人教版初中物理八年级下册第十二章第三节12.3机械效率图文课件（62页ppt）
文档属性
| 名称 | 人教版初中物理八年级下册第十二章第三节12.3机械效率图文课件（62页ppt） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 1.9MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版 | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2020-04-13 01:57:12 | ||
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文档简介
(共62张PPT)
第3节 机 械 效 率?
体验 使用动滑轮提升钩码?
活动:把重为G的钩码提升一定的高度h。
活动1:用弹簧测力计将钩码提升一定高度h,记下弹簧测力计的示数G。
活动2:用动滑轮将钩码提升相同的高度h,记下弹簧测力计的示数F。
(1)活动中,我们做功的目的是 。
(2)计算拉力做的功。
①活动1中,拉力做的功是 ;
②活动2中,拉力做的功是 ,比直接用弹簧测力计提升钩码做的功 。
提示:(1)将钩码提升一定高度
(2)①W=Gh ②W=F·2h 多
1.什么是有用功、额外功、总功?它们之间有什么关系?
2.什么是机械效率?计算公式是什么?
3.提高机械效率的方法有哪些?
探究 1 有用功、额外功和总功?
结合“体验”中的活动,思考以下问题:
1.为什么用动滑轮提升钩码比直接提升钩码做功多?
提示:无论是否使用滑轮,钩码都被提升,这部分是必须要做的功,使用动滑轮时,提升钩码不得不克服动滑轮本身所受的重力及摩擦力等因素多做功,所以用动滑轮提升钩码做的功比直接提升钩码做的功多。
参考答案:利用动滑轮提升钩码时,除了提升钩码做功外,还要克服动滑轮重力以及摩擦力等做功。
2.根据活动,分析有用功、额外功和总功:
(1)对提升钩码做的功是我们 要做的,这部分功为 ,用W有表示,且W有= 。
(2)在用动滑轮提升钩码时,还需要克服摩擦、绳重、动滑轮重做一部分功,这部分功为 ,用W额表示。
(3)使用机械做功时,拉力所做的功为 ,用W总表示,即W总= 。它们之间的关系是____________。
提示:使用动滑轮时,必须要做的功是提升物体所做的功,即有用功W有=Gh;如果摩擦忽略不计,则克服动滑轮和绳重做的功是不得不做的功,即额外功W额=(G动滑轮+ G绳)h;使用机械做的功为总功W总=Fs。
参考答案:(1)必须 有用功 Gh
(2)额外功 (3)总功 Fs W总=W有+W额
3.使用机械提升物体时,有用功为什么小于总功?
提示:使用机械提升重物时,除了克服物体重力做功,还不得不克服机械本身重及摩擦做功,对物体做的功总是小于拉力做的功。
参考答案:需克服机械本身重力及摩擦做功
探究 2 机械效率?
结合有用功、额外功、总功的定义和关系,思考以下问题:
1.在物理学中,机械效率是指 ,用公式
表示。
提示:在所做有用功一定的情况下,人们希望额外功越少越好,
即额外功在总功中所占的比例越少越好,将有用功跟总功的比
值叫做机械效率,用公式 表示。
参考答案:有用功跟总功的比值
2.机械效率可以大于或等于1吗?为什么?
提示:使用任何机械都不可避免地要做额外功,其有用功总会小于总功,根据机械效率的公式可知,机械效率总是小于1。
参考答案:不可以 用任何机械都不可避免做额外功,其有用功总会小于总功
3.动滑轮的重力为G动,物体的重力为G物,绳子的拉力为F,物体匀速提升的高度为h,绳重及摩擦忽略不计,求动滑轮的机械效率。
提示:该装置的目的是将重物提高h,所以有用功为克服物体重
力做的功W有=G物h,提升动滑轮所做的功为额外功W额=G动h,由于
动滑轮省一半的力,所以绳子移动的距离s=2h,拉力做的功为总
功W总=Fs=F·2h,故动滑轮的机械效率
参考答案:
探究 3 测量滑轮组的机械效率?
1.猜想与假设:同一滑轮组的机械效率是否固定不变?
