(共27张PPT)
第十一章 机械与人
第3节 机械效率
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学习目标
1.有用功、额外功和总功
新课导入
探究点：
2.机械效率及应用
课堂小结
当堂评价
对点训练
3.提高机械效率
对点训练
对点训练
学习目标
物理观念：知道有用功、额外功和总功的含义及它们之间的关系；知道机械效率的内涵，了解提高机械效率的途径和意义
科学态度与责任：了解机械效率是机械性能优劣的重要标志，具有减少额外功、提高机械效率、提高机械性能，从而服务生产的意识
科学思维：认识机械效率内涵，了解机械效率总小于1的科学本质；通过实验和理论分析认识到减少额外功是提高机械效率的一个有效途径
科学探究：通过测量常见简单机械的机械效率实验，提高设计实验、收集实验数据、从实验中归纳科学规律的能力
新课导入
1
观看“机械效率”的视频：
机械效率高低是一个机械的重要指标，那什么是机械效率 如何比较机械效率高低？
新课导入
2
生活中会有很多的“率”，如种子发芽率、树苗成活率、学习效率、工作效率、成功率等。你还知道那些带“率”的说法？
那我们如何理解“种子发芽率”呢？如何来求发芽率呢？
我们利用机械做功时也会涉及效率的问题。那机械做功与效率有怎样的关系呢？
种子发芽的比例；发芽的种子个数比种子的总个数。
探究点1
有用功、额外功和总功
1.情景分析
（1）情景展示：为了把100N的沙子运到三楼，下面甲、乙、丙、丁四种做法你会采用哪种方法？
甲
乙
丙
丁
探究点1
有用功、额外功和总功
2.做功情况分析：
（1）分项计算：
①对沙子做功：W1=G1h= ；
②对桶做功：W2=G2h= ；
③克服自重做功：W3=G3h= ；
④对口袋做功：W4=G4h= ；
⑤对滑轮做功：W5=G5h= ；
⑥老师点拨：实际上有些过程还要克服绳子重力和摩擦做功，因情况较为复杂，统一简化为W6=50J。
100N×6m=600J
20N×6m=120J
400N×6m=2400J
5N×6m=30J
10N×6m=60J
探究点1
有用功、额外功和总功
（2）过程做功分析：在以上4种过程过程中，人分别对什么物体做功情况如何，请小组分析好后填如下表：
做功情况
做功大小
①②③
3120J
①②⑥
770J
①②⑤⑥
830J
①④⑤⑥
740J
（3）数据分析：我们发现，采用不同的做功方法，即使做功目的和效果相同，我们做的功也有可能不同。以上四种方法中，丁种做法最合理。你选对了吗？
探究点1
有用功、额外功和总功
实验探究：
阅读课本P269“有用功、额外功和总功”部分。
（1）动手探究过程：
①选取仪器：铁架台、勾码、细线、滑轮、弹簧测力计、刻度尺；
②分别组装课本P269图11—29所示装置；
③先直接用弹簧测力计将重为G的勾码匀速提升一定高度h，记下所用拉力和移动距离；
④再用图（b）所示装置将同样勾码提升同样高度，记下所用力和力所移动距离；
⑤记录数据表格（数据仅供参考，应以实验实际数据为准）：
所用拉力/N 力移动距离h/m 做的功/J
用手做功
用滑轮做功
（2）分析表格数据可知，两次做功不相等，第二次做功更多，即用滑轮做功时要多做功。
用滑轮做功时，除对勾码做功外，还要克服滑轮重和摩擦多做功
2
0.1
0.2
1.5
0.2
0.3
探究点1
有用功、额外功和总功
4. 认识用用功、额外功和总功
（1）有用功：在工作时，不管采用什么方法都必须做的，对人们 功，用符号 表示。
（2）额外功：在工作时，对我们没有用，但又 的功，用符号 表示。
（3）总功：拉力(或动力)所做的功，用符号 表示。
（4）请理解W有、W额、W总之间关系 。
5.分析以上用滑轮提升勾码的做功过程中的有用功、额外功、总功情况。
不得不做
W有
W额
W总
W总=W有+ W
克服勾码重力做的功为有用功；克服滑轮重、绳重及摩擦做的功为额外功；拉力做的功为总功
有用的
对点训练
水桶掉进水里，打捞时桶里带了些水，下列关于该过程做功的说法中正确的是（ ）
A．对桶和水所做的功都是有用功
B．对桶所做的功是额外功
C．对水所做的功是有用功
D．对水所做的功是额外功
有用功、额外功和总功
D
探究点2
1. 机械效率
（1）讨论问题：①有没有一种简单机械只做有用功，不做额外功？
②额外功在总功中占的比例越多越好，还是越少越好？
