2019-2020学年八年级物理下册 第十二章 第3节 机械效率课件 （新版）新人教版

第十二章简单机械知识点一有用功和额外功名称概念符号公式实例有用功对人有用的功W有—从井中打水时提水所做的功额外功对人没用但又不得不做的功W额—从井中打水时提水桶和绳子所做的功总功有用功与额外功之和W总W总=W有+W额从井中打水时手对绳的拉力所做的功说明使用杠杆、滑轮组、斜面三种机械做功的比较,如图12-3-1所示。   图12-3-1拓展大量实验证明,使用任何机械都不省功,这个结论在物理学中被称为“功的原理”。例1(2019河南信阳模拟)甲同学用水桶从井里提水,乙同学用绳把掉在井中的桶捞上来,水桶里带了一些水,关于两同学做有用功、额外功的说法正确的是 ()A.甲提水桶做的功都是有用功B.乙提水桶做的功都是有用功C.甲提水桶对桶做的功是额外功D.乙提水桶对桶做的功是额外功解析甲的目的是提水,因此对水做的是有用功,对水桶做的是额外功;乙的目的是提水桶,因此对水桶做的是有用功,对水做的是额外功,因此答案为C。答案C知识点二机械效率1.定义:有用功跟总功的比值叫机械效率。2.公式:η= 。WW有总3.物理意义:机械效率的高低反映了使用机械时有用功在总功中所占的比例大小,机械效率越高可以反映出机械性能越优。4.实验:测量滑轮组的机械效率实验目的测量滑轮组的机械效率实验原理η= = 实验器材滑轮组、相同的钩码若干、铁架台、细绳、弹簧测力计、刻度尺WW有总GhFs实验步骤1.用弹簧测力计测量钩码所受的重力G并填入表格。2.按照图安装滑轮组,分别记下钩码和弹簧测力计的位置。3.缓慢拉动弹簧测力计,使钩码升高,当钩码匀速上升时读出拉力F的值,用刻度尺测出钩码上升的高度h和弹簧测力计移动的距离s,将这三个量填入表格。4.算出有用功、总功和机械效率并填入表格。5.改变钩码的数量,重复上面的实验。6.换用不同的滑轮组,重做以上实验 实验数据实验结论影响滑轮组机械效率高低的因素:(1)同一滑轮组提升不同的重物,重物越重,机械效率越大;(2)不同的滑轮组提升相同的重物,动滑轮越重,机械效率越小(不计绳重和摩擦)说明物体在做功时总会不可避免地做一些额外功,如克服摩擦力和机械自身重力所做的功等,所以机械效率总小于1。例2下列有关起重机提升货物时机械效率的说法,正确的是 ()A.有用功越多,机械效率越高B.同一起重机提起的货物越重,机械效率越高C.额外功越少,机械效率越高D.同一起重机提起同一货物越快,机械效率越高解析机械效率是指有用功与总功之比,与做功快慢无关。总功不确定,有用功越多或额外功越少,机械效率不一定越高,所以A、C、D错。答案B题型一机械效率的实验探究例1某同学“测量滑轮组的机械效率”的实验装置如图12-3-2所示。实验时把重7.2N的物体吊在滑轮上,向上缓慢拉动弹簧测力计,测出物体上升高度和绳端移动距离分别为0.1m和0.3m。图示弹簧测力计示数为N,滑轮组机械效率为%。如果用此滑轮组提升另一重为10N的物体,它的机械效率(填“变大”、“变小”或“不变”)。(不计绳重和摩擦) 图12-3-2解析由图可知:弹簧测力计的分度值为0.5N,示数为3N,承担物重的绳子段数为3。滑轮组的机械效率为:η= = = =80%;不计绳重和摩擦,滑轮组的机械效率η= = = = ,由公式可知,物体重力变大,滑轮组的机械效率将变大。WW有总GhFs7.2N0.1m3N0.3mWW有总有有额GhGhGh动GGG动答案380变大点拨解答此类问题,可从以下几个方面入手:(1)分析滑轮组的绕绳情况,明确承担物重的绳子段数;(2)分析清楚有用功、额外功和总功,利用公式W总=Fs、W总=W有+W额和η= 等进行计算;(3)明白影响滑轮组机械效率的因素有物重、动滑轮重、绳重和摩擦。WW有总题型二机械效率的相关计算例2(2018辽宁沈阳期末)某施工现场用小型载重汽车向高处工地运送砂石,将质量为5000kg的砂石从坡底运送到10m高的坡顶,用时20s。