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1、第3节机械效率,【新课导思】如图所示是三种方法提升沙子的情景。哪种方法最好?哪种方法最不好?为什么?,【目标导学】1.能结合实例分析所做的有用功、额外功和总功。2.能说出机械效率的意义,知道机械效率是小于1的。3.能利用机械效率的公式进行简单的计算。4.通过实验了解影响滑轮组机械效率高低的因素。,【自主预习】1.有用功和额外功:(1)有用功:_的功,用_表示。(2)额外功:克服机械自重及摩擦力等因素的影响_的功,用_表示。,必须要做,W有,多做,W额,(3)总功:_与_之和,用_表示。(4)有用功、额外功、总功之间的关系:_。,有用功,额外功,W总,W总=W有+W额,2.机械效率:(1)定义:
2、_跟_的比值,用_表示。(2)公式:_。(3)大小:机械效率总是_1。,有用功,总功,小于,3.测量滑轮组的机械效率:(1)实验原理:_。(2)探究思路。机械效率的大小与物重的关系:使用同一滑轮组,提升_的重物。机械效率的大小与动滑轮重的关系:使用_的动滑轮组,提升同一重物。,不同,不同,(3)实验结论:影响滑轮组机械效率的因素:提升的_以及滑轮的轮和轴、绳之间的摩擦。,物重、动滑轮重,4.提高机械效率的主要方法:_,使它更合理、更轻巧。,改进结构,知识点一有用功、额外功及总功【做一做】如图甲所示,用弹簧测力计将钩码缓慢地提升一定高度。如图乙所示,换用动滑轮将钩码缓慢地提升相同的高度,分别计算
3、拉力所做的功。,1.使用动滑轮提升钩码比直接用弹簧测力计提升钩码做功_(选填“多”或“少”),原因是_。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:多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及摩擦力等做功,2.根据图乙所示提升钩码,分析有用功、额外功和总功。(1)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。,
4、(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钩码所做的功,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FsW总=W有+W额,【示范题1】(1)在打扫卫生的时候,小明将一桶水从一楼提到二楼。则小明对水做的功是_功,对桶做的功是_功。(2)利用某机械工作时,动力做的功是400J,其中额外功是100J,则动力做的有用功是_J。,【精讲精析】(1)小明目的是提水,对水做的功
5、为有用功;对桶做的功为额外功。(2)动力做的功为总功,则动力做的有用功W有用=W总-W额=400J-100J=300J。答案:(1)有用额外(2)300,【微点拨】(1)有用功和总功的区别:有用功相当于不用机械而直接用手对物体做的功,总功是利用机械做的功。(2)一般情况下,使用动滑轮或滑轮组在竖直方向上匀速提升重物时,有用功W有=Gh;使用动滑轮或滑轮组在水平面上匀速移动物体时,有用功W有=fs。,知识点二机械效率1.机械效率:(1)定义:有用功跟总功的比值。(2)公式:。,2.机械效率的理解:(1)机械效率是有用功与总功之比。它只有大小,没有单位。机械效率一般用百分数表示。(2)使用任何机械
6、,除了做有用功外,都不可避免地要做额外功,所以有用功总是小于总功,机械效率永远小于1。(3)机械效率是标志机械做功性能好坏的物理量,机械效率越高,这个机械的性能越好。,(4)机械效率不是固定不变的,机械效率由总功和有用功两个因素共同决定,不能只考虑一个因素,它反映的是有用功在总功中所占比值的大小,与具体做功多少、是否省力等无关。总功一定,有用功越多,额外功越少,机械效率越高。(5)机械效率与功率是两个完全不同的物理量,功率大的机械,机械效率不一定高;机械效率高的机械,功率也不一定大,两者之间没有直接联系。,【示范题2】(2017长沙中考)如图是建筑工人用滑轮组提升建筑材料的场景,在10s的时间
7、内,工人师傅用竖直向上的拉力将建筑材料匀速提升了1m,已知拉力F为400N,建筑材料的重力G为900N,求这个过程中:(1)绳子自由端移动的距离。(2)此滑轮组的机械效率。(3)拉力F的功率。,【精讲精析】(1)由图可知,承担动滑轮绳子的段数n=3,则绳子自由端移动的距离:s=nh=31m=3m。,(2)提升重物做的功是有用功:W有=Gh=900N1m=900J,拉力做的功是总功:W总=Fs=400N3m=1200J,此滑轮组的机械效率:=75%。(3)拉力F的功率:P=120W。答案:(1)3m(2)75%(3)120W,【微点拨】滑轮组机械效率的计算,(1)竖直匀速提升物体时:有用功:W有
8、=Gh。总功:W总=Fs=Fnh。机械效率:=。,(2)水平匀速拉动物体时:,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。(f为摩擦力)总功:拉力F所做的功,即W总=Fs绳=Fns物。机械效率:=。,(3)斜面:W有=Gh,W总=Fs,=。,知识点三测量滑轮组的机械效率1.提出问题:影响滑轮组机械效率的因素有哪些?2.猜想与假设:滑轮组的机械效率可能与_有关。参考答案:动滑轮重、摩擦以及提升的物重,3.设计与进行实验:如图所示,(1)用弹簧测力计测量钩码所受的重力。(2)用刻度尺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
