北师大版 八年级物理下册9.5探究--- 使用机械是否省功(共31张PPT)

(共31张PPT)
第九章 机械和功
五、探究——使用机械是否省功
学习目标
通过探究活动，知道使用任何机械都不省功。
通过探究活动，理解机械效率。
机械效率的计算（重点）
通过实验探究功的原理（难点）
探究使用机械是否省功
一、提出问题：人们在使用杠杆、滑轮等机械，有的可以省力，有的可以省距离，那么使用机械可以省功吗？
二、假设猜想：使用机械不能省功。
三、制定计划并进行实验：直接用弹簧测力计吊起一个重物，弹簧测力计对重物做的功为W1，再用弹簧测力计通过一个动滑轮吊起重物，使重物上升相同的高度，弹簧测力计的拉力做功W2。比较这两个力所做的功就能可以知道使用机械是否省功。
复习巩固
比较物体做功快慢的三种方法分别是什么？
功率的定义？物理意义？比值定义？计算公式？变形公式？国际单位？常用单位？换算关系？
功率的测量（测人上楼梯时的功率）需要测量哪些基本物理量？需要哪些实验器材？表达式是什么？
当物体在力F的作用下，以速度v做匀速直线运动时，由
F=F示=2N，因为动滑轮上有3段绳子，故vF=3vA=3×0.1m/s=0.3m/s
F
h
s
h
Fˊ
实验装置及过程
四、收集证据
力/N 移动距离/m 力做的功/J
F=4 h=0.3 W1=Fh=1.2
Fˊ=2.2 s=0.6 W2=Fˊs=1.32
五、分析与结论
使用动滑轮提升重物时拉力在对重物做功的同时也要对动滑轮做功，同时还要克服动滑轮上的摩擦做功，所以W2>W1，使用动滑轮并不省功。
大量实验表明：使用任何机械都不省功。
使用机械不能省功，为什么人们还要使用机械呢？
这是因为使用机械可以改变力的方向或者省力，或省距离，或改变做功的快慢，或能完成人们不便直接完成的工作。
解决问题
什么叫有用功、额外功和总功？
三种功之间有什么关系？
什么叫机械效率？其表达式怎样？
为什么机械效率小于1？
有用功（W有用）：在用动滑轮提升重物时，克服物体的重力所做的功是有用的，是必须做的，这部分功叫作有用功。
额外功（W额外）：提升重物时，不可避免地要对动滑轮本身做功和克服摩擦力做功，这部分功叫作额外功。
总功（W总）：有用功与额外功的总和。
W总=W有用+W额外
有用功可理解为一种“目的”功。例如，用滑轮组匀速提升重物时，使用机械的目的是提升重物，那么克服重物的重力做的功就是有用功，即W有用=Gh，而克服动滑轮本身的重力做的功和克服摩擦做的功就是额外功。又如用滑轮组拉动重物在水平面上匀速移动时，使用机械的目的是水平移动物体，那么克服重物与水平面间的摩擦力做的功就是有用功，即W有用=Ffs；
额外功是指对人们无用但又不得不额外做的功，包括提升物体时克服盛物体的容器的重力、机械自重和自身部件的摩擦等做的功。由于机械自重和摩擦总是存在的，因此额外功是不可避免的，对任何实际的机械总有W额外>0。
总功是指对人们使用机械时动力总共做的功，即W总=Fs
机械效率
概念：有用功和总功的比值。符号η
计算公式：
由于对任何实际的机械总有W额外>0，W有用用绳子将钩码提升至一定的高度，此过程所做的有用功是（ ）
A.升高钩码所做的功
B.克服摩擦所做的功
C.提高绳子所做的功
D.克服动滑轮自重做的功
A
成长资源P72，填空题第6题
一人用100N的拉力用滑轮组将重为300N的物体向上提起，绳重和摩擦不计。在拉力的作用下，物体匀速上升了1m。求：
1.人所做的有用功；
2.人所做的总功；
3.人所做的额外功；
1.人提起重物克服重力所做的功是有用功，则W有用=Gh=300N×1m=300J
2.拉力移动的距离s=4h=4×1m=4m，人的拉力做的总功W总=Fs=100N×4m=400J
3.W额外=W总－W有用=400J-300J=100J
滑轮或滑轮组（提起重物）
总功：W总功=Fs
有用功：W有用=G物h
额外功：
1.克服动滑轮重、绳重、摩擦所做的功W额外=W总－W有用
2.若不计绳重及摩擦 W额外=G动h
机械效率：1.