③总结：在使用机械时，我们总是希望额外功在总功中所占的比例尽量少些，这样可以让机械处于一个高效率工作的状态，以尽可能少的消耗，取得尽可能多的效益。
（2）概念、定义式
我们把 和 之 叫做机械效率。
其定义式为： ；机械效率没有单位且总小于1，为什么？
所以其表达式为： 。
机械效率及应用
没有
额外功在总功中占的比例越少越好
有用功
总功
比
使用任何机械时，都不可避免的要做额外功，有用功总小于总功。所以我们习惯用百分数来表示
探究点2
2.分析“探究点一”中甲、乙、丙、丁四种做功过程的机械效率，并积极展示。
机械效率及应用
机械装置
我们发现，即使是同一做功目的，即完成相同的有用功，如果采用不同方法或使用不同机械做功，其机械效率是不同的，说明机械效率跟 情况有关。机械装置不同，机械效率往往不同。
3.了解常见机械的机械效率：
起重机的效率一般为40%～50%；皮带传动的机械效率一般为90%～98%。
探究点2
4.计算应用：
（1）阅读课本P271例题。
（2）用课本盖住解题部分或观看老师多媒体投放原题，再现解题过程。
（3）总结解题策略。
机械效率及应用
解决此类问题，首先根据机械使用情况跟题的要求分析有用功、总功，及因为什么做额外功，再应用相关公式计算。
对点训练
下列关于功、功率和机械效率的说法正确的是（ ）
A．越省力的机械，机械效率越高
B．做功越多的机械，机械效率越高
C．省力的机械可以省力，但一定费距离
D．功率大的机械，做功一定多
C
机械效率及应用
1.拓展探究：同一机械装置（滑轮组）的机械效率是否会发生变化
（1）提出问题：同一滑轮组，动滑轮重、绳重一定，绳子和滑轮间摩擦变化不大，其机械效率是否不变呢？
（2）实验器材：铁架台、2个滑轮、细线、弹簧测力计、三个大勾码（每个1N）、刻度尺
（3）实验方案：
①用一个定滑轮和一个动滑轮组成如下图滑轮组，分别提升1个、2个、3个重力为1N的大勾码；
提高机械效率
探究点3
②分别记录勾码重力、升高高度、拉力大小（弹簧测力计示数）、拉力移动距离，记入表格；
提高机械效率
探究点3
试验次数 物重/N 上升高度/N 有用功/J 拉力/N 拉力移动距离/m 总功/J 机械效率
1
2
3
（4）处理数据，总结结论：
同一滑轮组的机械效率是 （选填“不变”或“变化”）的，提升物重越重，机械效率越 。
0.1
1
0.1
2
3
0.1
0.1
0.2
0.3
0.3
0.3
0.3
0.6
0.9
1.2
0.18
0.27
0.36
55.6%
74.1%
83.3%
变化
高
2.思考总结：
（1）影响滑轮组机械效率的因素有哪些？
（2）提高滑轮组机械效率的措施有哪些？
3.课外探究：机械效率跟滑轮组绕线方式、物体被提高的高度、提升物体的速度等因素是否有关，写出实验方案，整理实验结论。
提高机械效率
探究点3
提升的物重，动滑轮重，绳重，滑轮转轴处及绳与滑轮间的摩擦
在提升物重确定的情况下，有效减小额外功，如改进机械结构，减轻机械自重，定期保养机械，减小机械运转时的摩擦等，都可以提高机械效率
对点训练
在“测量滑轮组的机械效率”的实验中，用相同的滑轮分别组装如图所示的甲、乙滑轮组（忽略绳重和摩擦）。
甲
提高机械效率
钩码总重 钩码上升高度 测力计拉力 测力计移动距离
2 0.05 1.2 0.1
（1）根据分析可得，表格中数据是利用 图中滑轮组测得的，此滑轮组的机械效率为 （计算结果精确到0.1%）；
（2）若两个弹簧测力计的示数相等，则 图中提升的物体更重，此时两个滑轮组机械效率的关系是：η甲 η乙。
83.3%
乙
<
课堂小结
通过机械做功
1.对物体做有用功
2.克服机械重和摩擦做额外功
机械效率
1.做工对象
2.机械装置
当堂评价
1．已知甲机器的机械效率是80%，乙机器的机械效率是60%，那么下列说法中正确的是（ ）
A．甲机器一定比乙机器省力
B．甲机器一定比乙机器功率大
C．甲机器做的有用功一定比乙机器多
D．甲机器做的有用功在总功中占的比值一定比乙机器多
1 23456
D
当堂评价
2．如图所示，用相同的滑轮安装成甲，乙两种装置，用它们分别将同一物体匀速向上提升（物体的质量大于滑轮的质量），在相同的时间内物体升高了相同的距离，不计绳重和摩擦，下列说法正确的是（ ）
A．两次绳子自由端移动的速度相同
B．两种装置的机械效率相等
C．两种装置中拉力F做功相等
D．乙装置可以省力
1 2 3456
