第2课时 机械效率的测量
教材任务驱动
任务 测量滑轮组的机械效率
探究过程
【制订计划与设计实验】
1.实验器材的组装和选取
2.制订实验方案
测:用同一滑轮组,竖直向上提升 物体,测定滑轮组的机械效率;用不同滑轮组竖直向上提升 物体,测定滑轮组的机械效率。
找:比较各种情况下滑轮组的机械效率,寻找影响滑轮组机械效率的因素。
【进行实验与收集证据】
1.用 测出钩码所受的重力G。
2.按如图甲、乙所示组装滑轮组。
3.如图甲、乙所示,分别用弹簧测力计 拉动不同个数的钩码,多测几次,分别记下弹簧测力计拉力的 和 ,以及测力计移动的 和钩码上升的 。
4.如图甲所示,保持钩码的个数不变,换用较重的动滑轮,重复3。
5.数据记录
次 数 钩码所 受的重 力G/N 提升 高度 h/m 有用功 W有用/J 拉力 F/N 绳端移 动的距 离s/m 总功 W总/J 机械 效率 η/%
1 2 0.1 0.9 0.3
2 4 0.1 1.6 0.3
3 6 0.1 2.3 0.3
4 4 0.1 1.8 0.3
【分析与论证】
1.由1、2、3次实验可得出结论:使用同一滑轮组提升不同的重物,所提升的物体 ,滑轮组的机械效率 。
2.由2、4次实验可得出结论:使用不同滑轮组提升同一重物,动滑轮越重,滑轮组的机械效率 。
3.影响滑轮组机械效率的主要因素:
(1) ;
(2) 。
【交流与评估】
(1)实验中匀速拉动弹簧测力计的目的是什么
(2)读取拉力时,是否可以静止时读数 为什么
(3)如果没有刻度尺,能否测出滑轮组的机械效率 为什么
温馨提示→操作注意事项
弹簧测力计要竖直向上匀速拉动绳端。
释疑点 不计摩擦及绳重时,由η===可知,滑轮组机械效率的大小与物重和动滑轮重有关,与绳子的段数n、提升的高度h、绳端移动的距离s均无关。
典题疑难突破
【典题】【一题多设问】小明在测量滑轮组机械效率的实验中,所用装置如图所示:
【实验设计】
(1)为了完成实验,除图中的器材外,还缺少的主要器材是 。
(2)实验过程中,应竖直向上 拉动弹簧测力计,并使钩码 (选填“快速”或“缓慢”)上升。
【进行实验】
实验中每个钩码重2 N,测得的数据如表所示:
实验 次数 钩码 总重 G/N 钩码上升 的高度 h/m 测力计 示数 F/N 测力计移 动距离 s/m 机械 效率η
1 4 0.1 1.8 0.3
2 6 0.1 2.4 0.3 83%
3 4 0.1 1.4 0.5 57%
4 4 0.2 1.4 1.0 57%
(3)第1次实验测得的机械效率为 ;(结果保留两位有效数字)
(4)分析表中数据可知:第4次实验是用 (选填“A”“B”或“C”)装置图做的;
(5)分析第1、2次实验数据可知:使用同一滑轮组,提升的钩码越重,滑轮组的机械效率越 (选填“高”或“低”);分析第1、3次实验数据可知:使用不同的滑轮组,提升相同的钩码,动滑轮个数越多(即动滑轮总重越重),滑轮组的机械效率越 (选填“高”或“低”);
(6)分析第3、4次实验数据可知:滑轮组的机械效率与物体被提升的高度 。
【创新实践】
(7)小明又将实验装置进行了改进,在绳的自由端连接一个慢速电机拉动重物上升,在电机和绳之间加一个拉力传感器。小明改进的实验装置优点是 。
【生活实践·动手做一做】
(8)小区无障碍通道是一个斜面,同学们可用如图所示装置测量斜面的机械效率,在实验过程中,应沿斜面向上拉动物体,使其做 运动时读出测力计示数,实验需要测量的物理量有 ,斜面机械效率的表达式η= 。 第4节 机械效率
第1课时 机械效率
教材任务驱动
任务一 知道三种功
1.有用功: 必须要做 的功,用W有用表示。
2.额外功:不需要但又 不得不 做的功,用W额外表示。
3.总功:有用功与额外功 之和 ,用W总表示,即W总= W有用+W额外 。
释疑点 判断有用功和额外功,必须抓住工作目的,工作目的不同,有用功和额外功可能不同。
任务二 知道机械效率
1.机械效率:有用功跟总功的 比值 。
2.公式: η= 。
3.特点:因为有用功总是 小于 总功,所以机械效率总是 小于 1;机械效率通常用 百分数 表示。
释疑点 机械效率表示有用功在总功中的比例,有用功与总功的比值越大,机械效率越高;有用功多,机械效率不一定高,额外功多,机械效率也不一定低。
典题疑难突破
考点 机械效率的计算
【典题】
