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1、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
2、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/J1 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：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
3、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。1叫做机械效率。3因为W有用W总，所以?1（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。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
4、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lD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
5、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
6、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；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（）A20N B25N C 30N D35N 例
7、 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，其机械效率分别为定、动、组，则下列选项正确的是（）A组动定B 定动组C 动定组D 定组动例 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
8、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：甲=乙B手的拉力：F甲 F乙；机械效率：甲 乙C手的拉力：F甲 F乙；机械效率：甲 乙D手的拉力：F甲 F乙；机械效率：甲乙例 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
9、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：（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
10、计算该滑轮组的机械效率为。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 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：表中有一个数据的记录是错误的，错误的数据是；第 3 次实验中滑轮组的机械效率是；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
11、所示。小红多使用一个滑轮，目的是为了改变；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=Fs2.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)/nW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/nW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
12、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
13、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
14、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 l03kgm3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。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
15、最大卸料高度（m）5 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
16、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
17、教室，需要将涂料运到五楼。工人师傅可以采用的方法有：用人直接搬运上去；用定滑轮提上去；用动滑轮提上去。在这几种方法中（）A最省力的是B最省力的是C做有用功最多的是D机械效率最高的是例 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
18、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 g10N/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。
19、（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/%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
20、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：；。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
21、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 22011 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
22、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 45 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？