课件36张PPT。第十二章 简单机械12. 3 机械效率1.(1)利用机械工作时,机械对物体所做的功是有用功。一般情况下,如果在竖直方向上提高物体,物体重力G,物体升高h,那么W有= ;如在水平方向移动物体,物体受到的摩擦力f,物体移动s′,
那么W有= (即克服移动物体时受到的摩擦力所做的功)。
(2)机械克服额外阻力所做的功叫做额外功,额外功一般是指克服机械之间的 所做的功和克服机械本身 所做的功,额外功是不需要的但又不得不做的功。
(3)动力对机械所做的功是总功,例如,如果使用滑轮或滑轮组时动力F,绳子移动s,那么W总= ;如果使用斜面时动力F,物体移动s,那么W总= 。另外,总功也可以等于有用功与额外功之和,即W总= 。有用功和额外功Gh?s′摩擦重力W有+ W额FsFs2.用如图12.3-1所示的定滑轮匀速提升重为400 N的物体,所用拉力为500 N,物体升高的高度为2 m,所用时间为5 s。此过程中,有用功为 J,总功为 J,拉力做功的功率为 W,使用定滑轮所做的额外功为 J。8002002001000图12.3-13.用如图12.3-2所示的滑轮甲、乙(设滑轮规格相同)提升相同的物体到同一高度,比较省力的是 ,做有用功较多的是 ,做额外功较多的是
。(均填“甲”“乙”或“甲乙一样”)乙甲乙一样乙图12.3-24.如图12.3-3所示,用滑轮组把300 N的重物匀速提升3 m,滑轮组所做的有用功是 J;如果人所用的拉力F为180 N,那么人所做的总功是 J。9001080图12.3-35.如图12.3-4所示,小聪用滑轮组拉动水平地面上重为500 N的物体A,使它匀速前进2 m,地面对它的摩擦力为150 N,小聪施加的拉力F=100 N(忽略绳重和滑轮重),则滑轮组做的有用功为 J,小聪做的总功为 J。300400图12.3-41. 机械效率是__________跟________的比值,用字母____表示。机械效率的公式是:_______________________。由于W有总小于W总。因此使用任何机械时,它的机械效率总是________,通常用百分数表示,并且机械效率是_____单位的纯数字。机械效率的高低是机械优劣的标志之一,与使用机械是否省力,省力多少_______。机械效率有用功总功ηη=(W有用/W总)×100%?小于1?无?无关?2.某物理兴趣小组在测量滑轮组的机械效率,实验过程如下:
(1)①用弹簧测力计测量沙和袋所受总重力G并填入表格。
②按图12.3-5安装滑轮组,分别记下沙袋和绳端的位置。
③ 拉动弹簧测力计,使沙袋升高,读出拉力F的值,用刻度尺测出沙袋上升的高度h和绳端移动的距离s,将这三个量填入表格。
④算出有用功W有,总功W总,机械效率η。
⑤改变沙袋中沙子的重量,重复上面的实验。匀速图12.3-5请根据实验过程和实验记录,思考并回答:
(2)在第一次实验中,粗心的小冬同学忘记在表格中填写绳端移动的距离s,你认为s应该为 m。
(3)根据表中数据,可计算得出第二次实验的机械效率为 。
(4)根据表中数据,分析得出所用动滑轮的重为 N。(绳重和摩擦忽略不计)
(5)分析三次实验中的数据,可以发现用同一个滑轮组提升重物,物重越大,滑轮组的机械效率 (填“越大”“越小”或“不变”)。机械效率0.675%0.3越大图12.3-5(1)实验中要求用沿斜面向上的力拉着木块在斜面上做 运动,该过程中木块的机械能 (填“变大”“不变”或“变小”)。
(2)第2次实验中,斜面的机械效率为 ,拉力所做的额外功是 J。3.为了探究斜面的机械效率与斜面倾斜程度之间的关系,探究小组的同学利用木板、刻度尺、弹簧测力计、木块等器材设计了如图12.3-6所示的实验装置。实验测得的数据如下表:匀速直线变大50%0.9图12.3-6(3)斜面的机械效率与斜面的倾斜程度之间的关系是
