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第五节机械效率,【新课导思】如图是将沙子从一楼运往三楼的三种方式,若让你选择,你会选择哪种?当提升相同的重物时,拉力做功是否相同呢?,【目标导学】1.会结合实例分析所做的有用功、额外功和总功。2.知道机械效率的意义,知道机械效率是小于1的。,3.会利用机械效率的公式进行简单的计算。4.通过实验了解影响滑轮组机械效率高低的因素。,【自主预习】1.总功、额外功、有用功:(以用动滑轮匀速提升钩码为例)(1)总功:_所做的功,即W总。如拉力做的功。,动力,(2)额外功:对我们_的功,即W额外。如克服滑轮的重力和滑轮转动时的摩擦阻力做的功。(3)有用功:对我们_的功,即W有。如克服钩码重力做的功。(4)三者关系:_。,无用的、但又不得不做,有用,W总=W有+W额外,2.机械效率:(1)定义:有用功和总功的_。(2)公式:_。,比值,(3)大小:任何机械的机械效率总小于1。(4)影响因素:提升物体_和减少_。,重力,动滑轮的重力,知识点一有用功、额外功和总功【做一做】如图甲所示,用弹簧测力计将钩码缓慢地提升一定高度。如图乙所示,换用动滑轮将钩码缓慢地提升相同的高度,分别计算拉力所做的功。,1.使用动滑轮提升钩码比直接用弹簧测力计提升钩码做功_(选填“多”或“少”),原因是_。,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:多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及摩擦力等做功。,2.根据图乙所示提升钩码,分析有用功、额外功和总功。(1)提升钩码做的功是对我们_的功,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,对我们有用的功是提升钩码所做的功,即有用功W有=Gh;如果绳重和摩擦忽略不计,则克服动滑轮重做的功是不得不做的功,即额外功W额=G动h;使用机械做的功为总功W总=Fs。,参考答案:(1)有用有用功Gh(2)额外功(3)总功FsW总=W有+W额,【示范题1】(1)在打扫卫生的时候,小明将一桶水从一楼提到二楼。则小明对水做的功是_功,对桶做的功是_功。(2)利用某机械工作时,动力做的功是400J,其中额外功是100J,则动力做的有用功是_J。,【精讲精析】(1)小明目的是提水,对水做的功为有用功;对桶做的功为额外功。(2)动力做的功为总功,则动力做的有用功W有用=W总-W额=400J-100J=300J。答案:(1)有用额外(2)300,【微点拨】(1)有用功和总功的区别:有用功相当于不用机械而直接用手对物体做的功,总功是利用机械做的功。,(2)一般情况下,使用动滑轮或滑轮组在竖直方向上匀速提升重物时,有用功W有=Gh;使用动滑轮或滑轮组在水平面上匀速移动物体时,有用功W有=f摩s。(3)有用功和额外功并不是绝对的,对一种情况来说是有用功,对另外一种情况来说可能是额外功。,知识点二机械效率1.基本公式:=100%。2.机械效率的计算:(1)竖直匀速提升物体。有用功:W有=Gh。总功:W总=Fs=Fnh。机械效率:=100%=100%。,(2)匀速水平拉动物体。,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(f为摩擦力)。总功:拉力F所做的功,即W总=Fs绳=Fns物。机械效率:=100%=100%。,【示范题2】(南通中考)工人用如图所示装置在10s内将质量为45kg的货物匀速提升2m,此过程中拉力的功率为120W。(g取10N/kg)求:,(1)有用功。(2)滑轮组的机械效率。(3)若工人用此装置匀速提升其他货物,测得拉力大小为300N,额外功占总功的20%,工人提升货物的重。,【精讲精析】(1)货物的重力:G=mg=45kg10N/kg=450N;有用功:W有用=Gh=450N2m=900J。,(2)拉力做的总功:W总=Pt=120W10s=1200J;滑轮组的机械效率:=100%=100%=75%。,(3)由图可知n=3,已知额外功占总功的20%,则此时的机械效率=1-20%=80%;此时的机械效率:=,所以提升物体的重力:G=nF=80%3300N=720N。答案:(1)900J(2)75%(3)720N,【备选例题】(镇江中考)用如图所示的滑轮组将重90N的货物匀速提升1m的过程中,所用拉力F=50N,不计绳重及滑轮与轴之间的摩擦。,(1)求上述过程中的有用功W有;(2)求上述过程中的总功W总;(3)求滑轮组的机械效率。,【精讲精析】解答本题要掌握以下概念:有用功、总功、机械效率。(1)根据公式W有=Gh,得W有=Gh=90N1m=90J(2)根据公式W总=Fs=50N21m=100J(3)根据公式=100%=100%=90%答案:(1)90J(2)100J(3)90%,知识点三测滑轮组的机械效率1.实验原理:_。参考答案:=100%,2.实验设计与进行实验: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,3.实验数据:,(1)W有=_,W总=_。(用字母表示)(2)在空白表格中分别填写相应的数据。(3)分析实验数据得出:同一组滑轮组提升的重物_,滑轮组的机械效率越_。