2＝900 N.
①由圖知n＝2，拉力端移動距離s=2h=2×0.5m=1m
拉力做的總功W總＝Fs＝600 N×1m＝600 J.
②工人做的有用功W有＝Gh＝900 N×0.5 m＝450 J
滑輪組的機械效率η=W有/W總=450J/600J×100%=75%.
提升訓練
六
6．小華用圖示裝置探究滑輪組的機械效率，實驗數據記錄如下：
次數 物重G/N 物體上升高度h/m 拉力F/N 機械效率η
1 1.0 0.1 0.5 66.7%
2 1.5 0.1 0.7 71.4%
3 2.0 0.1 0.8
（1）實驗中應豎直向上 拉動彈簧測力計；
（2）第3次實驗的機械效率為 %；
（3）分析數據可知，提高同一滑輪組的機械效率，可以采用的措施是 物重 _______（填“增大”或“減小”）；
（4）在一次測量中，小華斜向上拉彈簧測力計，其他條件不變，這個滑輪組的機械效率將 （填“變大”“變小”或“不變”）。
解析見下頁
勻速
增大
變小
提升訓練
六
下 課
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