12.3 机械效率
（一）学习目标
1、知识与技能目标
（1）知道有用功、额外功、总功
（2）? 理解机械效率，会计算机械效率
2、过程与方法目标
（1）根据生活事例认识物理知识，并运用物理知识解决实际问题 （2）探究：斜面的机械效率
（3）学习根据实验数据分析、归纳简单的科学规律 3、情感、态度价值观目标
使学生勇于探究日常用品或器件的物理原理，具有将科学技术应用于日常生活、社会初中的意识。
(二)教学重难点
重点：(1) 理解机构效率
(2) 探究斜面的机械效率
2、难点：理解机械效率
(三)教学准备
长木板、木块、弹簧秤、刻度尺、细线
(四)教学过程
一、引入新课
小明家最近买了一处新楼房，三楼。想把洗手间、厨房装修一下，需把沙子运到三楼。请同学们根据需要，选择器械帮助小明家解决这个问题，看看哪个小组选的办法最好？
二、进行新课
假如用动滑轮提升沙子，请同学们观着提沙子的过程。
对谁做的功是我们需要的？
（板书有用功：我们所需要的功。）
哪部分功是我们不需要，但不得不做的？
（板书额外功：工作时，对于额外负担所不得不做的功。）
一共做的功等于什么？
（板书总功：有用功与额外功之和。）
假如我们用下面三种方法搬运沙子，你认为哪一种方法最好？为什么？
讨论回答。（第三种方法最好，因为第三种方法做的额外功最少。）
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。在物理学中，用机械效率表示有用功在总功中所占的比例。（板书机械效率：有用功在总功中所占的比例）表示机械效率；W有表示有用功；W总表示总功。那么，机械效率应该怎样表示？
根据公式计算，上面斜面的机械效率是多少？
（机械效率没有单位，小于1，常用百分数表示。）
师：同学们，刚才我们知道上面斜面的机械效率，任何斜面的机械效率都一样吗？请同学们再来观察用斜面推物体的情景。
下面我们探究斜面的机械效率（板书探究：斜面的机械效率。）
通过观察上面用斜面推物体的情景，对斜面的机械效率你能提出什么问题？
提出问题。
（斜面的机械效率与斜面的倾斜程度有什么关系？斜面的机械效率与斜面的粗糙程度有什么关系？……）
请同学们猜想上面提出的问题。
根据提出的问题和做出的猜想，选择其中的一个问题进行实验，设计出实验的方案。
小组讨论，设计实验的方案。
小组实验，同时设计表格记录数据。
分析实验数据，你能得出什么结论？
(五)小结
通过本节课的学习，你有哪些收获？
有用功、额外功、总功；
机械效率：定义、公式、计算；
3．探究：斜面的机械效率。）
(六)作业
1、根据生活中你使用的机械，想想：怎样提高机械效率？结合自己的学习实际，如何提高学习效率？
2、动手动脑学物理
12.3 机械效率 同步练习
1.玲玲同学用水桶从水井中提水做清洁,她在把水从井底提上来的过程中,下列关于做功的说法中正确的是 ( )
A.对桶所做的功是有用功 B.对水所做的功是额外功
C.对水所做的功是有用功 D.对水所做的功是总功
【解析】选C。本题考查对有用功、额外功、总功的判断。有用功是我们要达到目的所必须要做的功。要判断什么是有用功,要首先判断使用机械的目的是什么。此题目是用水桶从水井中提水,所以克服水的重力做的功是有用功,对桶所做的功为额外功,提水桶的力所做的功为总功。故选C。
2.将一定滑轮改为动滑轮使用,则它的机械效率在不计绳重和摩擦时 ( )
A.一定提高 B.一定降低
C.一定不变 D.无法判断
【解析】选B。本题考查对机械效率的理解。在不计绳重和摩擦时,用定滑轮时不需要克服滑轮的重做额外功,机械效率等于100%;而用动滑轮时,如果提升物体,要克服滑轮的重做额外功,所以机械效率一定降低。故选B。
3.如图所示,工人师傅用250N的力将重400N的物体匀速提升1m,在此过程中滑轮组的机械效率是 ( )
A.80% B.62.5%
C.125% D.20%
【解析】选A。本题主要考查滑轮组的机械效率的计算。由题图可知,该滑轮组有2段绳子吊着物体,故s=2h=2×1m=2m,F=250N,所以W总=Fs=250N×2m=500J。已知物体的重力和物体上升的高度:G=400N,h=1m,则W有=Gh=400N×1m=400 J,故η===80%,故选A。
4.如图所示,搬运工人用滑轮组在20s内将重为540N的重物匀速提升3m,所用拉力为200N。则他所做的有用功是 J,额外功是
J,拉力的功率是 W,滑轮组的机械效率是 。
