（整理版）初二物理提高机械的效率科技.doc

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1、初二初二物理物理提高机械的效率提高机械的效率科技版科技版【本讲教育信息本讲教育信息】一. 教学内容： 提高机械的效率 根本要求： 1. 理解机械效率。 2. 在实验探究过程中，要提高我们设计实验、收集实验数据、从实验中归纳科学规律等能力。 3. 在思想教育方面，要求我们要尊重实验事实，树立学好机械效率的自信心。二. 重点、难点 重点内容：对机械效率的理解。 难点内容：有关机械效率的实际问题。主要内容讲解： 1. 机械效率的引入 在上周的课中，我们曾讲过“功的引入，照以下图那样，利用杠杆提起砝码。将砝码重 G、计算得出动力手的拉力 F根据杠杆原理 ，以及测出的砝码升高的距离 h 和手移动的距离

2、S，填入下表，算出直接用手将砝码提高 h 所做的功 W1Gh 和使用杠杆把它提高 h 所做的功 W2FS。 再照上图那样利用动滑轮提起砝码，将砝码重 G、计算得出动力手的拉力 F根据动滑轮省一半力 ，以及测出的砝码升高的距离 h 和手移动的距离 S，也填入表中，算出直接用手将砝码提高 h 所做的功 W1Gh 和使用动滑轮把它提高 h 所做的功 W2FS。将实验数据及计算结果填入表中。比拟上述两个实验的数据，我们发现：使用任何机械都不省功。这个结论叫做功的原理。砝码重 砝码提升高度 直接用手所做的功 动力 手移动的距离 使用机械所做的功 G/N h/m W1/J F/N S/m W2/J 杠杆

3、动滑轮 而如果我们实际操作这个实验，也就是动力由我们去实际测量，而不由计算得出。这样我们会发现实际所用的动力都要比计算出的动力要大，动力所做的功比不用机械而直接用手所做的功要多。这是为什么呢？原来机械本身有重力，而且有许多地方存在摩擦，所以必定要使实际用力比计算的力要大，从而导致动力所做的功比不用机械而直接用手所做的功机械对物体所做的功要多，浪费了一些功。这并不违反功的原理，因为功的原理是说使用机械不省功，当然可能是费功了。我们不测量而是计算动力、动力所做的功时，是将机械看成了理想的机械。所谓理想机械就是机械自身重可以忽略不计，且各处光滑均无摩擦的机械。而事实是我们所使用的机械都不是理想机械，

4、必定要费功，而我们总是希望完成一件任务，费的功越少越好了。 从另外一个角度来说，我们使用简单机械，实际是人对机械做功，而在这个过程中，机械再对物体做功。这就像一个输入和输出的过程，在这个过程，输出的功总是少于输入功，或者说功在这个输入和输出的过程中有损失。这是不可防止的。所以人们想尽一切方法减少这种输入输出过程中的损失。而不同的机械在做功的过程中对功的损失程度是不同的，所以对功的损失程度也反映了机械性能的好坏。 2. 三种功 要把重 100N 的沙子运上三楼，以下图中画了三种方法，哪种方法更好呢？要比拟三种方法的优劣，这就要知道我们要完成一个什么样的任务，完成这样一个任务后，我们最少要做多少功

5、；最后我们是怎样来完成这个任务的，一共做了多少功。只有这样我们才能比拟三种方法的优劣。 我们的目的是运沙子上楼，所以把重 100N 的沙子提高 6m 是我们必定要完成的，那把重 100N 的沙子提高 6m 所做的功是我们完成这个任务所必不可少的，在物理学中将完成一项任务所必不可少的功叫做有用功，用“W有来表示，这是在上题中无论采取哪种运法都必须做的功。有用功实际就是不用任何机械，人直接用手完成它所做的功；或者是机械对物体所做的功。图中的有用功是 W有Gh600J。 沙子要装在桶里或口袋里，桶或口袋要由人或动滑轮提到楼上，所以要完成运沙子的有用功，还不得不做功把桶或口袋、人或动滑轮提高 6m，这