。
(4)试列举出生活中利用斜面的一个实例: 。粗糙程度相同时,斜面越陡,其机械效率越高 盘山公路 图12.3-64.甲升降机比乙升降机的机械效率高,它们分别把相同质量的物体匀速提升相同的高度。则( )
A.乙升降机提升重物做的有用功较多
B.甲升降机的电动机做的额外功较多
C.甲升降机的电动机做的总功较少
D.乙升降机的电动机做的总功较少C1.有用功:使用杠杆、滑轮、斜面或起重机等机械提升重物时, 叫做有用功,用W有表示。
额外功:使用机械提升重物时,我们不得不
这部分功叫做额外功,用W额表示。
总功:使用机械提升重物时, ,用W总表示。有用功、额外功、总功之间的关系为:W总=W有+W额
2.机械效率:物理学中,将 ,η表示机械效率,η= W有/W额
3.使用任何机械都不可避免地要做额外功,有用功总是小于总功,所以 或者说机械效率总是小于100%学习总结重物被提升这部分必须要做的功 克服机械本身所受的重力以及摩擦力等因素的影响而多做一些功机械所做的功是总功有用功跟总功的比值叫做机械效率机械效率总是小于11.在探究“影响滑轮组机械效率高低的因素”时,同学们提出了下列猜想:
①滑轮组机械效率高低可能与动滑轮重力有关;
②滑轮组机械效率高低可能与被提升的物重有关;
③滑轮组机械效率高低可能与物体提升高度有关;
④滑轮组机械效率高低可能与承重绳子股数有关。
小明同学设计了如图12.3-7所示的两个滑轮组,
进行对比实验来验证提出的猜想,则该实
验验证的猜想是( )
A.① B.② C.③ D.④B
图12.3-72.关于功率和机械效率的说法中,正确的是( )
A.功率大的机械,做功一定多
B.做功多的机械,机械效率一定高
C.机械效率高的机械,功率一定大
D.做功快的机械,功率一定大D
3.一工人利用如图12.3-8所示的装置,在10 s内将重为180 N的重物沿竖直方向匀速向上提升了2 m。若动滑轮重20 N,忽略绳重及绳与滑轮之间的摩擦,不计空气阻力,则下列说法正确的是( )
A.提升过程中,绳的拉力做了360 J的功
B.提升过程中,绳的拉力做了20 J的额外功
C.提升过程中,绳的拉力做功的功率是40 W
D.由于忽略绳重及摩擦,该装置的机械效率是100%C
图12.3-84.如图12.3-9所示的滑轮组,每个滑轮重50 N,用这个滑轮组把质量为45 kg的重物在2 s内匀速提升2 m,不计绳重和摩擦,下列说法中正确的是(g=10 N/kg)( )
A.绳子自由端移动的速度是1 m/s
B.拉力在2 s内做总功为900 J
C.该套装置的机械效率为90%
D.若所挂物体越重,该滑轮组机械效率越低B
图12.3-95.如图12.3-10所示,在水平拉力F的作用下,使物体A沿水平面以速度v向右匀速运动了距离s,若物重为G,平面对物体的摩擦力为f。下列说法不正确的是( )
A.有用功为fs B.拉力的功率为3Fv
C.装置的机械效率为G/3F
D.额外功为(3F-f)sC
图12.3-106.如图 12.3-11所示,用大小为500 N的拉力F通过滑轮组将重为800 N的物体匀速提升10 cm,不计绳重与摩擦,拉力F移动的距离为 cm,滑轮组的机械效率是 %。20
80图12.3-117.用如图12.3-12所示的滑轮组提升货物,已知动滑轮重60 N,货物重360 N、货物5 s内升高3 m,不计绳重和摩擦,求:
(1)拉力F是多少?
(2)滑轮组的机械效率是多少(结果保留到1%)?
