沪粤版九年级物理 11.3 如何提高机械效率 课件(共37张PPT)

(共36张PPT)
11.3如何提高机械效率
教学目标
1、知识和技能：
（1）理解有用功、额外功、总功及三者之间的关系。
（2）理解机械效率的定义和公式，能够利用公式进行有关计算 ，会测算 滑轮组的机械效率。
（3）知道实际机械的机械效率总小于1，知道提高机械效率的方法和意义。
2、过程和方法：
（1）通过观察和实验认识有用功、额外功和总功；
（2）经历测算滑轮组机械效率的过程，学习测算机械效率的方法。
3、情感态度与价值观：
通过学习和实验，培养严谨的科学态度与协作精神，增强节约意识，提高对科学发展观的认识。
教学重点：
有用功、额外功、总功的意义及三者之间的关系；分析影响机械效率大小的因素；理解机械效率的定义和公式，能够利用公式进行有关计算。
教学难点：
分析影响机械效率大小的因素，同一机械的效率是可变的；能够利用公式进行有关计算。
　　
做功的两个必要因素，功的公式和单位。机械功原理告诉我们：使用任何机械都不能省功。在实际使用机械做功时，动力对机械做的功，都是我们需要的功吗？
一、什么是有用功与额外功
把完成某项任务时有实用价值的功叫做有用功(W有用)。
把其它无实用价值而又不得不做的功叫做额外功(W额外)。
动力对机械做的功叫做总功或
有用功与额外功之和叫做总功(W总)。
即:W总=W有用+W额外
　　　活动1：分析有用功与额外功——图中，哪些功是我们需要的？哪些功是不得不做额外的？
　　图a：提起重物所做的功是有用功；提升动滑轮、克服摩擦力所做的功是额外功。
　　图b：挖掘、搬运泥土所做的功是有用功；克服机械自重及摩擦力所做的功是额外功。
说说看：1、有用功多好还是额外功多好？
　　　　2、哪些因素导致我们必须做额外功？
★用水桶从井中提水时，所做的有用功是
，额外功是 ，总
功是 ；
如果桶掉到井里，从井里捞桶时，捞上来
的桶里带了一些水，有用功是 ，
额外功是 ，总功是 。
克服水的重力做功
克服桶的重力做功
拉力所做的功
克服桶的重力做功
克服水的重力做功
拉力所做的功
F做的功为总功
克服物体重力做功为有用功
克服滑轮重力做功为额外功（不考虑摩擦力做功）
F做的功为总功
克服物体所受摩擦力所做功为有用功
克服绳和轮、轮和轴间摩擦所做功为额外功
温故知新
S
h
公式：
F=1/n(G物+G动）
S=nh
V=S/t V物=h/t
V=n V物
F
F：绳子自由端拉力
S：绳子自由端移动的距离
V：绳子自由端移动的速度
V物：物体上升的速度
n：绳子承担动滑轮的段数
G=80N
F=85N
h=1.5m
G=80N
s=1.5m
请计算：
1、提升方块，克服重力所做的功是多少？
W=Gh=80N×1.5m=120J
2、拉力F所做的功又是多少？
W=FS=85N×1.5m=127.5J
　　　可见，使用机械做功时，有些功是我们需要的，有些功没有实用价值而我们又不得不额外做。
练习：利用如图所示的滑轮组，在F=80N的拉力作用下,将一个重为180N的物体匀速举高1m，绳重、摩擦不计。
求:（1）W总=？
（2）W有用=？
(3) W额外=
(4)η=
(5) G动=
G
F
.
二、什么是机械效率
1、概念：把有用功W有用跟总功W总的比值叫做机械效率。
2、公式：用η表示机械效率（用百分率表示），则η＝　　　 ×100%
3、任何机械的机械效率总小于1。即η<1。
W有用
W总
机械效率是表征机械性能的重要指标.
那么机械效率高或低的意义是什么
有用功占总功的比例高或低.
