苏科版九年级上册《11.5机械效率》教学案 共5课时

泰州市罡杨学校九年级物理教学案
第五节：机械效率
【目标】（1）通过“再探动滑轮”，知道有用功、总功、额外功及它们之间的关系。
（2）知道机械效率的概念、公式，会计算某种简单机械的机械效率。
（3）认识机械效率的物理意义，知道机械效率总小于1。
（4）能设计实验，测定某种简单机械的机械效率，知道提高机械效率的主要方法。
【重点】（1）知道有用功、总功、额外功及它们之间的关系，会计算某种简单机械的机械效率。
（2）会测量滑轮组机械效率，知道提高滑轮组机械效率的方法。
【难点】正确判断有用功、总功，理解机械效率的物理意义。
【课时安排】5课时
第一课时
【要点1】 再探动滑轮
〖猜想〗在使用动滑轮提升重物的过程中，若不计滑轮重、绳重及摩擦，人对
绳子做的功 （等于/大于/小于）动滑轮对重物做的功；设想一
下：如果动滑轮很重，绳与滑轮间的摩擦较大，则动力对绳子做的功
应 （等于/大于/小于）动滑轮提升重物所做的功。
〖活动〗再探动滑轮
实验次数 物重G/N 拉力F/N 物体上升的高度h/m 手移动的距离s/m 手拉绳做的功Fs/J 动滑轮拉物体做的功Gh/J
1
2
3
〖讨论〗（1）手拉绳做的功与动滑轮拉物体做的功相等吗？哪一个做的功多一些？
（2）你认为产生这一现象的原因是什么？
〖总结〗
〖辨析〗（1）用水桶从井中提水时，所做的功中哪些是有用功？哪些是额外功？
（2）桶掉到井里，捞桶时桶里带了些水，所做的功中哪些是有用功？哪些是额外功？
【要点2】 什么是机械效率
〖总结〗
〖应用〗计算用图示三种方法将砂子运上三楼时所做的有用功、额外功、总功和机械效率。
〖例1〗下列有关机械效率的概念的叙述中，正确的是（ ）
A．做功越多的机械，机械效率一定越高 B．做功快的机械，机械效率一定高
C．省力多的机械，机械效率一定高 D．机械效率越大，有用功占总功的比值越大
〖例2〗下列说法正确的是（ ）
A．效率高的机械，功率一定大 B．做功时间长的机械，功率一定大
C．所有机械的机械效率都小于l D．功率大的机械．做功-一定多
〖例3〗下列说法中正确的是（ ）
A．机械效率越高，做的有用功越多　　B．机械效率越低，做的额外功越多
C．机械效率越高，做的总功越少　　　D．机械效率越低，额外功占的比例越大
〖例4〗值日时，小明将一桶水从一楼提到二楼。此过程中，关于做功的说法正确的是（ ）
A．对桶做的功是有用功 B．对水做的功是有用功
C．对水做的功是额外功 D．克服自身重力做的功是总功
〖例5〗如图是某工人用滑轮组提升重物，工人用360N拉力将重为600N的重物匀
速提升10m，需要时间50s。求：（1）有用功；（2）总功；（3）额外功；
（4）机械效率；（5）工人做功的功率。
〖例6〗某工人用动滑轮在20s内将3000N的物体匀速提高4m，已知动滑轮的机械
效率是80％。求：（1）该工人所做的总功是多少 （2）他所用拉力是多
少？（3）他所用动滑轮重力是多少？（4）他做功的功率是多少瓦
第二课时
【复习与思考】
如图，动滑轮重20N，物体重80N，不计绳重和摩擦：
（1）请你在图中画出一种绕绳方法。
（2）根据你的绕绳方法，用滑轮组将物体匀速提升1m时，求作用在绳子上的拉力、
有用功和滑轮组的机械效率。
【要点3】 探究影响滑轮组机械效率的因素
〖原理〗
〖方案〗需要测量的物理量有： 、
、
、
。
〖器材〗铁架台、滑轮组、钩码、 、 。
〖注意〗实验时应 、 拉动弹簧测力计。
〖讨论〗测量时，若突然用力拉动，则测得的机械效率将 ；若在弹簧测力计静止时读
数，则测得的机械效率将 ；若弹簧测力计没有竖直向上拉，则测得的机械效
