机械效率.docx
《机械效率.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机械效率.docx（32页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
机械效率
第六课时机械的效率
一、预习学案.
1.预习目标
知道什么是有用功、额外功和总功。
知道什么叫机械效率，知道计算公式。
知道械效率总小于1。
知道提高机械效率的意义和主要方法
2.知识回顾
功的计算公式：
；单位：
描述做功快慢的物理量，所做的功叫功率;公式：
功的原理:
使用任何机械做功时，动力对机械所做的功等于机械克服所有阻力所作的功，也就是说使用任何机械都。
表达式：
W总＝W有+W额外
3.教材研习
动力对绳子做的功在任何情况下都等于动滑轮提升物体做的功吗？
利用动滑轮提升重物做功时，我们除了提升重物外，还将提升了一段距离，所以，人作的功除了提升重物做功之外，还必须克服动滑轮的、摩擦力（实验存在）而做功。
因此机械直接对物体做的功只是动力对机械做功的一部分。
机械直接对物体做的功是我们完成做功的目的，是想做、（W有用），而克服机械本身的重力及机械部件间的摩擦所做的功，这是我们不想做的、无用的但又不得不额外做的功即（W额外）。
有用功与额外功之和就是机械克服全部阻力所做的功，这也是要求动力总共所做的功（W总）。
即W总＝W有＋W额。
在使用机械时有用功只占总功的一部分，我们总希望有用功在总功中所占的比值越大越好（额外功所占的）。
不同机械、不同的使用情况，比值是不等的，比值的高低是机械性能优劣、质量好差的重要标志之一。
这个比值就是。
从做功的意义上来讲，就是人因需要而做的功叫做有用功，额外功是指人们在做功时，并不需要做，但是为了达到目的而不得不做的功．
图8-70
例如图8-70所示：
人想要把100N的沙子运上三楼，人对沙子做的功就是为了满足需要而做的，其大小等于。
人在提沙子时，必须有盛沙子的容器，如桶、沙袋等，人在提升沙子的同时，也对容器做了功，而人对容器所做功并不是目的，但是又不得不做，因为没有容器，沙子是无法提升的，所以，人对容器所做的功是，其大小等于。
所以，上面三种运沙子的方式的有用功都等于
在忽略摩擦力的情况下
第一种方式，人做的额外功
第二种方式，人做的额外功
第三种方式，人做的额外功
实际使用滑轮组时，常见的额外功有：
克服轮与轴之间摩擦所做的功与克服滑轮的自重所做的功等．
二、典例示范
例1利用定滑轮、动滑轮和滑轮组，分别匀速提升同一重物．在不计绳重和摩擦的情况下机械效率最高的是（）．
A．定滑轮B．动滑轮C．滑轮组D．都一样高
点拨：
使用机械时，拉力所做的总功中包含了克服机械重力、机械转动时的摩擦力等所做的功，这部分功是额外功．在不计绳重和摩擦的情况下，利用定滑轮、动滑轮或滑轮组分别匀速提升同一重物，有用功相同，使用定滑轮做的额外功最少，有用功占总功的比例最大．
答案：
A
例2如图8-71所示，某人站在地面上使用两个定滑轮和两
个动滑轮组成的滑轮组，向下用力将地面上2×103N的重物匀速
提升4m高．不计摩擦，人做功1×104J．求：
（1）人实际用的拉力多大?