D
当堂评价
3.如图所示，用滑轮组帮助汽车脱困，滑轮B的作用是 ；汽车被水平匀速拉动，用时，作用在绳子自由端的拉力为，汽车受到的摩擦力为，则此过程中拉力做功的功率为 ，滑轮组的机械效率为 。
12 3 456
800W
改变力的方向
600W
当堂评价
4．如图所示，两个滑轮重力相同，用F1和F2分别将同一物体以相同速度提升相同高度。不计绳重和摩擦，其中动滑轮的重力小于物体的重力，所用拉力大小F1 F2；拉力F1和F2的功率P1 P2；机械效率 和 的功率η1 η2。（三空均选填“>”或“<”或“=”）
123 4 56
>
>
<
当堂评价
1234 5 6
5．小明利用图甲、乙所示的实验装置做“测量滑轮组的机械效率”的实验，实验数据如下表所示。
实验次数 钩码重G/N 钩码上升高度h/m 绳端拉力F/N 绳端移动距离s/m 机械效率
1 4 0.1 1.8 0.3 74.1%
2 4 0.1 1.6 0.4 62.5%
3 6 0.1 2.4 0.3
当堂评价
1234 5 6
（1）实验中应沿竖直向上匀速拉动 （选填实验器材名称），使钩码上升；
（2）通过表中数据可分析出第2次实验是用图 （选填“甲”或“乙”）所示装置做的实验。通过分析第1、2两次实验数据可得出结论：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”、“越低”或“不变”）；
（3）小明再用第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：机械效率 。比较第1、3两次实验可得出结论：使用同一滑轮组提升的物体越重，滑轮组的机械效率越 。
弹簧测力计
乙
越低
83.3%
高
当堂评价
12345 6
6．小明利用如图所示的滑轮组提升重为600N的重物，重物匀速上升了2m历时20s，小明拉绳的拉力为400N
（1）滑轮组做的有用功；
（2）拉力做功的功率；
（3）滑轮组的机械效率。
解：（1）滑轮组做的有用功为：
（2）由图知道，承担物重绳子的股数是n＝2，
拉力做功的功率：
（3）该滑轮组的机械效率为：
答：（1）滑轮组做的有用功为1200J；
（2）拉力做功的功率为80W；
（3）滑轮组的机械效率为75%。(共22张PPT)
第三节 机械效率
1. 所做的功为总功,用W总表示。
2.在借助动滑轮匀速提升钩码过程中,克服 及 .
等做功,这部分功为额外功,用W额表示。
3.从总功中减去 是对我们有用的功,即有用功,用W有表示。
4.三种功的关系:W总=W有+W额。
5.动力对机械所做的功总是大于机械所做的有用功。
6.我们把 叫做机械效率,用η表示。用公式表示为 。
7.在生产生活实践中,可以通过改进机械结构、定期保养机械等来尽量减小 ,从而提高机械效率。
知识清单
拉力
滑轮的重力
摩擦力
额外功
有用功和总功之比
额外功
[例1] 从井中提水时,常常会发生水桶落入井里的事情。用物理知识分析下列说法,其中错误的是( )
A.用水桶向上提水,人对桶和水做的功都是有用功
B.用水桶向上提水,人对桶做的功是额外功
C.水桶掉在井里,打捞水桶时桶里会带些水,这时人对水做的功是额
外功
D.水桶掉在井里,打捞水桶时,人对桶做的功是有用功
典例分析
A
[例2] (2024扬州)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)工人所做的有用功W有。
解析:(1)由题意可知,克服窗玻璃的重力做的功即为有用功
W有=G物h=400 N×10 m=4 000 J。
答案:(1)4 000 J
(2)工人所用拉力的功率P。
(3)动滑轮的机械效率η。
答案:(2)100 W (3)80%
基础题
1.如图所示,小明用桶把一些沙子运上三楼。在此过程中( )
A.小明克服自身重力所做的功是有用功
B.小明克服沙子重力所做的功是有用功
C.小明克服沙子重力所做的功是总功
D.小明克服桶的重力所做的功是有用功
B
2.下列关于机械效率的说法正确的是( )
A.越省力的机械,机械效率越高
B.做功越快的机械,机械效率越高
C.所做有用功越多的机械,机械效率越高
D.有用功与总功的比值越大的机械,机械效率越高
D
3.如图所示的是甲、乙两机械的参数。甲、乙相比,甲的( )
A.总功较大 B.有用功较小
C.额外功较大 D.机械效率较低
B