率将 。
〖分析〗（1）同一动滑轮，提升重物至同样高度，物重增加，做的有用功 ，额外功
，总功 ，机械效率 ；
（2）提升同一重物至同样高度，动滑轮越重，或使用的动滑轮越多，做的有用功
，额外功 ，总功 ，机械效率 。
〖总结〗
〖质疑〗如果没有刻度尺，如何测出滑轮组的机械效率？
〖例1〗如图所示，某同学用重为10N的动滑轮匀速提升重为50N的物体。不计
摩擦，则该同学所用拉力F的可能值是（ ）
A．20N B．25N C．30N D．35N
〖例2〗在不计摩擦和绳子质量的情况下，分别使用定滑轮、动滑轮、滑轮组（两个定滑轮和
两个动滑轮）匀速提升同一物体到同一高度处，其机械效率分别为η定、η动、η组，则下列选项正确的是（ ）
A．η组<η动<η定 B． η定<η动<η组 C． η动<η定<η组 D． η定<η组<η动
〖例3〗用一个定滑轮和一个动滑轮组成的滑轮组把重150N的物体匀速提升1m，不计摩擦和
绳重，滑轮组的机械效率为60％．则下列选项错误的是（ ）
A．拉力大小一定是125N B．有用功一定是150J
C．总功一定是250J D．动滑轮重一定是100N
〖例4〗用相同的滑轮和绳子分别组成如图所示的甲、乙两个滑轮组，把相
同的重物匀速提升相同的高度。若不计绳重及摩擦，下列说法正确
的是（ ）
A．绳子受的拉力F1和F2大小相等，滑轮组的机械效率相同
B．绳子受的拉力F1和F2大小不相等，滑轮组的机械效率不同
C．绳子自由端移动的距离不相等，拉力对滑轮组所做的功相等
D．绳子自由端移动的距离不相等，拉力对滑轮组所做的功不相等
〖例5〗用如图所示的甲、乙两种方式匀速提升重为100N的物体，已知滑
轮重20N、绳重和摩擦力不计。则（ ）
A．手的拉力：F甲=F乙；机械效率：η甲=η乙
B．手的拉力：F甲＜F乙；机械效率：η甲＜η乙
C．手的拉力：F甲＞F乙；机械效率：η甲＜η乙
D．手的拉力：F甲＞F乙；机械效率：η甲＞η乙
〖例6〗某实验小组在“测滑轮组机械效率”的实验中得到的数据如下
表所示，第1、2、3次实验装置分别如图甲、乙、丙所示。
（1）比较第1次实验和第2次实验，可得结论：使用同样的滑轮组，提起的钩码越重，
滑轮组的机械效率越 。
（2）第3次实验中所做的有用功是 J，机械效率是________。
（3）第3次实验中动滑轮个数比第2次实验多，对动滑轮所做的额外功 ，因
而，由第2、3次实验可知：滑轮组的机械效率与动滑轮自重大小 。
（4）综合上述结论，提高机械效率的方法有 有用功， 额外功。
〖例7〗某同学在“测滑轮组机械效率”的实验中，用图甲所示的装置匀速
提起重物，并做了如下实验记录：
钩码重G（N） 钩码上升高度h（m） 测力计拉力F（N） 测力计移动距离s（m）
2 0.1 0.4 0.3
（1）对该同学实验记录进行有关分析后发现他的实验结果违背物
理规律，其表现在于： 。
（2）图乙是测力计的放大图。结合图甲你会发现导致实验结果违背
物理规律的原因是 。
（3）纠正错误后，可计算该滑轮组的机械效率为 。
第三课时
【复习与思考】
小明在“测滑轮组机械效率”实验中，用如图甲所示的滑轮组进行了三次实
验，实验数据如下表：
实验次数 物重G/N 物体上升的高度h/cm 测力计的示数F/N 测力计移动的距离s/cm
1 6 3 2.5 9
2 6 5 2.5 17
3 6 8 2.5 24
（1）分析表中数据，回答以下问题：
①表中有一个数据的记录是错误的，错误的数据是 ；
②第3次实验中滑轮组的机械效率是 ；
③滑轮组的机械效率与 无关。
（2）小红在小明实验的基础上多使用一个滑轮也做了实验，如图乙所示。
