机械效率讲义--2

学生：科目：科学第2阶段第1 次课教师：课题机械效率教学目标1.掌握有用功与额外功、总功的判断2.掌握机械效率的计算简单机械的典型计算。

教学内容知识框架4. 各种滑轮特点（1）定滑轮：使用时，轴固定不动，不能省力，但能改变力的方向，相当于等臂杠杆．（如图甲所示）（2）动滑轮：使用时，滑轮轴随重物一起运动，能省一半的力，但不能改变力的方向．相当于动力臂是阻力臂两倍的省力杠杆．（如图乙所示）（3）滑轮组：由定滑轮和动滑轮组合成的简单机械．使用时，滑轮和重物的总重力由几股绳子承担，每股绳子的受力就为总重力的几分之几．即F= G/n且，重物上升h，绳子的自由端拉动距离为S=nh（如图丙所示）5. 滑轮组的承重绳子股数n的确定方法和组装方法1．滑轮组承重绳子股数的确定方法（1）确定哪些是定滑轮，哪些是动滑轮（2）在定滑轮和动滑轮之间画一条线，看与定滑轮相连的有几段绳子，则承重的绳子股数 n就为几．2．滑轮组的简单组装方法（1）承重绳子股数n是偶数时，绳子一端固定在定滑轮的挂钩上，然后依次穿过各个滑轮．（2）承重绳子股数n是奇数时，绳子一端固定在动滑轮的挂钩上，然后依次穿过各个滑轮． 3．计算绳子的最少股数时，如果出现小数，四舍五入都要入不能舍．如需要3．2股，则取4股，不取3股．4．滑轮组绕法 (1) F=1/2G(2) F=1/3G5机械效率使用机械工作时，越省力的机械，它的机械效率一定越高吗？功率越大，机械效率越高吗？机械效率究竟跟哪些因素有关？学完本节内容，你一定能回答这些问题．问：如何正确认识有用功、额外功和总功的含义及它们之间的关系？ 问：机械效率总小于1吗？答：使用不同的机械做功，需要做的额外功各不相同，我们希望额外功在总功中所占的比例越小越好，或者说有用功在总功中所占比例越大越好．但由于额外功总是存在的，故有用功总是小于总功，所以，机械效率1%100<⨯=总有用W W η．问：如何比较机械效率的高低？答：机械效率由有用功和总功两个因素共同决定，比较机械效率高低时不能只考虑其中一个因素． 当总功一定时，机械做的有用功越多或额外功越少，机械效率就越高； 当有用功一定时，机械所做的总功越少或额外功越少，机械效率就越高；当额外功一定时，机械所做的总功越多或有用功越多，有用功在总功中所占的比例就越大，机械效率就越高． 问：关于机械效率，应注意哪些问题？ 答：应注意以下几点：（1）机械效率η总小于1，因为W 有总小于W 总．（2）机械效率的高低取决于有用功和总功两个因素，不能理解成：“有用功多，机械效率高”；或“总功大，机械效率低”．（3）机械效率的高低与是否省力及大小无关．（4）机械效率不是固定不变的．机械效率反映的是机械在一次做功的过程中有用功跟总功的比值，同一机械在不同次做功的过程中，提起物重不同，机械效率往往会不同． （5）几种常见机械做功时机械效率的计算:G 表示物体的重力，F 表示作用在绳子自由端的拉力，h 表示物体上升的高度，s 表示对应物移动的距离 装 置 图滑轮组竖直提升重物杠杆提升重物滑轮组水平移动重物斜面提升重物W 有用 Gh G hfs 物GhW 总FsF SFs 绳Fsη Gh GFs nF=G h/ F Sfs f Fs nF=物绳GhFs（3）.滑轮组公式：对于滑轮或滑轮组的拉力（F ）或机械效率（η），一般分为三种状态： 滑轮组竖滑轮状态不记因素机械效率备注机 械 效 率 总功、额外功和有用功机械效率的定义及公式 探究斜面和滑轮组的机械效率芳芳的实验记较小提升速度 绳端拉 力（N ） 钩码重 （N ） 机械效率 较大提升速度 探究结10 4．2 79.4% 4．210物理量控制因素79.4%探究结果79.4%绳端拉 力（N ） 钩码重（N ） 机械 效率 大致相同的 提升速度 兰兰的实验记录10 4．2 156．0物理量 控制因素 直提升重物理想状态 即不计滑轮的重（G 动）、绳重（G 绳）、摩擦力（f ）100% F= G 物/n S = n h 半理想状态 只计G 动，不计G 绳、f η= W 有/W 总 =G 物/(G 物+G 动) F= (G 物+G 动) /nS = n h实际状态计G 动、G 绳、fη= W 有/W 总 =G 物/n F S = n h 滑轮组水平重物\\η= W 有/W 总 =f/ n FS = n h题型一：对有用功、额外功、总功的认识，并能利用公式%100⨯=总有W W η进行简单的计算典型例题例1 一个工人用如图14-27所示的滑轮组提起2000N 的货物，所用的拉力是800N ，绳子自由端被拉下4m ，下列说法中正确的是 ( )A ．总功是3200J ，机械效率是40％B ．有用功是8000J ，机械效率是40％C ．有用功是3200J ，机械效率是62.5％D ．总功是3200J ，机械效率是62.5％例2 某人用如图14-28所示的滑轮组（不计摩擦力）提升某一重物，所用拉力F 为200N ，若滑轮组的机械效率为80%。

