八年级物理全册 第十章 第五节 机械效率课件 （新版）沪科版

第五节机械效率体验有用功额外功总功活动:用下列两种方式把2N的钩码提高1m。活动1:如图甲,用弹簧测力计直接提升。活动2:如图乙,用动滑轮提升钩码。(1)活动中,我们做功的目的是。(2)计算活动1和活动2拉力做功的大小:①活动1拉力做的功为J。②活动2拉力做的功为J,比较数据可知,活动拉力做的功较大。提示:(1)把2N的钩码提高1m(2)①2②3.221.什么是有用功、额外功和总功?2.什么是机械效率?3.怎样计算机械效率?4.机械效率是一定的吗?探究1什么是机械效率结合“体验”,思考以下问题:1.为什么活动2中用动滑轮做的功大于直接提钩码做的功?参考答案:使用机械做功时,尽管它会给我们带来如省力、方便等有利因素,但是,由于机械本身的自重以及摩擦等因素的影响,需要额外多做一些功。2.结合用动滑轮提钩码事例,分析有用功、总功和额外功。参考答案:在用动滑轮匀速提升钩码的过程中,克服钩码的重力做的功就是我们需要的功,叫有用功,记作W有;克服滑轮的重力和滑轮转动时摩擦阻力做的功,对我们无用,但又不得不做,叫额外功,记作W额外;拉力(或动力)所做的功,叫总功,记作W总。3.总功等于有用功与额外功之,即。总功总(选填“大于”或“小于”)有用功。提示:因为机械的重力和摩擦不能消除,额外功总是存在的,所以总功总大于有用功。参考答案:和W总=W有+W额外大于4.在活动2中,拉力做的总功(选填“全部”或“一部分”)用来提升钩码,这部分对钩码做的有用功W有跟总功W总的叫作机械效率。用字母表示,公式为。机械效率(选填“有”或“没有”)单位。提示:拉力做的一部分功用来克服滑轮的重力、滑轮转动时的摩擦阻力,不能全部用来提升钩码;有用功跟总功的比值是它的机械效率,机械效率越高,有用功占的比值越大。有用功、总功的单位都是J,在计算过程中单位参与计算,恰好约分去掉,所以机械效率只是一个数值,没有单位。参考答案:一部分比值ηη=×100%没有WW有总5.机械效率能否大于或等于100%?为什么?提示:从使用机械的实际情况分析。因为任何机械都受到重力,而且机械在运行过程中,总有摩擦,所以总存在额外功,有用功总小于总功,所以机械效率总小于100%。参考答案:不能。使用任何机械总存在额外功,有用功总小于总功,所以机械效率总小于100%。探究2机械效率总是一定的吗1.实验原理:。参考答案:η=×100%WW有总2.实验设计:如图所示(1)按图示组装滑轮组。(2)用测出钩码的重。(3)拉动弹簧测力计使钩码上升,同时用测出钩码上升的和读出弹簧测力计的示数;换不同的钩码再测一次,对两次的机械效率进行比较找到规律。参考答案:(2)弹簧测力计(3)匀速刻度尺高度3.实验数据及分析:拉力F/N弹簧测力计上升的距离s/m总功W总/J钩码重G/N钩码上升高度h/m有用功W有/J机械效率η10.60.620.20.41.50.60.940.20.8分析表中数据可得出:第一次机械效率为,第二次机械效率为,由两次测量结果可以看出:滑轮组的机械效率与有关。提示：由测出的数据计算机械效率：第一次机械效率：η1＝×100%=×100%=66.7%；第二次机械效率：η2＝×100%=×100%=88.9%；由两次测量结果可以看出：滑轮组的机械效率是变化的，物体越重，机械效率越高。参考答案：66.7%88.9%物体重力WW有总0.4J0.6JWW有总0.8J0.9J4.交流与评估:(1)怎么测出力的作用点经过的距离?参考答案:对于组装好的滑轮组,用刻度尺测出重物上升的高度h,数出承担物重的绳子的段数n,由s=nh算出拉力的作用点移动的距离s。(2)实验中为什么要竖直向上匀速拉动弹簧测力计,而不是竖直向下匀速拉动弹簧测力计?提示:由于弹簧测力计本身的重力作用会使弹簧测力计读数增大,从而增大误差,故采用竖直向上拉弹簧测力计;同时,只有匀速拉动,弹簧测力计所做的功才是使物体升高的拉力所做的功,并且也可以保持弹簧测力计示数的稳定。