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第十二章 簡單機(jī)械
第4節(jié)　第2課時(shí)
機(jī)械效率的測量
1
會(huì)利用彈簧測力計(jì)和刻度尺測量滑輪組的機(jī)械效率。
2
知道影響滑輪組機(jī)械效率的因素和提高機(jī)械效率的方法。
1.我們用滑輪組提升鉤碼時(shí)，對______做的功是有用功；不計(jì)繩重和摩擦?xí)r，對________做的功是額外功；對繩子自由端的拉力做的功是______。
鉤碼
動(dòng)滑輪
總功
2. 如圖所示的滑輪組中，用200N的拉力F勻速提升重500N的物體，物體上升1m,則拉力所做的有用功是____J，總功是____J，額外功是____J，滑輪組的機(jī)械效率是____%。
500
600
100
83.3
3. 如圖所示，用F=100N的力將重為G=300N的物體勻速拉上h=1m、s=4m的斜面，則此過程中拉力對物體做的功是____J，斜面的機(jī)械效率是____%。
400
75
思考與交流
使用機(jī)械做功有沒有效率呢？
閱讀教材第119~120頁，了解測量滑輪組機(jī)械效率的思路和過程，并思考下面的問題。
1.實(shí)驗(yàn)原理是：____________
2. 目的是為保證彈簧測力計(jì)示數(shù)穩(wěn)定，便于讀數(shù)，必須______向上______拉動(dòng)彈簧測力計(jì)。
η=
豎直
勻速
一、測量滑輪組的機(jī)械效率
【活動(dòng)】測量滑輪組的機(jī)械效率
實(shí)驗(yàn)1：保持動(dòng)滑輪重一定，改變鉤碼重，并將測量結(jié)果填入表格中。
實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表格：
次數(shù) 鉤碼所受重力G/N 鉤碼上升高度h/m 有用功W有/J 拉力F/N 繩端移動(dòng)距離s/m 總功 W總/J 機(jī)械效率η
1
2
3
結(jié)論：動(dòng)滑輪重一定，提起的物重越大，機(jī)械效率越高。
【活動(dòng)】測量滑輪組的機(jī)械效率
實(shí)驗(yàn)2：保持鉤碼重一定，改變動(dòng)滑輪重，并將測量結(jié)果填入表格中。
實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表格：
次數(shù) 鉤碼所受重力G/N 鉤碼上升高度h/m 有用功W有/J 拉力F/N 繩端移動(dòng)距離s/m 總功 W總/J 機(jī)械效率η
1
2
3
結(jié)論：提起的物重一定，動(dòng)滑輪越重，機(jī)械效率越低。
總結(jié)與交流：
（1）影響滑輪組機(jī)械效率的因素主要是：
（2）實(shí)驗(yàn)過程中，勻速拉動(dòng)彈簧測力計(jì)不易操作，________（選填“可以”或“不可以”）在靜止時(shí)讀出拉力的大小來計(jì)算總功。
①摩擦（輪與軸及輪與繩之間）、繩重
②提起的物重
③動(dòng)滑輪重
不可以
（3）滑輪組機(jī)械效率的大小與物體被提升的高度、滑輪組的繞線方式及物體被提升的速度 關(guān)。
（4）實(shí)驗(yàn)時(shí)進(jìn)行多次測量的目的是 。
無
使結(jié)論更具有普遍性
結(jié)合前面的實(shí)驗(yàn)結(jié)論，閱讀教材第120頁，總結(jié)影響滑輪組機(jī)械效率的因素，了解提高機(jī)械效率的意義與方法。
1.提高機(jī)械效率的意義：
（1）節(jié)能減排
（2）提高經(jīng)濟(jì)效益
二、提高機(jī)械效率的方法與意義
節(jié)能減排
2.提高機(jī)械效率的途徑
(1)改進(jìn)機(jī)械的 ，使機(jī)械設(shè)備更 、更 ，如減小動(dòng)滑輪重；
(2)在使用中按照技術(shù)規(guī)程經(jīng)常保養(yǎng)，使機(jī)械設(shè)備處于良好的狀態(tài)，減小有害 ，如加強(qiáng)機(jī)械運(yùn)動(dòng)部位的潤滑；
(3)在機(jī)械技術(shù)安全要求范圍內(nèi)，增大所做的 功，如增大滑輪組提起的 重。
結(jié)構(gòu)
合理
輕巧
摩擦
有用
物
【思考】
我們在使用斜面將物體運(yùn)到高處時(shí)，怎樣才能提高斜面的機(jī)械效率？
（1）盡量使斜面光滑；
（2）在物體與斜面間安裝滾木或輪子；
（3）增大斜面的傾角。
