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1、第三节功率教案（人教版初三）(3)【学习目标】1了解有用功、额外功、总功的概念；2明白得机械效率的公式，会做简单的运算；3探究测定几种简单机械的机械效率，能测定某种简单机械的机械效率，形成研究咨询题的方法；4通过实验探究，养成与同学合作交流的意识以及创新意识【基础知识精讲】在日常生活中， 会显现专门多对物体做功的情形， 尽管达到了相同的目的， 但做功的过程有时是不相同的 事实上不仅是采纳的形式不同， 里面还有专门多东西是有差不的， 学过了今天的知识，你就会明白了1有用功、额外功和总功 1定义从字面上明白得，有用功额外功总功的意思分不是：和总共做的功，是如此吗？我们举个例子来分析一下假如让你把重
2、100 N 的砂子运上三楼，你会想到哪些方法？如图 14-13 所示，你能够采取图中甲、乙、丙所表现的三种方法有用的功， 额外的功甲乙丙图14-13甲是将砂子装入桶中，由人提桶上三楼，达到运送目的在此过程中， 你做了哪些功？有对砂子做的功、有对桶做的功和对你自己做的功乙是将砂子装入桶中，在三楼安装一个动滑轮，人站在三楼上， 用动滑轮将装砂的桶提上三楼在那个方法中， 你做了哪些功？有对砂子做的功、有对桶做的功和对动滑轮做的功丙中是将砂子放入袋子中，同样用动滑轮将袋子提到三楼在这种方法中， 你做了哪些功？有对砂子做的功，有对袋子做的功和对动滑轮做的功分析完了，我们将甲、乙、丙三种方法做的功进行比较
3、：甲： W砂 、 W桶 、W人乙： W砂、 W桶 、W动丙： W砂 、 W袋 、 W动在上表中不难看出，三种方法中都对砂子做了功，而且也只有这一项功是三种方法都做了的，事实上这也是我们所需要完成的任务如此做的功叫有用功除W砂 之外，每种方法中还有 W桶 、 W人、W动 、 W袋 ，但每种都不完全相同，这与我们采纳的方法有关系，这些差不多上为完成目的不得不额外做的功讲到那个地点， 你可能有疑咨询：能不能不显现这些额外做的功？那么， 你能想出不用额外做功，直截了当将砂子弄上三楼的方法吗？没有吧，如此的方法是不存在的，或者讲不论用什么方法达到目的，都会不得不额外做些我们将这些额外负担所不得不做的功叫
4、额外功每做一次功时，有用功与额外功之和确实是总功依照上述定义，我们将图14-13 的甲、乙、丙三种方法中做的功分列成：甲： W有用 =W砂W额外 =W桶 +W人W总=W砂+W桶+W人乙： W有用 =W砂W额外 =W桶 +W动W总=W砂+W桶+W动丙： W有用 =W砂W额外 =W袋 +W动W总=W砂+W袋+W动再来看个例子： 起重机假如由电动机带动，总功在数量上就等于实际消耗的能，有用功只是起重机将物体抬高时所做的功，而那些克服摩擦所消耗的能就属于额外功了你能再举出一个例子，讲明哪些是有用功，哪些是额外功吗？自己试一试 2三者的关系由上述定义，我们能够看出有用功、额外功和总功三者的关系为：W总=
5、W有用 +W额外即总功等于有用功和额外功之和而额外功是不得不做的功因此， 以下关系也总是成立： W总 W有用这两个关系是纯粹的数学关系，专门好明白得2机械效率在实际做功的过程中， 尽管不得不做一些额外功， 但我们总是期望额外功能小一些， 能够减小不必要的能量的损耗 如此一来， 有用功在总功中占的比例就会大些 为了表示那个比例，物理学中引入了机械效率那个物理量 1定义和定义式机械效率被定义为：有用功与总功的比值，用希腊字母表示依照定义写出公式：= W有用W总 2讲明关于机械效率，在此我要做两点讲明：一是在实际运算中，机械效率通常被表示为一个百分数；二是由于 W总 W有用 ，因此W有用1，因此机械
6、效率必定小于 100%假如有人告诉你某W总机器： 大于 1 或大于 100%，那确信是错误的 3简单运算将功的运算公式与机械效率的运算关系相结合，我们来做一个例题：例：起重机把质量为0. 6 t的重物提升了3 m，而它的电动机所做的功是3. 4 104 J ，起重机的机械效率是多少？解：起重机提升重物所做的功为有用功，因此：W有用 =Fh=()= mgh=0. 6 () kg () 3 m =1 . 8 104 J总 =3. 4 104JW因此 =()=1.810 4 J =()3.410 4 J运算时要注意结果为百分数 4斜面的机械效率在那个地点，我们来探究一下斜面的机械效率在阻碍机械效率的
