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第12章
第3節(jié)
機械效率
人教版
·
物理
·
八年級（下）
學(xué)習(xí)目標(biāo)-新知導(dǎo)入-新知探究-課堂小結(jié)-課堂達(dá)標(biāo)
學(xué)習(xí)目標(biāo)
1.結(jié)合實例，知道什么是有用功、額外功和總功；
2.掌握機械效率的含義，知道機械效率是小于1的，能利用機械效率的公式進行簡單的計算；
3.通過實驗了解滑輪組機械效率的高低與物體重力的大小有關(guān)。
【重點】有用功、額外功、總功、機械效率的概念。
【難點】滑輪組的機械效率的影響因素。
新知導(dǎo)入
生活中我們常常會遇到“效率”這個詞，利用機械幫助我們完成某項任務(wù)，也會涉及效率問題，這節(jié)課，我們就來學(xué)習(xí)機械效率。
知識點
有用功和額外功
1
新知探究
不使用機械直接提升物體做的功，
與使用機械提升物體時做的功相同嗎？
新知探究
甲
乙
實驗探究：使用動滑輪是否省功
①如圖甲所示，用彈簧測力計將鉤碼緩慢地提升一定的高度，將數(shù)據(jù)填入表格。
②如圖乙所示，用彈簧測力計和一個動滑輪將同樣的鉤碼緩慢地提升相同的高度，并記錄實驗數(shù)據(jù)。
實驗步驟
新知探究
使用動滑輪是否省功
新知探究
實驗
手的拉力F/N
手移動的距離s/m
鉤碼的重力G/N
鉤碼升高的高度h/m
拉力所做的功W/J
彈簧測力計直接提升鉤碼
2
0.1
2
0.1
通過動滑輪提升鉤碼
1.2
0.2
2
0.1
0.2
0.24
實驗數(shù)據(jù)
新知探究
1.彈簧測力計應(yīng)沿豎直方向勻速向上拉動滑輪或重物。
2.通過動滑輪提升重物時，可以只測h數(shù)值，利用s=nh求出s數(shù)值，此實驗中n=2。
特別提醒！
實驗結(jié)論：實驗結(jié)果表明，雖然在兩次實驗中鉤碼被提升了相同的高度，但使用動滑輪時拉力做的功要多一些。這說明，盡管使用動滑輪會省力，但由于滑輪本身所受的重力以及摩擦等因素的影響，使用動滑輪我們要多做功。
新知探究
（1）有用功（W有）
：為了達(dá)到工作目的，必須要做的功。
克服物體重力所做的功就是有用功。
W有=Gh
G：物體的重力
h：物體提升的高度
有用功、額外功、總功
新知探究
（2）額外功（W額）：對人們沒有用但不得不做的功。
（3）總功（W總）：利用機械做功時，對機械所做的功叫做總功。
W總=W有+W額
總功、有用功、額外功的單位都是焦（J）
新知探究
利用杠桿和斜面做功
新知探究
典例1
如圖所示，一人用100
N的拉力通過滑輪組將重為300N的物體向上提起，繩重和摩擦不計。在拉力的作用下，物體勻速上升了1m，求:
(1)人所做的有用功；(2)人所做的總功；(3)人所做的額外功。
解析：
(1)人提起重物(克服重力)所做的功是有用功，
W有=Gh=300
N×1m=300
J；
(2)拉力移動的距離s=4h=4×1m=4m，
人的拉力所做的總功W總=
Fs=100N×4m=400J;
(3)人所做的額外功W額=
W總-W有=400J－300J=100J。
2
新知探究
知識點
機械效率
在保證所做有用功一定的情況下，人們總是希望額外功在總功中所占的比例越少越好。有用功占總功的比例反映了機械的一項性能，在物理學(xué)中用機械效率來表示。
（1）定義：物理學(xué)中，將有用功跟總功的比值叫做機械效率。
W有
h
=
W總
（2）公式：
用η表示
新知探究
W有
h
=
W總
W有
h
=
W有+W額
W總
=
W額
1－
（3）機械效率只有大小，沒有單位。由于有用功總小于總功，所以機械效率總小于1
。機械效率通常用百分?jǐn)?shù)表示。
（4）物理意義
機械效率是標(biāo)志機械做功性能好壞的重要指標(biāo)，機械效率越高，機械的性能越好。
新知探究
典例2