4.(2024河南)如图,甲、乙两人用不同的装置,在相同时间内把质量相等的货物匀速提升到同一平台,不计绳重及滑轮的摩擦。下列说法正确的是( )
A.甲做的有用功多
B.乙做的总功多
C.甲做总功的功率大
D.乙所用装置的机械效率小
C
5.一个滑轮组经改进后,机械效率比原来大大提高,用该滑轮组将同一物体匀速提升同样的高度,与改进前相比( )
A.总功不变,但额外功减少了
B.总功不变,有用功增加了
C.有用功不变,总功减少了
D.做的有用功减少了
C
6.(2024常州)如图所示,工人利用动滑轮匀速提升重物,已知物重
400 N,施加在绳端竖直向上的拉力F为250 N,在100 s内将物体提升
10 m。不计绳重与摩擦,此过程中动滑轮的机械效率为 ,绳端拉力做功的功率为 W。
80%
50
中档题
7.(多选题)(2024滨州)如图所示装置,工人用250 N的拉力,在30 s内将重为400 N的物体匀速提高了6 m,在此过程中,不计绳重和摩擦,下列说法正确的是( )
A.绳子自由端移动的速度是0.2 m/s
B.拉力做的有用功为2 400 J
C.拉力做功的功率为100 W
D.若用此滑轮提升重500 N的物体,滑轮的机械效率为80%
BC
8.如图所示,将一个重9.0 N的物体从斜面底端匀速直线拉到斜面顶
端,沿斜面向上的拉力为3.6 N,在斜面上移动的距离s=1.2 m,物体升高的高度h=0.3 m,则( )
A.物体所受的摩擦力为3.6 N
B.物体克服重力做功4.32 J
C.拉力做功2.7 J
D.斜面的机械效率为62.5%
D
9.(多选题)(2024成都)小成在实验室组装如图所示的滑轮组进行实验探究,实验过程如下:先测得定滑轮的重力为0.2 N,动滑轮的重力为0.25 N,再使用组装好的滑轮组在10 s内将质量为100 g的钩码竖直匀速提升20 cm,此过程中弹簧测力计的示数为0.5 N。g取10 N/kg,下列说法正确的是( )
A.弹簧测力计对细绳拉力的功率为0.03 W
B.滑轮组的机械效率为80%
C.克服绳重和摩擦做的额外功为0.05 J
D.若增大提升钩码的质量,滑轮组的机械效率不变
AC
AC
A.绳子自由端移动了4 m
B.拉力F的功率为25 W
C.该装置的机械效率为80%
D.绳子A点所受拉力为50 N
11.(2024广安)房屋装修时,工人利用滑轮组提升物体。如图所示,已知物体的重力为800 N,在绳子自由端用500 N的力拉着物体在竖直方向上做匀速直线运动,物体被提升了3 m,该滑轮组的机械效率为
。如果要提高滑轮组的机械效率,可采用的措施有 (填写序号)。
①增加物体的重力
②增加提升物体的高度
③减小动滑轮的重力
80%
①③
12.(物理学与工程实践)如图甲所示是《天工开物》中记载的我国古代提水器具——桔槔,它利用了杠杆原理。图乙是桔槔的原理图,若AB为轻质杠杆,其中AO=2OB,重物重为100 N,某次提升水的重力为160 N,则此次利用桔槔提水过程的机械效率是 。
80%
13.如图所示,重800 N的物体在100 N水平拉力F的作用下,以0.1 m/s的速度沿水平地面向左匀速直线运动了20 s,滑轮组的机械效率为60%,物体与地面间的滑动摩擦力为 N。
180
14.放假期间,小明随爸爸去建筑工地劳动体验。用如图所示的滑轮组来提升材料,当提升的材料重力为300 N时,滑轮组机械效率为75%,则动滑轮的重力为 N;若绳子能承受的最大拉力为500 N,则该滑轮组能提起材料的最大质量为 kg。(空气阻力、摩擦力及绳重不计,g取10 N/kg)
100
90
15.小聪看到建筑工地上工作的塔吊如图甲所示,他查阅相关资料后,画出了与塔吊连接方式相同的滑轮组如图乙所示。在不计绳重和摩擦的情况下,塔吊将底面积为2 m2、重为8×103 N的长方体建筑材料沿竖直方向匀速提高20 m,绳子自由端的拉力为5×103 N。求:
(1)该过程克服长方体建筑材料重力所做的功。
(2)塔吊机械部分(如图乙)的机械效率。
解析:(1)该过程克服长方体建筑材料重力所做的功为
W有=Gh=8×103 N×20 m=1.6×105 J。
答案:(1)1.6×105 J (2)80%
素养题
