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八年級(jí)下冊(cè)第十二章第4節(jié)
機(jī) 械 效 率
簡(jiǎn)
單
機(jī)
械
目標(biāo)展示
機(jī)械效率
物理觀念：結(jié)合實(shí)例分析什么是有用功、額外功和總功；理解機(jī)械效率，會(huì)用公式進(jìn)行簡(jiǎn)單的計(jì)算；通過實(shí)驗(yàn)?zāi)苷f出提高機(jī)械效率的方法。
科學(xué)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(jī)械效率 η < 1
科學(xué)探究：測(cè)量滑輪組的機(jī)械效率，掌握實(shí)驗(yàn)方法和技巧；學(xué)習(xí)運(yùn)用控制變量法進(jìn)行探究實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)科學(xué)思維和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α?br/>科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：知道提高機(jī)械效率的實(shí)際意義和方法，有合理改進(jìn)機(jī)械、提高效率的意識(shí)，增強(qiáng)將科學(xué)服務(wù)于人類的責(zé)任感。
新課導(dǎo)入
問題
利用機(jī)械幫助我們工作，會(huì)給我們帶來極大的方便。有的機(jī)械可以省力，有的機(jī)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(duì)重物所做的功相同嗎？
新課講授
有用功和額外功
一
演示
研究使用動(dòng)滑輪是否省功
1.如圖甲所示，用彈簧測(cè)力計(jì)將鉤碼緩慢地提升一定的高度，計(jì)算拉力所做的功。
2.如圖乙所示，用彈簧測(cè)力計(jì)并借助一個(gè)動(dòng)滑輪將同樣的鉤碼緩慢地提升相同的高度，計(jì)算彈簧測(cè)力計(jì)的拉力所做的功。
這兩次拉力所做的功相同嗎？為什么？
新課講授
有用功和額外功
一
演示
研究使用動(dòng)滑輪是否省功
新課講授
有用功和額外功
一
演示
研究使用動(dòng)滑輪是否省功
做功方式 拉力F/N 拉力移動(dòng)的距離S/m 拉力做的功W/J
直接用彈簧測(cè) 力計(jì)提升2個(gè)鉤碼
用彈簧測(cè)力計(jì)和一個(gè)動(dòng)滑輪提升2個(gè)鉤碼
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，雖然在兩次實(shí)驗(yàn)中鉤碼被提升了相同的高度，但第二次實(shí)驗(yàn)中拉力做的功要多一些。
新課講授
有用功和額外功
一
有用功和額外功
動(dòng)滑輪對(duì)鉤碼的拉力所做的功叫作有用功，用W有用表示。
彈簧測(cè)力計(jì)的拉力所做的功，叫作總功，用W總表示。
用動(dòng)滑輪提升鉤碼時(shí)，我們還不可避免地要克服動(dòng)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。
W總= W有用+W額外
功的原理：大量實(shí)驗(yàn)表明，動(dòng)力對(duì)機(jī)械所做的功（總功）總是大于機(jī)械對(duì)外所做的功（有用功）。事實(shí)上，使用任何機(jī)械都不能省功。
新課講授
有用功和額外功
一
有用功和額外功
用水桶從井中提水的時(shí)候，所做的功哪部分是有用功，哪部分是額外功？
如果桶掉到井里，從井里撈桶的時(shí)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。
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機(jī)械效率
二
比較做功的效率
要把重100N的大米運(yùn)上三樓。甲、乙兩位同學(xué)用了兩種方法，怎樣比較哪種方法好？
大米重100 N 動(dòng)滑輪重10 N
桶重 20 N 口袋重 5 N
地面到三樓高度 6 m
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機(jī)械效率
二
比較做功的效率
甲用動(dòng)滑輪和桶提大米做功情況
大米重100 N 動(dòng)滑輪重10 N
桶重 20 N 口袋重 5 N
對(duì)大米做功 W米 = Gh=100N×6m=600 J
對(duì)桶做功 W桶 = Gh=20N×6m= 120 J
對(duì)動(dòng)滑輪做功 W動(dòng) = Gh=10N×6m= 60 J
總功 W總= W米 + W桶 + W動(dòng)=780J
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機(jī)械效率
二
比較做功的效率
乙用動(dòng)滑輪和口袋提大米做功情況
大米重100 N 動(dòng)滑輪重10 N
桶重 20 N 口袋重 5 N
對(duì)大米做功 W米 = Gh=100N×6m=600 J