求 （1）被提升的物重？800（2）动滑轮重？200【变形题】在不计绳重和摩擦的情况下，利用图4所示的甲、乙两装置，分别用力把相同的物体匀速提升相同的高度。

若用η甲、η乙表示甲、乙两装置的机械效率，W 甲、 W 乙表示拉力所做的功。

A 、η甲＝η乙，W 甲＝W 乙B 、η甲＞η乙，W 甲＞W 乙C 、η甲＜η乙，W 甲＜W 乙D 、η甲＞η乙，W 甲＜W 乙题型二 ：测定滑轮组的机械效率典型例题例 芳芳和兰兰运用如图图14-29所示的实验装置测定了滑轮组的机械效率，在全班交流实 验结果时，老师提出：如果各组所用滑轮和串绕绳子的方式不变，改变其它因素，是否会影 响它的机械效率呢？大家积极思考，提出了各种猜想，概括起来有如下几种： 猜想1 可能与匀速提升的速度大小有关； 猜想2 可能与被提升的钩码重有关；猜想3 可能与匀速提升的速度大小和被提升的钩码重都有关； 猜想4 可能与钩码被提升的高度有关。

芳芳和兰兰分别根据各自的猜想进行了探究，实验记录如下表。

（1）请帮助兰兰完成表中的一项计算；（2）请根据她俩的实验GF 图14-28图14-27图14-29记录，分别在表中写出探究结果。

（3）归纳她俩的实验探究，你所得的结论是： 练习1、在研究性学习中，有一组同学设计了“测定斜面的机械 效率”的实验.如图16所示，用高为30cm 的木块将带有刻度的 平木板垫起，构成一个斜面，并使它固定，把小车放在斜面底端 A ，用弹簧测力计拉着小车从位置A 沿斜面匀速上升到B 位置， 上升过程中弹簧测力计的示数如图所示. 图16（1）根据题中提供的信息，在下面的实验记录表格中完成相关的内容：（2）根据以上的实验记录，完成下列计算： 拉力F 在这过程中做的有用功是：________ 拉力F 在这过程中做总功是：_______________ 该次实验的机械效率是：_______________2、下面是小明探究斜面的机械效率的部分数据。

（1）通过计算，在表中填上所缺数据。

（2）分析表中数据可得结论：在_______________相同时，斜面越粗糙，机械效率越___________。

3．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，实验装置如下图物理量 1 2 3 钩码重G(N) 4 4 6 钩码上升高度h(m) 0.1 0.1 0.1 绳端拉力F(N) 1.8 1.4 2.4 绳端移动距离S(m)0.3 0.5 0.3 机械效率η74%(1)通过表中数据可分析出实验1是用_____图做的实验，实验2是用______图做的实验，请将表中空白处填上恰当的数据。

(2)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___________(3)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． 4. (7分)小周学过有关“机械效率”的知识后提出了一个问题：“斜面的机械效率与斜面的倾斜程度有没有关系?”针对这仑问题他做了在斜面上匀速拉动物块的探究实验，并记录实验数据如下： 实验斜面的 物体重 物体上升高度 沿斜面拉力 物体移动距离 有用功总功 机械效率η小车的重力G /N 沿斜面的拉力F /N 小车沿斜面上升的距离L /m 小车上升高度h /m 2 0.8次数 斜面材料 物体重力 /N 斜面高度 /m 斜面长度 /m 沿斜面拉力/N 机械效率 1 较光滑木板 4 0.2 1.2 0.9 74% 2 较粗糙木板 4 0.2 1.2 1.2 55% 3 铺有毛巾的木板 4 0.2 1.2 1.6次数 倾斜程度 G/N h/m F/N S/m W 有/J W 总/J 1 较缓 5.0 0.10 1.6 0.50 0.50 0.80 63% 2 较陡 5.0 0.15 2.2 0.50 0.75 1.1 68% 3最陡5.00.253.10.50⑴.根据表中数据，可求出第三次实验的有用功为______________焦， 总功为____________焦，机械效率是_________________；⑵.通过对上述实验数据的分析，你认为斜面省力情况与斜面 倾斜程度的关系是：斜面越陡，越_________________；⑶.通过对上述实验数据的分析，你对斜面机械效率的问题可获得的初步结论是： _______。

5.小李在测定某滑轮组的机械效率时，得到下表中的两组数据序号 物重（N ） 提升高度（m ） 绳端拉力（N ） 绳端移动距离（m ） 机械效率 1 6 1 2.5 4 60% 216154（1）完成表格中空格。

（2）该实验采用的实验装置图是图16中的 。

（填“甲”或“乙”） （3）比较实验1、2可得：使用同一滑轮组，增大提升物体的物重，可以 滑轮组的机械效率。

（填“增大”或“减小”） （4）小李想到计算机械效率还可用hG G Gh)(动+=η，于是用弹簧测力计测得动滑轮重，代入上式计算后发现比实际测得的机械效率值偏大，原因是实际测量中还包含克服 做的功。

题型三 会综合运用功、功率和机械效率的公式进行有关计算1例1 某工地用图14-30所示的滑轮组匀速提升质量为500kg 的物体，在重物上升0.8m 的过程中，拉力F 的功率为2500W ，此时滑轮组的机械效率为80%，求： （1）滑轮组做的有用功（g 取10N/kg ）。

（2）重物上升的速度。

例2 如图14-31所示，某矿产工人用200N 的水平拉力，抓紧绳子一端，沿水平地面匀速向右运动，在10s 内将矿井里质量为32kg 的物体提升4m ．根据题给条件，请你计算出与本题相关的5个物理量，要求写出简要说明和结果．（g ＝取10N ／kg ）考题1 工人用如图14-32所示的滑轮组提升重物，不计绳重和摩擦。