16.(多选题)如图甲所示装置,小欢用力F向下拉绳子,使物体M在水平地面匀速移动,地面ab、bc粗糙程度不同。物体M重为400 N,动滑轮重为5 N,ab=2 m,bc=3 m。物体M从a点到c点过程中,拉力F与M移动距离的关系如图乙所示,不考虑物体大小对运动的影响,忽略绳重及滑轮转轴摩擦,对此过程的分析,下列结论正确的是( )
A.绳子自由端移动的距离为15 m
B.拉力F做的功为840 J
C.拉力F在ab段做的额外功等于在bc段做的额外功
D.物体从ab段到bc段,滑轮组的机械效率变大
BD中小学教育资源及组卷应用平台
第三节 机械效率
学习目标 1.知道有用功、额外功和总功的含义及它们之间的关系；知道机械效率的内涵，了解提高机械效率的途径和意义。 2.认识机械效率内涵，了解机械效率总小于1的科学本质；通过实验和理论分析认识到减少额外功是提高机械效率的一个有效途径。 3.通过测量常见简单机械的机械效率实验，提高设计实验、收集实验数据、从实验中归纳科学规律的能力。。 4.了解机械效率是机械性能优劣的重要标志，具有减少额外功、提高机械效率、提高机械性能，从而服务生产的意识。
重点难点 重点：影响机械效率的因素及探究过程
难点：机械效率的应用分析
导学过程 自主学习1 有用功、额外功和总功 1.情景分析 （1）情景展示：为了把100N的沙子运到三楼，下面甲、乙、丙、丁四种做法你会采用哪种方法？ 讨论，选择：我选…… 2.做功情况分析： （1）分项计算： ①对沙子做功：W1=G1h= 100N×6m=600J ； ②对桶做功：W2=G2h= 20N×6m=120J ； ③克服自重做功：W3=G3h= 400N×6m=2400J ； ④对口袋做功：W4=G4h= 5N×6m=30J ； ⑤对滑轮做功：W5=G5h= 10N×6m=60J ； ⑥实际上有些过程还要克服绳子重力和摩擦做功，因情况较为复杂，统一简化为W6=50J。 （2）过程做功分析：在以上4种过程过程中，人分别对什么物体做功情况如何，请小组分析好后填如下表： 做功情况 ①②③ ①②⑥ ①②⑤⑥ ①④⑤⑥做功大小 3120J 770J 830J 740J
（3）数据分析：以上四种方法中，丁种做法最合理。你选对了吗？
合作探究1 1.实验探究： 阅读课本P269“有用功、额外功和总功”部分。 （1）动手探究过程： ①选取仪器：铁架台、勾码、细线、滑轮、 弹簧测力计、刻度尺 ； ②分别组装课本P269图11—29所示装置； ③先直接用弹簧测力计将重为G的勾码匀速提升一定高度h，记下所用拉力和移动距离； ④再用图（b）所示装置将同样勾码提升同样高度，记下所用力和力所移动距离； ⑤记录数据表格（数据仅供参考，应以实验实际数据为准）： 所用拉力/N力移动距离h/m做的功/J用手做功 2 0.1 0.2 用滑轮做功 1.5 0.2 0.3
（2）分析表格数据可知，两次做功 不相等 ，第二次做功更多，即用滑轮做功时要多做功。 分析原因是： 用滑轮做功时，除对勾码做功外，还要克服滑轮重和摩擦多做功 。 2. 认识用用功、额外功和总功 （1）有用功：在工作时，不管采用什么方法都必须做的，对人们__有用的__功，用符号__W有__表示。 （2）额外功：在工作时，对我们没有用，但又__不得不做__的功，用符号__W额__表示。 （3）总功：拉力(或动力)所做的功，用符号__W总__表示。 （4）请理解W有、W额、W总之间关系： W总=W有+ W额 。 4.分析以上用滑轮提升勾码的做功过程中的有用功、额外功、总功情况。 提示：克服勾码重力做的功为 有用功 ；克服滑轮重、绳重及摩擦做的功为 额外功 ；拉力做的功为 总功 。 5.对点训练： 水桶掉进水里，打捞时桶里带了些水，下列关于该过程做功的说法中正确的是（ D ） A．对桶和水所做的功都是有用功 B．对桶所做的功是额外功 C．对水所做的功是有用功 D．对水所做的功是额外功
自主学习2 机械效率及应用 1. 机械效率 （1）讨论问题：①有没有一种简单机械只做有用功，不做额外功？ 回答： 没有 。 ②额外功在总功中占的比例越多越好，还是越少越好？ 回答： 额外功在总功中占的比例越少越好 。 ③总结：在使用机械时，我们总是希望额外功在总功中所占的比例尽量 少些 ，这样可以让机械处于一个高效率工作的状态，以尽可能少的消耗，取得尽可能多的效益。 （2）概念、定义式 我们把 有用功 和 总功 之 比 叫做机械效率。 其定义式为： ；机械效率没有单位且总 小于1 ，为什么？ 答： 使用任何机械时，都不可避免的要做额外功，有用功总小于总功。