6、局部并非我们需要但又不得不做的功在物理学中称之为额外功，用“W额来表示。这局部功主要来自于机械自身的重力、摩擦等因素。图中三种方法的额外功分别是 2520J、180J、90J。 而在完成这个任务时，人所总共要做的功叫做动力功，也叫总功，用“W总来表示。总功实际就是人对机械所做的功。所以总功必定等于有用功与额外功之和。 要求同学们能根据不同的情况分析哪些是有用功，哪些是额外功。例如：用水桶从井中提水的时候，人克服水的重力所做的功就是有用功，而克服水桶和绳子的重力所做的功就是额外功；如果桶掉到井里，从井里捞桶的时候，捞上的桶里带了一些水，这种情况下对水桶所做的功就是有用功，而对水和绳子所做的功就是

7、额外功。 3. 机械效率 任何机械本身都受到重力作用，相对运动的零件间又存在摩擦，所以使用任何机械，除了做有用功外，都不可防止地要做额外功。但是我们总想完成相同的任务时尽量少的做额外功，或者说尽量少的做总功，但总功的数量不可能比有用功还少，如果是那样的话就不可能完成任务。性能好的机械将人所做的总功转化为有用功的比例较大，性能差的机械对总功的转化比例较小。总功转化成有用功的比率反映了机械性能的好坏。为了描述机械性能的好坏在物理学中引入了机械效率这个物理量。 如果人对甲机械所做的总功为 100J，而它转化成的有用功是 60J，那么这台机械对功的转化效率就是 60%；乙机械所做的总功也是 100J，

8、而它转化成的有用功是 50J，这台机械对功的转化效率就是 50%。由此看来，甲机械的性能比乙机械的性能要好。看来功的转化效率就能反映机械性能的好坏。这种转化效率在物理学上称之为机械效率。从上面的例子中我们看出有用功跟总功的比值叫机械效率。 如果用 W总表示总功，W有用表示有用功， 表示机械效率，那么 WW有用总 有用功总小于总功，所以机械效率总小于 1。机械效率通常用百分数表示。 例如：总功是 500J，有用功是 400J，机械效率就是。4005000880%JJ. 起重机的机械效率是 4050，滑轮组的机械效率是 5070，抽水机的机械效率是 6080。 提高机械效率，更充分地发挥机械设备的

9、作用，有重要的经济意义提高机械效率的主要方法是改良结构，使它更合理、更轻巧。在使用中按照技术规程经常保养，定时润滑，使机械处于良好的运转状态，对于保持和提高机械效率也有重要作用。 现代社会是讲效率的社会，时时、事事、处处都要求高效率，以尽可能少的消耗，取得尽可能多的效益 “优胜劣汰的“优中，高效率是个重要内容。 另外：WWPtPtPP有用总有用总有用总 4. 实验探究：滑轮组的机械效率 在测定滑轮组的机械效率之前，我们先来猜想一下滑轮组的机械效率是不是变化的？要是变化，可能与哪些因素有关系呢？当然同学们的猜想可能是各种各样的，究竟谁说得对，当然要靠实验来说明了。 我们先来研究一下滑轮组的机械效

10、率与所挂的重物的重量有无关系。那我们就要组装一套滑轮组，先后挂不同质量的物体，分别测出它的机械效率，然后比拟，得出结论。 要测滑轮组的机械效率，怎样才能知道机械效率呢？通过刚刚讲过的机械效率的定义及公式，我们只要测量并计算出 W有用和 W总就可以测出滑轮组的机械效率了。WW有用总而有用功就是机械对物体所做的功，也就是滑轮组克服钩码的重力所做的功，所以要想测量并计算出有用功，就要测出钩码的重力 G 和钩码被提升的高度 h，由公式 W有用Gh 就计算出了有用功；而总功就是人所总共做的功，也就是人对滑轮组所做的功，显然如果能测量出加在绳子自由端的拉力 F 和绳子自由端移动的距离 S，由公式 W总FS

