5使用机械是否省功

§9.5探究——使用机械是否省功一、实验探究•提出问题——制定计划——收集证据——分析与结论•要把这个物体运到高处，有哪些方法？问题：采用机械提升重物相比于直接提升重物，是否省功？s=?hFF定性实验：寻找规律定量实验：收集证据力F/N距离/m力做的功W/JF1=G=h=W1=F1h＝F2=s=W2＝F2s=W2W1在使用动滑轮提升重物时，实际拉力的功W2于动滑轮提升重物的功W1，这是因为W2中还包括了的功以及的功。分析与结论大提升动滑轮做克服摩擦做FG物沙子重100N桶重20N人受到的重力400N口袋重5N动滑轮重10N把重100N的沙子运上3楼3m3m3m沙子重100N桶重20N人受到的重力400N口袋重5N动滑轮重10N把重100N的沙子运上3楼3m3m3m对有用功、额外功、总功的理解人提沙子做功1、对沙子做功2、对桶做功3、克服自重做功人拉滑轮做功1、对沙子做功2、对桶做功3、对动滑轮做功人拉滑轮做功1、对沙子做功2、对口袋做功3、对动滑轮做功3、总功：有用功与额外功的总和1、有用功：机械对物体做的功2、额外功：克服机械自重和摩擦所做的功（达到目的额外做的功）F有用功总功W总＝W有＋W额外总有WW•二、机械效率：（动力对机械做的功）（看目的）有用功F总功F1F1使用机械做功认识W有、W额、W总不使用机械，直接用手所做的功有用功总功GhFs＞F1h=GhTTs=2hhFFF1有用功竖直使用滑轮组匀速提升重物时，有用功为G物h，水平使用滑轮组时，怎样求有用功呢？FaFG物hfLF1=G物F1F1F1=f•4、机械效率η：有用功跟总功的比值。WW有总无单位，小于1，用百分数形式表示。在总功中有用功所占的比例越越好。大理想情况下-----η＝1“等功”实际情况下-----η＜1“费功”机械效率公式的实际变形：（1）在空气中提升重物；（2）在液体中提升重物；（3）在水平面上拉动重物；（4）斜面。F有用功总功（1）在空气中提升重物nFGnhFhGFshGWW物物物总有用＝动物物动物物动有用有用总有用＋＋＝GGGhGhGhGWWWWW若不计绳重及轴的摩擦，进一步有：F有用功总功已知：G物Fhsv物v绳W有用=__W总=__P有用=__P总=__s=__hv绳=__v物（1）在空气中提升重物F有用功总功（2）在液体中提升重物nFFGnhFhFGFshFGWW浮物浮物浮物总有）（）（＝①在液体中提升重物，不计液体的阻力，有：②若不计绳重及轴的摩擦，有：动浮物浮物GGGFF有用功F总功nFfnLFfLFsLFWW1总有＝（3）水平使用滑轮组F1F2已知：G物FfsLv物v绳s=__Lv绳=__v物有用功F总功W有用=__W总=__P有用=__P总=__（3）水平使用滑轮组F1LhF已知：G物fFLh（4）斜面FLhGWW物总有用＝fLhGhGWWWWW物物额外有用有用总有用＝斜面斜面是一种省力机械无障碍坡道停车楼变形斜面某起重机的机械效率是60％，表示什么含义？起重机提升重物时所做的有用功跟总功的比值为60％例：用一动滑轮将重200N的砂子提到9m高的脚手架上，所用力是120N，求有用功、总功、机械效率各是多少？J1800m9N200GhW有J2160m18N120FsW总解：%3.83J2160J1800总有WW额外有有总有WWWWW（1）减小机械自重（2）减小机械间的摩擦力。三、如何提高机械效率克服机械自重和摩擦所做的功（3）在机械强度允许的范围内，增大所提重物的重力。有额外额外有有总有WWWWWWW11•判断以下说法是否正确：•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、物体做功的功率越低，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。•1、下列说法中正确的是（）A、相同时间内做功越多，功率越大B、功率大的机械做功一定较快C、功率越大的机械，机械效率也越高D、做功相等时，功率大的所用时间少练习：2、小明为帮助爸爸搬运装修材料设计了如图8所示的甲、乙两种方案，小明采用这两种搬运方案分别将地面上质量相同的材料运送到二楼的过程中，实际所用拉力和时间均相同。已知每个滑轮受到的重力相同，绳重与滑轮的摩擦均可忽略不计。则利用甲、乙两种方案()A．小明所做的有用功之比为3:4B．小明所做的总功之比为1:1C．滑轮组的机械效率之比为4:3D．小明施加拉力的功率之比为4:3甲乙图83、在如图所示的滑轮组中，动滑轮的总重是200N（绳的自重和轮轴间摩擦均不计）。求：当提起800N的物体时，绳自由端拉力F至少应是多少?滑轮组的机械效率是多大？F4、有一重为800N的物体，在水中受到的浮力为200N，系在滑轮组的下端，如图所示，若动滑轮自重为150N。不计摩擦和水的阻力，求物体在水中匀速上升时滑轮组的机械效率。（g=10N/kg）F•5、如图所示的滑轮组来拉动钢锭，已知钢锭与地面间的摩擦力f为1200N，若此时滑轮组的机械效率为80％。•（1）求拉绳子的力F至少多大？•（2）如果想用更小的力拉动钢锭，请你提出一条可行性建议。Ff•6、如图所示，用滑轮和桶组成的装置来提水，已知滑轮重4N，桶重6N，桶中的水重50N，现将水桶在4s内匀速提升了5m。不计绳重和摩擦，求该装置的机械效率。滑轮组η看钩子，下面有什么，都算作有用功F装置（滑轮组提升水的）η，看目的7、某工地用图8所示的装置提升货物，固定在水平工作台上的卷扬机（其内部有电动机提供动力）通过滑轮组匀速提升货物时拉动绳子的功率恒定。