(3)拉力做功的功率是多大?
(1)F=(G物+G轮)/ n=(360N+60N)/ 3=140 N。
(2)W有=Gh=360 N×3 m=1080 J,
s=nh=3×3 m=9 m,
W总=Fs=140 N×9 m=1260 J,
η=W有/W总=1080 J/1260 J=86%。
(3)P=W总/ t=1260J/5s=252 W图12.3-128.小明在莲花山货运码头看到起重机在装运货物如图12.3-13甲所示。他联想到做实验时利用滑轮组提升重物。若起重机利用图乙的简化图工作,用1.5×104 N的拉力把重为3.15×104 N的货物匀速提升了3 m,所用时间是6 s,求:
(1)在图乙中画出滑轮组符合要求的绕线方法。
(2)起重机吊货物做的有用功。
(3)滑轮组的机械效率。
(4)拉力做功的功率。(2)W有=Gh=3.15×104 N×3 m=9.45×104 J。
(3) s=3h=3×3 m=9 m,
W总=Fs=1.5×104 N×9 m=13.5×104 J,
η=W有/W总=9.45×104J/13.5×104J=70%
(4)P=W总 / t=13.5×104 J/6 s=2.25×104 W图12.3-131.(2019·广州)如图12.3-14所示,把重为G的物体甲从A点竖直向上匀速拉至B点,此过程绳的拉力对甲做的功为WAB;用平行于斜面的拉力把重也为G的物体乙沿斜面从C点匀速拉至与B等高的D点,在此过程中绳的拉力对乙做的功为WCD。斜面的机械效率为( )
A.WAB/WCD
B.WCD/WAB
C.GH/(WCD-WAB)
D.GH/(WCD+WAB)A图12.3-142.(2019·福建)工人用如图12.3-15的机械将物体匀速提升到某一高度,若物体的重力与滑轮的重力之比G物∶G滑轮=9∶1,忽略绳重与摩擦的影响,则机械效率为( )
A.10%
B.45%
C.80%
D.90%D图12.3-153.(2017·广州)如图12.3-16甲用力F1水平拉动重为G的物体A在水平路面匀速移动了s。改用滑轮组拉动A在同一路面匀速移动了s,拉力为F2(如图12.3-16乙所示)。此过程滑轮组( )
A.总功为F2s
B.额外功为F1s
C.机械效率为Gs/(F2×3s)
D.额外功为3F2s-F1sD图12.3-164.(2015·广州)如图12.3-17所示,用F1的力直接将物体B匀速提升h,F1做功300 J;若借助滑轮组把B匀速提升相同高度,滑轮组机械效率是30%,则F2做功为 J。1000图12.3-175.(2018·广州)小明用图12.3-18中的动滑轮匀速拉动水平地面上的物体A,测出A移动的距离s、水平拉力F和A的重力G。
(1)以上条件能否求出此时滑轮的机械效率η? 。如果能,写出η的表达式;如果条件不足,写出还需补充的物理量的测量步骤和符号,并写出η的表达式;(η用题目已知及补充的物理量符号表示)
(2)若A在10 s内运动了4 m,A的速度为 。不能图12.3-18用弹簧测力计测出物体A在水平面上匀速移动时所受的摩擦力fη=(f/2F) × 100%0.4m/s6.(2016.广州)(1)如图12.3-19中测力计示数为____N.
(2)小明猜测:“如图12.3-19中滑轮组提升的物体越轻,机械效率越高”.
设计实验检验其猜测,并填写实验报告.
