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(共25張PPT)
第九章　機械和功
探究使用機械是否省功
第五節
1
了解有用功、額外功和總功的定義。
2
了解機械效率的概念。
3
能夠利用機械效率的公式進行簡單的計算。
思考與交流
你對生活生產中的“效率“是如何理解的？
學習的效率
工作的效率
思考與交流
使用機械做功有沒有效率呢？
知識回顧
1.做功的兩個必要因素：
一是作用在物體上的____；二是物體在力的方向上移動了______。
2.功的計算公式：W＝____，克服重力做功時，可寫作：W＝____。
3.一鉤碼質量為50g，將其勻速提高0.4m，對鉤碼做的功是多少J？若沿長為1m、高為0.4m的斜面用0.3N的拉力，將其拉到斜面頂端，拉力F做的功的多少J？(g=10N/kg)
距離
力
Fs
Gh
(1)G＝mg=50×10-3kg×10N/kg=0.5N
W=Gh=0.5N×0.4m=0.2J
(2)W′=Fs=0.3N×1m=0.3J
答：對鉤碼做的功的0.2J;拉力F做的功是0.3J。
一、實驗：探究使用動滑輪是否省功
1.實驗步驟
①如圖甲所示，用彈簧測力計將鉤碼緩慢的提升一定的高度，計算拉力所做的功W1。
②如圖乙所示，用彈簧測力計通過一個動滑輪，使重物勻速上升同樣的高度，計算彈簧測力計的拉力所做的功W2。
③改變上升的高度，重復幾次實驗，并將數據填入表中。
次數 1 2 3
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
2.分析與論證
從表中記錄的實驗數據可以看出，使用機械做的功比不用機械做的功多。這是因為在使用動滑輪提升物體時拉力不但對物體做功，也要對動滑輪做功，同時還要克服繩重及動滑輪上的摩擦做功，因此W2>W1。
3.實驗結論：大量實驗證明， ，且使用任何機械都不能省功。
使用動滑輪不能省功
生產和生活中經常使用各種機械，在使用機械時，下列說法中正確的是
(　　)
A.可以省力，同時也可以省功
B.可以省力或省距離，但不能省功
C.只有在費力的情況時才能省功
D.可以省距離，同時也可以省功
學以致用　
B
二、機械效率
(一)有用功和額外功
在用動滑輪提升重物時，動滑輪對物體做的功叫作 ，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，這部分功叫作 。有用功用符號W有用表示，額外功用W額外表示，總功用W總 表示。W總= 。
有用功
額外功
W有用+W額外
思考：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？
答案　提水桶所做的功是有用功，提水所做的功是額外功。
同一個物理過程，由于人們的主觀需要不同，做功的類型也不同。如：用桶在井中打水時，克服桶的重力做的功是　　　　，克服水的重力做的功是　　 　 ；若從井中向外撈水桶，則克服桶的重力做的功是
　　　　，克服水的重力做的功是　　　　；兩次對水和桶共同做的功都叫　　　。(均選填“有用功”“額外功”或“總功”)
學以致用　
額外功
有用功
有用功
額外功
總功
(二)機械效率
(1)物理學中，用 跟 的比值來描述使用機械做功的效率，稱之為機械效率。計算公式：η=。
(2)機械效率總是 1。
有用功
總功
小于
(3)起重機的機械效率是50%，它表示什么意義？
答：使用起重機提升重物時所做的有用功跟總功的比值是50%，也可以說有用功在總功中占的比例是50%，另外的50％是額外功。
思考：用滑輪組提升重物時，怎樣提高機械效率？
答案　增大物重、減小動滑輪重、減小摩擦都可以提高機械效率。
1.建筑工地上，起重機幾分鐘內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(　　)
