机械效率
一、学习目标
1.理解什么是有用功，额外功和总功，理解三功之间的数量关系。
2.知道什么是机械效率，并能用机械效率公式准确计算。
3.知道机械效率取值范围及原因。
二、学习重点：有用功，额外功和总功，
学习难点：机械效率，能用机械效率公式准确计算
三、学习指导：利用课本107页的图自学、讨论分析并动手实验完成下列内容
四、学习过程设计
（一）知识回顾：（要求：独立完成）时间3分钟 每空0.5分
1.做功的两个必要因素：一是物体要 作用，二是物体要在 方向上通过一定的 。
2.功等于 与 的乘积。用公式 表示。
3.功的原理：使用任何机械都不______。即W用机械 ____W不用机械.
4.光滑程度相同的斜面，越平缓越______（省力或费力）。
（二）新授知识：学生自主学习完后，对学 群学实验数据最后讨论得出结论
1.有用功、额外功和总功 时间20分钟每空 0.5分
我们学校的学生宿舍楼正在建设中，现在需要把100N重的沙子运到6m高的楼上, 利用P107页的三种方法向宿舍楼上运沙子，按表中要求通过计算回答哪种方法最好？哪种最不好？并说明理由。
方法一
方法二
方法三
对沙子做的功
J
对沙子做的功
J
对沙子做的功
J
对桶做的功
J
对桶做的功
J
对口袋做的功
J
克服体重做的功
J
对滑轮做的功
J
对滑轮做的功
J
问题：1.本图中我们的目的是_________________________________。
2.以方法二为例：
A.那么为了完成目的而做的功是对_____做的功。这部分功等于______________J。
B.为了达到目的不得不多做的功是对_______做的功。这部分功等于__________J。
C.那么在整个过程中人所做的总功是对____和______做的功。这部分功等于______J。
结合108页内容总结：
有用功是_______________________________________________。
额外功是________________________________________________。
总功是____________________________________________。
【一标一练】1.甲用桶从井中提水其中对_______做的功是有用功,对_____做的功是额外功，有用功和额外功的总和是__________。
2.乙从井中捞水桶，桶中带有半桶水，则对_____做的功是有用功，对____做的功是额外功，___________________________是总功。
3.假如用斜面推沙子，对_________做的功是有用功、对_______做的功是额外功，___________________________是总功。
4.使用滑轮组提起10N的重物，使它上升0.2米，拉力是4N，拉力的作用点上升了0.6米，拉力对滑轮所做的功___J，这个功叫____功。滑轮克服物体重力所做的功为___J，这个功叫___功。用来克服滑轮重力、绳重和滑轮间摩擦所做的功叫 功。
2. 机械效率（根据上面的计算数据完成下列表格）
?
方法1
方法2
方法3
有用功
?
?
?
额外功
?
?
?
总功
?
?
?
有用功/总功
?
?
?
分析表格数据结合课本机械效率部分可知：
1.有用功与总功的比值不同反应了机械的什么不同? 。
2.使用任何机械都不可避免的要做额外功。而我们希望所做的额外功越______越好，即有用功占总功的比越大越好，这就是我们所说的机械效率。
3.分析可知___________跟______________的比值叫机械效率。即?=____________（字母表达式）变形公式W有用=_______W总=_________。其中?表示___________，你认为机械效率有单位吗？ 为什么？ ，用 表示，有没有机械效率等于100%的机械？ 为什么？ 。
4. 由于使用任何机械都不可避免的要做额外功，有用功总小于总功，所以机械效率总是_____________。
5.起重机的机械效率一般为 ,滑轮组的机械效率一般为 ,抽水机的机械效率一般为 ，柴油机的机械效率一般位 。
巩固提升、达标检测 20分钟 每题2分
1.一个滑轮将重3600N的货物提高4米。如果额外功是9600J，滑轮组做的有用功是多少？总功是多少？机械效率是多少？滑轮组在哪些方面消耗了额外功？我们应该如何提高该机械的机械效率？能否使机械效率达到100%为什么？
2._________________________的比值叫做机械效率。如果某机械的效率为85%，其物理意义是________________，除理想机械外的任何机械的效率总是_________，这是因为____________________________________。
3.起重机把质量为0.6t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？
4.某人用一个动滑轮匀速提升400N的重物，所用的拉力为200N，绳子自由端被拉起2米，在此过程中，求：
（1）拉力所做的功
（2）滑轮组的机械效率
（3）滑轮组中动滑轮的重力（不计摩擦和绳重）
5.用定滑轮提升重为200N的物体，所用拉力为220N，当物体升高到2m时，求定滑轮的机械效率。
6.一个工人用如图9所示的滑轮组提起重2000N的货物，所用的拉力是800N，绳子自由端被拉下4m，求 ：有用功，额外功 总功和机械效率分别是多少？并分析额外功有哪些？
?