(2024·揚(yáng)州月考)在探究“影響滑輪組機(jī)械效率高低的因素”時(shí)，同學(xué)們提出了下列猜想，小明同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖所示的兩個(gè)滑輪組，進(jìn)行對比實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證提出的猜想，則該實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的猜想是(　　)
A.滑輪組機(jī)械效率高低可能與動(dòng)滑輪重有關(guān)
B.滑輪組機(jī)械效率高低可能與被提升的物重有關(guān)
C.滑輪組機(jī)械效率高低可能與物體被提升的高度有關(guān)
D.滑輪組機(jī)械效率高低可能與承重繩子股數(shù)有關(guān)
學(xué)以致用　
B
1.(2024·承德期末)在“測量滑輪組的機(jī)械效率”實(shí)驗(yàn)中，小麗用同一滑輪組提升不同的物體，如圖甲、乙、丙所示，每個(gè)鉤碼重力相同，三次實(shí)驗(yàn)中彈簧測力計(jì)所用拉力分別為F1、F2、F3，甲、乙、丙三次實(shí)驗(yàn)中滑輪組的機(jī)械效率分別為η1、η2、η3。下列說法錯(cuò)誤的是(　　)
A.實(shí)驗(yàn)時(shí)，需要豎直向上勻速拉動(dòng)彈簧測力計(jì)
B.實(shí)驗(yàn)需要的測量工具有彈簧測力計(jì)和刻度尺
C.F1D.η1>η2>η3
D
解析　實(shí)驗(yàn)中，要豎直向上勻速拉動(dòng)彈簧測力計(jì)，
由二力平衡的條件可知，只有豎直勻速拉動(dòng)彈簧
測力計(jì)時(shí)，彈簧測力計(jì)的示數(shù)才和繩子的拉力相
等，靜止時(shí)無摩擦力，彈簧測力計(jì)示數(shù)偏小，故
A正確；根據(jù)滑輪組機(jī)械效率的原理η==知，需要測物重、拉力、物體升高的高度、繩端移動(dòng)距離，因此需要的測量工具有彈簧測力計(jì)和刻度尺，故B正確；
甲、乙、丙圖中承擔(dān)鉤碼重力的繩子股數(shù)和動(dòng)
滑輪重力相同，根據(jù)F=(G+G動(dòng))可知，鉤碼越
重，拉力越大，因?yàn)镚1故C正確；
根據(jù)η====可知，同一滑輪組，物體重力越大，機(jī)械效率越高，因?yàn)镚12.(2024·商洛商南縣期末)用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置探究滑輪組的機(jī)械效率，下列說法正確的是(　　)
A.實(shí)驗(yàn)時(shí)彈簧測力計(jì)可以在靜止時(shí)讀數(shù)
B.實(shí)驗(yàn)時(shí)不用刻度尺也可以測量出滑輪組的機(jī)械效率
C.滑輪組的機(jī)械效率與動(dòng)滑輪重力的大小無關(guān)
D.同一滑輪組的機(jī)械效率隨所掛鉤碼的重力增大而增大，
最終可以達(dá)到100%
B
解析　若彈簧測力計(jì)在靜止時(shí)讀數(shù)，則沒有測量出繩子與滑輪
間的摩擦，拉力偏小，總功偏小，此時(shí)所測的機(jī)械效率偏大，
則該方法是錯(cuò)誤的，故A錯(cuò)誤；
因s=3h，則滑輪組的機(jī)械效率η====，所以實(shí)驗(yàn)中
可以不測量h和s，即刻度尺可以不用，故B正確；
在物重和提升高度都一定時(shí)，動(dòng)滑輪越重，克服滑輪重力做的
額外功越多，有用功在總功中所占的比例減小，機(jī)械效率越低，即滑輪組的機(jī)械效率高低與動(dòng)滑輪重力大小有關(guān)，故C錯(cuò)誤；
使用滑輪組時(shí)不可避免地要克服動(dòng)滑輪重力做額外功，使得有用功小于總功，機(jī)械效率不會(huì)達(dá)到100%，故D錯(cuò)誤。
3.某同學(xué)測完滑輪組的機(jī)械效率后，又測定了斜面的機(jī)械效率，實(shí)驗(yàn)記錄結(jié)果如表。第2次實(shí)驗(yàn)中，若拉力作用時(shí)間為4 s，則拉力的功率為　　W；根據(jù)表格中數(shù)據(jù)，第4次實(shí)驗(yàn)的機(jī)械效率為　　　；分析數(shù)據(jù)，可得出的結(jié)論為__________________________________________________________________
(答出一點(diǎn)即可)。
0.5
實(shí)驗(yàn) 次數(shù) 斜面傾 斜程度 物體重 量G/N 斜面高 度h/m 沿斜面拉 力F/N 斜面長 s/m 有用功 W有/J 總功 W總/J 斜面機(jī)械
效率η
1 較緩 5 0.1 1.5 1 0.5 1.5 33.3%
2 較陡 5 0.2 2 1 1 2 50%
3 較陡 10 0.2 4 1 2 4 50%
4 最陡 5 0.3 2.4 1
62.5%