9、上升的高度和弹簧测力计移动的距离;换不同的钩码多测几次。,(4)保持钩码的个数不变,改变动滑轮的重力,重复上述操作。,4.实验数据及分析:,(1)W有=_,W总=_。(用字母表示)(2)在空白表格中分别填写相应的数据。(3)由1、2、3次实验可得出结论:使用同一滑轮组提升不同的重物,所提升的物体越重,机械效率_。由2、4次实验可得出结论:使用不同的滑轮组提升同一重物,动滑轮越重,机械效率_。,(1)参考答案:GhFs(2)提示:W有1=G1h1=2N0.1m=0.2JW总1=F1s1=0.9N0.3m=0.27JW有2=G2h2=4N0.1m=0.4JW总2=F2s2=1.6N0.3m=0.4
10、8JW有3=G3h3=6N0.1m=0.6J,W总3=F3s3=2.3N0.3m=0.69JW有4=G4h4=4N0.1m=0.4JW总4=F4s4=1.4N0.4m=0.56J则利用机械效率的公式1=74.1%2=83.3%,3=87.0%。4=71.4%。,参考答案:第1次:0.20.2774.1第2次:0.40.4883.3第3次:0.60.6987.0第4次:0.40.5671.4,(3)提示:分析1、2、3次实验,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。分析2、4次实验,钩码的重力不变,动滑轮越重,机械效率越低。参考答案:越高越低,5.交流与讨论(1)能否直接测量
11、滑轮组的额外功?参考答案:不能,克服绳重、动滑轮的重力及摩擦力所做的功都是额外功,这些额外功很难直接测量。,(2)如果没有刻度尺,能否测出滑轮组的机械效率?参考答案:能,对于已经组装好的滑轮组,s=nh,则机械效率=因此只要查出绳子的段数,即可算出滑轮组的机械效率,无需测量h和s的大小。,(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。,【示范题3】(2017齐齐哈尔中考)某小组在“测滑轮组机械效率的实验”中得到的数据如表所示,实验装置如图所示。,(1)实验中应沿竖
12、直方向_缓慢拉动弹簧测力计。(2)小红同学发现实验过程中边拉动边读数,弹簧测力计示数不稳定,应该静止读数,你认为她的想法_(选填“正确”或“不正确”),因为她没有考虑到_对滑轮组机械效率的影响。,(3)用丁图装置进行实验,得出表中第4次实验数据,请将表中的两个数据填写完整。,(4)通过比较_两次实验数据得出结论:使用同一滑轮组提升同一重物时,滑轮组的机械效率与绳子段数无关(填实验次数的序号)。(5)通过比较_两次实验数据得出结论:同一滑轮组提升重物时,物重越大,滑轮组的机械效率越高。(填实验次数的序号),(6)通过比较3、4两次实验数据可得出结论_。,【精讲精析】(1)实验中应沿竖直方向匀速缓
13、慢拉动弹簧测力计,这样测力计示数才等于拉力大小。(2)在弹簧测力计静止时读出的数据,由于不会克服轮与轴、绳与轮之间的摩擦,所以测力计示数偏小,她的想法是不正确的。,(3)丁图中,绳子的有效段数为n=4,绳端移动距离s=nh=40.1m=0.4m,则滑轮组的机械效率。=80%。,(4)绳端移动距离与物体升高的高度的关系为s=nh,所以,结合表中数据可知实验1、2、3中绳子的有效段数分别为2、3、3;再结合钩码的重力可知,实验1、2、3分别是用甲、乙、丙装置做的实验,根据控制变量法,研究同一滑轮组的机械效率与绳子段数的关系时,要控制提升物体的重力相同、滑轮个数也相同,只改变绳子的有效段数,所以应比
14、较1、2两次实验数据;通过比较,1、2两次实验数据得出结论:使用同一滑轮组提升同一重物时,滑轮组的机械效率与绳子段数无关。,(5)研究同一滑轮组提升重物时,机械效率与物重的关系时,要控制滑轮个数相同、绳子的段数相同,只改变物体的重力,故通过比较2、3两次实验数据得出结论:同一滑轮组提升重物时,物重越大,滑轮组的机械效率越高。,(6)通过比较3、4两次实验数据,即对应的图丙、图丁两装置,滑轮组不同,提升的重物相同,动滑轮越重机械效率越小,故可得出结论:不同滑轮组提升相同重物时,动滑轮越轻,滑轮组的机械效率越高(或不同滑轮组提升相同重物时,动滑轮越重,滑轮组的机械效率越低)。,答案:(1)匀速(2
15、)不正确摩擦(3)0.480%(4)1、2(5)2、3(6)不同滑轮组提升相同重物时,动滑轮越轻,滑轮组的机械效率越高(或不同滑轮组提升相同重物时,动滑轮越重,滑轮组的机械效率越低),【易错易混警示】(1)同一滑轮组的机械效率是变化的,物重不同,滑轮组的机械效率不同。(2)滑轮组的机械效率与钩码上升的高度、物体移动的速度无关。,【教材图片考点阐释】命题点斜面的特点、机械效率的计算及影响斜面机械效率的因素使用斜面可以_。用如图所示的装置探究斜面的机械效率,用15N的力沿着长60cm,高30cm的斜面,将重,为20N的木块匀速拉上斜面。此斜面的机械效率为_,物体受到的摩擦力是_N,写出一条提高斜面机械效率的措施_。答案:省力66.7%5增大倾斜角度或减小斜面粗糙程度等,命题点功率、机械效率的计算及影响动滑轮机械效率的因素如图所示,用动滑轮匀速提升两个重为1N的钩码,拉力F由图可知为_N,则该动滑轮的机械效率为_。当不计绳重和摩擦时,动滑轮重为_N,若增大提升钩码的个数,则机械效率将_(选填“变大”“不变”或“变小”)。,答案:1.283%0.4变大,