所以我们习惯用百分数来表示 。 所以其表达式为： 。 2.分析“探究点一”中甲、乙、丙、丁四种做功过程的机械效率，并积极展示。 我的分析：； ； ； 。 我们发现，即使是同一做功目的，即完成相同的有用功，如果采用不同方法或使用不同机械做功，其机械效率是不同的，说明机械效率跟 机械装置 情况有关。机械装置不同，机械效率往往不同。 3.了解常见机械的机械效率： 起重机的效率一般为40%～50%；皮带传动的机械效率一般为90%～98%。 4.计算应用： （1）阅读课本P271例题。 （2）用课本盖住解题部分或观看老师多媒体投放原题，再现解题过程。 （3）总结解题策略。 解决此类问题，首先根据机械使用情况跟题的要求分析有用功、总功，及因为什么做额外功，再应用相关公式计算 。 5.对点训练： 下列关于功、功率和机械效率的说法正确的是（ C ） A．越省力的机械，机械效率越高 B．做功越多的机械，机械效率越高 C．省力的机械可以省力，但一定费距离 D．功率大的机械，做功一定多
自主学习3 提高机械效率 拓展探究：同一机械装置（滑轮组）的机械效率是否会发生变化 （1）提出问题：同一滑轮组，动滑轮重、绳重一定，绳子和滑轮间摩擦变化不大，其机械效率是否不变呢？ （2）实验器材：铁架台、2个滑轮、细线、弹簧测力计、三个大勾码（每个1N）、刻度尺 （3）实验方案： ①用一个定滑轮和一个动滑轮组成如下图滑轮组，分别提升1个、2个、3个重力为1N的大勾码； ②分别记录勾码重力、升高高度、拉力大小（弹簧测力计示数）、拉力移动距离，记入表格； 试验次数物重/N上升高度/N有用功/J拉力/N拉力移动距离/m总功/J机械效率110.10.10.60.30.1855.6%220.10.20.90.30.2774.1%330.10.31.20.30.3683.3%
（4）处理数据，总结结论： 同一滑轮组的机械效率是 变化 （选填“不变”或“变化”）的，提升物重越重，机械效率越 高 。
合作探究3 1.思考总结： （1）影响滑轮组机械效率的因素有哪些？ 回答： 提升的物重，动滑轮重，绳重，滑轮转轴处及绳与滑轮间的摩擦 。 （2）提高滑轮组机械效率的措施有哪些？ 回答： 在提升物重确定的情况下，有效减小额外功，如改进机械结构，减轻机械自重，定期保养机械，减小机械运转时的摩擦等，都可以提高机械效率 。 3.对点训练： 在“测量滑轮组的机械效率”的实验中，用相同的滑轮分别组装如图所示的甲、乙滑轮组（忽略绳重和摩擦）。 钩码总重钩码上升高度测力计拉力测力计移动距离20.051.20.1
（1）根据分析可得，表格中数据是利用 甲 图中滑轮组测得的，此滑轮组的机械效率为 83.3% （计算结果精确到0.1%）； （2）若两个弹簧测力计的示数相等，则 乙 图中提升的物体更重，此时两个滑轮组机械效率的关系是：η甲 < η乙。
自我评价 1．如图是某地区临时停水时，居民利用滑轮提水的情景。下列说法中正确的是（ A ） A．对水做的功是有用功 B．对桶做的功是有用功 C．用此滑轮是为了省力 D．此装置的机械效率为 2．关于功率、机械效率下列说法正确的是（ A ） A．功率越大的物体做功越快 B．机械效率越高的物体做功越多 C．功率越小的物体机械效率越低 D．做功越多的物体功率越大 5．（2024·黑龙江齐齐哈尔中考）如图所示，小宇用动滑轮把重400N的物体匀速提升了3m，作用在绳子自由端的拉力F为250N，方向竖直向上。不计绳重和摩擦，则下列选项正确的是（ D ） A．绳子自由端移动的距离为3m B．动滑轮受到的重力为150N C．拉力F做的功为1200J D．该动滑轮的机械效率为80% 4．用四个完全相同的滑轮，组装成两套滑轮组，用它们匀速提升同一物体时，其拉力分别为 F1、F2，滑轮组的机械效率分别为η1、η2，如图所示。不计绳重和摩擦，下列说法中（ A ） ①F1F2 ③η1>η2 ④η1=η2 A．只有①④正确 B．只有②④正确 C．只有②③正确 D．只有①③正确 5．如图显示的是甲、乙两机械的做功情况，它们的有用功均为2100J，则机械效率较高的是 甲 ，总功较多的是 乙 （前两空均选填“甲”或“乙”），甲机械的额外功为 700 J。 6．如图所示，工人利用滑轮组将质量为的建筑材料在内匀速提升，工人所用的拉力为．利用滑轮组提升建筑材料可以 省力 （选填“省力”或“省功”）；此过程中，工人拉力做功的功率为 200 W，滑轮组的机械效率为 80% ；若增大提升建筑材料的质量，滑轮组的机械效率将 变大 （选填“变大”、“变小”或“不变”）。（取） 7．某实验小组测量如图滑轮组的机械效率，实验中使用的滑轮完全相同，得到的数据如表所示。 实验次数钩码重G（N）钩码上升高度h（m）绳端拉力F（N）绳端移动距离s（m）机械效率η140.11.80.374%240.11.40.5360.12.40.383%