第一次提升质量为480kg的货物上升4m，卷扬机对绳子的拉力为F1，提升货物的机械效率为80%；第二次提升质量为360kg的货物时，卷扬机对绳子的拉力为F2。已知动滑轮受到的重力为240N，取g=10N/kg，绳重及滑轮的摩擦均可忽略不计。则以下结论正确的是（）A．前后两次提升货物过程中货物竖直向上运动的速度之比为4:5B．卷扬机对绳子的拉力F2的大小为1280NC．第一次工作过程中拉力所做的总功为8000JD．利用此装置第二次工作过程中滑轮组的机械效率为95%图8卷扬机工作台提升架货物AD5424048004800架＋＋GNNNNG960架NNNNG600096024048001总NNNNG480096024036002总NNNG384024036002总NGF20003111总201924096036009603600＝＝动架货架货GGGGGJNFW8000m42000s11总B选项是怎么算出来的？C选项是怎么算出来的？NGF12803122总图8卷扬机工作台提升架货物.如图22所示，AB是一杠杆，可绕支点O在竖直平面内转动，AO：OB=2：3，OD：DB=1：1，滑轮重为100N。当在B点施加大小为F的竖直向下的拉力时，杠杆在水平位置平衡，边长为0.2m的正方体M对水平地面的压强为7500pa；当在D点施加大小为F的竖直向下的拉力时，杠杆在水平位置平衡，正方体M对水平地面的压强为15000pa。（若不计杠杆重、绳重和摩擦，图中各段绳子所受拉力均沿竖直方向）则拉力F的大小为。答案：200N8、质量为60kg的小明站在水平地面上，利用如图29所示装置提升物体A。物体A的质量mA为72kg，底面积SA为2×10-2m2。当小明施加竖直向下的拉力为F1时，物体A未被拉动，此时物体A对地面的压强p为5×103Pa，小明对地面的压强为p1；当小明施加竖直向下的拉力为F2时，物体A恰好匀速上升，小明对地面的压强为p2，且p1：p2=16:15。已知B、C、D、E四个滑轮的质量相同，不计绳重和摩擦，g取10N/kg。求：（1）当小明施加竖直向下的拉力F1时，物体A对地面的压力FN；（2）每个滑轮所受的重力G0；（3）当小明施加竖直向下的拉力F2时，整个装置的机械效率η。图29DECBA///提示：两根绳，每根绳上的力不同，不能直接套用公式！常见的错误解法：（典型错误）图29DECBA2TBFNGA+G0A和BF1F支1G人人2F1G0CTB02GGTFABN＋＝＋012GTFB＋＝）＋（＝0121GTFB）＋（＝NABFGGT0210001212121GFGGGTFNAB）＋＋（）＝＋（＝）＋（＝NAFGGF01341）＋（＝同理02341GGFA1516180436001554360000）（）（GG①）（kG16155436000②）（kG15180436000②得①③25k③代入①关于解方程NG600动物物动物物动有用有用额外有用有用总有用＝GGGhGhGhGWWWWWWWW0322GGGGGGGhGhGhGhGWWAACBAACBAA总有用＝h2h仿照以上公式，结合本题，如何整理出正确的η表达式h第（3）问，其它正确解法：NGGF225)N603N720(41)3(410A2%08N2254N72044AAAFGhFhGFshGWW总有斜面的机械效率：•理想斜面（光滑）GLhFLhfLGhGhFLGhWW总有＝•非理想：GhFL要使物体升高相同的高度，斜面越越省力。长•斜面的机械效率与斜面的长度、粗糙程度有什么关系？一斜面长为3m，高为1m，把一重为600N的重物沿这个斜面匀速拉上斜面顶端时，（1）如果是光滑斜面，求拉力F；（2）如果实际所用的拉力为250N，求斜面的机械效率。练习：§9.6测滑轮组的机械效率实验装置问题一：同一滑轮组挂不同数量的钩码时，机械效率相同吗？（与物重的关系）（“物体上升越高，机械效率越高”的说法对不对？）（同一滑轮组机械效率是否恒定不变）问题二：双滑轮组和单滑轮组都挂相同的钩码时，机械效率相同吗？（不同）问题三：提高滑轮组的机械效率的方法是什么？明确探究问题：实验测量滑轮组机械效率FshGWW物总有用＝需要测量：物重：G物；怎么测？弹簧测力计绳端拉力F；钩码上升高度：h；绳端移动距离：s应用两个位置坐标的差值求距离应用两个位置坐标的差值求距离•练习：1、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中的甲、乙、丙所示。次数钩码重G/N钩码上升高度h/m有用功W有/J测力计拉力F/N测力计移动距离s/m总功W总/J机械效率η120.10.20.90.30.2774.1％240.10.41.60.30.4883.3％340.11.10.50.55甲乙丙•(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。动滑轮自重增大，对动滑轮所做的额外功(选填“增大”或“减小”)，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有关。次数钩码重G/N钩码上升高度h/m有用功W有/J测力计拉力F/N测力计移动距离s/m总功W总/J机械效率η120.10.20.90.30.2774.1％240.10.41.60.30.4883.3％340.11.10.50.55结论1：同一个滑轮组，提升不同的重物，机械效率是不同的．提升重物多的机械效率就高，因为额外功基本不变，做的有用功越多，机械效率就越高。结论2：不同结构的滑轮组，提升相同的重物，机械效率一般也不同。结构复杂的滑轮组所做的额外功多，因此做同样的有用功，其机械效率也就低。