A.起重機的功率大，機械效率高
B.起重機的機械效率高，做功慢
C.起重機的功率大，機械效率不一定高
D.起重機的機械效率高，做功多
學以致用　
C
2.關于一臺機械做功，下列說法正確的是(　　)
A.機械做的額外功越少，機械效率就越高
B.機械做的有用功越多，機械效率就越高
C.機械做的總功越多，機械效率就越高
D.機械做的有用功在總功中所占的比例越大，機械效率就越高
D
(三)機械效率的計算
閱讀教材例題的解題過程，完成以下題目，要求書寫規范。
(2024·揚州)如圖所示，工人用動滑輪勻速提升重為400 N的窗玻璃，所用的豎直拉力為250 N，窗玻璃上升的高度為10 m用時50 s。求：
(1)所做的有用功W有。
解：所做的有用功：
W有=Gh=400 N×10 m=4 000 J
(2)工人所用拉力的功率P。
解：工人所做的總功：
W總=Fs=250 N×2×10 m=5 000 J
工人所用拉力的功率：P===100 W
(3)動滑輪的機械效率。
解：動滑輪的機械效率：
η===80%
1.如圖所示，用20 N的拉力使重40 N的物體豎直勻速上升1 m，下列說法正確的是(　　)
A.拉力做的有用功是60 J
B.繩子的移動距離是2 m
C.拉力做的額外功是20 J
D.增加物體重力不能增加滑輪組的機械效率
C
解析　拉力做的有用功W有用=Gh=40 N×1 m=40 J，故A錯誤；
由題圖知，n=3，繩子移動的距離s=3h=3×1 m=3 m，故B錯誤；
拉力做的總功W總=Fs=20 N×3 m=60 J，拉力做的額外功W額外=
W總-W有用=60 J-40 J=20 J，故C正確；
增加物體重力，可以增大有用功，不計摩擦和繩重，額外功不
變，有用功與總功的比值增大，滑輪組的機械效率增大，故D錯誤。
2.(2023·蘇州期末)下列說法中正確的是(　　)
A.用同一水桶從井中提水時，提一桶水比提半桶水的機械效率高
B.水桶掉到井里，把水桶撈上來時，對桶做的功是額外功
C.用動滑輪提升重物時，繩子自由端拉力做的功是有用功
D.使用機械過程中，額外功越少，則機械效率就越高
A
解析　額外功等于水桶重力乘以提水高度，水桶重力和提水高度都相等，所以額外功相等；第一次取半桶水，第二次取滿桶水，根據W有用=Gh知：第二次所做有用功要多；在額外功相等的情況下，有用功多的機械效率高，所以提一桶水比提半桶水的機械效率高，故A正確；
從井里撈桶時，目的是撈桶，所以對桶做的功是有用功，故B錯誤；
用動滑輪提升重物時，繩子自由端拉力做的功是總功，故C錯誤；
機械效率高的機械，說明所做有用功占總功的比值大，額外功所占總功的比值小，不是做的額外功少，故D錯誤。
3.(2024·延安志丹縣月考)如圖所示，利用滑輪組使物體A以0.2 m/s的速度豎直勻速上升，滑輪組中，每個滑輪重2 N，彈簧測力計示數始終保持為5 N不變，不計彈簧測力計重、繩重和摩擦，則作用在繩端的拉力F為___ N，物體A受到的重力是　　 N，在10 s內拉力作用點移動　 m。隨著科技的進步，滑輪組的機械效率　　　(選填“能”或“不能”)達到100%。
5
13
6
不能
拉力作用點移動的距離為：s=nh=nv物t=3×0.2 m/s×10 s=6 m；
使用滑輪組提升物體時不可避免地要克服摩擦力、動滑輪重以及繩重等做額外功，所以滑輪組的機械效率不能達到100%。
解析　滑輪組上同一根繩子上的力相等，彈簧測力計的示數始終保持不變為5 N，則作用在繩端的拉力F也為5 N；
動滑輪上有三段繩子，即n=3，則物體的重力為：G=nF-G動=3×5 N-2 N=13 N；

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