参考答案:减小测量误差,保持弹簧测力计的示数稳定。(3)怎么提高滑轮组的机械效率？提示：结合实验分析影响机械效率的因素。也可以由公式推导找到影响机械效率的因素。由η＝×100%=×100%。由公式可知机械效率主要由物体和动滑轮的重力决定。增加重物的重力或减少动滑轮的重力，都可以使滑轮组机械效率增加。参考答案：增加被提升物体的重力、使用较轻的动滑轮、设法减小绳和轮之间的摩擦。WW100%有有总有额外GhG100%GhGhGG动动一、什么是机械效率1.总功、额外功、有用功:(1)总功:_____________所做的功。(2)额外功:对我们_______,但又_________的功。(3)有用功:对我们_____的功。(4)三者关系:______________。拉力(或动力)无用的不得不做有用W总=W有+W额外2.机械效率:(1)定义:_______和_____的比值。(2)公式:η=___________。W100%W有总有用功总功二、机械效率总是一定的吗1.影响机械效率的主要因素:(1)同一滑轮组,提升物体的重力_____,机械效率越高。(2)不同滑轮组,提升相同重物,动滑轮_____,机械效率越大。2.大小:机械效率永远小于_____。越大越轻100%【拓展延伸】三种机械效率的计算考点1机械效率的计算【典例1】(2013·扬州中考)工人用如图所示的装置将重物提高5m,已知物重为800N,人对绳的拉力为500N。求此过程中:(1)做的总功。(2)做的有用功。(3)滑轮组的机械效率。【思路导引】解题关键是分析工人用滑轮的目的,分清有用功和总功。【精讲精析】(1)W总=Fs=500×5×2J=5000J(2)W有=Gh=800×5J=4000J(3)η=答案:(1)5000J(2)4000J(3)80%W4000J80%W5000J有总＝。【方法归纳】判断有用功和总功，计算机械效率(1)竖直匀速提升物体：①有用功：W有=Gh。②总功：W总=Fs，WGhG100%100%100%WFsnF有总。(2)匀速水平拉动物体：W有=fs物,W总=Fs绳,Wfsf100%100%100%WFsnF有物绳总。(3)杠杆：①W有=G·h(G:物体重力，h:物体升高的高度)②W总=F·s(F：动力，s：动力移动的距离)2121hs()WGGh100%100%100%WFsF有总阻力臂③动力臂④llll考点2测量机械效率【典例2】(2012·泰州中考)某实验小组利用如图所示的装置测滑轮组机械效率,记录数据如表:实验序号钩码重/N钩码上升的高度/m绳末端的拉力/N绳端移动的距离/m机械效率/%140.11.80.374.1260.12.40.3(1)实验时,应沿竖直方向拉动弹簧测力计。(2)第2次实验中,拉力做的总功是J,滑轮组做的有用功是J,滑轮组的机械效率η=(结果保留一位小数)。(3)由记录数据分析,两次机械效率不同的主要原因是。【思路导引】解题关键:(1)测量原理:η=×100%。(2)两次实验中机械效率不同,分析数据找到不同的因素和相同的因素。WW有总【精讲精析】本题考查测量滑轮组的机械效率。(1)实验时，要竖直向上匀速拉动弹簧测力计，以使测力计示数稳定。(2)第2次实验中，拉力做的总功W总=Fs=2.4N×0.3m=0.72J，滑轮组做的有用功W有=Gh=6N×0.1m=0.6J，则滑轮组的机械效率η=(3)两次实验中用同一滑轮组，由于钩码重不同，提升相同高度时，所做的有用功不同，所做的额外功相同，机械效率不同，则说明是由钩码重不同引起的机械效率不同。答案：(1)匀速(2)0.720.683.3%(3)钩码重不同W0.6J100%100%83.3%W0.72J有总。【方法归纳】机械效率的可变性(1)由公式η=×100%可知,当额外功一定时,机械做的有用功越多,机械效率越高。(2)由公式η=×100%可知,当有用功一定时,机械所做的额外功越少,机械效率就越高。