(共23张PPT)
11.3如何提高机械效率
课时1机械效率
九全 物理
新课引入
工地要搬一万块砖，下图是三个工人用不同的方式进行搬砖.
勤劳的小明
聪明的小李
更聪明的小强
如果是你，你选则哪一种方式？为什么
？
问题与思考
问题与思考
想一想，三种方式做的功分别有哪些？哪些是我们需要做的功？哪些是不愿做却不得不做的功？
使砖块克服重力做功是我们需要做的功；克服摩擦力做功则是不愿做却不得不做的功
1.了解有用功、额外功和总功的含义，以及它们之间的关系
2.知道机械效率，会用机械效率的公式进行简单的计算
学习目标
难点
重点
甲
乙
试分析以下三种形式，各自对物体做了哪些功？哪些是有用功？哪些是额外功？
想想议议
想想议议
甲 乙 挖掘机
对物体做功
克服摩擦力做功
对物体做功
对动滑轮做功
对物体做功
克服机械臂重力做功
对物体做的功是属于需要的有用功；对动滑轮、克服重力、摩擦力做的功都是不得不做的额外功.
甲
乙
对物体做功
克服重力做功
不可避免
新知学习
一、什么是有用功与额外功
(1)有用功：实现目的而做的功，记为W有用
W有用+ W额外
一般来说，机械对我们所需的，有价值的功为有用功；克服自身部件的重力和摩擦力等所做的功，无价值又不得不做的功为额外功；动力对机械所做的全部的功为总功.
(3)总功：有用功与额外功的总和，记为W总
(2)额外功：虽然并非我们需要的，但又不得不做的功，记为W额
=W总
额外功不可避免，因此W总>W有用
用水桶从井中提水的时候，所做的功哪部分是有用功，哪部分是额外功？
提桶中的水所做的功是有用功，提水桶所做的功是额外功.
如果桶掉到井里，从井里捞桶的时候，捞上的桶里带了一些水，这种情况下哪部分是有用功，哪部分是额外功？
提水桶所做的功是有用功，提桶中的水所做的功是额外功.
思考
思考
注意：在相同的情形下，目的不同，有用功也会发生变化
1、卖茶杯的人，从货架上拿起茶杯；喝茶水的人，从桌面上端起盛茶水的茶杯，就两人克服茶杯重力做功的下列说法中正确的是（ ）
A．都是有用功
B．都是额外功
C．对喝茶的人而言是有用功
D．对卖茶杯的人而言是有用功
D
针对训练
小明家最近买了一处新楼房，家在三楼，想把洗手间、厨房装修一下。如图：需把沙子运到三楼三种方式分别做了哪些功？具体做功是多少？
活动与探究
人提沙子做功时，有用功、额外功、总功分别为多少？
人 上楼提 沙 子 做 功
对沙子做功
对 桶 做 功
W1 = 600 J
克服自重做功
总功 3120J
额外功
2520 J
W2 = 120 J
W3 = 2400 J
有用功
600 J
人拉滑轮利用桶做功时，有用功、额外功、总功分别为多少？
人拉滑轮利用桶做功
对沙子做功
对 桶 做 功
W1 = 600 J
对滑轮做功
总功 780J
额外功
180J
W2 = 120 J
W3 = 60 J
有用功
600 J
人拉滑轮利用麻袋做功时，有用功、额外功、总功分别为多少？
人拉滑轮利用麻袋做功
对沙子做功
对麻袋做功
W1 = 600 J
对滑轮做功
总功 690J
额外功
90J
W2 = 30 J
W3 = 60 J
有用功
600 J
通过对前面三种方式做功计算得出：第三种方法最好，因为有用功相同，第三种方法做的额外功最少，总功最少。工作中，我们总是希望做更少的额外功，也就是有用功在总功中所占的比例越大越好。
种子的发芽率
树苗的成活率
粉笔的利用率
你知道生活中的“率”一词吗？
考试及格率
表示事物某一方面的优劣.
机械帮助我们做功也会涉及效率问题，我们称为机械效率.
你能仿照生活中的“率”，得到机械效率的表达式吗？
物理学中，有用功W有与总功W总的比值叫作机械效率.
机械效率一般用百分数表示，没有单位.
二、什么是机械效率
机械效率是表征机械性能的重要指标
W额外＞0，W总＞W有用，则η＜1
W额外＝0，W总＝W有用，则η＝1
理想状态，忽略机械自重和摩擦等因素
实际机械重摩擦和自重影响很大
机械效率的数值会等于或大于1吗？
思考
实际中额外功不可避免，因此机械效率的数值是小于1的
起重机：40%~50%
F
F
滑轮组：60%~80%
常见机械的机械效率
起重机的机械效率是45%，它表示什么意思？
使用起重机提升重物时所做的有用功跟总功的比值是45%，也可以说有用功在总功中占有45%，另外的55%是额外功.