①小红多使用一个滑轮，目的是为了改变 ；
②当这两位同学使用各自的滑轮组提升相同的重物时，若忽略绳重及摩擦，它们的机械效率 （选填“相同”或“不相同”），理由是： 。
【要点4】 机械效率的综合计算
〖类型一〗用滑轮组提升重物时机械效率的计算
1. 提升重物的目的是克服重力做功，则W有用=G物h
人的拉力为动力，则W总=Fs
2. 相关知识点链接：
（1）不计绳重和绳与滑轮之间的摩擦时：F=(G物+G动)/n
W额外=W总－W有用= G动h
（2）不计滑轮重、绳重和绳与滑轮之间的摩擦时：F=G物/n
W额外=W总－W有用
（3）绳子自由端移动的距离s与物体上升的高度h的关系：s=nh
绳子自由端移动的速度v与物体移动的速度v物的关系：v=nv物
〖例题〗如图所示，用滑轮组匀速提起一个重为400N的物体，物体在5s内竖直
上升了2m，人拉绳的力为250N，（不汁绳重及摩擦）
（1）对重物做的有用功是多少？
（2）人拉绳子做功的功率是多少？
（3）如果用此滑轮组匀速提升一个重为300N的物体，则拉力是多少？
滑轮组的机械效率是多少？
〖类型二〗斜面问题机械效率的计算
不计物体与斜面之间的摩擦时：FL=G物h
考虑物体与斜面之间的摩擦时：W额外=W总－W有用=fL
〖例题〗现有一重为3000N的包装箱，工人师傅想把它搬到1.2m高的车厢上，他们用木
板在车厢与地面之间搭成一个长度约为4m的简易斜面，如图所示，工人师傅站
在地上用1200N的推力沿斜面把包装箱匀速推上车。求：
（1）该斜面的机械效率是多少
（2）包装箱在斜面上运动时所受摩擦力多大
〖类型三〗杠杆问题机械效率的计算
1. 不考虑杠杆本身的重力时：FL1=FL2
考虑杠杆本身的重力时：W额外=W总－W有用
2. 动力下降的距离s与物体上升的高度h的关系：s=nh
动力下降的速度v与物体上升的速度v物的关系：v=nv物
其中：n=L1/L2（L1为动力臂，L2为阻力臂）
〖例题〗用一个杠杆来提升重物，已知动力臂是阻力臂的3倍，物重为600牛，手向下压
杠杆的动力是210牛，物体被提升了20cm，求：
（1）手压杠杆下降的高度；
（2）杠杆的机械效率；
（3）人做了多少额外功？
〖类型四〗机器问题机械效率的计算
应用机器将物体提高的目的是克服重力做功，则W有用=G物h
项 目 数值
整机质量（kg） 5000
标准斗容（m3） 0.5
A最大挖掘深度（m） 3
B最大卸料高度（m） 5
电动机的动力，则W总=Pt
电动机所做的额外功为W额外=W总－W有用
〖例题〗某型号挖掘机的实物图和作业范围图以及部分相
关数据表，如图所示。挖掘机在4s内将装满铲斗
的密度为1.6×l03kg／m3的泥土，从最大挖掘深
度处送到位于最大卸料高度的装载车上。
取g=10N／kg，求：
（1）铲斗内泥土的质量。
（2）移送泥土的过程中，挖掘机对泥土所
做的功。
（3）移送泥土的过程中，发动机的总功率
是40kW，此过程挖掘机的机械效率。
第四课时
〖例1〗用定滑轮、动滑轮和滑轮组分别来提升同一重物，若不计摩擦和绳的重力，则三种情
况下的机械效率（ ）
A．定滑轮最高 B．动滑轮最高 C．滑轮组最高 D．三者一样
〖例2〗一个滑轮组经改进后提高了机械效率，用它把同一物体匀速提升同样的高度，改进后
与改进前比较（ ）
A．做得有用功减少了 B．总功不变，有用功增加了
C．总功不变，额外功减少了 D．有用功不变，总功减少了
〖例3〗某建筑工地要将同一个箱子从地面搬上二楼，如果分别采用如图所示的两种方式搬运，
F1和F2做功的情况，以下判断正确的是（　　）
A．两种方式机械效率一定相等
B．两种方式功率一定相等
