11.5 机械效率（教学课件）物理苏科版2024九年级上册（31页PPT）

(共31张PPT)
五、机械效率
要把这个物体运到高处，有哪些方法？
用手直接把物体提上去．
用杠杆把物体提上去．
用动滑轮或滑轮组
……
使用简单机械能达到怎样的目的？
改变力的方向
省距离
省力
使用机械对物体做功和直接对物体做功，他们所做的功究竟有什么关系？
思考：
实验目的:
再探动滑轮：
实验器材:
实验注意事项:
比较利用动滑轮提升物体与直接提升物体做功的多少
铁架台、动滑轮、钩码、弹簧测力计、刻度尺、细线
测量的物理量:
物体的重力G
物体上升的高度h
作用在绳子上的力F
绳子移动的距离s
匀速拉动绳子
拉力竖直向上
实验表格设计:
再探动滑轮：
再探动滑轮：
测量次数 F/N s/m G/N h/m Fs/J Gh/J
① 2.5 0.2 4 0.1 5 4
② 3 0.3 5 0.15 0.9 0.75
③ 3.5 0.2 6 0.1 0.7 0.6
数据分析:
思考:
利用动滑轮提升物体所做的功与直接提升物体的做功不等的原因是什么
利用动滑轮提升物体时，除了对物体做功，还不得不对动滑轮做功。
有用功、额外功与总功：
额外功:
提升物体
目 的:
提升物体所做的功Gh
有用功:
提升动滑轮所做的功G动h
总 功:
手拉绳所做的功Fs
总功
有用功
额外功
＝ ＋
＝ ＋
W总
W有用
W额外
对砂子做功
对空桶做功
克服自身重力做功
并不需要做但又不得不做的功
对人们有用必须做的功
3m
3m
他的目的是：
把沙子运上三楼
用水桶提沙子上楼
有用功
额外功
1. 有用功（W有）：为了达到工作目的，必须做的功。
2. 额外功（W额）：为了达到工作目的，并非我们所需要
但又不得不做的功。
3. 总功（W总）：动力所做的所有功。
即有用功与额外功的总和。
W总 = W有 + W额
有用功、额外功与总功：
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。
想一想
F
G
W有用=G物·h
W总=F·s
W额外=G动·h
（不计绳重和摩擦）
F
f
W有用=f·s物
W总=F·s绳
利用滑轮组做功
h
S物
S
S
在使用机械工作时，有用功在总功中所占的比例越多越好。它反映了机械的一种性能，物理学中表示为机械效率。
定义：有用功跟总功的比叫做机械效率。
使用任何机械额外功都不可避免，有用功总是小于总功，所以机械效率总是小于1的。机械效率通常用百分数表示。
二、机械效率
公式：
探究实验：测量滑轮组的机械效率
【实验原理】
【实验器材】
弹簧测力计、刻度尺、铁架台、滑轮、细线、钩码
绳端的拉力F、___________、
_________________和___________________________。
物体重G
物体上升距离h
绳自由端移动距离s
【需要直接测量的物理量】
实验时拉力的方向应尽量_____________，且应在钩码____________的过程中读取拉力的大小。
竖直向上
匀速移动
注意事项：
实验过程
G/N h/m F/N s/m W有/J W总/J η
1
2
3
F
实验1 保持动滑轮重一定，改变钩码重力
结论：动滑轮重一定，物重越大，机械效率越高。
G/N h/m F/N s/m W有/J W总/J η
1
2
实验2 保持钩码重力一定，改变动滑轮重。
结论：物重一定，动滑轮越重，机械效率低。
F
F
影响滑轮组机械效率的因素
摩擦、绳重（轮与轴及轮与绳之间）
（减小摩擦可以减少额外功，提高机械效率）
如：加强机械运动部位的润滑、采用轻质细绳
物重
（物重增加，机械效率提高）
动滑轮重
（动滑轮重减小，机械效率提高）
点击上方图片，即可观看视频