WW100%有有总有额外WW100%有有总有额外1.李玲同学值日时用水桶提水从一楼到三楼,她做的有用功是()A.对桶所做的功B.对水所做的功C.对水和桶所做的功D.对水、桶和人所做的功【解析】选B。本题考查有用功、总功和额外功。李玲同学值日时将水桶从一楼提到三楼的目的是将水提上去,而水桶是为了装水,虽然没有用但却是必须要做的,故对水所做的功为有用功,对水桶和人所做的功为额外功,对水、桶和人做的功为总功。2.(2012·泰安中考)如图所示,工人师傅用250N的力将重400N的物体匀速提升1m,在此过程中滑轮组的机械效率是()A.80%B.62.5%C.125%D.20%【解析】选A。本题考查滑轮组的机械效率的有关计算。拉力F所做的有用功：W有=Gh=400N×1m=400J；拉力F移动的距离：s=2h=2×1m=2m；拉力F所做的总功：W总=Fs=250N×2m=500J；滑轮组的机械效率：W400J100%100%80%W500J有总。3.(2013·德州中考)某实验小组分别用如图所示的甲、乙两个滑轮组(每个滑轮重相同)匀速提起相同的重物。不计绳重及摩擦,下列说法正确的是()A.甲图省力机械效率甲图大B.甲图省力机械效率一样大C.乙图省力机械效率一样大D.乙图省力机械效率乙图大【解析】选C。本题考查滑轮组的相关知识。甲图中重物和动滑轮总重由两段绳子承担，则F甲=(G+G动)，乙图中重物和动滑轮的总重由三段绳子承担，则F乙=(G+G动)，所以乙图省力;每个滑轮重相同，不计绳重及摩擦，根据η=知，两个滑轮组机械效率相同，故选C。1213WWGhG有有动动总有额＝4.如图所示,某同学用一个动滑轮将20N的物体竖直向上匀速提升0.5m高,此过程中绳子自由端(右端)向上移动m。已知物体匀速上升过程中,弹簧测力计的示数为11N,动滑轮的机械效率是。【解析】本题考查动滑轮的机械效率。用动滑轮提升物体，拉力移动的距离是物体移动距离的2倍，因此绳子自由端上升了1m；动滑轮的机械效率为≈90.9%。答案：190.9%WGhG20N100%100%100%100%WFsFn11N2有总5.(2013·聊城中考)小明同学用如图所示的装置测定斜面的机械效率,实验记录结果如表:则第3次实验时斜面的机械效率为,分析比较表中的实验数据,可得到的结论是斜面越陡,机械效率越(选填“高”“低”或“不变”)。实验次数斜面倾斜程度木块重G/N斜面高度h/m木块沿斜面拉力F/N斜面长s/m机械效率η1较缓50.23.30.560.6%2较陡50.253.80.565.8%3最陡50.34.20.5【解析】本题考查斜面的机械效率。第3次实验中的W有=Gh=5N×0.3m=1.5J，W总=Fs=4.2N×0.5m=2.1J，则斜面的机械效率η=×100%=71.4%；根据表中数据可知斜面越陡，机械效率越高。答案：71.4%高WW有总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表所示,实验装置如图:物理量123钩码重G/N446钩码上升高度h/m0.10.10.1绳端拉力F/N1.81.42.4绳端移动距离s/m0.30.50.3机械效率η74%(1)通过表中数据可分析出实验1是用(选填“甲”或“乙”)图做的实验,实验2是用(选填“甲”或“乙”)图做的实验。(2)请将表中空白处填上恰当的数据。(百分号前保留整数)(3)通过实验1和实验2的数据分析可得出结论:使用不同的滑轮组,提升相同的重物时,动滑轮的个数越多,滑轮组的机械效率。(4)比较实验1和实验3可得正确结论:使用同一滑轮组,,可以提高滑轮组的机械效率。【解析】本题考查滑轮组机械效率的测量。(1)使用滑轮组提起重物时，由实验1可知：s=3h，有三段绳子吊着物体，所以应为甲装置图；实验2中，s=5h，应为乙装置图。(2)利用η＝×100%＝×100%＝×