(2024·扬州中考)如图所示,工人用动滑轮匀速提升重为400 N的窗玻璃,所用的竖直拉力为250 N,窗玻璃上升的高度为10 m,用时50 s。求:
(1)所做的有用功W有用;
(2)工人所用拉力的功率P;
(3)动滑轮的机械效率η。
解:(1)利用动滑轮提升窗玻璃,做的有用功为W有用=Gh=400 N×10 m=4 000 J
(2)动滑轮绳端移动的距离为
s=nh=2×10 m=20 m,
则拉力做的总功为
W总=Fs=250 N×20 m=5 000 J,
所以拉力F的功率为P===100 W
(3)动滑轮的机械效率η===80%
技法点拨 1.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有用=Gh。
②总功:W总=Fs=F·nh。
③机械效率:η==。
(2)水平匀速拉动物体时:
①有用功:W有用=fs物(f为摩擦力)。
②总功:W总=Fs绳。
③机械效率:η==。
2.斜面机械效率的计算:
(1)有用功:W有用=Gh;
(2)总功:W总=Fs;
(3)额外功:W额外=fs;
(4)机械效率:η==。
【变式1】如图所示,在F=10 N的水平拉力作用下,使G=150 N的物块在20 s内沿水平地面匀速直线向左运动了2 m,已知物块与水平地面的滑动摩擦力大小为24 N,不计绳子和滑轮的重量。则在上述过程中,拉力F做功的功率为 3 W;该滑轮组的机械效率为 80% 。
【变式2】 (2024·莆田质检)如图所示,斜面长5 m、高1.6 m,用400 N的拉力将重为1 000 N的物体,沿斜面匀速向上从底端拉到顶端。求:
(1)物体克服重力做的功;
(2)拉力对物体做的功;
(3)斜面的机械效率;
(4)物体受到斜面的摩擦力。
解:(1)物体克服重力做的功为
W有用=Gh=1 000 N×1.6 m=1 600 J
(2)拉力对物体做的功为
W总=Fs=400 N×5 m=2 000 J
(3)斜面的机械效率为η===80%
(4)由W总=W有用+W额外可知,额外功为W额外=W总-W有用=2 000 J-1 600 J=400 J
由W额外=fs可得,物体受到斜面的摩擦力为f===80 N
课堂反馈,请使用“5分钟随堂练”P27
训练升级,请使用“课时过程性评价”P142第2课时 机械效率的测量
教材任务驱动
任务 测量滑轮组的机械效率
探究过程
【制订计划与设计实验】
1.实验器材的组装和选取
2.制订实验方案
测:用同一滑轮组,竖直向上提升 不同 物体,测定滑轮组的机械效率;用不同滑轮组竖直向上提升 相同 物体,测定滑轮组的机械效率。
找:比较各种情况下滑轮组的机械效率,寻找影响滑轮组机械效率的因素。
【进行实验与收集证据】
1.用 弹簧测力计 测出钩码所受的重力G。
2.按如图甲、乙所示组装滑轮组。
3.如图甲、乙所示,分别用弹簧测力计 匀速 拉动不同个数的钩码,多测几次,分别记下弹簧测力计拉力的 大小F 和 方向 ,以及测力计移动的 距离s 和钩码上升的 高度h 。
4.如图甲所示,保持钩码的个数不变,换用较重的动滑轮,重复3。
5.数据记录
次 数 钩码所 受的重 力G/N 提升 高度 h/m 有用功 W有用/J 拉力 F/N 绳端移 动的距 离s/m 总功 W总/J 机械 效率 η/%
1 2 0.1 0.2 0.9 0.3 0.27 74.07
2 4 0.1 0.4 1.6 0.3 0.48 83.33
3 6 0.1 0.6 2.3 0.3 0.69 86.96
4 4 0.1 0.4 1.8 0.3 0.54 74.07
【分析与论证】
1.由1、2、3次实验可得出结论:使用同一滑轮组提升不同的重物,所提升的物体 越重 ,滑轮组的机械效率 越高 。
2.由2、4次实验可得出结论:使用不同滑轮组提升同一重物,动滑轮越重,滑轮组的机械效率 越低 。
3.影响滑轮组机械效率的主要因素:
(1) 被提升物体的重力 ;
(2) 动滑轮的自重 。
【交流与评估】
(1)实验中匀速拉动弹簧测力计的目的是什么
答:使弹簧测力计示数稳定,便于读数。
(2)读取拉力时,是否可以静止时读数 为什么
答:不可以,因为匀速拉动时,需克服摩擦力,而静止时无摩擦力,弹簧测力计示数偏小。
(3)如果没有刻度尺,能否测出滑轮组的机械效率 为什么
答:能,对于已经组装好的滑轮组,s=nh,则机械效率η====,因此只要查出绳子的段数,即可算出滑轮组的机械效率,无需测量h和s的大小。