（2）若用这一滑轮组匀速提升另一物体到相同的高度，人做功
1.5×104J，求此时的机械效率．
点拨：
此类题目解决的关键首先是要明确承担滑轮和重物的绳子的段数n，然后根据功的原理和机械效率的概念，灵活地运用所学知识选用简单的解题方法．还要注意一些隐性条件，如向下拉绳子或向上拉绳子，计算结果是不一样的．特别值得注意的是，同一个滑轮组，当所提重物不同时，机械效率不同．使用滑轮组时，人做的功是总功，在不考虑摩擦时，所做的额外功只是克服动滑轮所做的功，因此，知道总功、额外功，便可求出有用功和机械效率．重物升高的距离与拉力移动的距离关系由滑轮组绳子的绕法确定．两个动滑轮和两个定滑轮，绕绳方法有两种，根据题意，人站在地上拉绳，所以滑轮组装如图所示。
解法一：
（1）人站在地上拉绳，滑轮组装如图所示，则绳子段数
n=4，s=4h=4×4m=16m
∵W总=Fs
∴F=W/s=1×104J/16m=625N
（2）∵W总=W有用+W额外，且不考虑摩擦
∴W额外=W总－W有用=W总－G物h
=l×104J一2×103N×4m=2×103J
当将另一物体用此滑轮组匀速提升相同高度，则做的额外功不变．
当W’总=1.5×104J时，
W’有用=W’总一W额外=1.5×104J一2×103J=1.3×104J
∴此时机械效率η=W’有用/W’总=1.3×104J/1.5×104J≈86.7%
解法二：
（1）人在地面向下拉绳子，则n=4，s=4h=4×4m=16m
∵W总=Fs
∴F=W总/s=1×104J/16m=625N
（2）∵不考虑摩擦，∴F=1/4（G物+G动）
∴G动=4F—G物=4×625N一2×l03N=500N
人做功W’总=1．5×104J时，
F’=W’总/s=1．5×104J/16m=937.5N
又∵4F’=G’物+G动
∴G’物=4F’一G动=4×937.5N一500N=3250N
η=W’有用/W’总=G物h/F’4h=3250J/4×937.5J≈86.7%
答案：
（1）人实际用的拉力625N
（2）此时机械效率86.7%
三、教材跟踪练习
1.下列机械效率的说法正确的是（）
A．机械效率可以提高到100%B．机械效率总小于1
C．功率大的机械机械效率高D．机械效率越高,有用功就越多
2.用完全相同的A、B两个滑轮组（绳重及摩擦忽略不计），分别提升重为G1和G2的两物体，若G1＞G2，它们的机械效率分别为ηA和ηB，则（ ）
A．ηA＞ηB B．ηA＜ηB
C．ηA＝ηB D．无法判断
3.某一机械做了8000J的功，其中额外功是有用功的1／3，那么该机械做的有用功是______J，机械效率是____
4.①用水桶从井中提水；②如果该桶掉到井里，从井里捞桶，
捞上的桶里带有少量的水。
则下列分析正确的是（）
A．克服水的重力做的功在①中是有用功
B．克服桶的重力做的功在①中是额外功
C．克服水的重力做的功在②中是有用功
D．克服水的重力做的功两者都是有用功
5.如图8-72所示，是工人师傅往高处运送货物的两种方法。
物重均为500N，滑轮重均为10不计摩擦和绳重，下列说法正确的是（）
A．甲图中的拉力等于乙图中的拉力
B．甲图中的拉力小于乙图中的拉力
C．甲中的机械效率小于乙中的机械效率
D．甲中的机械效率大于乙中的机械效率
6.小南同学学过“机械效率”的知识后产生了一个疑问：
“机械效率越高是否越省力？
”针对这个问题，他借了一个弹簧测力计，利用家中的案板和茶杯做了如下的实验：
A．把杯子放在塑料袋里，在杯子中加入适量的水，用弹簧测力计测得杯子和水的重力G；B．用案板作斜面，把一只水杯通过细绳与弹簧测力计连接，拉动弹簧测力计，把盛水的杯子匀速拉上斜面；C．分别测出拉力F，杯子移动的距离S和升高的高度h；D．改变斜面的高度，做了4次实验，记录实验数据如下表：
次数
重力G/N
升高高度h/m
有用功
W有用/J
拉力F/N
移动距离S/m
总功W/J
机械效率
1
5
0.1
1.6
0.5
2
5
0.15
0.75
2.2
0.5
1.1
68%
3
5
0.2
1
2.7
0.5
1.35
4
5
0.25
1.25
3.1
0.5
1.55
81%
根据该同学的实验步骤和记录的数据，回答以下问题：
（1）计算并将表格补充完整。
（2）小南同学的疑问是否得到解决？
分析实验数据，能得到什么结论？