汽车的输出功率是100kW。(g取10N/kg)求:(1)汽车运送砂石所做的有用功;(2)汽车运送砂石的效率。解析(1)砂石的重力G=mg=5000kg×10N/kg=5×104N,汽车运送砂石所做的有用功W有=Gs=5×104N×10m=5×105J。(2)汽车所做的总功W总=Pt=100×103W×20s=2×106J,汽车运送砂石的效率η= = ×100%=25%。WW有总56510J210J答案(1)5×105J(2)25%例3往车上装重物时,常常用长木板搭个斜面,把重物沿斜面推上去,如图12-3-3所示,工人用3m长的斜面,把120kg的重物提高1m,假设斜面很光滑,则需要施加的推力为,若实际用力为500N,斜面的机械效率为,重物受到的摩擦力为。(g取10N/kg) 图12-3-3解析斜面很光滑,故利用功的原理得,人做的有用功等于用斜面所做的总功:W有=Gh=mgh=120kg×10N/kg×1m=1200JFs=1200J,解得:F= =400N若实际用力为500N,人所做的总功:W总=F's=500N×3m=1500J斜面的机械效率:η= = =80%W总=W有+W额,即F's=Gh+fs,所以f= = =100N1200J3mWW有总1200J1500J'-FsGhs1500J-1200J3m答案400N80%100N点拨解答此类问题的关键有两个:①对于理想斜面(不计摩擦),W有=W总,η=100%,实际生活中机械的效率不可能为100%;对于非理想斜面(考虑摩擦),W有W总,η100%。②对于非理想斜面,额外功就是克服摩擦力做的功。素养呈现本章知识广泛应用于生活、生产中,且与前面所学“力学”知识结合紧密,故本章对物理观念、科学探究、科学思维、科学态度与责任的综合考查更为突出。例(2019四川成都简阳模拟)如图12-3-4所示装置中,轻质杠杆支点为O,物体A、B通过轻质细线悬于Q点,当柱形薄壁容器中没有液体时,物体C悬挂于E点,杠杆在水平位置平衡;当往容器中加入质量为m1的水时,为使杠杆在水平位置平衡,物体C应悬于F点。A、B为均匀实心正方体,A、B的边长均为a。连接A、B的细线长为b,B的下表面到容器底的距离也为b,柱形容器底面积为S。已知:a=b=2cm,S=16cm2,O、Q两点间的距离为LOQ=4cm;三个物体的重为GA=0.016N、GB=0.128N、GC=0.04N,m1=44g;ρ水=1.0×103kg/m3,g=10N/kg。杠杆重力对平衡的影响忽略不计,细线重力忽略不计,物体不吸水。典例剖析 图12-3-4(1)O、E两点间的距离LOE是多少?(2)E、F两点间的距离LEF是多少?(3)如果剪断物体A上方的细线,往容器中加水,直到容器中水的质量为m2=120g,则物体处于平衡状态后,水对物体B上表面的压力是多少?解析(1)当柱形薄壁容器中没有液体时,物体C悬挂于E点,杠杆在水平位置平衡;由杠杆的平衡条件得FQLOQ=F1LOE得,O、E两点间的距离LOE= = = =14.4cm。(2)当往容器中加入质量为m1的水时,加入的水的体积V水= = =44cm3,从容器底到物体B下方的体积V1=Sb=16cm2×2cm=32cm3,则从B的下方向上的水的体积V2=V水-V1=44cm3-32cm3=12cm3,A、B物体的底面积SA=SB=(2cm)2=4cm2=4×10-4m2,若水刚好浸没B,则从B的下方向上的水的体积V3=(S-SB)a=(16cm2-4cm2)×2cm=24cm312cm3,所以B没有浸没在水中,则B物体进入水的深度hB= = =1cm;B物体受到的浮力F浮=ρ水gV排=ρ水gSBhB=1×103kg/m3×10N/kg×4×10-4m2×0.01m=0.04N;所以此时对杠杆的拉力F2'=GA+GB-F浮=0.0161QOQFLF()ABOQCGGLG(0.016N0.128N)4cm0.04N1mρ水344g1g/cm2-BVSS32212cm16cm-4cmN+0.128N-0.04N=0.104N,由杠杆的平衡条件得F2'LOQ=F1LOF得,LOF= = =10.4cm,则E、F两点间的距离LEF=LOE-LOF=14.4cm-10.4cm=4cm。