忽略绳重与摩擦的影响，又有：
滑轮组的机械效率在数值上等于物重与总重的比值。
滑轮组机械效率的讨论
竖直滑轮组机械效率：
斜面及其应用
生活物理社会
使用斜面可以省力，但要多费距离。
斜面
f
F
G
N
W有用=G·h
W总=F·l
W额外=f·l
不做功
利用斜面做功
h
l
物体在斜面上运动时会受到摩擦力，额外功不可避免，斜面的机械效率小于100％。
探究：影响斜面机械效率的因素
实验时沿斜面匀速拉动木块，并在拉动中读出拉力的大小。
实验次数 斜面倾斜程度 斜面材料 木块重力G/N 斜面高度h/m 有用功W有/J 拉力F/N 斜面长度s/m 总功W总/J 机械效率
1 较缓 木板 1 0.1 0.1 0.2 0.7 0.14 71.4%
2 较陡 木板 1 0.17 0.17 0.3 0.7 0.21 81%
3 陡 木板 1 0.24 0.24 0.4 0.7 0.24 85.7%
4 棉布 1 0.24 0.24 0.5 0.7 0.35 68.6%
5 毛巾 1 0.24 0.24 0.6 0.7 0.42 57.1%
实验数据
1. 斜面的粗糙程度有关：同一斜面，拉同一物体，斜面越粗糙，拉力越大，效率越低。
结 论
2. 斜面的倾斜程度有关：粗糙程度相同，拉同一物体，斜面越陡（倾角越大），拉力越大，效率越高。
机械效率
课堂小结
机械效率
有用功和额外功
额外功：为了达到工作目的，不得不做的功
定义：有用功跟总功的比值
有用功：为了达到工作目的，必须做的功
总功：动力所做的所有功
W总 = W有 + W额
公式： 总小于1
提高机械效率的方法：
增加物重，减小动滑轮重，减小绳重和摩擦
1、关于功、功率和机械效率，下列说法中正确的是（　　）
A．功率大的机械，做功多
B．机械做的有用功越多，机械效率越高
C．机械效率高的机械，功率大
D．机械效率越高，有用功与总功的比值越大
D
课堂练习
2．用绳子将钩码提升至一定的高度，如图所示，此过程所做的有用功是（ ）
A．提升钩码所做的功　　　　　　　
B．克服摩擦力所做的功
C．提高绳子所做的功　　　　　　　
D．克服动滑轮重力所做的功
A　
3.如图所示，小伟同学通过斜面用平行于斜面F＝200N的推
力，将质量为30kg的物体在4s时间内匀速推到1m高的平台 上，斜面长s＝2m。（g取10N/kg）则（　　）
B
A．斜面对物体的支持力做了功
B．斜面对物体的摩擦力为50N
C．推力F对物体做功的功率为50W
D．斜面的机械效率为80%
4、小冯在如图所示的健身运动过程中，脚腕用50N的力使细绳拉着物体A上升，若物体A的质量为4kg，在2s内匀速上升0.4m，则小冯的脚腕对物体A做的有用功为 　　 J，脚腕对物体A做功的机械效率为 　　 ，脚腕对物体A做的总功的功率为 　　 W．（取g＝10N/kg）
16
80%
10
5．工人利用如图所示的滑轮组将重900N的物体竖直向上匀速提升0.5m，工人所用的拉力F为600N，(不计摩擦和绳重)，求：
①人的拉力做的功为多少J？
②此滑轮组的机械效率为多少？
③若用此滑轮组提升重为1 500 N的物体，绳上的拉力是多少N？
③由于不计摩擦和绳重，拉力F＝（G物＋G动）/2
所用动滑轮的重G动＝2F-G＝2×600 N-900 N＝300 N
若用此滑轮组提升1500N的重物，
此时拉力F′＝(G物′＋G动)/2＝(1500N＋300 N)/2＝900 N.
①由图知n＝2，拉力端移动距离s=2h=2×0.5m=1m
拉力做的总功W总＝Fs＝600 N×1m＝600 J.
②工人做的有用功W有＝Gh＝900 N×0.5 m＝450 J
滑轮组的机械效率η=W有/W总
=450J/600J×100%=75%.