2.不计绳重及摩擦
工人用250N的力将重400N的物体匀速提升2m,共用了10s，若在此过程中忽略绳重和摩擦，下列说法正确的是（ ）
A.绳子自由端移动的距离是6m
B.动滑轮的重是10N
C.工人做功的功率是80W
D.滑轮组的机械效率是80%
D
如图所示，利用轻质滑轮组匀速拉动水平地面上重为300N的物体，拉力F的大小为30N。若物体和地面间的摩擦力大小为45N，则A处的拉力大小和滑轮组的机械效率分别为（ ）
A.45N 50%
B.45N 75%
C.60N 50%
D.60N 80%
B
FA
Ff
物体在水平面上做匀速直线运动，FA和Ff是一对平衡力，FA=Ff=45N
滑轮或滑轮组（水平匀速拉动物体）
总功：W总功=Fs绳
有用功：W有用=Ffs物
额外功：W额外=W总－W有用
机械效率：
成长资源P72，第4题
用500N的力将重为900N的物体从斜面的底端匀速推到了顶端，斜面长6m，高3m，则有用功为（ ）J，总功为（ ）J，机械效率为（ ）。
h
G
F推
Ff
L
2700
3000
90%
斜面
总功：W总功=FL
有用功：W有用=G物h
额外功：克服摩擦所做的功
W额外=W总－W有用
W额外=FfL
机械效率：1.
2.
小明想把重1000N的木箱A搬到高h=5m，长L=10m的斜面上。他站在斜面上，沿斜面向上用F=600N的拉力使木箱A以v=0.2m/s的速度匀速从斜面底端拉到斜面顶端。求：
1.小明同学拉木箱的功率是多大？
2.该斜面的机械效率是多大？
3.木箱A在斜面上匀速运动时受到的摩擦力是多大？
1.小明拉木箱的功率：
2.斜面的机械效率：
3.摩擦力大小：由 W额外=FfL，有
成长资源P72，填空题第5题
对机械效率的理解
机械效率是有用功与总功之比，它只有大小，没有单位，一般用百分数表示；
机械效率是标志机械做功性能好坏的物理量，机械效率越高，这个机械的性能越好。
机械效率不是固定不变的。它反映的是机械在一次做功的过程中有用功和总功的比值，同一机械在不同的做功过程中，提起的物重不同，机械效率往往不同。
机械效率高低的比较
机械效率由W有用和W总共同决定，不能理解为“有用功多，机械效率高”或“总功多，机械效率低”
当总功一定时，有用功越多（或额外功越少），机械效率越高；
当有用功一定时，总功越少（或额外功越少），机械效率越高；
当额外功一定时，总功越多（或有用功越多），有用功在总功中所占的比例越大，机械效率越高
下列关于机械效率的说法中正确的是（ ）
A.机械效率越高的机械，使用时越省力
B.机械效率越高的机械，使用时额外功在总功中所占的比例越小
C.机械效率越高的机械，做的有用功越多
D.任何机械的机械效率都不会小于1，它的单位是焦耳
机械效率是有用功和总功的比值，机械效率越高的机械，使用时有用功在总功中所占的比例越大，额外功在总功中所占的比例越小，但不一定省力。故A错误，B正确。有用功多并不意味着机械效率高，还要看总功的多少，C错误；
B
用甲、乙两种装置匀速提升同一重物，若每个滑轮重相同，不计摩擦及绳重，则下列说法正确的是（ ）
A.甲较省力，机械效率较低
B.乙较省力，机械效率较低
C.甲较省力，机械效率较高
D.乙较省力，机械效率较高
匀速提升的是质量相等的重物，若提升高度相同时，所做的有用功相同，由 可知，不计摩擦，使用图甲中的定滑轮不用对滑轮做额外功，故机械效率较高；使用图乙中的动滑轮要对滑轮做额外功，故机械效率低。故B正确。
B
成长资源填空题第8题
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