對(duì)口袋做功 W桶口袋= Gh=5N×6m= 30 J
對(duì)動(dòng)滑輪做功 W動(dòng) = Gh=10N×6m= 60 J
總功 W總= W米 + W口袋 + W動(dòng)=690J
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機(jī)械效率
二
比較做功的效率
計(jì)算兩種情況下的W有用、W額外、W總及W有用與W總的比值
做功形式 W有用 W額外 W總 W有與W總的比值 結(jié)論
對(duì)大米做的有用功 W有用=Gh =100N×6m =600J W桶 + W動(dòng)=180J 780J 77% W有與W總的比值越大，
效率越高，乙同學(xué)方法效率高。
W口袋 + W動(dòng)=90J 690J 87%
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機(jī)械效率
二
機(jī)械效率
物理學(xué)中，將有用功跟總功的比值叫作機(jī)械效率。如果用η表示機(jī)械效率，那么有：
物理意義：機(jī)械效率是標(biāo)志機(jī)械做功性能的物理量，有用功占總功的比例越大，機(jī)械效率越高，這個(gè)機(jī)械的性能越好。
機(jī)械效率只有大小，沒有單位。
機(jī)械效率總小于1。由于有用功總小于總功，所以機(jī)械效率總小于1。機(jī)械效率通常用百分?jǐn)?shù)表示。
機(jī)械效率的高低與省力情況無關(guān)。機(jī)械效率的高低與機(jī)械省力多少無關(guān)，不要認(rèn)為機(jī)械越省力其機(jī)械效率越高。
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機(jī)械效率
二
一些機(jī)器的機(jī)械效率
起重機(jī)的機(jī)械效率一般為40%~50%
抽水機(jī)的機(jī)械效率一般為60%~80%
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機(jī)械效率
二
例題
起重機(jī)把質(zhì)量為0.5t的重物勻速提升了3m，而它的電動(dòng)機(jī)所做的功是3.4×104J，起重機(jī)的機(jī)械效率是多少？g取10N/kg。
解：起重機(jī)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=5×103N
起重機(jī)提升重物所做的功是有用功
W有=Fh=5×103N×3m=1.5×104J
起重機(jī)電動(dòng)機(jī)所做的功是總功
W總=3.4×104J
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機(jī)械效率
二
例題
起重機(jī)把質(zhì)量為0.5t的重物勻速提升了3m，而它的電動(dòng)機(jī)所做的功是3.4×104J，起重機(jī)的機(jī)械效率是多少？g取10N/kg。
機(jī)械效率為44%，表示做功過程中，有用功占總功的44%。
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機(jī)械效率
二
一些簡(jiǎn)單機(jī)械的機(jī)械效率的計(jì)算——滑輪組豎直提升物體
考慮所有的額外功時(shí)：
不考慮繩重和摩擦力，只考慮動(dòng)滑輪重時(shí)：
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機(jī)械效率
二
一些簡(jiǎn)單機(jī)械的機(jī)械效率的計(jì)算——滑輪組水平拉動(dòng)物體
使用滑輪或滑輪組用力F沿水平方向勻速拉動(dòng)物體，物體與水平面的摩擦力為f， 繩為繩子自由端移動(dòng)的距離， 物為物體移動(dòng)的距離，n為動(dòng)滑輪上的繩子股數(shù)。
考慮所有的額外功時(shí)：
f摩擦力
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機(jī)械效率
二
一些簡(jiǎn)單機(jī)械的機(jī)械效率的計(jì)算——斜面
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(zhǎng)度，f為物體與斜面間的摩擦力。
機(jī)械效率：
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機(jī)械效率
二
一些簡(jiǎn)單機(jī)械的機(jī)械效率的計(jì)算——杠桿
用利用杠桿把重力為G的物體提高h(yuǎn)，F(xiàn)為動(dòng)力，s為動(dòng)力作用點(diǎn)移動(dòng)的距離。
機(jī)械效率：
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機(jī)械效率
二
新課講授
機(jī)械效率
二
實(shí)驗(yàn)
測(cè)量滑輪組的機(jī)械效率
【實(shí)驗(yàn)思路】