7.某人用如图8-73所示的滑轮组匀速提升500N的重物，所用的拉力F为300N，绳子自由端被拉下2m，在此过程中，求：
①拉力F所做的功；②滑轮组的机械效率；③滑轮组中动滑轮的重（不计摩擦和绳重）。
8.如图8-74为测量滑轮组机械效率的实验装置，钩码总重6N。
（1）实验时要竖直向上拉动弹簧测力计，由图可知拉力大小为N，若钩码上升的高度为8cm,则弹簧测力计向上移动cm,该滑轮组的机械效率为。
（2）若仅增加钩码的个数，该滑轮组有机械效率将。
（选填：
“增大”、“减小”或“不变”）
9.工人利用如图8-75所示的滑轮组将重400N的物体向上匀速提起2m，。
所用拉力为250N，滑轮组的机械效率是多少？
若用此滑轮组将重900N的物体竖直向上匀速提升2m，拉力在这一过程中所做的功是多少？
（不计绳重和摩擦的力）
小明的解题过程是：
解：
W有=Gh=400N×2m=800J
W总=FS=250N×2m×2=1000J
η=W有/W总=800J/1000J=0.8=80%
W有/=G/h=900N×2m=1800J
W总/=W有//η=1800J/80%=2250J
答：
滑轮组的机械效率是80%，拉力在这一过程中所做的功是2250J。
上述解答是否有错误？
如有错误，指出错误的原因。
10.把木板搭在汽车上，把一个重为600N的货物推到车上，这时木板成为一斜面，已知斜面长为3m，高为1m，求：
①设斜面是光滑的，人的推力为多大？
②实际斜面不光滑，人的推力为250N，斜面的摩擦力为多大？
③斜面的机械效率为多少？
四、学到了什么
1.机械效率是有用功与总功．它只有大小，没有．
2.机械效率总1，通常用百分数表示．
3.机械效率是标志机械做功性能好坏的物理量，机械效率。
这个机械的性能越好．
4.机械效率的高低并不决定使用机械是省力还是费力．效率高只说明有用功在总功里．机械效率大的机械不一定省力．
五、优化提升
1.使用机械时，若额外功小于有用功，则该机械的机械效率（）
A．大于0．5B．小于0．5C．大于1D．等于0．5
2.利用图8-76中的滑轮组，用200N向下的拉力将重为800N的物体匀速
提升到高处（绳、滑轮的自重及摩擦不计），请画出滑轮组上绳的绕法。
3.如图8-77（不计绳重与摩擦，且动滑轮重G动小于物重G），
用它们分别将重相同的甲、乙两物体匀速提升相同的高度，所用的
拉力分别为F甲、F乙，它们的机械效率分别为η甲、η乙。
则下列关
系正确的是（）
A．F甲＜F乙
B．F甲＞F乙
C．η甲＜η乙
D．η甲=η乙
4.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，实验装置如图8-78。
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η
74%
（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．
5.在“测滑轮组机械效率”的实验中，用同一滑轮组进行两次实验，实验数据如下表：
⑴此实验所用滑轮的个数至少是____个，其中动滑轮有_____个。
⑵第一次实验测得滑轮组的机械效率为________，第二次实验时滑轮组的机械效率______第一次的机械效率（选填“大于”、“小于”或“等于”）
次数
钩码重/N
钩码上升高度/cm
弹簧测力计示数/N
弹簧测力计移动距离/cm
1
2
10
0.8
40
2
5
5
1.5
20
6.有一滑轮组，若不考虑额外阻力，用100牛的拉力就可以匀速提起500牛的物体，现仍用此滑轮组，考虑额外阻力，匀速提起500牛的物体，所用拉力是200牛，此时滑轮组的机械效率是（）
A、100％B、40％C、50％D、60％
7.在探究“斜面机械效率”实验中，小明同学
提出：
“机械效率越高的斜面是否越省力”？
针对这
个问题，他选用了弹簧测力计、长木板，垫木、小车
和刻度尺，做了如下实验：
步骤1：
用弹簧测力计测出小车的重力G
步骤2：
用木板和垫木做成斜面，把小车匀速拉上斜面
（如图8-79），测出拉力F
步骤3：
分别测出斜面的长S和斜面的高h
斜面的倾斜程度
小车的重力
G/N
斜面高度
h/m
沿斜面拉力
F/N
斜面长
S/m
机械效率
η/％
较缓
5
0.15
2
0.5
较陡
5
0.2
2.5
0.5
80
最陡
5
0.25
3
0.5
83
步骤4：
改变斜面的倾斜程度，重复步骤2、3实验，数据记录如下表：