7.斜面长为L，高为h ,将重为G的物体沿斜面由底部匀速推至顶部，物体受到的摩擦力为f，推力为F，则斜面的机械效率为_________________。
学（教）后反思：
我的收获是： ________________________________________________
我的问题是： ________________________________________________
第三节 机械效率
（一）教学目标
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
课件52张PPT。第3节
机械效率体验 使用动滑轮提升钩码
活动1:如图甲,用弹簧测力计将钩码提
升一定的高度h,记下弹簧测力计的示数
G,拉力做的功是多少?
活动2:如图乙,用动滑轮将重力为G的钩码提升相同的高度h,记下弹簧测力计的示数F,我们做功的目的是什么?拉力对动滑轮做功了吗?对钩码做的功是多少?拉力做的功比用弹簧测力计直接提升钩码做的功多还是少?【参考答案】
活动1:Gh 活动2:将钩码提升一定的高度 做了 Gh 多1.有用功和额外功:
(1)有用功:为了 做的功,用 表示。
(2)额外功: 做的功,用 表示。
(3)总功: 与 之和,用 表示。
(4)三者关系: 。2.机械效率:
(1)定义: 跟 的比值。
(2)公式: 。
(3)特点:机械效率总 1。
(4)影响滑轮组机械效率的因素: 。【参考答案】
1.(1)达到目的必须 W有 (2)并非需要而又不得不 W额
(3)有用功 额外功 W总 (4)W总=W有+W额
2.(1)有用功 总功 (2)η= (3)小于
(4)物重和动滑轮重探究1 有用功、额外功和总功
结合“体验”中的活动,思考以下问题:
1.为什么用动滑轮提升钩码比直接提升钩码做功多?
提示:无论是否使用滑轮,钩码都被提升,这部分是必须要做的功,使用动滑轮时,提升钩码不得不克服动滑轮本身所受的重力及摩擦力等因素多做功,所以用动滑轮提升钩码做的功比直接提升钩码做的功多。参考答案:利用动滑轮提升钩码时,除了提升钩码做功外,还要克服动滑轮重力以及摩擦力等做功。2.根据活动,分析有用功、额外功和总功:
(1)提升钩码做的功是我们 要做的,这部分功为____
,用W有表示,且W有= 。
(2)在用动滑轮提升钩码时,还需要克服摩擦、绳重、动滑轮重
做一部分功,这部分功为 ,用W额表示。
(3)使用机械做功时,拉力所做的功为 ,用W总表
示,即W总= 。它们之间的关系是 。提示:使用动滑轮时,必须要做的功是提升钩码所做的功,即有用功W有=Gh;如果摩擦忽略不计,则克服动滑轮和绳重做的功是不得不做的功,即额外功W额=(G动滑轮+ G绳)h;使用机械做的功为总功W总=Fs。
参考答案:(1)必须 有用功 Gh
(2)额外功 (3)总功 Fs W总=W有+W额3.使用机械提升物体时,有用功为什么小于总功?
提示:使用机械提升物体时,除了克服物体重力做功,还不得不克服机械本身重及摩擦做功,对物体做的功总是小于拉力做的功。
参考答案:需克服机械本身重力及摩擦做功。【微点拨】
(1)额外功产生的原因是既要克服机械自重做功,还要克服各种摩擦力做功。
(2)有用功和额外功并不是绝对的,对一种情况来说是有用功,对另外一种情况来说可能是额外功。探究2 机械效率
结合有用功、额外功、总功的定义和关系,思考以下问题:
1.在物理学中,机械效率是指 ,用公式
表示。
提示:在所做有用功一定的情况下,人们希望额外功越少越好,
即额外功在总功中所占的比例越少越好,将有用功跟总功的比
值叫作机械效率,用公式η= 表示。
参考答案:有用功跟总功的比值 η=2.机械效率可以大于或等于1吗?为什么?