（1）通过表中数据可分析出实验次数1是用 甲 （选填“甲”或“乙”）图做的实验，实验次数2是用 乙 （选填“甲”或“乙”）图做的实验； （2）请在表中空白处填上恰当的数据 57% ；（百分号前保留整数） （3）通过实验次数1和实验次数2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，动滑轮越重，滑轮组的机械效率 越低 ； （4）比较实验次数1和实验次数3可得出结论：使用同一滑轮组， 提升的物体越重 ，滑轮组的机械效率越高。 8．如图所示，用滑轮组匀速提升物体到一定高度，已知该物体的重力是100N，拉力F为60N，物体被向上提升的高度是5m。若不计绳重和摩擦，求： （1）绳自由端移动的距离； （2）动滑轮重； （3）该滑轮组的机械效率。 解：（1）如图，由2段绳子吊着动滑轮，则绳自由端移动的距离为： ； （2）若不计绳重和摩擦，则动滑轮重为： ； （3）拉力做的总功为：；拉力做的有用功为： ；该滑轮组的机械效率为： 。 答：（1）绳自由端移动的距离为； （2）动滑轮重； （3）该滑轮组的机械效率为。
我的收获
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第三节 机械效率
物理观念:知道有用功、额外功和总功的含义及它们之间的关系;知道机械效率,了解提高机械效率的途径和意义。
科学思维:认识机械效率,了解机械效率总小于1的科学本质;通过实验和理论分析认识到减少额外功是提高机械效率的一个有效途径。
科学探究:通过探究机械做功实验,提高设计实验、收集实验数据、从实验中归纳科学规律的能力。
科学态度与责任:了解机械效率是机械性能优劣的重要标志,具有减少额外功、提高机械效率、提高机械性能,从而服务生产的意识。
教学重点:有用功、额外功和总功
教学难点:机械效率的应用分析
教师演示:铁架台、滑轮(2个)、细线、弹簧测力计、刻度尺、钩码若干、斜面、木块
学生实验:铁架台、滑轮(2个)、细线、弹簧测力计、刻度尺、钩码若干
教学环节 设计意图
一、创设情境 导入新课 视频导入:观看“机械效率”的视频。 机械效率是衡量机械性能的重要指标,那什么是机械效率 如何比较机械效率高低 学源于思,思源于疑。先通过素材让学生感兴趣,有动力,有问题,有效引入课题
二、新课讲解 探究新知 探究点一:有用功、额外功和总功 1.情境分析 情境展示:为了把100 N的沙子运到三楼,下面甲、乙、丙、丁四种方法你会采用哪种方法 学生讨论,选择、回答。 2.做功情况分析 (1)分项计算 ①对沙子做功:W1=G1h= 100 N×6 m=600 J ; ②对桶做功:W2=G2h= 20 N×6 m=120 J ; ③克服自重做功:W3=G3h= 400 N×6 m=2 400 J ; ④对口袋做功:W4=G4h= 5 N×6 m=30 J ; 磨刀不误砍柴工;先用一个具体事例,作具体做功过程分析,使学生深入了解做功过程可以细化处理,进而明确哪些必做,哪些是确定方法后必做;这个例子后边还用,要分析细致 把每种做功方法需要做哪些方面的功都列出来,为下面提高机械效率做铺垫
⑤对滑轮做功:W5=G5h= 10 N×6 m=60 J ; ⑥老师点拨:实际上有些过程还要克服绳子重力和摩擦做功,因情况较为复杂,统一简化为W6=50 J。 (2)做功过程分析:在以上四种方法中,人分别对什么物体做功,做功情况如何,请小组分析好后填入下表: 甲乙丙丁做功情况①②③①②⑥①②⑤⑥①④⑤⑥做功大小3 120 J770 J830 J740 J
