第十一章 简单机械和功
11.5 机械效率(第1课时)
(苏科2024版)九年级
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01
教学目标
02
新知导入
03
新知讲解
04
典例分析
05
课堂练习
06
课堂小结
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PART 1 教学目标
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01
教学目标
?1.?通过实验探究和案例分析?,了解简单机械工作时能量转化的基本过程,明白有用功(实现目的所需的功)、额外功(克服摩擦等额外消耗的功)与总功(输入的总能量)的物理意义。通过测量数据对比(如斜面提升物体),建立三者关系式(总功=有用功+额外功),培养科学探究与数据分析素养。
2?.?通过实际问题解决活动?,了解机械效率(有用功与总功的比值)的工程意义,明白其反映能量利用的有效性。结合生活实例(如起重机、滑轮组)进行效率计算,分析影响效率的因素(如摩擦、自重),提出优化方案,培养技术应用与理性思维素养。
PART 2 新知导入
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新知导入
视频讲解——《使用机械省功吗》
02
新知导入
1、直接提升物体所做的功和使用滑轮提升物体做的功相等吗?若不相等,哪个大??
不相等,使用滑轮组时做的功多。
2、你能找出做功不等的原因吗?
动滑轮的自重、绳重及摩擦的存在
3、使用滑轮组提升物体时要对动滑轮做功了吗?
做功了
4、使用滑轮组提升物体时对动滑轮不做功行不行?
不行
思考:
PART 3 新知讲解
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新知讲解
一、有用功、额外功和总功
1. 有用功、额外功和总功
(1)有用功:将钩码提升一定的高度是我们的目的,所做的功叫做有用功,记为W有用。
(2)额外功:在使用动滑轮提升钩码时,除需克服摩擦力做功外,还要克服动滑轮的重力做功,这两部分功虽然并非我们所需要的,但又不得不做,叫作额外功,记为W额外。
(3)总功:手拉绳所做的功叫作总功,记为W总。总功等于有用功与额外功之和:W总= W有+W额
②额外功
①有用功
③总功
03
新知讲解
?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。
举例
03
新知讲解
W有用= 300 J
目的
没用但不得不做
W额外= 75 J
克服动滑轮重做功60 J
克服物体重做功300 J
克服摩擦力做功15 J
W总= 375 J
举例
03
新知讲解
动力对机械所做的功。
克服机械自重和摩擦力所做的无用功,
但又不得不做。
对人们有用的功;在数值上等于直接用手对物体做的功。
有用功“W有”:
额外功“W额”:
总功“W总”:
有用功、额外功、总功
W总= W有 + W额
03
新知讲解
视频讲解——《有用功、额外功和总功》
03
新知讲解
利用机械做功时,你希望额外功多些还是少些呢?
人们总希望有用功占总功的比例越大越好。
种子发芽率 树的成活率
考试及格率 答题正确率
你知道生活中的 意义吗?
“率”
上述的几个“率”=有用的量/总量,表示事物某一方面的优劣。
大胆猜想一下,什么叫机械效率?
二、机械效率
03
新知讲解
1. 机械效率
(1)机械效率
物理学中,将有用功和总功的比叫作机械效率。
(2)计算公式:机械效率 η= ????有????总×100%
(3)理解机械效率
①物理意义:机械效率是标志机械做功性能的物理量,有用功占总功的比例越大,机械效率越高,这个机械的性能越好。
?
03
新知讲解
想一想:
一台起重机的机械效率是60% ??????,它表示什么意义?
根据机械效率的定义??????=????有?????总可知:
起重机的机械效率是60%?,表示使用该起重机提升重物时,所做的有用功跟总功的比值是60% ,也可以说有用功在总功中占的比例是60%,另外的40% 是额外功。
?