参考答案:不是
2.实验原理: 。
参考答案:
3.实验设计:如图所示。
(1)用 测量钩码所受的重力。
(2)用 测量钩码移动的距离和弹簧测力计移动的距离。
(3)匀速拉动弹簧测力计使钩码上升,同时记下钩码上升的
和弹簧测力计的 ;换不同的钩码多测几次。
参考答案:(1)弹簧测力计 (2)刻度尺
(3)高度 移动距离
4.实验数据:
次
数 钩码所受的重力G/N 提升高度h/m 有用
功W有
/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
(1)W有= ,W总= 。(用字母表示)
参考答案:Gh Fs
(2)在空白表格中分别填写相应的数据。
提示:W有1=Gh1=2N×0.1m=0.2J
W总1=F1·s=0.9N×0.3m=0.27J
W有2=Gh2=4N×0.1m=0.4J
W总2=F2·s=1.6N×0.3m=0.48J
W有3=Gh3=6N×0.1m=0.6J
W总3=F3·s=2.3N×0.3m=0.69J
则利用机械效率的公式
参考答案:第1次:0.2 0.27 74.1 第2次:0.4 0.48 83.3 第3次:0.6 0.69 87.0
(3)结论:同一组滑轮组提升的重物越重,滑轮组的机械效率越 。
提示:分析1、2或1、3或2、3组实验,钩码的重力越小,机械效率越低,钩码的重力越大,机械效率越高。
参考答案:高
5.交流与评估:
(1)怎么做才能使测量结果更准确?
提示:本次实验中准确测量拉力是关键。
参考答案:使用弹簧测力计时首先要进行校零。测量过程中注意:应沿直线匀速拉动弹簧测力计,待弹簧测力计的示数稳定后再读数。
(2)影响机械效率的因素还有哪些?请具体分析。
提示:在忽略摩擦的情况下,有用功W有=G物h,额外功W额=G动h,W总
=W有+W额= G物h+ G动h,滑轮组的机械效率
由公式可以看出,滑轮组的机械效率除了与提升物体的重力有
关,还主要与动滑轮的重力有关。由
知,提升相同的物体,动滑轮越重,滑轮组的机械效率越小。因
为在拉动物体时,还需要克服绳重、摩擦等做额外功,机械效率
还与绳和滑轮的摩擦、绳重有关。
参考答案:动滑轮重和绳与滑轮的摩擦。动滑轮越重,绳与滑轮
的摩擦越大,滑轮组的机械效率越小。
(3)忽略绳重和摩擦,机械效率的大小与绳子的股数、提升的高
度、移动的距离有关吗?试结合机械效率的公式说明。
参考答案:由 机械效率的大小与
绳子的股数、提升的高度、移动的距离无关。
一、有用功和额外功
1.有用功:为了达到目的_________的功。用W有表示。
2.额外功:为了达到目的_____________________的功。用W额表
示。
3.总功:_______与_______总共做的功,用W总表示。
4.关系:W总=___+___。
必须要做
并非需要而又不得不做
有用功
额外功
W有
W额
二、机械效率
1.定义:_______跟_____的比值。
2.公式: 。
3.特点:机械效率总_____1。
4.影响滑轮组机械效率的主要因素:物重和动滑轮重。
有用功
总功
小于
【拓展延伸】三种机械效率的计算
杠杆 滑轮或滑轮组 斜面
提升重物 水平匀速拉物体
其中G为提升重物的重力,h为重物升高的高度;F为动力,s为动力作用点移动的距离
不计绳重及摩擦，
其中G为重物的重力,h为重物升高的高度;F为动力,s为绳子自由端移动的距离,n为承担物重的绳子段数 其中f为物体与水平面的摩擦力,F为拉力。s物为物体移动的距离,s绳为绳子自由端移动的距离,n为承担拉力的绳子段数
其中G为物重,h为斜面高度,L为斜面长度,F为拉力,f为摩擦力
考点 1 机械效率的计算?
【典例1】(2013·扬州中考)工人用如图所
示的装置将重物提高5m,已知物重为800N,
人对绳的拉力为500N。求此过程中:
(1)做的总功。
(2)做的有用功。
(3)滑轮组的机械效率。
【思路导引】分析题干中的物理量,确定使用滑轮组所做的有用功和总功,再计算机械效率。
【精讲精析】本题考查机械效率的计算。
(1)由题图可知,物重和动滑轮重由2段绳子承担,故
s=2h=2×5m=10m,则W总=Fs=500N×10m=5 000J;
(2)提升重物做的有用功W有=Gh=800N×5m=4 000J;
(3)滑轮组的机械效率
答案:(1)5 000J (2)4 000J (3)80%
【方法归纳】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=Gh。
②总功:W总=Fs=F·nh。
③机械效率:
(2)匀速水平拉动物体时:
①有用功:有用功在数值上等于摩擦力与物体移动距离的乘积,
即W有=fs物。
②总功:拉力F所做的功,即W总=Fs绳=F·ns物。
③机械效率: (f为摩擦力)。
考点 2 滑轮组机械效率的测量?