温馨提示→操作注意事项
弹簧测力计要竖直向上匀速拉动绳端。
释疑点 不计摩擦及绳重时,由η===可知,滑轮组机械效率的大小与物重和动滑轮重有关,与绳子的段数n、提升的高度h、绳端移动的距离s均无关。
典题疑难突破
【典题】【一题多设问】小明在测量滑轮组机械效率的实验中,所用装置如图所示:
【实验设计】
(1)为了完成实验,除图中的器材外,还缺少的主要器材是 刻度尺 。
(2)实验过程中,应竖直向上 匀速 拉动弹簧测力计,并使钩码 缓慢 (选填“快速”或“缓慢”)上升。
【进行实验】
实验中每个钩码重2 N,测得的数据如表所示:
实验 次数 钩码 总重 G/N 钩码上升 的高度 h/m 测力计 示数 F/N 测力计移 动距离 s/m 机械 效率η
1 4 0.1 1.8 0.3
2 6 0.1 2.4 0.3 83%
3 4 0.1 1.4 0.5 57%
4 4 0.2 1.4 1.0 57%
(3)第1次实验测得的机械效率为 74% ;(结果保留两位有效数字)
(4)分析表中数据可知:第4次实验是用 C (选填“A”“B”或“C”)装置图做的;
(5)分析第1、2次实验数据可知:使用同一滑轮组,提升的钩码越重,滑轮组的机械效率越 高 (选填“高”或“低”);分析第1、3次实验数据可知:使用不同的滑轮组,提升相同的钩码,动滑轮个数越多(即动滑轮总重越重),滑轮组的机械效率越 低 (选填“高”或“低”);
(6)分析第3、4次实验数据可知:滑轮组的机械效率与物体被提升的高度 无关 。
【创新实践】
(7)小明又将实验装置进行了改进,在绳的自由端连接一个慢速电机拉动重物上升,在电机和绳之间加一个拉力传感器。小明改进的实验装置优点是 能保证重物匀速上升,拉力更稳定,测量更准确 。
【生活实践·动手做一做】
(8)小区无障碍通道是一个斜面,同学们可用如图所示装置测量斜面的机械效率,在实验过程中,应沿斜面向上拉动物体,使其做 匀速直线 运动时读出测力计示数,实验需要测量的物理量有 物体重力G,物体上升高度h,测力计示数F,物体在斜面上移动距离s ,斜面机械效率的表达式η= 。
课堂反馈,请使用“5分钟随堂练”P28
训练升级,请使用“课时过程性评价”P144
训练升级,请使用“重难强化练”P146~150第4节 机械效率
第1课时 机械效率
教材任务驱动
任务一 知道三种功
1.有用功: 的功,用W有用表示。
2.额外功:不需要但又 做的功,用W额外表示。
3.总功:有用功与额外功 ,用W总表示,即W总= 。
释疑点 判断有用功和额外功,必须抓住工作目的,工作目的不同,有用功和额外功可能不同。
任务二 知道机械效率
1.机械效率:有用功跟总功的 。
2.公式: 。
3.特点:因为有用功总是 总功,所以机械效率总是 1;机械效率通常用 表示。
释疑点 机械效率表示有用功在总功中的比例,有用功与总功的比值越大,机械效率越高;有用功多,机械效率不一定高,额外功多,机械效率也不一定低。
典题疑难突破
考点 机械效率的计算
【典题】
(2024·扬州中考)如图所示,工人用动滑轮匀速提升重为400 N的窗玻璃,所用的竖直拉力为250 N,窗玻璃上升的高度为10 m,用时50 s。求:
(1)所做的有用功W有用;
(2)工人所用拉力的功率P;
(3)动滑轮的机械效率η。
技法点拨 1.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有用=Gh。
②总功:W总=Fs=F·nh。
③机械效率:η==。
(2)水平匀速拉动物体时:
①有用功:W有用=fs物(f为摩擦力)。
②总功:W总=Fs绳。
③机械效率:η==。
2.斜面机械效率的计算:
(1)有用功:W有用=Gh;
(2)总功:W总=Fs;
(3)额外功:W额外=fs;
(4)机械效率:η==。
【变式1】如图所示,在F=10 N的水平拉力作用下,使G=150 N的物块在20 s内沿水平地面匀速直线向左运动了2 m,已知物块与水平地面的滑动摩擦力大小为24 N,不计绳子和滑轮的重量。则在上述过程中,拉力F做功的功率为 W;该滑轮组的机械效率为 。
【变式2】 (2024·莆田质检)如图所示,斜面长5 m、高1.6 m,用400 N的拉力将重为1 000 N的物体,沿斜面匀速向上从底端拉到顶端。求:
(1)物体克服重力做的功;
(2)拉力对物体做的功;
(3)斜面的机械效率;
(4)物体受到斜面的摩擦力。