实验目的:_______________________________
实验步骤(若需要可补充器材):
③ 滑轮组的机械效率(用所测出的物理量表达):__________________1.2探究物重对机械效率的影响a.按如图方式正确组装滑轮组,用弹簧测力计测出钩码的重力,记为G;
b.将一个钩码挂在动滑轮的下端,弹簧测力计钩住绳子的末端;匀速向上拉动绳子的末端,并在匀速过程中读出此时弹簧测力计的示数记为F;
c.依次增加动滑轮下端的钩码数量,重复实验;
η=G物/nF×100%图12.3-197.(2019·黄石)探究小组为探究影响滑轮组的机械效率的因素,实验装置如图12.3-20所示,数据如表所示。(1)请把表格中三个未完成的空补充完整。
(2)甲同学根据表格数据可以得出钩码重力逐渐增大,滑轮组机械效率 (填“增大” “减小”或“不变”)。请你解释出现这种现象的原因 0.61.0259%增大动滑轮重力不变,随着钩码重力增大,有用功在总功中所占的比例增大,机械效率变大图12.3-20(3)乙同学进一步研究,测出动滑轮的质量为100 g,根据表格中的数据得出:总功总是大于有用功与克服动滑轮重力的功之和,即W总>W有+W轮,他猜测还有 因素影响机械效率。(答一种因素即可)
(4)丙同学计算出每一组总功与有用功和克服动滑轮重力的功的差值ΔW=W总-W有-W轮,通过比较第1、2和 组的数据,发现重物的重力越大,差值ΔW (填“越大”“越小”或“不变”),请你利用所学知识对此作出解释
。0.61.0259%绳重、各种摩擦4越大所挂钩码增多,摩擦力增大,额外功增多图12.3-208.(2019·德州)小强用如图12.3-21所示装置在10 s内将重为450 N的货物匀速提升2 m,此过程中拉力F的功率为120 W。求:(1)提升装置所做的有用功。
(2)拉力F做的功。
(3)该滑轮组的机械效率。(1)W有用=Gh=450 N×2 m=900 J;
(2)拉力F做的功:W总=Pt=120 ×10 s=1200 J;
(3)滑轮组的机械效率:
η==×100%=75%图12.3-21生活中的简单机械
(一)拉链
拉链很巧妙地利用了斜面的原理来闭合和分开两排联锁齿。拉链可以将很小的作用力转换成很大的作用力,把拉链打开或闭合。联锁齿的设计使得联锁齿只能一个接一个地打开或闭合。不使用拉链头的话,几乎不可能将咬紧的联锁齿分开或让它们互相啮合。拉开拉链时,拉链头上面的三角形楔子会将咬紧的齿分开。拉上拉链时,下面的两个楔子(它们常位于拉链头的弯边)促使联锁齿互相啮合。(二)作为杠杆的轮子
许多通过部件上下或内外运动来工作的机器,大部分是做旋转运动。除了在路上滚动的车轮,这些机器还装有用于传递力的轮子和轮轴。这些装置有的看起来像带有轮轴的轮子,有的不像。但它们都是围绕着一个固定点旋转的杠杆。
轮子和轮轴的中心就是旋转杠杆的支点。轮子是杠杆的外端,而轴是近中心的内端。当这种装置旋转时,轮子转动的距离比轮轴大得多,但轮轴转动的力要比轮子上的力大得多。许多机械就是用这种方法增加力的。
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1.拉链利用了 的原理来分开和闭合两排联锁齿。
2.轮子通过 使轮轴转动的力变大。斜面多移动距离概念辨析
1.如何区分有用功和总功
动力(人或电动机)对机械所做的功是总功,机械对物体所做的功是有用功,或者说如果没有机械,直接用手移动物体所做的功是有用功。例如:图12.3-24图12.3-24提升物体过程中,有用功是Gh,总功是Fs。图12.3-25平移物体的过程中,有用功是F′s′,总功是Fs。图12.3-252.如何区分功率和效率
功率和效率是两个完全不同的物理量。功率表示做功的快慢, 效率是有用功和总功的比值。功率大的机械不一定效率高, 两者之间没有因果关系。
3. 机械效率不是机械固定不变的性能, 它应随着使用情况不同而发生变化, 即同一台机械的机械效率只针对某一次工作过程不变。例如: 用同一动滑轮提升物体, 随着物重的增加( 有用功增加) , 机械效率增大。实际工作中, 机械效率总是小于1。感谢聆听!