九年级物理上册125机械效率课堂反馈苏科版.docx
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九年级物理上册125机械效率课堂反馈苏科版
机械效率
图11－5－1
一 有用功、额外功、总功
活动：
再探动滑轮
（1）实验装置：
如图11－5－1所示．
图11－5－1
（2）实验过程：
用弹簧测力计沿竖直方向匀速拉动动滑轮，使下面所挂钩码缓缓上升，分别读出绳受到的拉力F、绳端移动距离s、钩码的重力G和钩码上升的高度h.分别改变钩码的重力和动滑轮的重力，重复上述实验步骤．
（3）实验归纳：
拉力F所做的功总是________（选填“大于”“等于”“小于”）动滑轮对钩码所做的功．
（4）实验交流
拉力实际做功总要________动滑轮提升钩码所做的功，因为要克服________和________做功．
（5）引入概念：
①在使用机械时，为了达到目的而必须对物体做的功，叫作有用功，如上述活动中，提升钩码是我们的目的，所以对钩码做的功为有用功．
②并非我们需要，但又不得不做的功，叫作额外功．如上述活动中，克服机械自重和摩擦做功．
③总功等于有用功与额外功之和．
[注意]在分析有用功时，应该从“需要做功的物体”入手，有用功在数值上等于直接作用在物体上的力与物体在力的方向上移动距离的乘积．
①使用机械匀速提高物体时，W有用＝Gh，h为物体被提升的高度．
②物体在水平方向上运动时克服摩擦做功，W有用＝fs，s为物体水平移动的距离．
二 机械效率
机械效率：
有用功与总功的________．用公式η＝________×100%表示．
[点拨]机械效率是有用功与总功之比，它只有大小，没有单位，常用百分数来表示．由于使用机械时需要克服机械自身重力和摩擦力做功，即额外功在所难免，所以有用功总小于总功，机械效率η总小于1.
三 测量动滑轮的机械效率
1．测量原理：
__________________．
2．所测量：
钩码重G、钩码被提升的高度h、拉力F、绳的自由端移动的距离s.
3．实验结论：
同一动滑轮提升不同的重物，重物越重，机械效率越________．
4．注意事项：
必须________竖直拉动弹簧测力计使钩码升高，以保证弹簧测力计示数大小不变．
[点拨]提高滑轮组机械效率的方法是增大有用功、减小额外功，具体办法是增大被提升物体的重力（主要方法）、减小动滑轮的重力、减小摩擦和绳重．重物被提升的高度不影响滑轮组的机械效率．
类型一 有用功、额外功、总功、机械效率
例1下列说法正确的是（ ）
A．用同一水桶从井中提水的时候，提一桶水比提半桶水的机械效率大
B．水桶掉到井里，把水桶捞上来时，对桶做的功是额外功
C．用动滑轮提升重物时，绳子末端拉力做的功是有用功
D．使用机械过程中，额外功越少，则机械效率就越高
[易错警示]
（1）完成目的所直接需要的那部分功为有用功，为完成目的额外多做的那部分功为额外功，为完成目的动力做的功为总功．
（2）机械效率的高低表示的是有用功占总功百分比的高低，不能表示有用功、总功、额外功的多少．仅凭有用功、总功、额外功三者中某个量的多少无法判断机械效率的高低．
类型二 关于机械效率的简单计算
例2如图11－5－2所示的滑轮组，将重为350N的物体竖直向上匀速提起0.2m，人拉绳的力为250N，求：
（1）人做的有用功是多少，总功是多少，额外功是多少．
（2）滑轮组此时的机械效率是多少．
（3）不计绳重和摩擦，动滑轮重是多少．
图11－5－2
[方法指导]机械效率计算解题技巧
（1）机械效率计算的要领：
抓住四个基本量G、h、F、s；弄清机械中力之间、距离之间、功之间的关系，尤其是距离间的关系；熟练运用有用功、总功、机械效率的计算公式．
（2）机械效率公式的推导：
对于用滑轮组竖直提升物体，η＝
×100%＝
×100%＝
×100%＝
×100%；对于水平使用的滑轮组，η＝
×100%＝
×100%＝
×100%＝
×100%.利用这两个推导公式计算机械效率可以省略功的计算．
（3）当不计绳重和摩擦时，求解动滑轮的重有两种方法．从功的角度求解：
当不计绳重和摩擦时，额外功仅为克服动滑轮重做的功，W额外＝G动h，G动＝
.从力的角度可得：
同一根绳子上的拉力处处相等，由力平衡的关系式nF＝G物＋G动，则G动＝nF－G物．
类型三 测量滑轮装置的机械效率
例3用如图11－5－3所示装置测量动滑轮的机械效率．实验数据如下表．[导学号：
03412019]
序号
动滑轮
重G动/N
钩码重
力G/N
钩码上
升高度
h/m
绳的拉
力F/N
绳端移
动距离
s/m
机械效
率η
①
0.1
1
0.2
0.6
0.4
83.3%
②
0.1
2
0.2
1.1
0.4
③
0.2
2
0.2
1.2
0.4
83.3%
图11－5－3
（1）实验时，应竖直向上________拉动弹簧测力计，使挂在动滑轮下面的钩码缓缓上升．