【典例2】(2013·锦州中考)在“探究滑轮组的机械效率”时,小明利用两组滑轮组进行了5次测量,用一个动滑轮和一个定滑轮测得前4组数据,用两个动滑轮和两个定滑轮测得第5组数据,测得数据如下表:
实验
次数 动滑
轮重
G动/N 物重
G/N 钩码
上升
高度
h/m 动力
F/N 动力作
用点移
动距离
s/m 滑轮组
的机械
效率
η/%
1 0.5 1 0.1 0.7 0.3 47.6
2 0.5 1 0.2 0.7 0.6 47.6
3 0.5 2 0.1 1.1 0.3 60.6
4 0.5 4 0.1 2 0.3 ①
5 1 4 0.1 ② 0.5
(1)请根据前4组数据,在图甲中画出实验中滑轮组的绕绳方法。
(2)实验中应沿竖直方向 拉动弹簧测力计。
(3)表格中编号①处数据应为 ;根据图乙中弹簧测力计可知编号②数据应为 N。
(4)由表中第1、2组数据可知,同一滑轮组的机械效率与______ 无关。
(5)由表中第3、4组数据可知,同一滑轮组的机械效率与摩擦和
有关。
(6)有的同学认为:“机械越省力,它的机械效率越高。”你认为这句话是 (选填“正确”或“错误”)的。你是用小明收集的数据中 两组数据对比分析来判断的。
【思路导引】
【精讲精析】(1)分析前4组数据,s=3h,故n=3。
(2)利用二力平衡的条件可知,只有让钩码匀速上升,此时滑轮
对钩码的拉力的大小才会等于钩码的重力,弹簧测力计的示数
才等于拉力的大小。
(3) 弹簧测力计示数为1.6N。
(4)由第1、2组数据知,钩码上升的高度不同,机械效率相同,故
可知同一滑轮组,机械效率与钩码上升高度无关。
(5)在实验中影响滑轮组机械效率的因素不只是物重还有动滑
轮的重、绳重与摩擦。当其他因素相同时动滑轮越重,机械效
率越小;其他因素相同时物体越重,机械效率越大;其他因素相
同时绳重及摩擦越小,机械效率越大。
(6)第5次实验的机械效率 小于
第4次实验的机械效率,但动力小于第4次实验,故机械越省力,
机械效率越高是错误的。
答案:(1)如图所示
(2)匀速 (3)66.7 1.6
(4)钩码上升高度(动力作用点移动的距离)
(5)物体重力 (6)错误 4、5
【方法归纳】机械效率的可变性
(1)推导公式
①当额外功一定时,有用功越多,机械效率越大。
②当有用功一定时,额外功越小,机械效率越大。
(2)若忽略绳重和摩擦,由推导公式
知:机械效率的大小只与物重和
动滑轮重有关,与钩码上升的高度和动力移动的距离无关。
1.玲玲同学用水桶从水井中提水做清洁,她在把水从井底提上来的过程中,下列关于做功的说法中正确的是( )
A.对桶所做的功是有用功
B.对水所做的功是额外功
C.对水所做的功是有用功
D.对水所做的功是总功
【解析】选C。本题考查对有用功、额外功、总功的判断。有用功是我们要达到目的所必须要做的功。要判断什么是有用功,要首先判断使用机械的目的是什么。此题目是用水桶从水井中提水,所以克服水的重力做的功是有用功,对桶所做的功为额外功,提水桶的力所做的功为总功。故选C。
2.简单机械的机械效率高是指( )
A.有用功多 B.额外功少
C.总功多 D.有用功占总功的比例高
【解析】选D。本题考查对机械效率的理解。机械效率是有用功跟总功的比值,所以机械效率越高,说明有用功占总功的比例越高。
3.在探究“影响滑轮组机械效率的因素”时,小明同学用如图所示甲、乙两个相同的滑轮组来验证的猜想是滑轮组的机械效率可能与( )
A.被提升物体重力有关
B.动滑轮重力有关
C.物体被提升的高度有关
D.承重绳子的段数有关