甲、乙两种机械的机械效率分别是80%和65%，则下列说法正确的是
（ ）
A．使用甲机械省力
B．使用甲机械做功快
C．在相同的时间内，使用甲机械完成的功多
D．乙机械的额外功在总功中占的比例大
D
针对训练
板书
机械效率
及其计算
有用功、额外功和总功
有用功：实现目的而做的功，记为W有用
额外功：虽然并非我们需要的，但又不得不做的功，记为W额外
总功：有用功与额外功的总和，记为W总
机械效率
有用功跟总功的比值叫做机械效率
公式
机械效率总小于1
随堂练习
1.如图所示，用一个沿斜面向上的拉力F将重为4.5 N的物体匀速从底端拉到顶端，若拉力F＝1.8 N，斜面长s＝1.2 m，高h＝0.3 m，下列说法不正确的是( )
A. 拉力做的有用功为1.35 J
B. 拉力做的总功为2.16 J
C. 斜面的机械效率为62.5%
D. 物体受到的摩擦力大小为1.8 N
D
物体克服重力做功
W=Fs
摩擦力做功为额外功
2.起重机把质量为0.5t的重物匀速提升了3m，而它的电动机所做的功是3.4×104J，起重机的机械效率是多少？（g 取10N/kg）
解：起重机匀速提升重物所用的力与物体所受的重力大小相等
F＝G＝mg
＝0.5×103kg×10N/kg＝5×103N
起重机提升重物所做的功是有用功
W有＝Fh＝5×103N×3m＝1.5×104J
因此，起重机的机械效率
起重机的电动机所做的功是总功
W总＝3.4×104J
答：起重机的机械效率为44%(共26张PPT)
课时2 机械效率的测量
九全 物理
新课引入
有用功：实现目的而做的功，记为W有用
W总= W有用+ W额外
物理学中，有用功与总功的比值叫作机械效率
总功：有用功与额外功的总和，记为W总
额外功：虽然并非我们需要的，但又不得不做的功，记为W额
如何通过实验测量简单机械（滑轮组）的效率呢？
？
问题与思考
问题与思考
1.会测算滑轮组的机械效率
2.知道知道提高机械效率的方法和意义
学习目标
难点
重点
新知学习
一、测量滑轮组的机械效率
1.实验原理：
对于滑轮组：
要测量滑轮组的机械效率，就要求出有用功和总功，那么需要测出哪些物理量？
思考
W总= Fs
W有用=G物 h
需要哪些测量工具？
重力G
物体移动距离h
绳子自由端移动距离s
绳端拉力F
弹簧测力计
刻度尺
2.实验器材：
弹簧测力计、刻度尺、铁架台、滑轮、细线、钩码
为了避免测力计自身重力对实验产生的影响，弹簧测力计如何使用？
弹簧测力计要竖直向上拉动
如何准确的用弹簧测力计测量拉力？
根据二力平衡，弹簧测力计要竖直向上匀速拉动绳端
用弹簧测力计测拉力时，能否在静止状态下读数？为什么？
不能，因为静止状态下动力不做功
怎样知道所提升钩码受到的重力？
用弹簧测力计测出，不能用 G=mg 计算
3.实验步骤：
(1) 用弹簧测力计测量钩码所受重力的G 并填入表格 ;
(2) 如图所示安装滑轮组，分别记下钩码和绳端的位置；
(4) 算出有用功W有、总功W总、机械效率η并填入表格；
(5) 改变钩码的数量，重复上面的实验
(3)用弹簧测力计竖直向上匀速拉绳子自由端，用弹簧测力计测出拉力F，用刻度尺分别测出s、h，并把测量数据填入表格；
G/N h/m W有/J F/N s/m W总/J η
1
2
3
实 验 1
保持动滑轮重与上升高度一定，改变提升钩码重力
0.5 0.030 0.015 0.30 0.087 0.026 57.69%
1.0 0.030 0.030 0.40 0.091 0.036 83.33%
1.5 0.030 0.045 0.59 0.086 0.050 90.0%
实验结论 ：
同一机械，提升的重物不同时，机械效率不同，提升的重物越重，机械效率越大。
G/N h/m W有/J F/N s/m W总/J η
1
2
实 验 2
保持动滑轮与钩码重一定，改变物体上升高度
4 0.05 0.2 1.7 0.15 0.255 78.4%
4 0.1 0.4 1.7 0.3 0.51 78.4%
实验结论：
滑轮组的机械效率与物体上升高度无关.
关于实验结论，滑轮组的机械效率与物体上升高度无关，除了通过实验的方式，从理论角度是否可以得出同样结论？
思考
即在测滑轮组的机械效率时，可以不测量 s 和 h，只需知道绳子段数及测量出物重、拉力即可.