探要想測(cè)量滑輪組的機(jī)械效率，就要想辦法找出使用滑輪組工作時(shí)的有用功和總功，然后求出二者的比值。本實(shí)驗(yàn)可以測(cè)量如圖所示滑輪組的機(jī)械效率，請(qǐng)根據(jù)此實(shí)驗(yàn)裝置思考：要想知道有用功和總功，需要測(cè)量哪些量？
新課講授
機(jī)械效率
二
實(shí)驗(yàn)
測(cè)量滑輪組的機(jī)械效率
【實(shí)驗(yàn)過程】
根據(jù)實(shí)驗(yàn)思路中的分析，可以像下面這樣進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
1.用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)量鉤碼所受的重力G并填入后面的表格中 。
2.按照?qǐng)D安裝滑輪組，分別記下鉤碼和繩端（彈簧測(cè)力計(jì)掛鉤底部）的位置。
3.緩慢拉動(dòng)彈簧測(cè)力計(jì)，使鉤碼升高，讀出拉力F，用刻度尺測(cè)出鉤碼提升的高度h和繩端移動(dòng)的距離s，將這三個(gè)量填入下表。
4.算出有用功W有用、總功W總、機(jī)械效率η并填入下表。
改變鉤碼的數(shù)量，重復(fù)上面的實(shí)驗(yàn)。
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機(jī)械效率
二
實(shí)驗(yàn)
測(cè)量滑輪組的機(jī)械效率
【實(shí)驗(yàn)過程】
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機(jī)械效率
二
實(shí)驗(yàn)
測(cè)量滑輪組的機(jī)械效率
【實(shí)驗(yàn)過程】
次數(shù) 鉤碼所受重力G/N 提升高度h/m 有用功W有/J 拉力F/N 繩端移動(dòng)的距離s/m 總功W總/J 機(jī)械效率η
1
2
3
新課講授
機(jī)械效率
二
滑輪組的機(jī)械效率跟物重、動(dòng)滑輪重、繩重和摩擦有關(guān)：
對(duì)同一個(gè)滑輪組來說物重越大，機(jī)械效率越高；
在物重相同時(shí)，動(dòng)滑輪重越大，機(jī)械效率越低；
在物重相同時(shí)，機(jī)械摩擦和繩重越大，機(jī)械效率越低。
想想議議
你在三次實(shí)驗(yàn)中測(cè)得的機(jī)械效率一樣嗎？說一說影響滑輪組機(jī)械效率的因素有哪些。
新課講授
機(jī)械效率
二
提高機(jī)械效率的方法
影響因素 分析 提高的方法
被提升 物體的重力 同一機(jī)械，被提升物體的重力越大，做的有用功越多，機(jī)械效率越大 在機(jī)械承受的范圍內(nèi)，盡可能增加被提升物體的重力
機(jī)械自身 的重力 有用功不變時(shí)，減小提升機(jī)械時(shí)做的額外功，可提高機(jī)械效率 改進(jìn)機(jī)械結(jié)構(gòu)，使其更合理、更輕巧
機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng) 部件間的摩擦 機(jī)械自身部件的摩擦力越大，機(jī)械效率越低 對(duì)機(jī)械按照技術(shù)規(guī)程經(jīng)常保養(yǎng)，使機(jī)械處于良好的狀態(tài)
機(jī)械效率
有用功、額外功和總功：有用功：機(jī)械對(duì)物體的拉力所做的功，是有用的。額外功：克服機(jī)械的自重及摩擦力等因素而做的功。總功：拉力（或動(dòng)力）所做的功，W總 =W有 +W額 .
機(jī)械效率：定義：有用功跟總功的比值叫作機(jī)械效率。計(jì)算公式：η= η<1，用百分?jǐn)?shù)表示
滑輪組的械效率：影響因素：滑輪組的機(jī)械效率跟物重、動(dòng)滑輪重、繩重和摩擦有關(guān) 提高方法：減少動(dòng)滑輪重，增加被提升的物重，減少繩重，減少摩擦阻力等
課堂小結(jié)
達(dá)標(biāo)檢測(cè)
1.如圖所示，用滑輪組豎直向上勻速提升重物，不計(jì)繩重和摩擦，下列措施能提高滑輪組機(jī)械效率的是（　　）
A．適當(dāng)增大重物上升的高度
B．換用質(zhì)量較小的動(dòng)滑輪
C．增大繩子自由端移動(dòng)的距離
D．增大繩子自由端的拉力
2.實(shí)驗(yàn)時(shí)，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?jiǎng)踊喌闹貫?N，不計(jì)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(dòng)距離為1.5m
D．該滑輪組的機(jī)械效率為80%
B
D
達(dá)標(biāo)檢測(cè)
3.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(jì)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(jī)械效率為多少？
③若用此滑輪組提升重為1500N的物體，繩上的拉力是多少N？
作業(yè)布置
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