【解析】本题考查功、功率和机械效率的相关计算。
工人做的有用功为W有用=Gh=540N×3m=1620J;
由题图可知,此滑轮组承担物重的绳子股数n=3,
则总功为W总=Fs=Fnh=200N×3×3m=1800J,
额外功为W额外=W总-W有用=1800J-1620J=180J;
拉力的功率为P===90W;
滑轮组的机械效率为η===90%。
答案:1620 180 90 90%
5.如图所示,在斜面上拉一重50N的木块到0.3m高处,木块沿斜面向上移动了1m,共耗时5s,已知拉力为20N,则拉力的功率为 W,此斜面的机械效率为 。
【解析】本题考查功率和斜面的机械效率的计算。有用功:W有=Gh=50N×0.3m=15J,拉力做的总功:W总=Fs=20N×1m=20J,拉力的功率:P===4W;斜面的机械效率:η===75%。
答案:4 75%
6.某实验小组在测滑轮组机械效率的实验中得到的数据见下表所示,实验装置如图所示。
实验次数
物理量
1
2
3
钩码重G/N
4
4
6
钩码上升高度h/m
0.1
0.1
0.1
绳端拉力F/N
1.8
1.6
2.4
绳端移动距离s/m
0.3
0.4
机械效率η
74.1%
62.5%
(1)实验中应沿竖直方向 拉动弹簧测力计,使钩码上升。
(2)通过表中数据可分析出第2次实验是用 (选填“甲”或“乙”)图所示装置做的实验。
(3)通过第1次实验和第2次实验的数据分析可得出结论:使用不同的滑轮组提升相同的重物时,动滑轮的个数越多(动滑轮的质量越大),滑轮组的机械效率
(选填“越高”“不变”或“越低”)。
(4)小组同学再用第1次实验中使用的装置做第3次实验,表中第3次实验中空缺的数据应为:绳端移动距离s= m,机械效率η= 。
(5)比较第1次实验和第3次实验可得出结论:使用同一滑轮组, 。
【解析】本题考查滑轮(组)机械效率的测量实验。(1)实验中应沿竖直方向匀速拉动弹簧测力计,使钩码上升。
(2)由表中实验数据可知,第2次实验绳端移动的距离是钩码上升高度的4倍,由图示滑轮组可知,实验使用的是乙图所示装置做的实验。
(3)由表中第1次实验和第2次实验的数据可知,使用不同的滑轮组提升相同的重物时,动滑轮的个数越多(动滑轮的质量越大),滑轮组的机械效率越低。
(4)由表中第1次实验数据可知,绳端移动的距离是钩码上升高度的3倍,第3次实验使用同样的装置,则第3次实验绳端移动距离s=3h=3×0.1m=0.3m,机械效率η=×100%=×100%=×100%≈83.3%。
(5)由表中第1次实验和第3次实验数据可知:使用同一滑轮组,提升的重物越重,滑轮组的机械效率越高。
答案:(1)匀速(匀速直线) (2)乙 (3)越低 (4)0.3 83.3%
(5)提升的重物越重,滑轮组的机械效率越高
7.一台起重机把质量为0.6t的重物匀速提升了3m,如果它的电动机所做的功是3.0×104J,则起重机的机械效率是多少?(g取10N/kg)
【解析】本题考查机械效率的计算。提升物体做的功为有用功,则W有=Gh=mgh=0.6×103kg×10N/kg×3m=1.8×104J,故机械效率η===60%。
答案:60%
【试题备选】用如图所示的滑轮组在5s内将静止在水平地面上质量m=40kg,底面积S=1m2的物体匀速竖直提升3m,所用拉力F=250N,问:
(1)提升前,物体静止在水平地面上时对地面的压强是多大?(g=10N/kg)
(2)滑轮组提升物体过程中做的有用功是多少?
(3)拉力F的功率是多少?
(4)滑轮组的机械效率是多少?
【解析】本题考查压强、做功、机械效率等的计算,关键是分析物体的受力情况和动滑轮上绳子的段数。
(1)物体静止在水平地面上,则
F压=G=mg=40kg×10N/kg=400N
物体对地面的压强是p===400Pa
(2)有用功W有=Gh=400N×3m=1200J
(3)由图可知:动滑轮上绳子的段数n=2,则拉力作用点移动的距离s=nh=2×3m=6m
W总=Fs=250N×6m=1500J
功率P===300W
(4)滑轮组的机械效率:η===80%。
答案:(1)400Pa (2)1200J (3)300W (4)80%
【一点通】找找你容易错在哪里
用如图所示的滑轮组将重物匀速提高2m,所用拉力为500N,(不计绳重和摩擦)滑轮组的机械效率为80%,仍用该滑轮组,提升1200N的重物,则所用拉力为多少?