C．两种方式所做的总功一定相等
D．两种方式所做的有用功一定相等
〖例4〗甲升降机比乙升降机的机械效率高，它们分别把质量
相同的物体匀速升高相同的高度，两者相比，甲升降机（ ）
A．做的总功较少 B．做的总功较多
C．提升重物做的有用功较少 D．提升重物做的有用功较多
〖例5〗如图所示，拉力F=80N，物体重力G=120N，不计摩擦和绳重。若将物
体匀速提高1m，以下说法中错误的是（ ）
A．拉力做的有用功为80J B．动滑轮的重力为40N
C．拉力做的总功为160J D．该滑轮组的机械效率为75%
〖例6〗用四个相同的滑轮和两根相同的绳子组成如图所示的甲、乙两个滑轮
组，用它们提起相同的货物，不计绳子与滑轮的摩擦，则（ ）
A．甲滑轮组较省力　　 B．乙滑轮组较省力
C．甲滑轮组机械效率较高　　D．乙滑轮组机械效率较高
〖例7〗为了粉刷教室，需要将涂料运到五楼。工人师傅可以采用的方法有：
①用人直接搬运上去；②用定滑轮提上去；③用动滑轮提上去。在这几种方法中（ ）
A．最省力的是② B．最省力的是③
C．做有用功最多的是① D．机械效率最高的是③
〖例8〗 如图所示，建筑工人用滑轮组提升重为220N的泥桶，动滑轮重为20N，
不计滑轮与轴之间的摩擦及绳重。若工人在5s内将绳子匀速向上拉6m，
则泥桶上升_____m，手拉绳子的力为______N，拉力的功率为______W，
滑轮组的机械效率为________。
〖例9〗如图所示，用竖直向上的力匀速拉动较长的杠杆，使重为18N的物体
缓慢升高0.1m，拉力大小F=8N，拉力移动的距离为0.25m．拉力所
做的功为 J，有用功为 J，杠杆的机械效率为 %。
〖例10〗如图所示，是一种小型千斤顶的示意图，当手往下压动摇臂时，
能把重物抬高一段较小的距离。工人在2s时间里，用100N的力，
竖直向下压动摇臂50cm，把重1000N的重物匀速抬高4cm，则
重物上升的速度是 m/s，所做的有用功是 J，千
斤顶的机械效率是 。
〖例11〗一物体质量为18kg，其所受重力为 N。如图所示，小明用定滑
轮将该重180N的物体在4s内匀速提高2m．所用拉力为200N．此过
程中，小明做的有用功是 J，定滑轮的机械效率是 ，
拉力的功率是 W。(取g＝10N/kg)
〖例12〗用如图所示的实验装置测量杠杆的机械效率。实验时，竖直向上匀速
拉动弹簧测力计，使挂在较长杠杆下面的钩码缓缓上升。
（1）实验中，将杠杆拉至图中虚线位置，测力计的示数F为 N，钩码总重G
为1.0N，钩码上升高度h为0.1m，测力计移动
距离s为0.3m，则杠杆的机械效率为 %。
请写出使用该杠杆做额外功的一个原因：
。
（2）为了进一步研究杠杆的机械效率与哪些因素有关，
一位同学用该实验装置，先后将钩码挂在A、B两
点，测量并计算得到下表所示的两组数据：
次数 钩码悬挂点 钩码总重G/N 钩码移动距离h/m 拉力F/N 测力计移动距离s/m 机械效率η/%
1 A点 1.5 0.10 0.7 0.30 71.4
2 B点 2.0 0.15 1.2 0.30 83.3
根据表中数据，能否得出“杠杆的机械效率与所挂钩码的重有关，钩码越重其
效率越高”的结论？答： ；请简要说明两条理由：
① ；
② 。
〖例13〗江南科技馆有一种神奇的装置，如图所示，借助该装置，小明仅用150N的拉力就提
起了重量为600N的摩托车。问：此过程中该装置的机械效率为多少？
〖例14〗如图所示，工人师傅用一个定滑轮和动滑轮组成滑轮组，把重为500N的箱子匀速提
升5m，动滑轮的质量为8kg，不计绳重和摩擦，取g=10N/kg。
（1）在图中用笔画线代替细绳组装滑轮组。