【解析】选A。本题考查了影响滑轮组机械效率高低的因素。题图中提升的物体的重力不相同(钩码的个数不相同),但是使用相同的滑轮组,因此这两个图研究的是滑轮组的机械效率与被提升物体重力的关系。故选A。
4.(2013·岳阳中考)如图,用一个动滑轮把重90N的沙袋从地面提到9m高的脚手架上,绳端向上移动的距离是 m,若所用的拉力是60N,这个动滑轮的机械效率是 。
【解析】本题考查动滑轮的特点及机械效率的计算。绳端移动
的距离s=2h=2×9m=18m;在这一过程中,W总=Fs=60N×18m
=1080J,W有=Gh=90N×9m=810J,这个动滑轮的机械效率
答案:18 75%
5.(2013·连云港中考)地震灾区重建过程中,工人用图示的滑轮组将重400N的建筑材料从地面缓慢提升至10m高处。已知该工人对绳子的拉力为250N,则此过程人做的总功为 J,该滑轮组的效率为 %。
【解析】本题考查滑轮组的机械效率的计算。由题图可知,此
滑轮组承担物重的绳子n=2,人做的总功W总=Fs=Fnh= 250N×2×10m=5 000J;滑轮组的机械效率为
答案:5 000 80
6.如图所示,用平行于斜面、大小为1.25N的拉力F,将重为1.8N的物体从斜面底端匀速拉至顶端,则有用功是 J,机械效率是 。
【解析】本题考查了机械效率的计算。克服物体的重力所做的
功为有用功:
W有=Gh=1.8N×0.2m=0.36J
拉力F所做的功为总功:
W总=Fs=1.25N×0.4m=0.5J
机械效率:
答案:0.36 72%
7.(2013·南京中考)在“测定动滑轮机械效率”的实验中,小明用如图所示的动滑轮提升钩码,改变钩码的数量,正确操作,实验数据如下:
实验
序号 钩码重
G/N 钩码上升
高度h/cm 拉力F/N 绳端移动的距离s/cm
① 1.0 20.0 0.7 40.0
② 2.0 20.0 1.2 40.0
③ 3.0 20.0 1.7 40.0
(1)实验时,用手 拉动弹簧测力计,使之在动滑轮下的钩码缓缓上升。
(2)第①次实验时测得动滑轮的机械效率为 。
(3)第③次实验时,钩码上升的速度为0.05m/s,则拉力的功率为
W。
(4)由表中实验数据分析可知,同一动滑轮,所提升物重增大,机械效率将 (选填“增大”“减小”或“不变”)。
【解析】本题考查测量动滑轮的机械效率。(1)实验时,要匀速
拉动弹簧测力计,使弹簧测力计示数稳定。
(3)钩码上升的速度为0.05m/s,则绳自由端上升的速度为
0.1m/s,根据二力平衡的知识可以知道,静止时拉力F的大小等
于1.7N,拉力的功率P=Fv=1.7N×0.1m/s=0.17W。
(4)从表中数据可以看出,同一动滑轮,所提升物重增大,机械效
率将增大。
答案:(1)匀速 (2)71.4% (3)0.17 (4)增大
8.小明利用如图所示的滑轮组提升重900N的
物体,所用拉力是500N,物体在10s内匀速上
升1m。
(1)在此过程中,拉力做的功为多少?
(2)拉力的功率为多大?
(3)该滑轮组的机械效率是多少?
【解析】本题考查功、功率、机械效率的综合计算。
(1)绳子自由端移动距离:s=3h=3×1m=3m,人拉绳子做的总功:
W总=Fs=500N×3m=1 500J;
(2)拉力的功率:
(3)提升物体做的有用功:W有=Gh=900N×1m=900J;滑轮组的机
械效率:
答案:(1)1 500J (2)150W (3)60%
找找你容易错在哪里？
用如图所示的滑轮组将重物匀速提高2m,所用拉力为500N,(不计绳重和摩擦)滑轮组的机械效率为80%,仍用该滑轮组,提升1200N的重物,则所用拉力为多少?