11、 就计算出了总功。 我们有了测滑轮组机械效率的原理和思路之后，我们就要考虑要哪些器材了。除了组装滑轮组所必不可少的器材如铁架台，动定滑轮、细绳线 、钩码之外，还要有测拉力的弹簧测力计和测高度与距离的刻度尺。 实验时应注意： 1钩码的重由钩码的质量计算及由 Gmg 算出。 2匀速拉动弹簧秤使钩码 G 升高。注意“匀速拉动。向上拉弹簧秤时，要竖直向上，不要斜向上拉，否那么弹簧秤的读数要增大。 3钩码上升的高度h ，可用竖直放置在钩码旁的刻度尺读出。 4细绳自由端通过的距离S的测定，事先在细绳与动滑轮或定滑轮相切处用色笔在细绳上做个记号，再拉弹簧秤，用滑轮组提升重物。用刻度尺量出钩码上升的高度后，再

12、量细绳色点到与动滑轮或定滑轮相切处的距离，就是细绳自由端通过的距离S 。 测出具体的数据后，将数据填入自己设计的表格中，计算出有用功和总功及机械效率。通过具体的测量，我们发现滑轮组的机械效率不是固定不变的，同一滑轮组，所挂的重物越重，其机械效率越高。这是为什么呢？因为所挂重物越重，机械提升重物时所做的有用功越多，但是由于所挂重物的增加使其摩擦力也增大而导致其额外功的增加是很小的，因此滑轮组所挂重物越重，其有用功占总功的比率就越大，所以机械效率就高。 接下来我们来研究，用不同的滑轮组提升同一物体时，机械效率与什么有关呢？当然我们也可以通过上面的方法来测量。 在测定滑轮组的机械效率的实验中，如果不

13、用刻度尺测量钩码和弹簧测力计挂钩即动力作用点移动的距离，能不能算出机械效率？答案当然是能，因为只要知道重物是由n 段绳子承当的，动力作用点通过的距离 S 一定是重物升高距离的 n 倍，即 Snh不考虑绳子本身的伸长 ，那么机械效率。例用这个公式，可以较为简单的解决机械效GnF率的计算问题。【典型例题典型例题】 例 1. 重 2540 牛的货物。如图 1 所示，滑轮组把它提升米。假设不考虑摩擦，也不考虑滑轮和绳子的物重，那么： 1绳端拉力 F 是多少牛？ 2绳端移动的距离是多少米？ 3假设考虑摩擦、滑轮和绳子的物重，须在绳端施力 800 牛，滑轮组的机械效率是多少？ 分析：分析：使用滑轮组时，重

14、物 G 由 n 段绳子承当，提起重物 G 所用的力 F 就是重物 G的 n 分之一；由于重物 G 是由 n 段绳子承当，当重物升高 h 米时，绳末端移动的距离Snh 米；假设考虑摩擦、滑轮和绳子的物重，滑轮组的机械效率等于有用功和总功的比值。 解答：解答：1绳端拉力为： FGn25404635牛牛 2绳端移动的距离为 Snh4米米 3滑轮组的机械效率为： WWGhFSGhFnhGnf有总牛牛2540480079% 说明：说明：如何判断有用功、额外功、总功，是解机械效率有关问题的关键，解题时可以用机械做功的目的来分析。但凡用机械来升高物体的，使物体升高所做的功为有用功；且有 W有Gh，即有用功等

15、于被升高的物体的重力与其提升高度的乘积。但凡动力做的功就是总功；且有 W总FS，它等于力与机械在动力作用下移动的距离的乘积。而用来克服摩擦和机械自身重力所做的功为额外功。W额W总W有。 例 2. 如图 2 所示，物体重为 15000 牛顿，物体与水平地面的滑动摩擦力为物体重的倍，滑轮组的机械效率为 80%，求物体向左匀速运动时绳的自由端的拉力是多大？ 分析：分析：此题我们可以用机械效率的公式来解决，但不知道物体移动的距离就无法表示出有用功和总功，因此我们可以把它当作参变量引入，以帮助我们解题。 解答：解答：设物体向左移动的距离为 S，直接拉物体向左移动的力的大小等于物体所受的摩擦力，那么： W