（2）第②次实验时，测得动滑轮的机械效率约为________．
（3）小刚同学在读弹簧测力计示数时，为便于读数，将测力计静止，则他读出的拉力F大小将________（选填“大于”“小于”或“等于”）测力计运动中的读数．这样得出的机械效率与实际值相比________（选填“偏小”“偏大”或“相等”）．
（4）分析表中数据可知，对于同一动滑轮，所提升钩码的重力增大，机械效率将________；提升相同重力的钩码时，动滑轮的重力增大，其机械效率将________．（均选填“增大”“减小”或“不变”）
（5）分析表中数据可知，F≠
，可能的原因是：
_____________________________.
[实验点拨]
（1）实验过程中要注意匀速竖直向上拉动测力计，在运动中读数．
（2）实验中距离h、s的测量需要使用刻度尺，通过记录钩码和测力计各自的初始位置和终点位置来进行测量．（3）由于实验中s与h的比值是固定的，大小等于提升钩码和动滑轮的绳子的段数n，实验中不测量距离，也能测量出机械效率，η＝
＝
.（4）探究影响滑轮组机械效率的因素需要应用控制变量法．滑轮组机械效率的高低与提起的物重、动滑轮重、绳重、摩擦等有关，与滑轮的绕线方式、重物移动的距离等没有关系．同一机械装置的效率不是固定的．
类型四 测量其他机械的效率
例42017·淮安小明利用斜面搬运物体的过程中，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？
”针对这个问题，他通过在斜面上拉动物体进行了探究（如图11－5－4所示），测得的实验数据如下表所示：
图11－5－4
实验
次数
斜面的倾斜程度
物重
G/N
物体上升高度h/m
沿斜面拉力F/N
物体移动距离s/m
有用功
W有用/J
总功
W总/J
机械效
率η
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
1.10
68%
3
最陡
5.0
0.25
3.1
0.50
1.55
（1）沿斜面拉动物体时，应使其做________运动．
（2）根据表中的数据可求出第③次实验中拉力所做的有用功为________J，机械效率是________．
（3）通过对上述实验数据的分析可知，斜面的省力情况与斜面倾斜程度的关系是斜面越缓，越________．
（4）通过对上述实验数据的分析，对斜面机械效率的问题可获得的初步结论：
在其他条件不变的情况下，____________________________________________________.
[方法指导]其他简单机械的机械效率的计算分析
解决其他简单机械的机械效率问题时，关键仍是找出有用功和额外功，迁移使用滑轮装置的相关知识．重点是找出理想机械和实际机械的不同处，找出额外功包含的内容．斜面中额外功是克服斜面摩擦做功，杠杆中的额外功是克服杠杆自重和转动中的摩擦做功．
课堂反馈（五）A
[机械效率的概念及简单计算]
1．在使用机械时，为了达到目的而必须对物体做的功叫作________功，而克服机械本身的________及机械零件之间的________做的功，这一类并非我们需要但又不得不做的功叫作________功．这两部分功之和是________功．机械效率是________功跟________功的比值．
2．下列关于机械效率的说法中正确的是（ ）
A．额外功少的机械，机械效率一定越高
B．机械效率总小于1
C．机械效率越高，表示做功越快
D．机械效率越高，说明做的有用功就越多
3．利用某机械工作时，动力做的功是400J，其中额外功是100J，动力做的有用功是________J，机械效率是________．
4．一台起重机将重1800N的货物提高4m，则有用功是________J，如果额外功是4800J，总功是________J，机械效率是________．
5．如图C11－5－1所示，用动滑轮将重为10N的物块竖直向上匀速提升20cm，拉力为6N．求：
（1）此过程中拉力做的功．
（2）动滑轮的机械效率．
图C11－5－1
课堂反馈（五）B
[机械效率的测量]
1．如图C11－5－2所示，使用滑轮组提升重物时，能够提高机械效率的方法是（ ）
A．改变绕绳的方式B．增大物体被提升的高度
C．减小物体被提升的高度D．增大被提升物体的重力
图C11－5－2
2．物理兴趣小组在测量滑轮组机械效率的实验中，利用如图C11－5－3所示的滑轮组进行了4次测量，测得数据如下表所示．
图C11－5－3
次数
钩码所受的
重力G/N
钩码提升
高度h/m
拉力
F/N
绳端移动
距离s/m
机械效
率η
1
1
0.1
0.7
0.3
47.6%
2
1
0.2
0.7
0.6
47.6%
3
2
0.1
1.1
0.3
60.6%
4
4
0.1
2.0
0.3
（1）实验中应竖直向上________拉动弹簧测力计．
（2）第4次实验测得的机械效率为________%.