起重机的机械效率是60%
，它表示什么意思？
使用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有60%，另外的40%是额外功．
一般情况下：
滑轮组的机械效率为50%~70%
起重机的机械效率为40%~50%
抽水机的机械效率为60%~80%
机械效率表示机械对总功的利用程度，是机械性能好坏的标志之一。机械效率越高，利用机械做功时对总功的利用程度越高，所以机械效率越高越好。
　练习：小明用一个滑轮组提升一个重物，所做的有用功是1500J，额外功是500J，这个滑轮组在提升重物时的机械效率是多少？
解：W总＝W有用+W额外＝1500J+500J＝2000J
　　η＝　　　 　×100% ＝
W有用
W总
答：滑轮组在提升重物时的机械效率是75%。
活动2：测算滑轮组的机械效率
　　1、如图组装成一个滑轮组，用它来提升重物G。所需器材是：
动滑轮、定滑轮各2个，铁架台、测力计、刻度尺、细线、重物（钩码）。
G
　　2、测算滑轮组工作时的机械效率。需要测量哪些物理量？
①重物G的重量；②重物G上升的高度；
③拉力F的大小；④拉力移动的距离。
3、设计实验。
实验次数 物体重量G/N 提升高度h/m 拉力F/N 拉力移动的距离s/m
1
2
4、进行实验与收集证据。
5、分析与论证。这个滑轮组提升重物时的机械效率是90%。
有用功W有用/J
机械效率η
总功W总/J
18
0.5
9
5
2
10
90%
6、当改变物重时，用同一滑轮组提不同重物时
的机械效率是不同的，且重物越重其机械效率越
高。故此时，物重不同，机械效率不能求平均值。
原因是克服动滑轮重力及摩擦力基本不变，而有用
功占总功的比例越高。
7、提高滑轮组机械效率的措施：
（1）提高所提重物的重力；
（2）尽量减轻动滑轮的重力；
（3）减小绳重和各种摩擦。
如何提高滑轮组的机械效率
1.增加被提升的物重（G物）
2.减轻动滑轮的重力（G动）
3.减小绳重和绳与滑轮间的摩擦。
注：定滑轮的机械效率最高
判断：下面说法中是否正确．
1．有用功越多，机械效率越高
2．额外功越少，机械效率越高
3．物体做功越慢，机械效率越低
4．做总功越多，机械效率越低
5．做相同的有用功，额外功越少，机械效率越高
6．做相同的总功时，有用功越多，机械效率越高
7．用不同的滑轮组，做的有用功相同时，机械效率一定相同
8．因为有用功总小于总功，所以机械效率总小于1
9．做的额外功一定时，总功越少，机械效率越高
10．有用功在总功中占的比例越大，机械效率越高．
(√)
(×)
(×)
(×)
(×)
(√)
(×)
(√)
(×)
(√)
请算出刚才的三种办法中有用功在总功中占的百分比。
用哪种方法好？
1 2 3
有用功（J）
额外功（J）
总功（J）
有用功与总功比值
600
600
600
2520
3120
180
780
90
690
19.2％
76.9％
87.0％
练习：用如图所示的器材来测滑轮组的机械效率，其钩码重为G。
（1）在图中画出滑轮组最省力
的绕线方式；
（2）实验原理：_______
（3）要使用的测量工具
是__________和_____。
（4）要测量的物理量
是____、____、___；
F
弹簧测力计
刻度尺
F
G
h
η=
Gh
Fs
1、小红在升国旗时，感到向下拉绳子所用的力要比直接提起国旗所用的力大很多。她想到，升国旗采用的定滑轮械效率是不是很低呢？她用了一个量程合适的弹簧测力计，用下列步骤测出了升旗装置的机械效率。 （1）请你把下列步骤填写完整： （a）用弹簧测力计测出国旗受到的重力G
（b）用弹簧测力计_______向下拉动绳子，读出弹簧测力计示数F;
（c）定滑轮的机械效率表达式为η=_________
（2）如要提高该装置的机械效率，你有什么办法？请你说出一条。（国旗质量不允许改变）
——————————————————————————————————————————————————
做一做：
匀速
加润滑油（或减小摩擦、减轻挂国旗所用的小杆的重力等）
做一做：
2、小雪和小红在“测滑轮组机械效率”的实验中，一起组装好如图所示的实验装置，他们分别记下了钩码和弹簧测力计的位置。
（1）小红________向上拉动弹簧测力计，使钩码升高，并由弹簧测力计读出拉力为0.5N,同时小雪用用刻度尺测出钩码提升的高度为0.1m，以上测量准确无误，其他被测物理量和计算的数据如下表：
（2）小雪和小红测得滑轮组的机械效率
为100%，他们意识到出现了错误，请你帮
助找出原因_____________________________
(3)该滑轮组的机械效率实际为___ _______