提示:使用任何机械都不可避免地要做额外功,其有用功总会小于总功,根据机械效率的公式可知,机械效率总是小于1。
参考答案:不可以 使用任何机械都不可避免做额外功,其有用功总会小于总功3.动滑轮的重力为G动,物体的重力为G物,绳子的拉力为F,物体匀速提升的高度为h,绳重及摩擦忽略不计,求有用功是多少?额外功是多少?动滑轮的机械效率是多少?提示:该装置的目的是将重物提高h,所以有用功为克服物体重
力做的功W有=G物h,提升动滑轮所做的功为额外功W额=G动h,由于
动滑轮省一半的力,所以绳子移动的距离s=2h,拉力做的功为总
功W总=Fs=F·2h,故动滑轮的机械效率η=
或η=
参考答案:G物·h G动·h 【微点拨】
(1)机械效率是有用功与总功之比,它只有大小,没有单位。
(2)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,机械的性能越好。探究3 测量滑轮组的机械效率
1.猜想与假设:同一滑轮组的机械效率是否固定不变?
参考答案:不是
2.实验原理: 。
参考答案:η=3.实验设计:如图所示。
(1)用 测量钩码所受的重力。
(2)用 测量钩码移动的距离和
绳端移动的距离。
(3)匀速拉动弹簧测力计使钩码上升,记下弹簧测力计的示数。
同时记下钩码上升的 和绳端的 ;换不同
的钩码多测几次。
参考答案:(1)弹簧测力计 (2)刻度尺 (3)高度 移动距离4.实验数据:(1)W有= ,W总= 。(用字母表示)
参考答案:Gh Fs(2)在空白表格中分别填写相应的数据。
提示:W有1=Gh1=2N×0.1m=0.2J
W总1=F1·s=0.9N×0.3m=0.27J
W有2=Gh2=4N×0.1m=0.4J
W总2=F2·s=1.6N×0.3m=0.48J
W有3=Gh3=6N×0.1m=0.6J
W总3=F3·s=2.3N×0.3m=0.69J则利用机械效率的公式
参考答案:第1次:0.2 0.27 74.1 第2次:0.4
0.48 83.3 第3次:0.6 0.69 87.0(3)分析实验数据得出:同一组滑轮组提升的重物 ,滑轮组的机械效率越 。
提示:分析1、2或1、3或2、3组实验,钩码的重力越小,机械效率越低,钩码的重力越大,机械效率越高。
参考答案:越重 高5.交流与评估:
(1)由η= 知影响机械效率的因素还有哪些?请具体分析。
提示:在忽略摩擦的情况下,有用功W有=G物h,额外功W额=G动h,W总
=W有+W额= G物h+ G动h,滑轮组的机械效率η=
,由公式可以看出,滑轮组的机械效率除了与提升物
体的重力有关,还主要与动滑轮的重力有关。提升相同的物体,
动滑轮越重,滑轮组的机械效率越小。因为在拉动物体时,还需
要克服绳重、摩擦等做额外功,机械效率还与绳和滑轮的摩擦、
绳重有关。参考答案:动滑轮重和绳与滑轮的摩擦。动滑轮越重,绳与滑轮的摩擦越大,滑轮组的机械效率越小。(2)忽略绳重和摩擦,机械效率的大小与绳子的股数、提升的高
度、移动的距离有关吗?试结合机械效率的公式说明。
参考答案:由η= ,机械效率的大
小与绳子的股数、提升的高度、移动的距离无关。【微点拨】
机械效率不是固定不变的,机械效率反映的是机械在一次做功的过程中有用功跟总功的比值,同一机械在不同做功的过程中,机械效率往往会不同。【知识拓展】三种机械效率的计算FsGh考点1 机械效率的计算
【示范题1】如图所示,用500N的
拉力,将重1200N的木箱匀速提升1.5m,所用的时间
为30s。
(1)拉力所做的有用功是多少?
(2)拉力的功率是多少?
(3)滑轮组的机械效率是多少?【解题指南】(1)有几段绳子承担物重?
(2)对谁做的功是有用功?
(3)绳子自由端通过的距离是多少?
(4)功率及机械效率的计算公式分别是什么?