（1）根据记录的数据，将表格补充完整。
（2）分析表中所有数据，可以得到。
越省力的斜面其机械效率越___________。
（3）提高斜面的机械效率有_________________和_____________________。
8.如图8-80所示，某人用机械效率为80％的滑轮组匀速提升重
120N的物体，在2s内，绳的自由端移动了6m．求：
（1）物体上升的高度和速度．
（2）人的拉力为多大？
（3）人所做的额外功是多大？
9.一人师傅常利用斜面把重物搬运到汽车上。
如图8-81所示，汽车车厢高度h=1.5m，斜面长度s=3m，现用力F沿斜面把重箩筐G=1800N的重物匀速拉到车上。
若不计摩擦，拉力F为______N；若实际拉力F’=1200N，则该斜面的机械效率是_________％。
10.“交流与评估”是科学探究的一个重要环节。
光明中学八·二班的同学，利用如图8-82所示的实验装置完成了“测滑轮组机械效率”的实验以后，进行了小组交流，下表是各小组的实验数据记录：
实验小组
钩码重G（N）
动滑轮G′（N）
拉力F（N）
滑轮组的机械效率η（％）
1
0.5
0.4
0.35
47.6
2
0.5
0.4
0.38
43.9
3
1
0.6
0.62
53.8
4
1
0.8
0.71
46.9
5
2
0.6
0.98
68.0
6
2
0.8
1.06
62.9
请你对表中各小组的实验数据进行分析比较，回答下列问题：
（1）实验中影响滑轮组效率的主要因素是什么？
（2）1、2两个小组的动滑轮重相同，提起的钩码重也相同，测出的滑轮机械效率却不同，可能的原因是什么？
（3）请你就如何提高滑轮组的机械效率提出自己的建议。
第七课时提高机械的效率
一、预习学案
1.预习目标
如何提高滑轮组的机械效率
2.知识回顾
在绳子伸长不计的情况下，弹簧测力计拉动滑轮组绳子自由端的距离（s）与货物上升的高度（h）和动滑轮由几段（n）绳子承担的关系是．
①在实验中，弹簧测力计拉力的测量应该在工作过程中进行．在测量中，弹簧测力计应竖直向上拉动．一定要在拉动中读数．
②在实验中，对于已经组合好的滑轮组，只要用尺测出了钩码上升的高度h，数出承担重物的绳子的段数n，弹簧测力计上升的高度就可以算出来，即．即使没有刻度尺，h和s可以不测出具体的数值，因为弹簧测力计移动的距离s与重物上升的高度h的比值为：
，是承担重物的绳子的段数，再结合测得的重力G、拉力F就可以计算出．滑轮组的机械效率可表示为：
3.教材研习
小丁同学在学过有关“机械效率”的知识后提出了一些问题，请你协助他来解决这些问题，好吗？
他在测出滑轮组的机械效率后，想进一步探究影响滑轮组机械效率有哪些因素，为此，他作出了如下猜想：
（1）可能与动滑轮的重力有关．
（2）可能与绳子的重力有关．（3）可能与滑轮中的摩擦力有关．（4）可能与被提升的物体的重力有关．请你设计一个实验，探究滑轮组的机械效率可能与被提升的物体的重力有关．
（1）写出所需的实验器材．结构一定的、弹簧测力计、质量相同的钩码若干或质量的物体。
（2）写出你的设计方案．①先用滑轮组挂上一定质量的钩码，测出它的有用功、总功并计算出它的．②保持滑轮组的结构，增大（或减小），再测一次，并计算出它的机械效率．③分析计算结果，如果两次的机械效率（选填：
“相等”或“不等”）则验证猜想正确．
（2）在轻松解决上面的问题后小丁又发现了一个问题：
“斜面的机械效率与斜面的倾斜程度有没有关系？
”针对这个问题他做了如图8-83所示在斜面上匀速拉动小车的探究实验，并记录实验数据如下：
斜面倾斜程度
小车重G/N
小车上升高度h/m
沿斜面拉力F/N
小车移动距离S/m
有用功W有/J
总功W总/J
机械效率
较缓
10
0.1
3
1
1
3
33％
较陡
10
0.2
4
1
最陡
10
0.4
6
1
4
6
67％
图8-83
请根据以上实验数据回答：
（1）“较陡”时，做的有用功为_________，总功为________，机械效率为_________。
（1）通过对上述实验数据的分析，你对小丁提出的问题可获得的初步结论是：
________________________________________________________________________。
（2）如果小丁还想探究斜面的机械效率与物重的关系，实验时应该控制哪些条件不变?