（2）在向上提升箱子的过程中，人对绳子的拉力为多大
（3）在向上提升箱子的过程中，滑轮组的机械效率为多少
第五课时
〖例1〗小明健身用的拉力器结构如图所示．他用250N的拉力向下拉动拉杆，使20kg的配重
块在 2s内匀速升高40cm。不计拉杆和绳的重力，g取10N/kg。求：
（1）所拉配重块的重力；
（2）2s内配重块运动的速度；
（3）此过程中拉力器的机械效率。
〖例2〗2011年我国不少地区出现了百年不遇的特大旱灾，某校为保障师生的生活用水，紧急
调来一台功率为15kw的抽水机，把水抽到距水面10m高的蓄水池中，抽水机30分钟
刚好将容积为18m3的蓄水池抽满，求：
（1）抽水机对水做的功；
（2）抽水机的效率；
（3）同学们，水是生命之源，请你写出日常生活中的两项节水措施。
〖例3〗在大型场馆和高楼建设工地上，常用起重机吊起建材。起重机掉吊臂上的滑轮组是由
一个动滑轮和两个定滑轮组成，其结构简图如图所示，钢丝绳拉力F由电动机提供，
大小为2×104N，起重机在60s内将重为5.4×104N的建材匀速提
高了12m。试求：
（1）建材上升的速度是多少？
（2）滑轮组的机械效率是多大？
（3）说一说提高滑轮组机械效率的方法。（需要说出一条就可以）
〖例4〗5月12日，四川汶川发生8级大地震，震后立即开展了紧急救援。在救援过程中，常
看到救援工作者使用的这种起重机械，利用这种机械吊起坍塌的混凝土结构的吊板。如图所示是这种起重机吊臂上的滑轮组，它在50s内将重为2.4×104N的吊板匀速提高10m。已知拉力F为104N。则这个过程中：
（1）拉力F做了多少功？拉力F的功率多大？
（2）滑轮组的机械效率多大？
〖例5〗如图所示，工人用滑轮组吊起质量为l0kg的箱子，工人施加的拉力为250N，箱子
10s内被匀速竖直提升了 2m，不计绳重和摩擦，取g=10N/kg。求：
（1）箱子受到的重力；
（2）工人做的有用功；
（3）滑轮组的机械效率；
（4）工人所做总功的功率。
〖例6〗工人师傅常利用斜面把重物搬运到汽车上。如图所示，汽车车厢底板高度h=1.5m，斜
面长度s=3m，现用力F沿着斜面把重力G=1800N的重物匀速拉到车上。若不计摩擦，
拉力F为多大？若实际拉力F/=1200N，则该斜面的机械效率是多大？
1．有用功W有用：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
用滑轮组提升重物时：W有用＝
2．额外功W额外：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
3．总功W总：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
用滑轮组提升重物时：W总＝
4．总功、有用功、额外功之间的关系：
1． 叫做机械效率。
2．公式：
3．因为 W有用 W总，所以 1
4．某机械的机械效率为60%，表示
（1）．人直接提着砂桶上楼，需要做的有用功
是 J，额外功是 J，总功
是 J机械效率是 。
（2）．用动滑轮把砂桶提上楼，需要做的有用功是 J，额外功是 J，总功是 J，机械效率是 。
（3）．若将砂桶改用口袋，需要做的有用功是
J，额外功是 J，总功是
J，机械效率是 。
1．提高滑轮组机械效率的方法：
（1） 提升物体的重力；
（2） 动滑轮自身的重力；
（3） 绳重及绳与滑轮之间的摩擦。
2．滑轮组的机械效率与提升的速度 ，与提升的高度 ，与滑轮组绕绳方式 。
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