(3)剪断A上方的细线,A、B通过细线相连,是一个整体。往容器中加水足够多时,假设A、B物体都浸没,则F浮总=ρ水gV总=1×103kg/m3×10N/kg×[(0.02m)3+(0.02m)3]=0.16NGA+GB=0.144N;所以A、B整体处于漂浮状态,由于F浮B=ρ水gVB=1×103kg/m3×10N/kg×(0.02m)3=0.08NGB=0.128N,所以最后的状态是A部分体积露出水面,B浸没在水中,F浮=GA+GB,此时V排总= = =1.44×10-5m3,VA浸=V排总-VB=1.44×10-5m3-(0.02m)3=6.4×10-6m3,则物体A浸入水的深度hA= = =0.016m=1.6cm,物体B上表面所处的深度h'=hA+b=1.6cm+2cm=3.6cm=0.036m,下表面所处21'OQFLF0.104N4cm0.04NFρg浮水330.144N1.010kg/m10N/kgAAVS浸-63-426.410m410m的深度h下=h'+a=0.036m+0.02m=0.056m,满足上述条件至少要倒入水的质量m=ρ水V水=ρ水(Sh下-V排总)=1×103kg/m3×(16×10-4m2×0.056m-1.44×10-5m3)=75.2g120g,所以倒入的水足以满足上述情况,B上表面受到的压强p'=ρ水gh'=1×103kg/m3×10N/kg×0.036m=360Pa,B上表面受到的压力F'=p'SB=360Pa×4×10-4m2=0.144N。答案(1)14.4cm(2)4cm(3)0.144N素养解读本题以实验装置为切入点,综合考查了杠杆、压强、浮力、密度等物理知识,解答问题的关键是做好物理模型的受力分析,在考查科学思维基础上突出了对物理观念的考查。知识点一有用功和额外功1.请阅读,然后回答问题:“有用功指对人们有利用价值的功,如简单机械提升重物所做的功就是人们需要的。额外功指对人们既无利用价值而又不得不做的功,如使用简单机械时克服机械间的摩擦和机械自重所做的功就是人们不需要的、没有利用价值而又不得不做的功。”图12-3-1是小金同学用三种不同方法把沙子运上三楼。表中的数据是人、沙子、桶、滑轮、装沙子的口袋的重力。 图12-3-1小金重力500牛沙子重力100牛桶重力20牛滑轮重力10牛口袋重力5牛根据图中的信息和表格中数据,请判断:(1)小金同学用三种方法把沙子运上三楼,其中方法(选填“一”“二”或“三”)所做的额外功最多。(2)小金同学把沙子运上三楼,所做的有用功为焦。解析(1)小金同学的三种运沙子的方法中,将沙子提升的高度相同h=3m×2=6m。方法一:提升沙子的同时将人和桶提升,对人和桶做的额外功 =(G人+G桶)h=(500N+20N)×6m=3120J;方法二:提升沙子的同时将动滑轮和桶提升,对动滑轮和桶做的额外功 =(G动+G桶)h=(10N+20N)×6m=180J;方法三:提升沙子的同时将口袋提升,对口袋做的额外功 =G口袋h=5N×6m=30J;可见方法一做的额外功最多;(2)小金同学把沙子运上三楼,所做的有用功:W有用=G沙子h=100N×6m=600J。1W额2W额3W额答案(1)一(2)600知识点二机械效率2.(2017北京怀柔一模)(多选)下列关于机械效率的说法,正确的是 ()A.机械效率小于1B.所做有用功越多,机械效率越高C.功率大的机械,机械效率高D.有用功占总功的比例越大,机械效率越高答案AD总功等于有用功加额外功,有用功跟总功的比值叫机械效率,因为额外功不为0,所以有用功永远小于总功,所以机械效率一定小于1,故A、D选项正确。所做有用功多,“有用功跟总功的比值”不一定高,故B选项错误