16、有用 W总F3S WWGSFS有用总023. 所以FG0230215000380%1250.()牛 即绳子的自由端的拉力为 1250 牛顿。 说明：说明：有些物理习题常常因缺少条件而感到困惑。其实这类习题不一定真缺少条件，只要掌握一定的技巧，问题就会迎刃而解，引入参变量就是常用的一种方法。 例 3. 在测定滑轮组的机械效率时，用同一个滑轮组，第一次挂上一个钩码，第二次挂上两个钩码。假定每个钩码的质量为 m，动滑轮的质量为 M，不计摩擦阻力，试比拟将钩码匀速提起相同高度 h 时两次测得的机械效率。 分析：分析：此题综合功的原理和机械效率、重力等知识来进行计算，可利用公式 W有用/W总，在不知动力

17、 F 与动力作用点通过的距离 S 的情况下，似无法确定机械效率。但不妨简化一下来考虑，在不计摩擦力的情况下，W额外可认为就是提起动滑轮所做的功，W总W有用W额外。 解法：解法： 1mghmghMgh/ () 222mghmghMgh/ () 整理得： 111mmMMm/ ()/ () 222112mmMMm/ ()/ () 显然，MmMm2 12 说明：说明：以上结果说明对于同一个滑轮组，它的机械效率并不是一个常数。一般说来，对于同一个滑轮组，提升较重的物体时机械效率较高，因为这时额外功改变不大，但有用功增大了。 将机械效率的定义式 W有用/W总变形为 W有用/W有用W额外 1/1+W额外/W

18、有用 ， 当 W有用增大时，W额外/W有用减小，因而机械效率 增大了。【模拟试题模拟试题】答题时间：20 分钟一. 填充题 1. 使用滑轮组提起 20 牛的重物，使它上升米，作用在绳子自由端的拉力为 8 牛，拉力的作用点上升了米，拉力对滑轮所做的功为_焦，这个功叫_功。滑轮克服物体重力所做的功为_焦，这个功叫_功。用来克服滑轮重力和摩擦力所做的功是_焦，这个功叫_功，这个滑轮组的机械效率是_。 2. 使用任何机械都要做额外功，额外功只能_，不能_，所以机械效率总是_。 3. 要提高机械效率，关键在于减小_功。我们可以用_或_减小摩擦，还可以通过简化_结构，_机械自重等方法，来提高机械效率。 4

19、. 如果用某个理想的简单机械做功，人对机械做了 300 焦的功，根据功的原理，机械对外所做的功为_焦。如果这个机械是实际机械，它的效率为 80%，那么此时它对外所做的功为 300 焦，人对机械所做的功为_焦。二. 选择题 l. 关于机械效率,以下说法中正确的选项是 A. 做功越多机械效率越高 B. 实际生产中使用机械比不使用机械做功的效率高 C. 使用机械做功时，如不考虑机械本身重力及所引起的摩擦，那么，机械的效率是百分之百 D. 有用功与总功的比值越大，机械效率越小。 2. 某机器的机械效率的大小，正确的可能是 %B. 82%C. 100%D. 120% 3. 某人用手将一物体竖直举高 3

20、米和用机械效率为 80的动滑轮将它升高 3 米，比拟这两种情况下人所做的功，用动滑轮使物体上升做的功多，用手竖直举高物体做的功多 A. 用动滑轮使物体上升做的功多 B. 用手竖直举高物体做的功多 C. 两种情况做的功一样多 D. 无法比拟 4. 使用机械效率高的机械，一定 A. 省距离B. 省时间C. 省力D. 省功 5. 甲机器的机械效率是 65，乙机器的机械效率是 80，那么以下说法中正确的选项是 A. 甲机器一定比乙机器省力 B. 甲机器一定比乙机器省距离 C. 甲机器做的有用功一定比乙机器多 D. 以上说法都不对三. 计算题 如下图，某人用 F28 牛的力提起重物，滑轮组的机械效率是 70，求物体的质量。【试题答案试题答案】一. 填空题 ，总，8，有用， ，额外，83.3% 2. 减小，防止，小于 1 3. 额外，滚动摩擦代替滑动摩擦，加注润滑剂，机械，减少 4. 300 375二. 选择题 1. C2. B3. A4. D5. D三. 计算题 4 千克