物重、斜面粗糙程度相同的情況下，斜面傾斜程度越大斜面機(jī)械效率越高
解析　在第2次實(shí)驗(yàn)中：W總2=Fs=2 N×1 m=2 J；
功率：P===0.5 W；
第4次實(shí)驗(yàn)的有用功：
W有4=G4h4=5 N×0.3 m=1.5 J，
總功W總4=F4s4=2.4 N×1 m=2.4 J，
機(jī)械效率η===62.5%；
實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明：在物重、斜面粗糙程度相同的情況下，斜面傾斜程度越大斜面機(jī)械效率越高(或斜面傾斜程度越大，需要的拉力越大，即：斜面越陡越費(fèi)力)。
4.小明測量如圖所示滑輪組的機(jī)械效率，部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表。
實(shí)驗(yàn) 序號(hào) 鉤碼所受 重力G/N 鉤碼上升 高度h/cm 拉力 F/N 繩端移動(dòng) 距離s/cm 機(jī)械
效率η
1 1.0 5 15 55.6%
2 1.5 5 0.8 15
3 2.0 5 1.0 15 66.7%
4 2.0 10 1.0 30 66.7%
(1)為了順利完成實(shí)驗(yàn)，除了圖中的器材外，還需要的測量工具是　　　　。
刻度尺
解析　實(shí)驗(yàn)過程中，需要用刻度尺來測量彈簧測力計(jì)和重物上升的高度；
(2)實(shí)驗(yàn)過程中，應(yīng)緩慢拉動(dòng)彈簧測力計(jì)，使鉤碼豎直向上做　　　運(yùn)動(dòng)。第1次實(shí)驗(yàn)時(shí)，彈簧測力計(jì)示數(shù)如圖所示，為　　　 N。
勻速
0.6
解析　勻速拉動(dòng)彈簧測力計(jì)，使鉤碼保持勻速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，受到平衡力的作用；由題圖知，彈簧測力計(jì)示數(shù)為0.6 N；
(3)第2次實(shí)驗(yàn)時(shí)所做的有用功為　　　　 J，滑輪組的機(jī)械效率是　　　　。
0.075
62.5%
解析　第2次實(shí)驗(yàn)中，G=1.5 N，h=0.05 m，W有=Gh=1.5 N×0.05 m=0.075 J，
W總=Fs=0.8 N×0.15 m=0.12 J，η===62.5%；
(4)分析1、2、3次實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)可知，使用同一滑輪組提升鉤碼時(shí)，鉤碼所受重力越　　(選填“大”或“小”)，滑輪組的機(jī)械效率越高；分析3、4次實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)可知，滑輪組的機(jī)械效率與鉤碼上升的高度_______(選填“有關(guān)”或“無關(guān)”)。
大
無關(guān)
解析　同一滑輪組提升鉤碼時(shí)，額外功一定，鉤
碼所受重力越大，所做有用功越多，機(jī)械效率越
高；由η===知，滑輪組的機(jī)械效率與鉤
碼上升的高度無關(guān)；
(5)結(jié)合生產(chǎn)生活實(shí)際，用滑輪組提升重物時(shí)，下列選項(xiàng)中也可以提高機(jī)械效率的是　　。
A.增大繩重
B.減輕動(dòng)滑輪重
C.加快物體提升的速度
B
解析　根據(jù)η===知，在提升重物所受重力一定時(shí)，動(dòng)滑輪重力越小，機(jī)械效率越高，故選B；
(6)小明發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)過程中邊拉動(dòng)邊讀數(shù)，彈簧測力計(jì)示數(shù)不穩(wěn)定，應(yīng)該靜止讀數(shù)，他的想法________(選填“正確”或“不正確”)，因?yàn)樗麤]有考慮到　　　 對滑輪組機(jī)械效率的影響。
不正確
摩擦力
解析　小明的想法不正確。勻速拉動(dòng)彈簧測力計(jì)使鉤碼上升時(shí)，所做的額外功為對動(dòng)滑輪和繩子重力做的功，還有克服滑輪軸的摩擦、繩子與滑輪之間的摩擦所做的功，如果靜止讀數(shù)，會(huì)忽略了摩擦力對機(jī)械效率的影響；
(7)若將此滑輪組換一種繞繩方法，不計(jì)摩擦及繩重，提升相同的物體時(shí)，滑輪組的機(jī)械效率_______(選填“變大”“變小”或“不變”)。
不變
解析　同一滑輪組提升相同的物體時(shí)，不計(jì)摩擦及繩重，由η==
=知，只改變繞繩方法時(shí)，滑輪組的機(jī)械效率不變。

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