第五節機械效率

一學習目標1.知道有用功、額外功和總功及其它們之間的聯系。2.理解機械效率，會用有關公式進行簡單的計算。3.知道機械效率總小于1，知道提高機械效率的方法和意義。4.通過實驗與討論，認識提高機械效率的方法。5.知道提高效率的實際意義，增強節約能源意識。二重點難點重點：理解機械效率概念、通過實驗探究發現提高機械效率的方法。難點：學會分析影響機械效率大小的因素，指出提高機械效率的方法。三教學過程圖中乙與甲相比有什么優點？兩種方式提升重物哪種做功比較多？1.什么是機械效率(1)請同學們自主閱讀課本第202、203頁內容，完成下面填空：①有用功：在工作時，對人們

功，用符號

表示。②額外功：在工作時，對我們無用，但又

的功，用符號

表示。③總功：拉力(或動力)所做的功，用符號

表示。④在使用機械時我們總希望有用功在總功里所占的份額更大些，為此我們引入一個新的物理量，叫做

，它表示的是

與

的比值。用符號__表示。⑤機械效率的計算公式：__________________。有用的W有不得不做W額W總機械效率有用功總功ηη=W有/W額×100％(2)實驗探究①如圖a，用彈簧測力計將鉤碼緩慢地提升一定的高度，計算拉力所做的功W1。②如圖b，用彈簧測力計并借助一個動滑輪將同樣的鉤碼緩慢地提升相同的高度，再次計算拉力所做的功W2。③比較W1、W2的大小并分析原因。有沒有一種簡單機械只做有用功，不做額外功?使用不同的簡單機械做功，完成相同的有用功時，所做的總功是否相同?這說明什么?額外功在總功中占的比例越多越好，還是越少越好?一定的總功中，額外功少意味著什么?沒有。不同，這說明額外功不同。額外功在總功中占的比例越少越好。有用功多。用一個動滑輪,將200N的物體勻速提升2m,所用的拉力F為120N，此動滑的機械效率是多少?解：已知G=200N，h=2m，F=120N，s=2h=4m，則W有=Gh=200N×2m=400J，W總=Fs=120N×4m=480J，η=W有/W額×100％=400J/480J×100％=83.3％。答：動滑輪的機械效率約是83.3%。請同學們結合上題計算結果思考：為什么機械效率總小于1?利用滑輪組做功時，不可避免地要做額外功，使有用功總比總功小，而機械效率等于有用功除以總功，所以滑輪組的機械效率總小于1。2.如圖所示，通過滑輪組用200N的拉力F在5s內將重500N的物體勻速提升2m，則下列說法正確的是（）A．有用功為1000J，額外功為400JB．有用功為1000J，額外功為200JC．拉力做功1200J，拉力的功率為200WD．拉力做功1000J，拉力的功率為240W跟蹤訓練1.當你用桶從井中提水時，你對桶做的功是

；如果桶掉進井里，從井撈桶時，桶里帶著一些水，這時你對桶做的功是

，對水做的功是

（均選填“總功”“額外功”或“有用功”）。額外功有用功額外功B3.如圖所示是小明同學測滑輪組機械效率的實驗裝置圖。他做了2.4J的有用功使重物勻速上升了0.4m，所用的拉力為3N，不計繩重及摩擦。請你回答：(1)小明所用的拉力做的功是多少？(2)小明所做額外功是多少？(3)該滑輪組的機械效率是多少？解：(1)從圖可知，動滑輪由3段繩子承擔；拉力移動的距離為：s=3h=3×0.4m=1.2m，拉力做的總功為：W總=Fs=3N×1.2m=3.6J；(2)額外功W額=W總-W有用=3.6J-2.4J=1.2J；(3)滑輪組機械效率為：η=W有用/W總×100％=2.4J/3.6J×100%≈66.7%。2.機械效率總是一定的嗎？按圖所示的方式組裝好滑輪組,并使用該滑輪組分別將甲、乙兩組鉤碼提起，再將兩次實驗所測算的數據填寫在下面的表中，進而比較兩次測算的機械效率是否相等。實驗拉力F/N彈簧測力計上升的距離s/m總功W總/J鉤碼重G/N鉤碼上升高度h/m有用功W有/J機械效率ηa

b

(a)(b)分析滑輪組工作中的總功、有用功和額外功,說明額外功產生的原因。實驗中,能直接測量出額外功嗎?為什么？實驗中需要測量哪些物理量?拉力所做的功是總功,提升鉤碼所做的功是有用功,克服動滑輪的重力和繩子與滑輪間摩擦所做的功是額外功。不能，由于繩子和滑輪間存在摩擦,額外功不能直接測量,只能先測量總功和有用功,再計算額外功。對重物做的功是有用功,所以要測量物重和物體上升的高度；彈簧測力計對物體的拉力所做的功是總功,所以要測量拉力和在拉力方向上移動的距離。實驗中,如果不測量物體上升的高度和繩端移動的距離,能計算出滑輪組的機械效率嗎?兩次測算的機械效率相等嗎?若不相等,你能說出其原因嗎?如果甲用輕質塑料滑輪提重物,乙用鐵質滑輪提同一重物,你認為哪一個機械效率高?由于繩子自由端移動的距離s和鉤碼上升的高度h存在如下關系：s=nh,所以只要知道滑輪組中承擔重物的繩子股數n就可以計算出機械效率。將鉤碼提升相同的高度,乙掛2個鉤碼,乙所做的有用功比甲多;由于使用的是同一滑輪組,甲、乙所做的額外功相同,故乙的有用功在總功中所占的比例大,機械效率高。提升同一重物至相同高度,兩者所做的有用功相同,但鐵質滑輪的重力大,克服重力所做的額外功多，所以甲所做的有用功在總功中所占的比例大,機械效率高。影響滑輪組機械效率的因素有哪些?如何提高機械效率呢?有沒有一種簡單機械只做有用功,不做額外功?同一個滑輪組,提升的重物越重,機械效率越高；不同的動滑輪,提升相同的重物至同一高度,動滑輪自重越小,機械效率越高；機械自身摩擦越小,機械效率越高。在安全許可的情況下,盡可能增加物重；改進機械結構,使它更輕巧；對機械進行保養,保持良好的潤滑度,減小摩擦。所有機械都得克服自身的重力和摩擦做功,所以任何機械都要對外做額外功。跟蹤訓練1.正確理解物理概念是學好物理的關鍵。關于功、功率和機械效率，下列說法正確的是（）A．功率大的機械，做功一定快B．做功多的機械，功率一定大C．做功快的機械，機械效率一定高D．通過改進機械的性能可以使機械效率達到100%2.如圖，用滑輪組豎直向上提升重物，不計繩重和摩擦，能提高滑輪組機械效率的是（）A．減小提升重物上升的高度B．減小被提升重