思考讨论：如果保持钩码重力一定，且钩码升高相同高度，改变动滑轮重量，动滑轮越重，机械效率怎样变化？
？
物重一定，升高相同高度，则有用功不变，动滑轮越重时，额外功越多，
机械效率越小。
可知，
根据
理论分析
提问：你能通过实验来验证吗？
G/N h/m W有/J F/N s/m W总/J η
1
2
实 验 3
保持钩码重与上升高度一定，改变动滑轮重
实验结论：
滑轮组的机械效率与动滑轮重有关，提升相同重物，动滑轮越重，机械效率越低
4 0.005 0.2 1.7 0.15 0.255 78.4%
4 0.005 0.2 1.9 0.15 0.285 70.2%
如图，甲乙两物体重为G，动滑轮重为G动，拉力分别为F1、F2，请比较两滑轮组的机械效率？
思考
F1
甲
F2
乙
η1=η2
滑轮组的机械效率与绕绳方式无关
若不考虑绳重和摩擦时，只计动滑轮重力：
即在测滑轮组的机械效率时，若不计绳重和摩擦，只需测量物重、动滑轮重，就可以得出机械效率.
温馨提示
绳重、摩擦（轮与轴及轮与绳之间）.
减小摩擦可以减少额外功，提高机械效率.
提升的物体的重力.
同一滑轮组，被提升的重物越重，滑轮组机械效率越高.
动滑轮的重力
在提升相同的重物时，动滑轮的重力越小，机械效率越高.
影响滑轮组机械效率的因素
归纳
提高机械效率就要提高有用功在总功中的比值，尽可能增大有用功、减小额外功.
可采取以下措施：
在机械承受的范围内，尽可能增加提升的重物的重力.
减轻机械（动滑轮）自重.
加润滑油减小摩擦，使用称重能力更强而质量更小的绳索.
知识归纳：提高机械效率的方法
温馨提示
机械效率是由机械自身因素（如机械自重、摩擦等）和做功对象（如提起的物重）决定的，与使用机械是否省力、是否省距离以及做多少功无关
机械效率、功率和功是三个不同的物理量，它们之间没有直接关系
课堂小结
测量滑轮组的
机械效率
原理
影响滑轮组机械效率的因素
绳重、摩擦力
提升物体的重力
动滑轮的重力
随堂练习
1.在如图所示的滑轮组装置中，所挂重物的重力G＝50 N，当施加在绳子自由端的拉力为F＝30 N时，重物恰好匀速上升，绳重及一切摩擦均可忽略不计。由此可知（ ）
A．该装置的机械效率为60%
B．该装置的机械效率为55.6%
C．该装置中动滑轮重为5N
D．该装置中动滑轮重为10N
D
G
F
2.图为测量滑轮组机械效率的实验装置，钩码总重6 N。
（1）实验时要竖直向上______拉动弹簧测力计，
由图可知拉力大小为_______N，若钩码上升的高
度为8cm，则弹簧测力计向上移动______cm，该
滑轮组的机械效率为________。
（2）若仅增加钩码的个数，该滑轮组的机械效率将_______（选填 “增大”“减小”或“不变”）
匀速
2.4
24
83.3%
变大
3.如图是某种电梯结构的简化示意图，电梯在电动机拉力F＝2 000 N的作用下匀速将质量为50 kg的小明从1楼提升到5楼，若每层楼高3 m，则电梯的机械效率为________；若考虑实际情况，则提高电梯运行的机械效率可以采用的办法有________________________________(填写一条方法即可)．
减小钢绳的质量（减小滑轮的摩擦）
12.5%
4.塔吊是一种常见的起重设备如图甲所示．某建筑工地用塔吊在1 min内将质量为2.7 t的货箱匀速提升30 m，吊臂上的滑轮组如图乙所示，若滑轮组提升物体时的效率为90%，忽略绳重和摩擦．(g取10 N/kg)试问：
(1)滑轮组做的有用功．
解：(1)货箱的重力
G＝mg＝2.7×103 kg×10 N/kg＝2.7×104 N.
滑轮组做的有用功
W＝Gh＝2.7×104 N×30 m＝8.1×105 J.
(2)拉力F的功率．
(2)动滑轮承担绳子段数n＝3，
由 得拉力F＝1.0×104 N.
拉力F的功率
(3)利用此起重设备提升货箱，若需要提高滑轮组的机械效率，可以采用哪些措施？请用物理知识加以解释．
(3)①措施：在确保钢丝绳与塔吊安全的情况下，增加货箱的重力
解释：在额外功不变的情况下，增加有用功，即增加货箱的重力可提高滑轮组的机械效率
②措施：减小动滑轮的重力
解释：在有用功不变的情况下，减小额外功，即减小动滑轮的重力可提高滑轮组的机械效率
③措施：给动滑轮加润滑油减小摩擦
解释：在有用功不变的情况下，减小额外功，即给动滑轮加润滑油减小摩擦可提高滑轮组的机械效率