提示:(1)3段 (2)克服木箱重力所做的功
(3)4.5m (4)P= ,η= ×100%【精讲精析】(1)拉力所做的有用功W有=Gh=1200N×1.5m=1800J
(2)自由端移动的距离s=3h=3×1.5m=4.5m
拉力所做的功W总=Fs=500N×4.5m=2250J
拉力的功率P= =75W
(3)滑轮组的机械效率
η= = =80%
答案:(1)1800J (2)75W (3)80%【通关金钥匙】滑轮组机械效率的计算
(1)竖直匀速提升物体时:①有用功:W有=Gh。
②总功:W总=Fs=F·nh。
③机械效率:η=(2)匀速水平拉动物体时:
①有用功:有用功在数值上等于摩擦力与物体移动距离的乘积,即W有=fs物。
②总功:拉力F所做的功,即W总=Fs绳=F·ns物。
③机械效率:η= (f为摩擦力)。【变式训练】如图所示,小强在30s内用滑轮
组将物体A沿水平地面匀速移动6m,已知物体A重为800N,它受到
的摩擦力为60N,小强所用拉力为25N,则A的重力做功为_____J,
拉力的功率为 W,此滑轮组的机械效率为 。【解析】本题考查水平使用滑轮组时功、功率和机械效率的计算。
(1)重力为800N的物体,在水平面上匀速前进6m,在竖直方向上没有移动距离,所以重力没做功,即A的重力做功为0J。
(2)因有3段绳子拉着动滑轮,故绳子自由端通过的距离
s=3h=3×6m=18m,
W=Fs=25N×18m=450J,
拉力的功率P= =15W(3)克服滑动摩擦力做的功为有用功,
则W有=fs=60N×6m=360J。
滑轮组的机械效率:
η= =80%
答案:0 15 80%考点2 滑轮组机械效率的测量
【示范题2】某实验小组利用如图所示的实验装置测滑轮组的机械效率,得到的实验数据如下表:(1)从表中的实验数据可以分析得出:第一次实验数据是用
(选填“甲”或“乙”)实验装置测得的。
(2)分析比较第一次实验和第二次实验的数据可以得到的结论是 。
(3)分析比较第一次实验和第三次实验的数据可以得到的结论是 。【解题指南】(1)分析表格中的第一次数据可知,绳移动距离是钓码上升高度的几倍?
(2)第一次实验和第二次实验提升的物重一样,所使用的装置一样吗?哪次的机械效率高?
(3)第一次、第三次实验都是用哪个实验装置做的?两次实验提升的物重,机械效率一样吗?
提示:(1)3倍 (2)不一样 第一次
(3)用甲实验装置,物重不一样,机械效率不一样【精讲精析】本题考查探究滑轮组的机械效率。(1)由表中实验数据可知第一次实验时,s=0.3m,h=0.1m,s是h的3倍,则第一次实验是用甲实验装置做的实验;(2)由表中第一次与第二次实验数据可知,提升重物相同,提升高度相同,只是滑轮组不同,尤其是动滑轮的个数不同,实验2的机械效率低于实验1,因此可得出:使用不同的滑轮组,提升相同的重物时,动滑轮越重,滑轮组的机械效率越低;(3)由表中第一次与第三次实验数据可知,滑轮组相同,实验3提升的重物大于实验1,机械效率也更高,说明:使用同一滑轮组,物体越重,滑轮组的机械效率越高。答案:(1)甲 (2)不同的滑轮组,提升相同的重物时,动滑轮个数越多,滑轮组的机械效率越低 (3)相同的滑轮组提升不同的物体,提起物体越重,滑轮组的机械效率越高【通关金钥匙】机械效率的可变性
(1)推导公式
①当额外功一定时,有用功越多,机械效率越大。
②当有用功一定时,额外功越小,机械效率越大。(2)若忽略绳重和摩擦,由推导公式
知,机械效率的大小只与物重和
动滑轮重有关,与钩码上升的高度和动力移动的距离、绳子股
数无关。【变式训练】用如图所示器材测滑轮组的机械效率。
(1)在图上画出滑轮组最省力的绕线方式。(2)安装好实验器材后,记下钩码和拴住弹簧测力计的线端原先的位置。
(3)某同学正确测得钩码上升的高度为0.2m,钩码重1.5N,其他被测和计算的数据如下表:上表中肯定错误的数据是 和 。
(4)若用上述装置提起重1.5N的钩码,机械效率为η1;提起重3N的钩码,机械效率为η2,则η1 η2(选填“>”“<”或“=”)。【解析】本题考查滑轮组的机械效率的测量实验及滑轮组的设计与组装。
(1)滑轮组最省力的绕线方式为用3段绳子承担物重。
(3)根据滑轮组的特点,拉弹簧测力计的线端通过的距离s=3h=3×0.2m=0.6m;总功W总=Fs=0.6N×0.6m=0.36J。因此可知,表中的数据0.4和0.24是错误的。
(4)因为同一滑轮组提升的物体越重,其机械效率越大,所以η1<η2。答案:(1)如图
(3)0.4 0.24 (4)<