(3)数据分析:我们发现,采用不同的方法做功,即使做功目的和效果相同,我们做的功也有可能不同。以上四种方法中,丁方法最合理。你选对了吗 3.实验探究: 老师指导学生阅读课本P269~270“有用功、额外功和总功”部分。 (1)动手探究过程: ①选取仪器:铁架台、钩码、细线、滑轮、弹簧测力计、刻度尺。 ②分别按课本P269图1129所示装置组装器材。 ③先直接用弹簧测力计将重为G的钩码匀速提升一定高度,记下所用拉力和力所移动的距离。 ④再用图(b)所示装置将同样钩码提升相同高度,记下所用拉力和力所移动距离。 ⑤将数据记录在表格中(数据仅供参考,应以实验实际数据为准)。 所用拉力/N力所移动距离/m做的功/J用手做功20.10.2用滑轮做功1.50.20.3
(2)分析数据可知,两次做功不相等,第二次做功更多,即用滑轮做功时要多做功。 原因是 用滑轮做功时,除对钩码做功外,还要克服滑轮重和摩擦力做功 。 4.认识有用功、额外功和总功 (1)有用功:在工作时,不管采用什么方法都必须做的,对人们 有用的 功,用符号 W有 表示。 (2)额外功:在工作时,对我们没有用,但又 不得不做 的功,用符号 W额 表示。 (3)总功:拉力(或动力)所做的功,用符号 W总 表示。 (4)W有、W额、W总之间关系: W总=W有+。 5.分析用滑轮提升钩码的做功过程中的有用功、额外功、总功情况。 提示:克服钩码重力做的功为有用功;克服滑轮重、绳重及摩擦做的功为额外功;拉力所做的功为总功。 出示例题 [例题]水桶掉进水里,打捞时桶里带了些水,下列关于该过程中做功的说法中正确的是(D) A.对桶和水所做的功都是有用功 B.对桶所做的功是额外功 C.对水所做的功是有用功 D.对水所做的功是额外功 探究点二:机械效率及应用 1.机械效率 (1)讨论问题 ①有没有一种简单机械只做有用功,不做额外功 学生回答:没有。 ②额外功在总功中占的比例越多越好,还是越少越好 学生回答:额外功在总功中占的比例越少越好。 教师点拨重点,细化做功过程,因为什么原因做功,属于哪个方面的功,为机械效率做铺垫
③总结:在使用机械时,我们总是希望额外功在总功中所占的比例尽量少些,这样可以让机械处于一个高效率工作的状态,以尽可能少的消耗,取得尽可能多的效益。 (2)概念、定义式 我们把 有用功 和 总功 之 比 叫做机械效率。机械效率通常用百分率表示,它的计算公式为η=×100%。 机械效率没有单位且总小于1,为什么 提示:使用任何机械时,都不可避免地要做额外功,有用功总是小于总功。因此机械效率总小于100%。 2.分析“探究点一”中甲、乙、丙、丁四种方法的机械效率,并积极展示。 提示:η甲=×100%=×100%≈19.2%; η乙=×100%=×100%≈77.9%; η丙=×100%=×100%≈72.3%; η丁=×100%=×100%≈81.1%。 我们发现,即使是同一做功目的,即完成相同的有用功,如果采用不同方法或使用不同机械做功,其机械效率是不同的,说明机械效率跟 机械装置 情况有关。机械装置不同,机械效率往往不同。 3.了解常见机械的机械效率: 起重机的效率一般为40%~50%;皮带传动的机械效率一般为90%~98%。 4.计算应用: (1)指导学生阅读课本P271例题。 (2)用课本盖住解题部分或观看老师多媒体投放原题,再现解题过程。 (3)总结解题策略。 提示:解决此类问题,首先根据机械使用情况跟题的要求分析有用功、总功,及因为什么做额外功,再应用相关公式计算。 重点强调,必须明确 既是对前面问题的深入理解,又借机练习了机械效率的计算,对比结果又得出不同机械的机械效率的不同这一结论,一举三得
第三节 机械效率
一、有用功、额外功、总功
1.有用功:不管采用什么方法都必须做的、对人们有用的功,用符号W有表示
2.额外功:没有用但又不得不做的功,用符号W额表示
3.总功:拉力(或动力)所做的功,用符号W总表示
4.W有、W额、W总之间关系:W总=W有+W额
二、机械效率
1.机械效率:有用功和总功之比。
2.计算公式:η=×100%
见PPT课件
不管是有用功、额外功、总功,还是机械效率的概念的引出,都是创设情境,利用情境或生活实例,通过分析或动手活动,逐步引导出相应概念,由易到难,逐步深入。影响机械效率的因素,也是设计情境和实验,力争学生在形象素材的加持下,思考交流,得出规律,防止抽象推理,死记硬背,只注重形式,不注重原理。
在教学中,虽然列举了一些生活中的实例,但对于机械效率在工业生产、节能减排等方面的重要性阐述不够充分,没有让学生充分感受到物理知识与实际生活的紧密联系,对学生的社会责任感培养有所欠缺。
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