11.3　如何提高机械效率 第2课时　测量机械效率(要点讲解+当堂检测+答案)

沪粤版物理九年级上册同步学案
第十一章　机械功与机械能
11.3　如何提高机械效率
第2课时　测量机械效率
要 点 讲 解
要点一　滑轮(组)机械效率的测定
用如图所示的实验装置测定滑轮组的机械效率，所用滑轮和缠绕绳子的方式不变，改变其他因素，是否会影响它的机械效率呢？
甲 乙
由机械效率的公式，猜想机械效率的大小可能与有用功和总功的大小有关。而功的大小与力的大小和移动的距离有关，因此提出如下猜想：
猜想一：机械效率可能与匀速提升的速度大小有关；
猜想二：机械效率可能与被提升的钩码重有关；
猜想三：机械效率可能与钩码提升的高度有关；
猜想四：机械效率可能与动滑轮个数(总重)有关。
实验设计：用弹簧测力计测出绳子自由端的拉力F和钩码的重力G，用刻度尺测出钩码上升的距离h和绳子自由端移动的距离s，则动力对滑轮组做的总功W总＝Fs，滑轮组对钩码做的有用功W有用＝Gh，则滑轮组的机械效率为η＝×100%。
探究过程：分别根据以上猜想进行探究，实验记录如下表：
探究一：机械效率与匀速提升速度大小的关系
物理量
控制因素　　
钩码
重/N
钩码提升距离/m
绳端拉
力/N
绳端移动距离/m
机械效率
较小提升速度
10
0.1
4.2
0.3
79.4%
较大提升速度
10
0.1
4.2
0.3
79.4%
探究二：机械效率与被提升钩码重的关系
物理量
控制因素　　
钩码
重/N
钩码提
升距离
/m
绳端拉
力/N
绳端移
动距离
/m
机械
效率
用大致相同
的提升速度
10
0.1
4.2
0.3
79.4%
15
0.1
6.0
0.3
83.3%
探究三：机械效率与钩码提升高度的关系
物理量
控制因素　　
钩码
重/N
钩码提
升距离
/m
绳端拉
力/N
绳端移
动距离
/m
机械
效率
用大致相同
的提升速度
10
0.1
4.2
0.3
79.4%
10
0.2
4.2
0.6
79.4%
探究四：机械效率与动滑轮个数(总重)的关系
钩码
重/N
钩码提
升距离/m
绳端拉
力/N
绳端移
动距离/m
机械
效率
用图甲滑轮组
10
0.1
4.2
0.3
79.4%
用图乙滑轮组
10
0.1
3.0
0.5
66.7%
探究分析：滑轮提升钩码时做的功为有用功，人的拉力做的功为总功。提升动滑轮做的功为额外功；由于提升速度对有用功和总功没有影响，故不会影响机械效率；钩码提升高度对有用功和总功都有影响，但影响的程度是相同的，通过计算发现对机械效率没有影响；提升钩码的重力增加时，有用功增加，额外功不变，故机械效率会增加；当滑轮组中动滑轮个数越多，总重越大，额外功增加，有用功不变，故机械效率会减小。
探究归纳：机械效率与钩码被提升高度、钩码被提升速度无关，与钩码受到的重力有关，重力越大，机械效率越高；与动滑轮个数有关，动滑轮个数越多，总重越大，机械效率越低。
另外，滑轮组的机械效率高低还与滑轮自身部件间的摩擦有关，故影响滑轮组的机械效率的因素有：物体的重力、动滑轮与绳子的重、滑轮自身部件间的摩擦。
经典例题1　在“测滑轮组机械效率”的实验中，先用弹簧测力计测量钩码所受的重力G，再按图所示的连接方式组装好滑轮组，并分别记下钩码和弹簧测力计的起始位置。
(1)为了测量绳子自由端的拉力F，应该在弹簧测力计________(选填“缓慢匀速提升”或“静止”)时读数，图中弹簧测力计的示数是________N。
(2)按照正确的测量方法，测出的拉力F与钩码所受重力G的大小为F________(选填“＞”“＝”或“＜”)G。
(3)实验中要分别记下钩码和弹簧测力计的起始位置，是为了测量________，从而计算有用功和总功。
(4)在此实验中，若仅增加钩码的重力，该滑轮组的机械效率将________(选填“增大”“不变”或“减小”)。