【学生自答】
解:滑轮组的机械效率:
所以F=750N。
答案:750N
【教师点评】
①正确之处:能区分有用功、总功,会推导计算机械效率。
②错误之处:认为机械效率是不变的。
【标准解答】
解:W额外=(1-η)W总=(1-80%)×500N×2×2m=400J,由W额外=G动h,
得
答案:700N
第3节 机 械 效 率?
体验 使用动滑轮提升钩码?
活动:把重为G的钩码提升一定的高度h。
活动1:用弹簧测力计将钩码提升一定高度h,记下弹簧测力计的示数G。
活动2:用动滑轮将钩码提升相同的高度h,记下弹簧测力计的示数F。
(1)活动中,我们做功的目的是 。
(2)计算拉力做的功。
①活动1中,拉力做的功是 ;
②活动2中,拉力做的功是 ,比直接用弹簧测力计提升钩码做的功 。
提示:(1)将钩码提升一定高度
(2)①W=Gh ②W=F·2h 多
1.什么是有用功、额外功、总功?它们之间有什么关系?
2.什么是机械效率?计算公式是什么?
3.提高机械效率的方法有哪些?
探究 1 有用功、额外功和总功?
结合“体验”中的活动,思考以下问题:
1.为什么用动滑轮提升钩码比直接提升钩码做功多?
提示:无论是否使用滑轮,钩码都被提升,这部分是必须要做的功,使用动滑轮时,提升钩码不得不克服动滑轮本身所受的重力及摩擦力等因素多做功,所以用动滑轮提升钩码做的功比直接提升钩码做的功多。
参考答案:利用动滑轮提升钩码时,除了提升钩码做功外,还要克服动滑轮重力以及摩擦力等做功。
2.根据活动,分析有用功、额外功和总功:
(1)对提升钩码做的功是我们 要做的,这部分功为 ,用W有表示,且W有= 。
(2)在用动滑轮提升钩码时,还需要克服摩擦、绳重、动滑轮重做一部分功,这部分功为 ,用W额表示。
(3)使用机械做功时,拉力所做的功为 ,用W总表示,即W总= 。它们之间的关系是____________。
提示:使用动滑轮时,必须要做的功是提升物体所做的功,即有用功W有=Gh;如果摩擦忽略不计,则克服动滑轮和绳重做的功是不得不做的功,即额外功W额=(G动滑轮+ G绳)h;使用机械做的功为总功W总=Fs。
参考答案:(1)必须 有用功 Gh
(2)额外功 (3)总功 Fs W总=W有+W额
3.使用机械提升物体时,有用功为什么小于总功?
提示:使用机械提升重物时,除了克服物体重力做功,还不得不克服机械本身重及摩擦做功,对物体做的功总是小于拉力做的功。
参考答案:需克服机械本身重力及摩擦做功
探究 2 机械效率?
结合有用功、额外功、总功的定义和关系,思考以下问题:
1.在物理学中,机械效率是指 ,用公式
表示。
提示:在所做有用功一定的情况下,人们希望额外功越少越好,
即额外功在总功中所占的比例越少越好,将有用功跟总功的比
值叫做机械效率,用公式 表示。
参考答案:有用功跟总功的比值
2.机械效率可以大于或等于1吗?为什么?
提示:使用任何机械都不可避免地要做额外功,其有用功总会小于总功,根据机械效率的公式可知,机械效率总是小于1。
参考答案:不可以 用任何机械都不可避免做额外功,其有用功总会小于总功
3.动滑轮的重力为G动,物体的重力为G物,绳子的拉力为F,物体匀速提升的高度为h,绳重及摩擦忽略不计,求动滑轮的机械效率。
提示:该装置的目的是将重物提高h,所以有用功为克服物体重
力做的功W有=G物h,提升动滑轮所做的功为额外功W额=G动h,由于
动滑轮省一半的力,所以绳子移动的距离s=2h,拉力做的功为总
功W总=Fs=F·2h,故动滑轮的机械效率
参考答案:
探究 3 测量滑轮组的机械效率?
1.猜想与假设:同一滑轮组的机械效率是否固定不变?