________________________________________________________________________
二、典例示范
例1小明用如图8-84所示的滑轮组，在10s钟内将质量为60kg的物体A匀速提升了2m。
已知绳子自由端所用的拉力为200N。
请计算出与此题相关的任意四个物理量（g取10N/kg）。
点拨：
①物体A的重力G=mg=60×10=600N
②绳子自由端移动的距离s=4h=4×2=8m
③物体A上升的速度vA=
=
=0.2m/s
④绳子自由端移动的速度vF=
=
=0.8m/s
⑤有用功W有用=Gh=600×2=1200J
⑥总功W总=Fs=200×8=1600J
⑦额外功W额外=W总－W有用=1600－1200=400J
⑧机械效率η=
×100%=
×100%=75%
⑨有用功的功率P有用=
=
=120W
⑩总功的功率P总=
=
=160W
例2底面积为
的大木箱原放在水平地面上。
如图8-85所示，现某人用小车将它从斜面底端匀速推上斜面顶端，整个过程历时
。
已知木箱重
，人体重
，人对车的推力
，斜面长
，斜面高
，求：
（1）木箱对水平地面的压强；
（2）木箱沿斜面向上的速度；
（3）对木箱所做的有用功；
（4）这种情况下的机械效率。
点拨：
（1）木箱放在水平地面时，对地压力
（2）
（3）
（4）
所做的功：
斜面的机械效率:
人本身所做的功：
答案：
（1）木箱对水平地面的压强为
；
（2）木箱的速度为0.4
；
（3）有用功为200J；（4）这种情况下的机械效率约为
。
三、教材跟踪练习
1.小刚用力将一桶水从井里提上来，他做的功是有
用功，他做的功是额外功。
如果要提高做功效率，
应该。
2.如图8-86所示，已知物重等于G，请你补充一个物理理，用物重G
和补充的物理量求出动滑轮的机械效率（绳重和摩擦忽略不计）补充的物
理量名称和符号:
_________________________机械效率=________.
3.在测滑轮组机械效率的实验中，实验装置如图8-87所示，每个钩码的
质量是50g，匀速向上拉动弹簧测力计时，弹簧测力计的读数为0.4N，钩码被
提升的高度是0.2m，未测弹簧测力计移动的距离，你能算出滑轮组的机械效率
是_________
4.如图8-88所示，建筑工人用滑轮组提升重为220N的泥桶，动滑轮重
为20N，不计滑轮与轴之间的摩擦及绳重.若工人在5s内将绳子匀速向上拉6m，
则泥桶上升___________m，手拉绳子的力为______N，拉力的功率为________W，
滑轮组的机械效率为________.
5.如图8-89所示是德什大桥工地上一台起重机吊臂上的滑轮组，
它在50s内将重为2.4×104N的钢材匀速提高10m。
已知拉力F为104N。
则这个过程中：
（1）拉力F做了多少功？
拉力F的功率多大？
（2）滑轮组的机械效率多大？
（3）题中少了哪两个数据仍能求出滑轮组的机械？
6.在探究滑轮组机械效率与物重关系的实验中，用同一滑轮组装置做了三次实验，测量的有关数据如下表所示。
实验次数
重物质量（千克）
重物上升距离（米）
弹簧测力计的示数（牛）
拉力作用点移动距离（米）
滑轮组机械效率
1
0.1
0.1
0.6
0.3
2
0.2
0.1
0.9
0.3
74.1%
3
0.3
0.1
1.1
0.3
90.9%
（1）根据表中的数据，计算出第一次实验中的机械效率（g取10N/kg）
（2）图8-90是某公司的一幅广告宣传画，一个巨大的滑轮提起一个小皮
箱，宣传文字写着“事无大小，必尽全力”。
请你分析下述实验数据，得
出机械效率与物重的定性关系，并利用这个关系对这幅宣传画发表自己
的评述。
7.工人用一个动滑轮把重物匀速提升到一定高度，重物的重力为G物，动滑轮的重力为G动，此装置的机械效率为η，不计绳重和摩擦。
则工人所用的拉力为[]
8.湖北武汉市小明利用如图8-91所示的装置沿水平方向匀速
拉动一个重2000Ｎ，底面积为０．５m2的物体A时,A受到地面的
摩擦力为６００Ｎ，作用在绳端的拉力为２５０Ｎ，则该装置的
机械效率是．
9.如图8-92所示，用滑轮组拉着重600牛的物体A沿竖直方向匀速
移动，在40秒内物体移动了8米，拉力F做的功为1280焦．
求：
（1）拉力F的大小及拉力的功率；
（2）若动滑轮的重为12牛（不计绳重及摩擦），计算滑轮
组的机械效率．
10.如图8-93每个滑轮的重为225N，重物G的重量为1275N，
绳索重及摩擦均不计。
则：
（1）人在匀速提升重物时所用拉力为多大？
（2）重物被匀速提起1m的过程中，人所做的总功为多大？
（3）此时滑轮组的机械效率为多大？
四、学到了什么
1.不计绳重和摩擦时滑轮组的机械效率有如下的计算方式：
2.选用较轻的动滑轮组装滑轮组；对于给定的滑轮组，通过增大提起的物重；保持良好的润滑，减小轮与轴间的摩擦等都可提高机械效率。
五、优化提升
1.同学们在探究“影响滑轮组机械效率高低的因
升级会员 