10.5机械效率第1课时认识机械效率 课件 (共30张PPT) 2023-2024学年度沪科版物理八年级全册

(共30张PPT)
10.5机械效率
第1课时 认识机械效率
八下 物理
沪科版
新课引入
简单机械在人们的生产生活中有哪些作用？
1.改变用力的方向
2.省力
3.省距离
简单机械在人们的生产生活中的作用
省力
省距离
改变用力方向
滑轮组
投石车
？
资料
是否存在既能省力，又能省距离的简单机械呢？
总结
思考
1.知道有用功、额外功、总功的概念，以及它们之间的关系；
2.理解机械效率的定义，会用机械效率的公式进行简单计算。
难点
重点
学习目标
新知学习
一、有用功、额外功和总功
如果一个简单机械既省力又省距离，那么这意味着什么？
W =
F
s
·
省功
s
h
F1
使用动滑轮：W2=F2s
不使用机械：W1=F1h
如果W2＜ W1 ，
使用这个动滑轮就省功了！
实 验 1
比较动滑轮提升物体所做的功为W2和直接提升物体所做的功W1的大小？
猜想与假设
实验步骤
W1＞W2 ；
W1＜W2 ；
W1=W2 .
1. 用弹簧测力计分别将重为2N的
钩码匀速提升0.1m[图(a)]。
2. 用弹簧测力计并借助一只动滑轮将重为
2N的钩码匀速提升0.1m[图(b)]。
F1
实验视频
物重 (拉力)G/N 提升高度h/m 直接提升重物所做的功W1/J 动力F/N 绳子自由端移动距离s/m 动滑轮所做的功W2/J
2 0.1 2 1.2 0.2 2.4
实验数据
借助动滑轮提升重物做功，拉力所做的功W2大于直接提升重物所做的功W1(W2＞W1 )。因此，使用机械并不能省功。
实验结论
拉力 (或动力)所做的功，叫总功
提升重物，要克服滑轮重力和滑轮转动时的摩擦而额外做功，这部分无用的，而又不得不做的功，叫额外功。
从总功中减去额外功，才是有用的功，提升重物是目的，是有用功。
实验证明，使用机械做功时，尽管它会给我们带来如省力、方便等有利因素，但是，由于机械本身的自重，以及摩擦等因素的影响，需要额外做一些功。
有用功：实现目的而做的功，记为W有用
W总= W有用+ W额外
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
一般来说，机械对外所做的功为有用功，机械克服自身部件的重力和摩擦力所做的功为额外功，动力对机械所做的功为总功
归纳
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，提水所做的功是额外功
思考
思考
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，需把沙子运到三楼。
你会选择哪种方法？这三种方法有什么区别？
人提沙子做功时，有用功、额外功、总功分别为多少？
人 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
前面实验中，第三种方法最好，因为第三种方法做的额外功最少，总功最少。工作中，我们总是希望额外功越少越好；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
树的成活率
工作效率
粉笔的利用率
你知道生活中的“率”一词吗？
二、机械效率
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？
我们把有用功和总功的比值叫作机械效率.
机械效率通常用百分率表示，没有单位.
定义
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
起重机：40%~50%
F
F
滑轮组：60%~80%
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
总功W总：动力(人或电动机)对机械所做的功是总功。
有用功W有：机械对物体所做的功是有用功，或者说如果没有机械，直接用手移动物体所做的功是有用功。
在电动抽水机把水提升某一高度时，抽水机消耗的电能(电流所做的功)是总功，水重力做的功 Gh 是有用功.
怎样区分有用功和总功
例如：在水力发电站中，水从高处流下来带动发电机，水的重力所做的功Gh是总功，发电机发出的电能是有用功。
在图中提升物体的过程中，
有用功是Gh，总功是Fs。
F’
s
h G
s
s’
在图中平移物体的过程中
F’是动滑轮对物体的拉力。
有用功是F’s’，总功是Fs.
没有！因为有用功总小于总功，所以机械效率总小于1。
1.有没有机械效率为100%的机械？为什么？
2.怎样才能提高机械的效率？
减少额外功
改进结构，使其合理、轻巧——减小机械自重
经常保养、定时润滑——减小摩擦
增加有用功——增加物重
思考与讨论
针对训练
1.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
功率
有用功在总功中占比少，机械效率小
课堂小结
机械效率
及其计算
有用功、额外功、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
定义：
公式:
提高机械的效率
有用功跟总功的比值叫做机械效率
减少额外功
增加有用功
1.关于机械效率，下列说法正确的是（ ）
A .机械效率高的机械做功一定多
B .使用机械可以省力，省力越多，机械效率越高
C .没有摩擦时，机械效率一定等于100%
D .做同样的有用功，额外功越小，机械效率越大
D
随堂练习
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）
已知：G物＝mg＝0.5×103kg×10N/kg＝5×103N，
h=3m，W总=3.4×104J
解：W有＝G物h＝5×103N×3m＝1.5×104J
求：η
答：起重机的机械效率为44%
3.《天工开物》是我国古代的科学著作，书中记载着大量的古代农业机械．其中这样写道：“凡河滨有制筒车者，堰陂障流绕于车下，激轮使转，挽水入筒，一一顷于枧内，流入亩中，昼夜不息，百亩无忧．”该段文字描述了筒车这样一种以水流作动力，用来取水的机械，如图所示．若接水槽离取水处高4 m，水轮上有12 个取水筒，一个取水筒每次可取水4 kg，筒车旋转一周所用时间为 60 s. (接水槽离倒水处的高度忽略不计，g取10 N/kg)
(1)请从能量转化的角度，简要分析筒车的工作原
理；
(2)求该筒车旋转一周对进入接水槽的水所做的功；
(3)若水流冲击筒车的功率为40 W，求筒车旋转一
周取水的机械效率．
解：(1)从能量转化的角度来看，筒车工作时，把水流的动能转化为筒车和取水筒内水的动能和重力势能．
答：筒车旋转一周对进入接水槽的水所做的功为1 920 J， 筒车旋转一周取水的机械效率80%
(2)筒车旋转一周对进入接水槽的水所做的功：
W有用＝12Gh＝12mgh＝12×4 kg×10 N/kg×4 m＝1 920 J
(3)水流冲击筒车60 s所做的总功：
W总＝Pt＝40 W×60 s＝2 400 J
筒车旋转一周取水的机械效率：
4.[创新题·模型建构]很多名山风景区为了方便游客到达都把上山的公路修成下图所示的盘山公路，这样设计的优点是______；某次一辆质量为5 t的旅游车以120 kW的恒定功率沿着盘山公路向上行驶5 min到达了目的地．已知该过程中旅游车上升的高度为300 m，则该盘山公路的机械效率为________．(结果保留百分号前1位小数，g取10 N/kg)
41.7%
省力
旅游车行驶过程中做的总功W总＝Pt＝1.2×105 W×5×60 s＝3.6×107 J
旅游车克服重力做的功W有＝Gh＝5×103 kg×10 N/kg×300 m＝1.5×107 J
则盘山公路的机械效率η＝×100%＝×100%≈41.7%.