参考答案:不是
2.实验原理: 。
参考答案:
3.实验设计:如图所示。
(1)用 测量钩码所受的重力。
(2)用 测量钩码移动的距离和弹簧测力计移动的距离。
(3)匀速拉动弹簧测力计使钩码上升,同时记下钩码上升的
和弹簧测力计的 ;换不同的钩码多测几次。
参考答案:(1)弹簧测力计 (2)刻度尺
(3)高度 移动距离
4.实验数据:
次
数 钩码所受的重力G/N 提升高度h/m 有用
功W有
/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
(1)W有= ,W总= 。(用字母表示)
参考答案:Gh Fs
(2)在空白表格中分别填写相应的数据。
提示:W有1=Gh1=2N×0.1m=0.2J
W总1=F1·s=0.9N×0.3m=0.27J
W有2=Gh2=4N×0.1m=0.4J
W总2=F2·s=1.6N×0.3m=0.48J
W有3=Gh3=6N×0.1m=0.6J
W总3=F3·s=2.3N×0.3m=0.69J
则利用机械效率的公式
参考答案:第1次:0.2 0.27 74.1 第2次:0.4 0.48 83.3 第3次:0.6 0.69 87.0
(3)结论:同一组滑轮组提升的重物越重,滑轮组的机械效率越 。
提示:分析1、2或1、3或2、3组实验,钩码的重力越小,机械效率越低,钩码的重力越大,机械效率越高。
参考答案:高
5.交流与评估:
(1)怎么做才能使测量结果更准确?
提示:本次实验中准确测量拉力是关键。
参考答案:使用弹簧测力计时首先要进行校零。测量过程中注意:应沿直线匀速拉动弹簧测力计,待弹簧测力计的示数稳定后再读数。
(2)影响机械效率的因素还有哪些?请具体分析。
提示:在忽略摩擦的情况下,有用功W有=G物h,额外功W额=G动h,W总
=W有+W额= G物h+ G动h,滑轮组的机械效率
由公式可以看出,滑轮组的机械效率除了与提升物体的重力有
关,还主要与动滑轮的重力有关。由
知,提升相同的物体,动滑轮越重,滑轮组的机械效率越小。因
为在拉动物体时,还需要克服绳重、摩擦等做额外功,机械效率
还与绳和滑轮的摩擦、绳重有关。
参考答案:动滑轮重和绳与滑轮的摩擦。动滑轮越重,绳与滑轮
的摩擦越大,滑轮组的机械效率越小。
(3)忽略绳重和摩擦,机械效率的大小与绳子的股数、提升的高
度、移动的距离有关吗?试结合机械效率的公式说明。
参考答案:由 机械效率的大小与
绳子的股数、提升的高度、移动的距离无关。
一、有用功和额外功
1.有用功:为了达到目的_________的功。用W有表示。
2.额外功:为了达到目的_____________________的功。用W额表
示。
3.总功:_______与_______总共做的功,用W总表示。
4.关系:W总=___+___。
必须要做
并非需要而又不得不做
有用功
额外功
W有
W额
二、机械效率
1.定义:_______跟_____的比值。
2.公式: 。
3.特点:机械效率总_____1。
4.影响滑轮组机械效率的主要因素:物重和动滑轮重。
有用功
总功
小于
【拓展延伸】三种机械效率的计算
杠杆 滑轮或滑轮组 斜面
提升重物 水平匀速拉物体
其中G为提升重物的重力,h为重物升高的高度;F为动力,s为动力作用点移动的距离
不计绳重及摩擦，
其中G为重物的重力,h为重物升高的高度;F为动力,s为绳子自由端移动的距离,n为承担物重的绳子段数 其中f为物体与水平面的摩擦力,F为拉力。s物为物体移动的距离,s绳为绳子自由端移动的距离,n为承担拉力的绳子段数
其中G为物重,h为斜面高度,L为斜面长度,F为拉力,f为摩擦力
考点 1 机械效率的计算?
【典例1】(2013·扬州中考)工人用如图所
示的装置将重物提高5m,已知物重为800N,
人对绳的拉力为500N。求此过程中:
(1)做的总功。
(2)做的有用功。
(3)滑轮组的机械效率。
【思路导引】分析题干中的物理量,确定使用滑轮组所做的有用功和总功,再计算机械效率。
【精讲精析】本题考查机械效率的计算。
(1)由题图可知,物重和动滑轮重由2段绳子承担,故
s=2h=2×5m=10m,则W总=Fs=500N×10m=5 000J;
(2)提升重物做的有用功W有=Gh=800N×5m=4 000J;
(3)滑轮组的机械效率
答案:(1)5 000J (2)4 000J (3)80%
【方法归纳】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=Gh。
②总功:W总=Fs=F·nh。
③机械效率:
(2)匀速水平拉动物体时:
①有用功:有用功在数值上等于摩擦力与物体移动距离的乘积,
即W有=fs物。
②总功:拉力F所做的功,即W总=Fs绳=F·ns物。
③机械效率: (f为摩擦力)。
考点 2 滑轮组机械效率的测量?