(4)若提升的钩码重增加到6N，则该滑轮组的机械效率
将___________（选填变大、变小、不变）
钩码重（N）
弹簧测力计提升的高度（m）
有用功（J）
总功（J）
机械效率
2
0.4
0.2
0.2
100%
匀速
弹簧测力计提升的高度值有错误
变大
80%
做一做：
3、一个工人用如图所示的滑轮组提起2000N的货物，所用的拉力是800N，绳子自由端被拉下4m，下面说法正确的是（　 ）
A.总功是3200J，效率是40％
B.有用功是8000J，效率是40％
C.有用功是3200J，效率是62.5％
D.总功是3200J，效率是62.5％
D
3.如图所示，规格完全相同的绳子绕成甲、乙两个滑轮组，分别提升重为G1和G2的两个物体，不考虑绳重及摩擦，比较它们的省力情况和机械效率。( )
A.若G1=G2，则 F1B.若G1=G2，则 F1>F2，甲的机械效率高
C.若G1F2，甲、乙的机械效率相同
D .若G1D
课堂练习
如图，利用滑轮组匀速提升重960N的重物，所用拉力为600N，物体升高1m，不计绳重与摩擦，则：
1、人做的总功是多少？
Ｆ
s＝1m×2=2m
W总＝Fs =600N×2m=1200J
2、人做的额外功是多少？
W有用＝Gh =960N×1m=960J
W额外＝W总－W有用＝1200J－960J＝240J
3、滑轮组的机械效率是多少？
5.如图所示，A物体在水平地面上做匀速直线运动，已知绕过动滑轮的弹簧测力计上的示数为12N，滑轮的机械效率为75％求A物体所到地面摩擦力大小？
答案：18N
4.在下图中，物体A在地面匀速运动，对面对A的摩擦力是8N，A物体的重力是9N，弹簧测力计示数是F=5N，求滑轮组的机械效率？
答案:80 ％
G
F
h
A
C
B
L
FL
W总=
W有
=Ｇh
所以：
FL =Ｇh
当斜面光滑（不计摩擦阻力时）
或
W额=0
思考二：如何探究斜面的机械效率
因为斜面L>h,所以F使用斜面可以省力.
实际的斜面往往是粗糙的，存在着摩擦
F
h
L
f
FL
W总=
W有
=Ｇh
所以：
FL =Ｇh+fL
W额=fL
因为：
η=
W有
W总
＝
Gh
FL
斜面的机械效率跟斜面的粗糙程度和倾斜程度有关，
斜面越光滑，倾角越大其机械效率就越高。
练习2、小明用100N的力沿竖直方向将杠杆的一端拉下2m，杠杆的另一端将320N的重物提高了0.5m，
(1)他做的有用功是多少？
(2)总功是多少？
(3)杠杆的机械效率是多少？
机械效率是有用功跟总功的比值
知识回顾
1、表达式：
2、η的特点:
（1）无单位
（3）总小于1
（2）一般用百分率表示
W总＝W有＋W额
η=
W有
W总
=
Gh
(G+G动)h
=
G
G+G动
W有=
Gh
=(G+G动)h
W总＝Fs
G+G动
n
×nh
=
η=
W有
W总
=
Gh
Fs
=
G
nF
滑轮组不计摩擦和绳重时
知识小结
一、机械的三种功：
有用功——有利用价值的功。
总功——动力对机械所做的功。
额外功——对人们无利用价值而又不得不做的功。
二、机械效率：
1、定义：有用功与总功的比值。
2、公式讨论：
1. 如图所示，小型牵引车通过滑轮组匀速打捞起深井中的物体，已知物体重1.2×103N，密度为1.6×103kg／m3。测得物体在出水面前、后牵引车作用在绳子上的拉力之比为1:2。若不计摩擦、绳重及水的阻力，
g取10N／kg，问：
(1)物体出水面前，滑轮组的机械效率
是多少
(2)物体出水面后上升的速度是1m／s．
牵引车拉力的功率多大
课外提高
解：(1)物体的体积
物体在水中受到的浮力
设物体在水中受到的拉力为F1,则有：
设出水面前，后牵引车作用在绳端的拉力为 、 ，动滑轮的重力为G1，则:物体出水面前有: ①
物体出水面后有: ②
由①÷②式得 ： , 解得: G1=300N
根据①式得：
物体出水面前的机械效率为：
(2)出水面后，绳端受到的拉力为：
绳端移动的速度为：
拉力的功率为:．
2.如图所示，使用滑轮组提升重物，物重G=1000N，拉力F=250N，将重物提高2m（绳在拉伸过程中不伸长），求：
（1）有用功W有=？总功 W总=？机械效率η=？
（2）若绳子自由端提升的速度为0.5m/s，在5秒钟内重物升高多少米？
答案：（1）2000J；2500J；80％ （2）0.5m
3.某人用右图装置滑轮组（不及所有摩擦）提升一重物，在自由端所用拉力F=200N，若η=80 ％.求：
(1)物体的重力G物=？
（2）动滑轮的重力G动
（3）若物体重力为1000N，该滑轮组的机械效率为多少？
答案：（1）800N （2）200N （3）83.3 ％
机械效率拓展训练