资源描述
第,3,节机 械 效 率,体验,使用动滑轮提升钩码,活动,:,把重为,G,的钩码提升一定的高度,h,。,活动,1:,用弹簧测力计将钩码提升一定高度,h,记下弹簧测力计的示数,G,。,活动,2:,用动滑轮将钩码提升相同的高度,h,记下弹簧测力计的示数,F,。,(1),活动中,我们做功的目的是,。,(2),计算拉力做的功。,活动,1,中,拉力做的功是,;,活动,2,中,拉力做的功是,比直接用弹簧测力计提升钩码做的功,。,提示,:,(1),将钩码提升一定高度,(2)W=Gh,W=F,2h,多,1.,什么是有用功、额外功、总功,?,它们之间有什么关系,?,2.,什么是机械效率,?,计算公式是什么,?,3.,提高机械效率的方法有哪些,?,探究,1,有用功、额外功和总功,结合,“,体验,”,中的活动,思考以下问题,:,1.,为什么用动滑轮提升钩码比直接提升钩码做功多,?,提示,:,无论是否使用滑轮,钩码都被提升,这部分是必须要做的功,使用动滑轮时,提升钩码不得不克服动滑轮本身所受的重力及摩擦力等因素多做功,所以用动滑轮提升钩码做的功比直接提升钩码做的功多。,参考答案,:,利用动滑轮提升钩码时,除了提升钩码做功外,还要克服动滑轮重力以及摩擦力等做功。,2.,根据活动,分析有用功、额外功和总功,:,(1),对提升钩码做的功是我们,要做的,这部分功为,用,W,有,表示,且,W,有,=,。,(2),在用动滑轮提升钩码时,还需要克服摩擦、绳重、动滑轮重做一部分功,这部分功为,用,W,额,表示。,(3),使用机械做功时,拉力所做的功为,用,W,总,表示,即,W,总,=,。它们之间的关系是,_,。,提示,:,使用动滑轮时,必须要做的功是提升物体所做的功,即有用功,W,有,=Gh;,如果摩擦忽略不计,则克服动滑轮和绳重做的功是不得不做的功,即额外功,W,额,=(G,动滑轮,+G,绳,)h;,使用机械做的功为总功,W,总,=Fs,。,参考答案,:,(1),必须有用功,Gh,(2),额外功,(3),总功,Fs,W,总,=W,有,+W,额,3.,使用机械提升物体时,有用功为什么小于总功,?,提示,:,使用机械提升重物时,除了克服物体重力做功,还不得不克服机械本身重及摩擦做功,对物体做的功总是小于拉力做的功。,参考答案,:,需克服机械本身重力及摩擦做功,探究,2,机械效率,结合有用功、额外功、总功的定义和关系,思考以下问题,:,1.,在物理学中,机械效率是指,用公式,表示。,提示,:,在所做有用功一定的情况下,人们希望额外功越少越好,即额外功在总功中所占的比例越少越好,将有用功跟总功的比,值叫做机械效率,用公式 表示。,参考答案,:,有用功跟总功的比值,2.,机械效率可以大于或等于,1,吗,?,为什么,?,提示,:,使用任何机械都不可避免地要做额外功,其有用功总会小于总功,根据机械效率的公式可知,机械效率总是小于,1,。,参考答案,:,不可以用任何机械都不可避免做额外功,其有用功总会小于总功,3.,动滑轮的重力为,G,动,物体的重力为,G,物,绳子的拉力为,F,物体匀速提升的高度为,h,绳重及摩擦忽略不计,求动滑轮的机械效率。,提示,:,该装置的目的是将重物提高,h,所以有用功为克服物体重,力做的功,W,有,=G,物,h,提升动滑轮所做的功为额外功,W,额,=G,动,h,由于,动滑轮省一半的力,所以绳子移动的距离,s=2h,拉力做的功为总,功,W,总,=Fs=F,2h,故动滑轮的机械效率,参考答案,:,探究,3,测量滑轮组的机械效率,1.,猜想与假设,:,同一滑轮组的机械效率是否固定不变,?,参考答案,:,不是,2.,实验原理,:,。,参考答案,:,3.,实验设计,:,如图所示。,(1),用,测量钩码所受的重力。,(2),用,测量钩码移动的距离和弹簧测力计移动的距离。,(3),匀速拉动弹簧测力计使钩码上升,同时记下钩码上升的,和弹簧测力计的,;,换不同的钩码多测几次。,参考答案,:,(1),弹簧测力计,(2),刻度尺,(3),高度移动距离,4.,实验数据,:,次,数,钩码所受的重力,G/N,提升高度,h/m,有用,功,W,有,/J,拉力,F/N,绳端移动的距离,s/m,总功,W,总,/J,机械,效率,/,%,1,2,0.1,0.9,0.3,2,4,0.1,1.6,0.3,3,6,0.1,2.3,0.3,(1)W,有,=,W,总,=,。