,参考答案:(1)GhFs(2)提示:W有1=G1h1=2N0.1m=0.2JW总1=F1s1=0.9N0.3m=0.27JW有2=G2h2=4N0.1m=0.4JW总2=F2s2=1.6N0.3m=0.48JW有3=G3h3=6N0.1m=0.6JW总3=F3s3=2.3N0.3m=0.69J,则利用机械效率的公式1=74.1%2=83.3%3=87.0%。,参考答案:第1次:0.20.2774.1第2次:0.40.4883.3第3次:0.60.6987.0,(3)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:越重高,4.交流讨论:(1)能否直接测量滑轮组的额外功?参考答案:不能,克服绳重、动滑轮的重力及摩擦力所做的功都是额外功,这些额外功很难直接测量。,(2)如果没有刻度尺,能否测出滑轮组的机械效率?如何测?,参考答案:能,对于已经组装好的滑轮组,s=nh,则机械效率=100%=100%=100%=100%因此只要查出绳子的段数,即可算出滑轮组的机械效率,无需测量h和s的大小。,(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=100%=100%=100%,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。,【知识拓展】三种机械效率的计算,【示范题3】(齐齐哈尔中考)某小组在“测滑轮组机械效率的实验”中得到的数据如表所示,实验装置如图所示。,(1)实验中应沿竖直方向_缓慢拉动弹簧测力计。(2)小组同学发现实验过程中边拉动边读数,弹簧测力计示数不稳定,应该静止读数,你认为他们的想法_(选填“正确”或“不正确”),因为他们没有考虑到_对滑轮组机械效率的影响。,(3)用丁图装置进行实验,得出表中第4次实验数据,请将表中的两个数据填写完整。(4)通过比较_两次实验数据得出结论:使用同一滑轮组提升同一重物时,滑轮组的机械效率与绳子段数无关。(填实验次数的序号),(5)通过比较_两次实验数据得出结论:同一滑轮组提升重物时,物重越大,滑轮组的机械效率越高。(填实验次数的序号)(6)通过比较3、4两次实验数据可得出结论:_。,【精讲精析】本题考查滑轮组机械效率的测量实验。(1)实验中应沿竖直方向匀速缓慢拉动弹簧测力计,这样测力计示数才等于拉力大小。,(2)在弹簧测力计静止时读出的数据,由于不会克服轮与轴、绳与轮之间的摩擦,所以测力计示数偏小,他们的想法是不正确的。,(3)丁图中,绳子的有效段数为n=4,绳端移动距离s=nh=40.1m=0.4m,滑轮组的机械效率:=100%=100%=100%=80%。,(4)绳端移动距离与物体升高的高度的关系为s=nh,所以,结合表中数据可知实验1、2、3中绳子的有效段数分别为2、3、3;,再结合钩码的重力可知,实验1、2、3分别是用甲、乙、丙装置做的实验,根据控制变量法,研究同一滑轮组的机械效率与绳子段数的关系时,要控制提升物体的重力相同、滑轮个数也相同,只改变绳子的有效段数,所以应比较1、2两次实验数据;,通过比较1、2两次实验数据得出结论:使用同一滑轮组提升同一重物时,滑轮组的机械效率与绳子段数无关。,(5)研究同一滑轮组提升重物时,机械效率与物重的关系时,要控制滑轮个数相同、绳子的段数相同,只改变物体的重力,故通过比较2、3两次实验数据得出结论:同一滑轮组提升重物时,物重越大,滑轮组的机械效率越高。,(6)通过比较3、4两次实验数据,即对应的图丙、图丁两装置,滑轮组不同,提升的重物相同,动滑轮越重机械效率越小,故可得出结论:不同滑轮组提升相同重物时,动滑轮越轻,滑轮组的机械效率越高。(不同滑轮组提升相同重物时,动滑轮越重,滑轮组的机械效率越低),答案:(1)匀速(2)不正确摩擦(3)0.480%(4)1、2(5)2、3(6)不同滑轮组提升相同重物时,动滑轮越轻,滑轮组的机械效率越高(或不同滑轮组提升相同重物时,动滑轮越重,滑轮组的机械效率越低),【备选例题】(聊城中考)在“测量滑轮组的机械效率”实验中,小丽用如图所示的同一滑轮组提升不同钩码的方法,分别做了甲、乙、丙3次实验,实验数据记录如表所示:,(1)实验中要竖直向上_拉动弹簧测力计,使钩码升高。(2)表格中编号处数据应为_,编号处数据应为_。(3)分析实验数据可以得出如下结论:同一滑轮组的机械效率主要与_有关。,(4)若将此滑轮组换一种绕绳方法,不计摩擦及绳重,提升相同的物体时,滑轮组的机械效率_(选填“变大”“变小”或“不变”)。,【精讲精析】本题考查了探究滑轮组的机械效率。(1)实验中要竖直向上匀速缓慢拉动弹簧测力计,否则弹簧测力计因指针不稳而无法读数。(2)由图可知,弹簧测力计上每个小格表示0.2A,根据指针位置可读出示数为2.4N。第3次实验的有用功W有=Gh=6N0.05m=0.3J,总,功W总=Fs=2.4N0.15m=0.36J,所以机械效率为=100%=100%83.3%。(3)比较同一滑轮组的3次实验数据可发现,重物越重,滑轮组的机械效率越高。(4)在不计摩擦和绳重时,滑轮组的额外功只来自于动滑轮的重力。改变滑轮组的绕绳方式不会改变额外功的的大小,所以提升相同的物体时,滑轮组的机械效率不变。,答案:(1)缓慢(匀速)(2)2.483.3%(3)所提物体受到的重力(4)不变,
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