【学生自答】
滑轮组的机械效率:η======80%
所以F=750N。
答案:750N
【教师点评】
①正确之处:能区分有用功、总功,会推导计算机械效率。
②错误之处:认为机械效率是不变的。
【标准解答】
W额外=(1-η)W总=(1-80%)×500N×2×2m=400J,由W额外=G动h,得G动==
=200N。
F=
=
=700N。
答案:700N
课件22张PPT。第3节 机械效率 1.了解什么是有用功、额外功和总功。 2.理解什么是机械效率。 3.探究斜面机械效率跟哪些因素有关。想一想：你会采用哪种方法？②人做功 ①人做功1.对沙子做功2.对桶做功3.克服自重做功③人做功1.对沙子做功 2.对桶做功3.对动滑轮做功 必须做的，对我们有用的功不需要的，但又不得不做的功——有用功——额外功4.克服摩擦做功 1.对沙子做功2.对桶做功3.克服摩擦做功 ④人做功1.对沙子做功 2.对袋子做功 3.对动滑轮做功 4.克服摩擦做功 要提升沙，必须将动滑轮和口袋也提升，同时还要克服摩擦做功。这些功是对人们无用但又不得不做的功：额外功。提升沙是目的，有利用价值，对沙做的功是对人们有用的功：有用功。有用功和额外功之和等于总功。W有=G沙hW总= W有+ W额W总=Fs有用功、额外功、总功 一个人用水桶从井里打水,有用功是什么？额外功是什么？
若桶掉在水中,把装满水的桶捞起来,则有用功又是什么？额外功又是什么？对水做的功为有用功，对桶做的功为额外功。对桶做的功为有用功，对水做的功为额外功。【想一想】请分别计算出三种情况下有用功、额外功和总功分别是多少？
请算出刚才的三种办法中有用功在总功中占的百分比。机械效率1.定义：有用功跟总功的比值叫机械效率。
2.表达式: 因为机械效率是两个功的比值，因此没有单位。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？ 【想一想】 滑轮组：50%～70% 起重机：40%～50% 一些机械的机械效率抽水机：60%～80% 柴油机： 28%～40% 一台起重机将重3 600 N的货物提高4 m。如果
额外功是9 600 J，起重机做的有用功是多少？总
功是多少？机械效率是多少？起重机在哪些方面
消耗了额外功？【算一算】解:起重机提高物体的力等于物体的重力
F=G=3 600 N
起重机提升重物所做的有用功
W有=Fh=Gh
=3 600 N×4 m=14 400 J=1.44×104 J
起重机做的总功
W总=W有+ W额=14 400 J+9 600 J=2.4×104 J
因此,起重机的机械效率探究 斜面的机械效率猜一猜：斜面的机械效率可能和哪些因素有关？1.斜面的光滑程度
2.斜面的高度
3.斜面的长度
4.……利用下列器材：长木板、小木块、弹簧测力计、刻度尺，探究斜面的机械效率的影响因素。
说一说你的设计思路。【想一想】探究斜面机械效率与斜面坡度的关系1.测量小木块的重量，记录数据；
2.把小木块用弹簧测力计沿斜面匀速向上拉；分别记录拉力F、木块沿斜面移动的距离s、木块上升的高度h；
3.改变斜面的倾斜程度，重复步骤2。 【实验步骤】【实验记录】斜面的机械效率斜面的机械效率跟斜面的光滑程度与斜面的坡度有关，斜面越光滑、坡度越小，机械效率越高。1.关于机械效率，以下说法正确的是（ ）
A.机械效率总小于1
B.单位时间里做功越多的机械，机械效率越高
C.做功越多的机械，机械效率越高
D.省力越多的机械，机械效率越高A、D2.某机械的机械效率是75%，这说明使用这一装置
做功（ ）
A.总功是额外功的3倍
B.有用功是额外功的3倍
C.总功是有用功的3倍
D.额外功占总功的B3.为了提高滑轮组的机械效率，以下做法中正确的是
（ ）
A.以较快的速度匀速提升重物
B.以较慢的速度匀速提升重物
C.增加承担物重的绳子股数
D.把滑轮做得更轻巧，减小滑轮在转动过程中的摩擦D1.有用功、额外功、总功2.机械效率:3.斜面的机械效率跟斜面的坡度和光滑程度有关