7、许多因素中， 摩擦是一个重要因素例如， 把物体拉上斜面时， 就要克服物体与斜面之间的摩擦力而做额外功， 那个地点我们要研究的是： 光滑程度一样的斜面，当它的倾斜程度不同时，斜面的机械效率是否相同如图 14-14 所示，找一条长木板，一端垫高，成为一个斜面我们的目的是把物体抬到高度为 h 的位置因此，我们不管采用什么方法，都要达到那个目的，所以我们所做的有用功确实是相当于直截了当把重力为 G的物体抬高h 时所做的功，因此 W有用 =Gh图 14-14为了省力， 我们往往不把重物竖直提升， 而是采纳一些省力的机械，斜面确实是省力机械，因此，我们把重物放在斜面上，用力F 将它拉到斜面顶部，假如斜面长
8、为s，那么在此过程中做的总功为 W总 =Fs由此分析可见，在实验过程中明白了、 、s的大小，才能运算出有用和总，才G hFWW能运算出机械效率把小车放在斜面上， 用弹簧秤拉着小车在斜面上匀速上升，注意要让小车保持匀速直线运动，读出这时拉力F 的大小，当小车达到高度h 时停止，用刻度尺测出小车移动的距离s和小车被抬高的高度h，用弹簧秤测出小车的重力G，记录到下面的表格中改变木板的倾斜程度，再测量两次斜面的机械效率斜面的小车重量斜面高度沿斜面拉斜面长有用功总功 W 总机械效倾斜度G( N )h( m)力 ( F)( m)W 有 (J)( J)率在进行探究实验之前， 你猜想一下： 斜面能省力多少与斜
9、面的倾斜程度有什么关系？斜面的机械效率与它的倾斜程度有什么关系？完成探究后再看，你起初的猜想是否正确【学习方法指导】求机械效率的方法求简单机械的机械效率是日常生活、生产中常遇到的咨询题先来看两道例题：例 1：一斜面长 5 m，高 2 m，用 500 N 的力沿斜面将重为 1000 N 的物体推上去，求它的机械效率解：在此过程中总功为推力做的功：W总 =F s=500 N 5 m=2500 J有用功为将物体抬到斜面顶部的功：W有用 =F s=Gh=1000 N 2 m=2000 J那么机械效率为： =W有用 = 2000 =80%W总 2500例 2：如图 14-15 滑轮组，被提起的是质量20
10、0 g 的物体，对绳子自由端的实际拉力是0. 8 N ，当物体升高 0. 2 m 时，求滑轮组的机械效率解：有用功为W有用 =F s=G h=mgh=0. 2 kg 10 N/kg 0. 2 m=0. 4 J动滑轮由 3 股绳子承担，因此s=nh=3 0. 2 m=0. 6 m那么总功为W总 =Fs=0. 8 N 0. 6 m=0. 48 J图 14-15 =W有用 = 0.4 =83. 3%W总0.48在这两道例题中，我们不难看出， 当机械用于提高物体时，有用功为不用机械而直截了当将物体匀速提高做的功，即有用功为W有用 =Gh，而总功为拉力大小与物体在拉力方向移动的距离，即W总 =Fs在滑轮
11、组的机械效率中，s=nh n为共同承担动滑轮的绳子股数，但由于考虑摩擦和滑轮的重力，F G，这一点你应该注意n通过上述分析，我们能够得出运算简单机械的机械效率公式为=W有用=GhW总Fs你学会了吗？能够用这种方法做两道题试试【知识拓展】机械效益使用机械的最终目的之一是省力 就一样而言， 不同的机械省力的情形不同 为了比较各种不同机械的省力程度， 物理上还引入了一个机械效益的概念 机械效益定义为机械产生的对外作用力 P跟外界施于机械的力 F之比，假设以 A 表示机械效益那么：A= PF关于杠杆， A 确实是动力和阻力之比；关于轮轴，在不考虑摩擦情形下，A 等于轮半径和轴半径之比；关于斜面，在忽略
12、摩擦的情形下，A 等于斜面的长和高之比依照定义，机械效益是由实际测得的机械对外作用力有用阻力和外界施于机械的力动力的大小所决定的同样克服一个有用阻力，有时因为机械润滑得好，无用阻力就小，需要的动力也就小因此，机械效益就大，反之，机械效益就小新机械的机械效益往往比旧机械的机械效益大些机械效益又称机械利益， 有时亦称力比 概括地讲， 机械效益是一个描述机械省力程度的物理量机械效率与机械效益的联系和区不：机械效率与机械效益是两个比较类同的概念，使用时稍不留心就要混淆通过以上分析，我们能够得出以下两点： 1机械效率是描写机械做功本领程度的一个物理量，它研究机械做功情形时引出；机械效益是描述机械省力程度
13、的一个物理量，它研究机械省力情形时引出 2机械效率与机械效益差不多上一个无单位的纯数，机械效率 总是小于 1，而机械效益 A 能够小于 1，也能够等于 1 或大于 1【咨询题点拨】1起重机做的有用功是W有用 =Gh=3600 N 4 m=14400 J总功为有用功和额外功之和W总 =W有用 +W额外 =14400 J+9600 J=24000 J其机械效率为 =W有用 = 14400 =60%W总24000起重机提升装物资用的容器所做的功、各部件之间的摩擦做功等差不多上额外功2略3提高机械效率的要紧方法是：改进机械的结构，例如提水时用容积较大而重量较轻的水桶，按规程进行保养、合理使用以减小摩擦