（3）比较________两次实验，小组同学发现：
同一滑轮组的机械效率与重物被提升高度无关；比较3、4两次实验数据可知，同一滑轮组，________________越大，机械效率越高．第4次拉力做的额外功与第3次相比________（选填“增大”“减小”或“不变”），由此可见，机械效率提高的原因是______________________________________．
详解详析
【新知梳理】
一、（3）大于 （4）大于 摩擦 机械自重
二、比值
三、1.η＝
×100% 3.高 4.匀速
【应用示例】
例1 A [解析]用同一水桶从井中提水的时候，克服桶重做的额外功是相同的，提一桶水比提半桶水，克服水重做的有用功多，所以机械效率大．捞桶时，克服桶重做的功为有用功．用动滑轮提升物体时，绳子末端的拉力为动力，做的功是总功．当有用功或总功多少不清楚时，不能得出额外功越少，机械效率越高的结论．
例2
（1）W有用＝Gh＝350N×0.2m＝70J；s＝2h＝2×0.2m＝0.4m，W总＝Fs＝250N×0.4m＝100J；W额外＝W总－W有用＝100J－70J＝30J.
（2）η＝
×100%＝
×100%＝70%.
（3）方法一：
不计绳重和摩擦，G动＝nF－G＝2×250N－350N＝150N.
方法二：
不计绳重和摩擦，W额外＝G动h，G动＝
＝
＝150N.
例3
（1）匀速
（2）90.9% （3）小于 偏大
（4）增大 减小 （5）绳与滑轮间有摩擦，滑轮的转轴处有摩擦，绳子有重力，有空气阻力等
[解析]
（2）拉力做的有用功：
W有用＝Gh＝2N×0.2m＝0.4J，
拉力做的总功：
W总＝Fs＝1.1N×0.4m＝0.44J，
动滑轮的机械效率：
η＝
×100%＝
×100%＝90.9%.
（3）静止时不需克服摩擦做功，所需拉力比匀速运动时的拉力要小．拉力小，导致总功的计算结果偏小，由η＝
×100%可知，在有用功一定时，总功偏小，则机械效率的计算结果偏大．
（4）由表中实验序号为①②的实验数据可知，对于同一动滑轮，所提升钩码的重力增大，机械效率将增大；由表中实验序号为②③的实验数据可知，提升相同重力的钩码时，动滑轮的重力增大，其机械效率将减小．
（5）由于滑轮轴间存在摩擦、缠绕滑轮组的绳子有重力，使得F≠
，而且拉力比动滑轮和钩码总重的一半大．
例4
（1）匀速直线
（2）1.25 80.6% （3）省力 （4）斜面的机械效率与斜面的倾斜程度有关，倾斜程度越大，机械效率越高
[解析]
（1）为了使弹簧测力计示数稳定，应沿斜面匀速拉动物体．
（2）有用功：
W有用＝Gh＝5N×0.25m＝1.25J，
总功：
W总＝1.55J，η＝
＝
×100%＝80.6%.
（3）通过比较发现，实验1中力最小，实验3中力最大，而实验1中斜面最缓，实验3中斜面最陡，故可得：
在粗糙程度一定时，斜面倾斜程度越缓越省力．
【课堂反馈】A
1．有用 重力 摩擦力 额外 总 有用 总
2．B
3．300 75% 4.7200 12000 60%
5．
（1）2.4J
（2）83.3%
【课堂反馈】B
1．D
2．
（1）匀速
（2）66.7
（3）1、2 所提钩码的重力 增大
有用功比额外功增大得多，从而使有用功占总功的比值增大
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