【典例2】(2013·锦州中考)在“探究滑轮组的机械效率”时,小明利用两组滑轮组进行了5次测量,用一个动滑轮和一个定滑轮测得前4组数据,用两个动滑轮和两个定滑轮测得第5组数据,测得数据如下表:
实验
次数 动滑
轮重
G动/N 物重
G/N 钩码
上升
高度
h/m 动力
F/N 动力作
用点移
动距离
s/m 滑轮组
的机械
效率
η/%
1 0.5 1 0.1 0.7 0.3 47.6
2 0.5 1 0.2 0.7 0.6 47.6
3 0.5 2 0.1 1.1 0.3 60.6
4 0.5 4 0.1 2 0.3 ①
5 1 4 0.1 ② 0.5
(1)请根据前4组数据,在图甲中画出实验中滑轮组的绕绳方法。
(2)实验中应沿竖直方向 拉动弹簧测力计。
(3)表格中编号①处数据应为 ;根据图乙中弹簧测力计可知编号②数据应为 N。
(4)由表中第1、2组数据可知,同一滑轮组的机械效率与______ 无关。
(5)由表中第3、4组数据可知,同一滑轮组的机械效率与摩擦和
有关。
(6)有的同学认为:“机械越省力,它的机械效率越高。”你认为这句话是 (选填“正确”或“错误”)的。你是用小明收集的数据中 两组数据对比分析来判断的。
【思路导引】
【精讲精析】(1)分析前4组数据,s=3h,故n=3。
(2)利用二力平衡的条件可知,只有让钩码匀速上升,此时滑轮
对钩码的拉力的大小才会等于钩码的重力,弹簧测力计的示数
才等于拉力的大小。
(3) 弹簧测力计示数为1.6N。
(4)由第1、2组数据知,钩码上升的高度不同,机械效率相同,故
可知同一滑轮组,机械效率与钩码上升高度无关。
(5)在实验中影响滑轮组机械效率的因素不只是物重还有动滑
轮的重、绳重与摩擦。当其他因素相同时动滑轮越重,机械效
率越小;其他因素相同时物体越重,机械效率越大;其他因素相
同时绳重及摩擦越小,机械效率越大。
(6)第5次实验的机械效率 小于
第4次实验的机械效率,但动力小于第4次实验,故机械越省力,
机械效率越高是错误的。
答案:(1)如图所示
(2)匀速 (3)66.7 1.6
(4)钩码上升高度(动力作用点移动的距离)
(5)物体重力 (6)错误 4、5
【方法归纳】机械效率的可变性
(1)推导公式
①当额外功一定时,有用功越多,机械效率越大。
②当有用功一定时,额外功越小,机械效率越大。
(2)若忽略绳重和摩擦,由推导公式
知:机械效率的大小只与物重和
动滑轮重有关,与钩码上升的高度和动力移动的距离无关。
1.玲玲同学用水桶从水井中提水做清洁,她在把水从井底提上来的过程中,下列关于做功的说法中正确的是( )
A.对桶所做的功是有用功
B.对水所做的功是额外功
C.对水所做的功是有用功
D.对水所做的功是总功
【解析】选C。本题考查对有用功、额外功、总功的判断。有用功是我们要达到目的所必须要做的功。要判断什么是有用功,要首先判断使用机械的目的是什么。此题目是用水桶从水井中提水,所以克服水的重力做的功是有用功,对桶所做的功为额外功,提水桶的力所做的功为总功。故选C。
2.简单机械的机械效率高是指( )
A.有用功多 B.额外功少
C.总功多 D.有用功占总功的比例高
【解析】选D。本题考查对机械效率的理解。机械效率是有用功跟总功的比值,所以机械效率越高,说明有用功占总功的比例越高。
3.在探究“影响滑轮组机械效率的因素”时,小明同学用如图所示甲、乙两个相同的滑轮组来验证的猜想是滑轮组的机械效率可能与( )
A.被提升物体重力有关
B.动滑轮重力有关
C.物体被提升的高度有关
D.承重绳子的段数有关
【解析】选A。本题考查了影响滑轮组机械效率高低的因素。题图中提升的物体的重力不相同(钩码的个数不相同),但是使用相同的滑轮组,因此这两个图研究的是滑轮组的机械效率与被提升物体重力的关系。故选A。