,(,用字母表示,),参考答案,:,Gh,Fs,(2),在空白表格中分别填写相应的数据。,提示,:,W,有,1,=Gh,1,=2N,0.1m=0.2J,W,总,1,=F,1,s=0.9N,0.3m=0.27J,W,有,2,=Gh,2,=4N,0.1m=0.4J,W,总,2,=F,2,s=1.6N,0.3m=0.48J,W,有,3,=Gh,3,=6N,0.1m=0.6J,W,总,3,=F,3,s=2.3N,0.3m=0.69J,则利用机械效率的公式,参考答案,:,第,1,次,:0.2,0.27,74.1,第,2,次,:0.4,0.48,83.3,第,3,次,:0.6,0.69,87.0,(3),结论,:,同一组滑轮组提升的重物越重,滑轮组的机械效率越,。,提示,:,分析,1,、,2,或,1,、,3,或,2,、,3,组实验,钩码的重力越小,机械效率越低,钩码的重力越大,机械效率越高。,参考答案,:,高,5.,交流与评估,:,(1),怎么做才能使测量结果更准确,?,提示,:,本次实验中准确测量拉力是关键。,参考答案,:,使用弹簧测力计时首先要进行校零。测量过程中注意,:,应沿直线匀速拉动弹簧测力计,待弹簧测力计的示数稳定后再读数。,(2),影响机械效率的因素还有哪些,?,请具体分析。,提示,:,在忽略摩擦的情况下,有用功,W,有,=G,物,h,额外功,W,额,=G,动,h,W,总,=W,有,+W,额,=G,物,h+G,动,h,滑轮组的机械效率,由公式可以看出,滑轮组的机械效率除了与提升物体的重力有,关,还主要与动滑轮的重力有关。由,知,提升相同的物体,动滑轮越重,滑轮组的机械效率越小。因,为在拉动物体时,还需要克服绳重、摩擦等做额外功,机械效率,还与绳和滑轮的摩擦、绳重有关。,参考答案,:,动滑轮重和绳与滑轮的摩擦。动滑轮越重,绳与滑轮,的摩擦越大,滑轮组的机械效率越小。,(3),忽略绳重和摩擦,机械效率的大小与绳子的股数、提升的高,度、移动的距离有关吗,?,试结合机械效率的公式说明。,参考答案,:,由 机械效率的大小与,绳子的股数、提升的高度、移动的距离无关。,一、有用功和额外功,1.,有用功,:,为了达到目的,_,的功。用,W,有,表示。,2.,额外功,:,为了达到目的,_,的功。用,W,额,表,示。,3.,总功,:_,与,_,总共做的功,用,W,总,表示。,4.,关系,:W,总,=_+_,。,必须要做,并非需要而又不得不做,有用功,额外功,W,有,W,额,二、机械效率,1.,定义,:_,跟,_,的比值。,2.,公式,:,。,3.,特点,:,机械效率总,_1,。,4.,影响滑轮组机械效率的主要因素,:,物重和动滑轮重。,有用功,总功,小于,【,拓展延伸,】,三种机械效率的计算,杠杆,滑轮或滑轮组,斜面,提升重物,水平匀速拉物体,其中,G,为提升重物的重力,h,为重物升高的高度,;F,为动力,s,为动力作用点移动的距离,不计绳重及摩擦，,其中,G,为重物的重力,h,为重物升高的高度,;F,为动力,s,为绳子自由端移动的距离,n,为承担物重的绳子段数,其中,f,为物体与水平面的摩擦力,F,为拉力。,s,物,为物体移动的距离,s,绳,为绳子自由端移动的距离,n,为承担拉力的绳子段数,其中,G,为物重,h,为斜面高度,L,为斜面长度,F,为拉力,f,为摩擦力,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,】,分析题干中的物理量,确定使用滑轮组所做的有用功和总功,再计算机械效率。,【,精讲精析,】,本题考查机械效率的计算。,(1),由题图可知,物重和动滑轮重由,2,段绳子承担,故,s=2h=2,5m=10m,则,W,总,=Fs=500N,10m=5 000J;,(2),提升重物做的有用功,W,有,=Gh=800N,5m=4 000J;,(3),滑轮组的机械效率,答案,:,(1)5 000J,(2)4 000J,(3)80%,【,方法归纳,】,滑轮组机械效率的计算,(1),竖直匀速提升物体时,:,有用功,:W,有,=Gh,。,总功,:W,总,=Fs=F,nh,。,机械效率,:,(2),匀速水平拉动物体时,:,有用功,:,有用功在数值上等于摩擦力与物体移动距离的乘积,即,W,有,=fs,物,。