03
新知讲解
2.一些机械的机械效率
起重机:40%~50%
滑轮组:60%~80%
离心式水泵的
机械效率60~80%
03
新知讲解
瓦特蒸汽机的机械效率提高至6% ~ 15%
喷气发动机的机械效率
50~60%
柴油机:28%~40%
2.一些机械的机械效率
PART 4 典例分析
04
典例分析
例1.在实际生产劳动中使用机械时,总要做一些额外功,原因是任何机械本身都有重力,并且机械零件与零件之间在发生相对运动时还存在着摩擦,所以任何机械的机械效率总__________(选填“大于”或“小于”)100%。
【答案】小于
【详解】因为在实际生产劳动中使用机械时,总要做一些额外功,且总功等于有用功与额外功之和,所以总功总大于有用功,而机械效率 ,所以任何机械的机械效率总小于100%。
小于
04
典例分析
例3.体重是400N的同学用重10N的水桶,提起重100N的水沿楼梯送到5m高的宿舍里使用,完成这一次提水,他做的有用功和额外功分别是( )
A.500J;50J B.500J;2050J
C.550J;2000J D.2500J;50J
【答案】B
【详解】该同学的目的是将水提高5m,因此所做的有用功是克服水的重力做功,则有用功为
额外功是克服水桶和人的重力做功,则额外功为
故B符合题意,ACD不符合题意。
故选B。
B
04
典例分析
例3.如图是小明用三种不同的方式将100N的沙子运上三楼的情景。已知桶重20N,小明的体重400N,口袋重5N,动滑轮重10N。下列三种方式中,__________做的额外功最多,__________的机械效率最高。(两空均选填“甲”“乙”或“丙”)
甲
丙
04
典例分析
【答案】 甲 丙
【详解】[1][2]三次运砂子的重相同,提升的高度相同h=3m×2=6m
则三种方法所做的有用功相同;有用功W有=G砂h=100N×6m=600J
第①种方法
W额外1=G总1h=(G人+G桶)h=(400N+20N)×6m=2520J
第②种方法
W额外2=G总2h=(G动+G桶)h=(20N+10N)×6m=180J
第③种方法
W额外3=G总3h=(G袋+G动)h=(5N+10N)×6m=90J
由此可知,所做的额外功最多的是甲。因为三种方法中的有用功相同,第丙种方法的额外功最小,所以机械效率最高。
04
典例分析
例4.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
D
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典例分析
【答案】D
【详解】依题意得,甲机器的机械效率大于乙机器的机械效率。
A.由机械效率大小无法得知甲机器比乙机器的省力情况,故A错误;
B.机械效率与功率是两个不同的物理量,由机械效率大小无法得知功率大小,故B错误;
C.由 得,总功大小未知情况下,甲机器与乙机器做的有用功大小无法比较,故C错误;
D.由 得,甲机器做的有用功在总功中占的比值一定比乙机器多,故D正确。
04
典例分析
例5.建筑工地上,起重机吊臂上的滑轮组如图所示在匀速起吊重的物体时,物体5s内上升了6m,作用在自由端拉力的功率为6.3kW(g取)。问:
(1)此过程中所做的有用功为多少J?
(2)滑轮组机械效率是多大?
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典例分析
【答案】(1)2.52×104J (2)80%
【详解】(1)此过程中所做的有用功为
(2)拉力做的总功
W总=Pt=6300W×5s=3.15×104J
滑轮组的机械效率
PART 5 课堂练习
(苏科2024版)九年级
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05
课堂练习
1. 板车上装有货物,一人拉着该板车将货物送到目的地,对货物所做的功叫________功,对板车所做的功叫________功,如果目的是送板车,则对板车所做的功叫________功。(均选填“有用”“额外”或“总”)
有用
额外
有用
05
课堂练习
2.如图所示,是两个工人分别用滑轮按甲、乙两种方式把质量相同的两袋沙子从地面提到二楼,两种方式若不计绳重和摩擦,且G沙子>G滑轮。使用甲图中的滑轮的目的是_______________;使用乙图中滑轮的好处是可以_________,机械效率更高的是______(选填“甲”或“乙”)。
改变力的方向
省力
甲
05
课堂练习
3.下列有关机械做功、功率、机械效率的说法,正确的是(????)
A.效率越高的机械,功率越大 B.越省力的机械,其功率就越大
C.做有用功越多的机械,效率越高 D.功率越大的机械,做功越快
D
05
课堂练习
4.如图所示,在新农村改造时,工人用如图所示的滑轮组将重400N的建筑材料沿竖直方向匀速提升2m,已知动滑轮重100N,不计绳重和摩擦。则工人对绳子的拉力与绳子对工人的拉力是一对______________(选填“平衡力”或“相互作用力”);建筑材料匀速上升时,工人的拉力为__________N,该滑轮组的机械效率为__________ 。
相互作用力
250
80%
05
课堂练习
5.下图所示的是甲、乙两种机械某次做功的情况,它们做的有用功均为2100J,则机械效率较高的是________,所做总功较多的是________。乙做的额外功为________J。(前两空均选填“甲”或“乙”)
甲
乙
900
05
课堂练习
6. 用定滑轮匀速提升质量为20kg的物体,所用的拉力为220N,物体升高的高度为2m。求此过程中的有用功、总功和定滑轮的机械效率(g取10N/kg).
答案:有用功400J 总功440J 机械效率90.9%
05
课堂练习
7.如图,在斜面上将一个重为900N的物体从长4m,高1m的斜面底部匀速推上斜面顶端,所用时间30s,已知沿斜面的推力是300N,求:
(1)推力做功的功率;
(2)物体受到的摩擦力;
(3)斜面的机械效率。
【答案】(1)40W;(2)75N;(3)75%
05
课堂练习
8、某工人利用动滑轮在20s内将3000N的物体匀速提高4m,已知这个动滑轮的机械效率是80%。求:
①该工人所做的总功是多少?
②他所用拉力大小为多少?
③他所用动滑轮重是多少?
④他做功的功率是多少瓦?
答案:(1)15000J (2)1875N (3)750N (4)750W
PART 6 课堂小结
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06
课堂小结
①有用功:提升重物时,将重物提升一定高度所做的功。
②额外功:克服机械的自重和摩擦等因素而做的功。
③总功:人拉绳所做的功。W总= W有+ W额。
①定义:有用功与总功的比叫作机械效率。
②公式:机械效率 η= ????有????总; η<1,用百分数表示。
?
有用功额外功与总功
机械效率
机械效率
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