4.(2013·岳阳中考)如图,用一个动滑轮把重90N的沙袋从地面提到9m高的脚手架上,绳端向上移动的距离是 m,若所用的拉力是60N,这个动滑轮的机械效率是 。
【解析】本题考查动滑轮的特点及机械效率的计算。绳端移动
的距离s=2h=2×9m=18m;在这一过程中,W总=Fs=60N×18m
=1080J,W有=Gh=90N×9m=810J,这个动滑轮的机械效率
答案:18 75%
5.(2013·连云港中考)地震灾区重建过程中,工人用图示的滑轮组将重400N的建筑材料从地面缓慢提升至10m高处。已知该工人对绳子的拉力为250N,则此过程人做的总功为 J,该滑轮组的效率为 %。
【解析】本题考查滑轮组的机械效率的计算。由题图可知,此
滑轮组承担物重的绳子n=2,人做的总功W总=Fs=Fnh= 250N×2×10m=5 000J;滑轮组的机械效率为
答案:5 000 80
6.如图所示,用平行于斜面、大小为1.25N的拉力F,将重为1.8N的物体从斜面底端匀速拉至顶端,则有用功是 J,机械效率是 。
【解析】本题考查了机械效率的计算。克服物体的重力所做的
功为有用功:
W有=Gh=1.8N×0.2m=0.36J
拉力F所做的功为总功:
W总=Fs=1.25N×0.4m=0.5J
机械效率:
答案:0.36 72%
7.(2013·南京中考)在“测定动滑轮机械效率”的实验中,小明用如图所示的动滑轮提升钩码,改变钩码的数量,正确操作,实验数据如下:
实验
序号 钩码重
G/N 钩码上升
高度h/cm 拉力F/N 绳端移动的距离s/cm
① 1.0 20.0 0.7 40.0
② 2.0 20.0 1.2 40.0
③ 3.0 20.0 1.7 40.0
(1)实验时,用手 拉动弹簧测力计,使之在动滑轮下的钩码缓缓上升。
(2)第①次实验时测得动滑轮的机械效率为 。
(3)第③次实验时,钩码上升的速度为0.05m/s,则拉力的功率为
W。
(4)由表中实验数据分析可知,同一动滑轮,所提升物重增大,机械效率将 (选填“增大”“减小”或“不变”)。
【解析】本题考查测量动滑轮的机械效率。(1)实验时,要匀速
拉动弹簧测力计,使弹簧测力计示数稳定。
(3)钩码上升的速度为0.05m/s,则绳自由端上升的速度为
0.1m/s,根据二力平衡的知识可以知道,静止时拉力F的大小等
于1.7N,拉力的功率P=Fv=1.7N×0.1m/s=0.17W。
(4)从表中数据可以看出,同一动滑轮,所提升物重增大,机械效
率将增大。
答案:(1)匀速 (2)71.4% (3)0.17 (4)增大
8.小明利用如图所示的滑轮组提升重900N的
物体,所用拉力是500N,物体在10s内匀速上
升1m。
(1)在此过程中,拉力做的功为多少?
(2)拉力的功率为多大?
(3)该滑轮组的机械效率是多少?
【解析】本题考查功、功率、机械效率的综合计算。
(1)绳子自由端移动距离:s=3h=3×1m=3m,人拉绳子做的总功:
W总=Fs=500N×3m=1 500J;
(2)拉力的功率:
(3)提升物体做的有用功:W有=Gh=900N×1m=900J;滑轮组的机
械效率:
答案:(1)1 500J (2)150W (3)60%
找找你容易错在哪里？
用如图所示的滑轮组将重物匀速提高2m,所用拉力为500N,(不计绳重和摩擦)滑轮组的机械效率为80%,仍用该滑轮组,提升1200N的重物,则所用拉力为多少?
【学生自答】
解:滑轮组的机械效率:
所以F=750N。
答案:750N
【教师点评】
①正确之处:能区分有用功、总功,会推导计算机械效率。
②错误之处:认为机械效率是不变的。
【标准解答】
解:W额外=(1-η)W总=(1-80%)×500N×2×2m=400J,由W额外=G动h,
得
答案:700N