,总功,:,拉力,F,所做的功,即,W,总,=Fs,绳,=F,ns,物,。,机械效率,:(f,为摩擦力,),。,考点,2,滑轮组机械效率的测量,【,典例,2】,(2013,锦州中考,),在“探究滑轮组的机械效率”时,小明利用两组滑轮组进行了,5,次测量,用一个动滑轮和一个定滑轮测得前,4,组数据,用两个动滑轮和两个定滑轮测得第,5,组数据,测得数据如下表,:,实验,次数,动滑,轮重,G,动,/N,物重,G/N,钩码,上升,高度,h/m,动力,F/N,动力作,用点移,动距离,s/m,滑轮组,的机械,效率,/%,1,0.5,1,0.1,0.7,0.3,47.6,2,0.5,1,0.2,0.7,0.6,47.6,3,0.5,2,0.1,1.1,0.3,60.6,4,0.5,4,0.1,2,0.3,5,1,4,0.1,0.5,(1),请根据前,4,组数据,在图甲中画出实验中滑轮组的绕绳方法。,(2),实验中应沿竖直方向,拉动弹簧测力计。,(3),表格中编号处数据应为,;,根据图乙中弹簧测力计可知编号数据应为,N,。,(4),由表中第,1,、,2,组数据可知,同一滑轮组的机械效率与,_,无关。,(5),由表中第,3,、,4,组数据可知,同一滑轮组的机械效率与摩擦和,有关。,(6),有的同学认为,:,“,机械越省力,它的机械效率越高。,”,你认为这句话是,(,选填,“,正确,”,或,“,错误,”,),的。你是用小明收集的数据中,两组数据对比分析来判断的。,【,思路导引,】,【,精讲精析,】,(1),分析前,4,组数据,s=3h,故,n=3,。,(2),利用二力平衡的条件可知,只有让钩码匀速上升,此时滑轮,对钩码的拉力的大小才会等于钩码的重力,弹簧测力计的示数,才等于拉力的大小。,(3),弹簧测力计示数为,1.6N,。,(4),由第,1,、,2,组数据知,钩码上升的高度不同,机械效率相同,故,可知同一滑轮组,机械效率与钩码上升高度无关。,(5),在实验中影响滑轮组机械效率的因素不只是物重还有动滑,轮的重、绳重与摩擦。当其他因素相同时动滑轮越重,机械效,率越小,;,其他因素相同时物体越重,机械效率越大,;,其他因素相,同时绳重及摩擦越小,机械效率越大。,(6),第,5,次实验的机械效率 小于,第,4,次实验的机械效率,但动力小于第,4,次实验,故机械越省力,机械效率越高是错误的。,答案,:,(1),如图所示,(2),匀速,(3)66.7,1.6,(4),钩码上升高度,(,动力作用点移动的距离,),(5),物体重力,(6),错误,4,、,5,【,方法归纳,】,机械效率的可变性,(1),推导公式,当额外功一定时,有用功越多,机械效率越大。,当有用功一定时,额外功越小,机械效率越大。,(2),若忽略绳重和摩擦,由推导公式,知,:,机械效率的大小只与物重和,动滑轮重有关,与钩码上升的高度和动力移动的距离无关。,1.,玲玲同学用水桶从水井中提水做清洁,她在把水从井底提上来的过程中,下列关于做功的说法中正确的是,(,),A.,对桶所做的功是有用功,B.,对水所做的功是额外功,C.,对水所做的功是有用功,D.,对水所做的功是总功,【,解析,】,选,C,。本题考查对有用功、额外功、总功的判断。有用功是我们要达到目的所必须要做的功。要判断什么是有用功,要首先判断使用机械的目的是什么。此题目是用水桶从水井中提水,所以克服水的重力做的功是有用功,对桶所做的功为额外功,提水桶的力所做的功为总功。故选,C,。,2.,简单机械的机械效率高是指,(,),A.,有用功多,B.,额外功少,C.,总功多,D.,有用功占总功的比例高,【,解析,】,选,D,。本题考查对机械效率的理解。机械效率是有用功跟总功的比值,所以机械效率越高,说明有用功占总功的比例越高。,3.,在探究,“,影响滑轮组机械效率的因素,”,时,小明同学用如图所示甲、乙两个相同的滑轮组来验证的猜想是滑轮组的机械效率可能与,(,),A.,被提升物体重力有关,B.,动滑轮重力有关,C.,物体被提升的高度有关,D.,承重绳子的段数有关,【,解析,】,选,A,。本题考查了影响滑轮组机械效率高低的因素。题图中提升的物体的重力不相同,(,钩码的个数不相同,),但是使用相同的滑轮组,因此这两个图研究的是滑轮组的机械效率与被提升物体重力的关系。故选,A,。,4.