解析：(1)因为滑轮组的机械效率是指使用滑轮组提升物体时的效率，滑轮组的额外功是克服绳重、滑轮的摩擦、动滑轮重力等所做的功，如果在静止时读数，不存在克服滑轮摩擦所做的额外功，拉力会减小，弹簧测力计示数变小，故不能在物体静止时读弹簧测力计的示数，而又因为匀速直线运动的物体受力平衡，因此实验中必须匀速向上拉弹簧测力计，以保证物体匀速上升和拉力大小恒定；由题图可知，弹簧测力计的分度值是0.2N，由指针的位置可知此时的示数为0.8N。(2)忽略一切摩擦和动滑轮的自重，动滑轮有几股绳子承担，拉力就是物重的几分之一，即F＝G，由于用滑轮组提升钩码时，要克服摩擦和动滑轮自重做功，所以拉力F要大于G。(3)只有记下钩码和弹簧测力计的起始位置和将钩码提升一定高度时钩码和弹簧测力计的位置，才能得到钩码上升的高度h和弹簧测力计移动的距离s，所以在实验开始时，需要分别记下钩码和弹簧测力计的起始位置。(4)整个滑轮组保持不变，即额外功不变。因为对重物做的功为有用功，增加钩码的个数，即增大了有用功，机械效率就会增大。
答案：(1)缓慢匀速提升　0.8　(2)＞　(3)钩码和弹簧测力计移动的距离　(4)增大
要点二　其他机械效率的测定
杠杆
斜面
测定装置图
公式
η＝×100%＝×100%
①η＝×100%＝×100%
②η＝×100%
说明
其中G为被提升物体受到的重力；h为物体升高的高度；F为动力；s为动力移动的距离
其中G为被提升物体受到的重力；h为斜面高度；s为斜面长度；F为拉力；f为摩擦力
易错易混警示　误认为同一机械的机械效率是不变的
同一机械，不计摩擦，克服自身重力所做的额外功是一定的，机械所做的有用功越多，有用功在总功中所占的比例就越大，机械的机械效率就越高，故同一机械的机械效率不是一定的。
经典例题2　工人用如图所示的滑轮组将一重400N的物体匀速提起，若滑轮组的机械效率为80%，忽略一切摩擦及绳重，则拉力的大小是________N，动滑轮重________N；若使用该滑轮组提升600N的重物，其机械效率将________(选填“变大”“变小”或“不变”)。
解析：在忽略一切摩擦及绳重的情况下，滑轮组的机械效率可表示为η＝×100%＝×100%＝80%，解得F＝125N，根据F＝(G物＋F动)，则动滑轮重G动＝4F－G物＝4×125N－400N＝100N。同一滑轮组所提重物越重，机械效率越高。
答案：125　100　变大
当 堂 检 测
1. 如图所示，规格完全相同的滑轮，用重力可忽略不计的绳子绕成甲、乙两个滑轮组，分别提起重为G1和G2的两个物体。在不考虑滑轮转轴摩擦的情况下，比较它们的省力情况和机械效率，下列说法中正确的是(　　)
A. G1＝G2时，F1>F2，乙的机械效率较高
B. G1＝G2时，F1C. G1D. G12. 测量滑轮组机械效率的实验中，依据的物理原理是　 。需要测量的物理量有 、 、 、 ，使用的主要测量工具是 、 ，使用中必须 拉动弹簧测力计。
3. 用如图所示规格相同的滑轮组甲和乙提起同样重的物体时，甲滑轮组的机械效率为η甲，乙滑轮组的机械效率为η乙，则可判定η甲 η乙。如果用乙滑轮组第一次提起重为G1的重物，机械效率为η1，第二次提起重为G2的重物(G1＞G2)，机械效率为η2，则可判定η1 η2。(均选填“大于”“等于”或“小于”)(不考虑摩擦和绳重的影响)
4. 在探究斜面机械效率的实验中，小华提出了“斜面的机械效率与斜面的倾斜程度有关”的猜想。
(1)要测量斜面的机械效率，除了长木板和木块(如图所示)外，还需要的主要测量工具是刻度尺和 。
(2)要验证以上猜想，需要控制不变的因素有： 。
(3)斜面在我们生活中的应用有　 　(只写出一条即可)。
5. 如图所示，在测定杠杆机械效率的实验中，竖直向上匀速拉动弹簧测力计，使挂在杠杆OB下面的物块缓慢上升至虚线位置，测力计的示数F为 N，测力计上升的高度s为0.2m。物块重G为1.5N，物块上升的高度h为0.3m，则杠杆的机械效率为 %，使用该杠杆做额外功的一个原因是　 　。
当堂检测参考答案
1. D
2. η＝×100% 物体的重力 物体上升的距离 拉力 绳端移动的距离 弹簧测力计 刻度尺 竖直匀速
3. 等于 大于