(2013,岳阳中考,),如图,用一个动滑轮把重,90N,的沙袋从地面提到,9m,高的脚手架上,绳端向上移动的距离是,m,若所用的拉力是,60N,这个动滑轮的机械效率是,。,【,解析,】,本题考查动滑轮的特点及机械效率的计算。绳端移动,的距离,s=2h=2,9m=18m;,在这一过程中,W,总,=Fs=60N,18m,=1080J,W,有,=Gh=90N,9m=810J,这个动滑轮的机械效率,答案,:,18,75%,5.(2013,连云港中考,),地震灾区重建过程中,工人用图示的滑轮组将重,400N,的建筑材料从地面缓慢提升至,10m,高处。已知该工人对绳子的拉力为,250N,则此过程人做的总功为,J,该滑轮组的效率为,%,。,【,解析,】,本题考查滑轮组的机械效率的计算。由题图可知,此,滑轮组承担物重的绳子,n=2,人做的总功,W,总,=Fs=Fnh=250N,2,10m=5 000J;,滑轮组的机械效率为,答案,:,5 000,80,6.,如图所示,用平行于斜面、大小为,1.25N,的拉力,F,将重为,1.8N,的物体从斜面底端匀速拉至顶端,则有用功是,J,机械效率是,。,【,解析,】,本题考查了机械效率的计算。克服物体的重力所做的,功为有用功,:,W,有,=Gh=1.8N,0.2m=0.36J,拉力,F,所做的功为总功,:,W,总,=Fs=1.25N,0.4m=0.5J,机械效率,:,答案,:,0.36,72%,7.(2013,南京中考,),在,“,测定动滑轮机械效率,”,的实验中,小明用如图所示的动滑轮提升钩码,改变钩码的数量,正确操作,实验数据如下,:,实验,序号,钩码重,G/N,钩码上升,高度,h/cm,拉力,F/N,绳端移动的距离,s/cm,1.0,20.0,0.7,40.0,2.0,20.0,1.2,40.0,3.0,20.0,1.7,40.0,(1),实验时,用手,拉动弹簧测力计,使之在动滑轮下的钩码缓缓上升。,(2),第次实验时测得动滑轮的机械效率为,。,(3),第次实验时,钩码上升的速度为,0.05m/s,则拉力的功率为,W,。,(4),由表中实验数据分析可知,同一动滑轮,所提升物重增大,机械效率将,(,选填,“,增大,”“,减小,”,或,“,不变,”,),。,【,解析,】,本题考查测量动滑轮的机械效率。,(1),实验时,要匀速,拉动弹簧测力计,使弹簧测力计示数稳定。,(3),钩码上升的速度为,0.05m/s,则绳自由端上升的速度为,0.1m/s,根据二力平衡的知识可以知道,静止时拉力,F,的大小等,于,1.7N,拉力的功率,P=Fv=1.7N,0.1m/s=0.17W,。,(4),从表中数据可以看出,同一动滑轮,所提升物重增大,机械效,率将增大。,答案,:,(1),匀速,(2)71.4%,(3)0.17,(4),增大,8.,小明利用如图所示的滑轮组提升重,900N,的,物体,所用拉力是,500N,物体在,10s,内匀速上,升,1m,。,(1),在此过程中,拉力做的功为多少,?,(2),拉力的功率为多大,?,(3),该滑轮组的机械效率是多少,?,【,解析,】,本题考查功、功率、机械效率的综合计算。,(1),绳子自由端移动距离,:s=3h=3,1m=3m,人拉绳子做的总功,:,W,总,=Fs=500N,3m=1 500J;,(2),拉力的功率,:,(3),提升物体做的有用功,:W,有,=Gh=900N,1m=900J;,滑轮组的机,械效率,:,答案,:,(1)1 500J,(2)150W,(3)60%,找找你容易错在哪里？,用如图所示的滑轮组将重物匀速提高,2m,所用拉力为,500N,(,不计绳重和摩擦,),滑轮组的机械效率为,80%,仍用该滑轮组,提升,1200N,的重物,则所用拉力为多少,?,【,学生自答,】,解,:,滑轮组的机械效率,:,所以,F=750N,。,答案,:,750N,【,教师点评,】,正确之处,:,能区分有用功、总功,会推导计算机械效率。,错误之处,:,认为机械效率是不变的。,【,标准解答,】,解,:W,额外,=(1-)W,总,=(1-80%),500N,2,2m=400J,由,W,额外,=G,动,h,得,答案,:,700N,
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