起重機把質(zhì)量為0.5t的重物勻速提升了3m，而它的電動機所做的功是3.4×104J，起重機的機械效率是多少？g取10N/kg。
因此，起重機的機械效率
W有
h
=
W總
=——————
≈0.44=44
%
1.5×104
J
3.4×104J
解：起重機勻速提升重物所用的力與物體所受的
重力大小相等，F(xiàn)=
G=
mg=
0.5×103
kg×10
N/kg
=5×103
N
起重機提升重物所做的功是有用功
W有=
Fh=
5×
103
N×3m=
1.5×104
J
起重機的電動機所做的功是總功，W總=
3.4×104J
新知探究
如果前面例題中用動滑輪提起的物體重為0.6t，那么機械效率還是44%嗎？對一個機械來說，它的機械效率是恒定不變的嗎？
不是，機械效率不是固定不變的，機械效率反映的是機械在一次做功過程中有用功跟總功的比值，同一機械在不同的做功過程中，有用功不同，機械效率也會不同。
下面我們通過測滑輪組的機械效率的實驗來探究一下這個問題。
思考討論
知識點
測量滑輪組的機械效率
3
新知探究
η=
W有
W總
=
——
Gh
Fs
刻度尺、鉤碼、彈簧測力計、滑輪、鐵架臺、長約2m的細(xì)繩。
實驗原理
實驗器材
新知探究
①用彈簧測力計測量鉤碼所受的重力G并填入表格。
②按照圖甲安裝滑輪組，分別記下鉤碼和繩端的位置。
③如圖乙所示，勻速緩慢拉動彈簧測力計，使鉤碼升高，讀出拉力F的值，用刻度尺測出鉤碼上升的高度h和繩端移動的距離s，將這三個量填入表格。
實驗步驟
甲
乙
新知探究
④算出有用功W有、總功W總、機械效率η并填入表格。
⑤改變鉤碼的數(shù)量，重復(fù)上面的實驗。
拉力F/N
繩端移動的距離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η
實驗數(shù)據(jù)記錄表
新知探究
測量滑輪組的機械效率
實驗結(jié)論：用同一滑輪組提升重力不同的物體時，機械效率不同，被提升的物體越重，機械效率越高。
新知探究
思考討論：如果保持鉤碼重力一定，且鉤碼升高相同高度，改變動滑輪重量，動滑輪越重，機械效率怎樣變化？
F
F
物重一定，升高相同高度，則有用功不變，動滑輪越重時，額外功越多，根據(jù)
W有
h
=
W有+W額
可知，機械效率越小。
新知探究
典例3
(2019·綏化中考節(jié)選)如圖是智慧小組“測滑輪組的機械效率”的實驗裝置。測得的實驗數(shù)據(jù)如表所示。
實驗次數(shù)
物重G/N
物體上升高度h/m
拉力F/N
繩端移動距離s/m
機械效率h
1
1
0.1
0.6
0.3
55.6%
2
2
0.1
1.0
0.3
66.7%
3
4
0.1
1.8
0.3
（1）實驗過程中，應(yīng)豎直向上
拉動彈簧測力計。
（2）第三次實驗中滑輪組的機械效率是
。
（3）分析實驗數(shù)據(jù)可知，同一滑輪組，物重
，滑輪組的機械效率越高。
（4）若在第三次實驗中，物體上升的速度為0.1m/s，則拉力F的功率為
W。
勻速緩慢
74.1%
越大
0.54
新知探究
怎樣提高滑輪組機械效率
新知探究
影響因素
分析
改進措施（提高效率）
被提升物體的重力
同一個滑輪組，被提升物體的重力越大，做的有用功越多，機械效率越大
在機械承受的范圍內(nèi)，盡可能增加被提升物體的重力
動滑輪的自重
有用功不變時，減小提升動滑輪時做的額外功，可提高機械效率
改進滑輪結(jié)構(gòu)，減輕滑輪自重
滑輪組自身部件的摩擦
機械自身部件的摩擦力越大，機械效率越低
對機械進行保養(yǎng)，保持良
好的潤滑，減小摩擦
影響滑輪組機械效率的因素和改進措施
新知探究
拓展延伸
在斜面粗糙程度相同時，斜面的機械效率與斜面的傾斜程度有關(guān)，斜面越陡，機械效率就越高。
斜面機械效率:
η=
W有
W總
=
Gh
Fl
新知探究
典例4
用滑輪組提升重物時，下列措施中能提高機械效率的是（
）
A.增加提升的高度，增大有用功
B.增加動滑輪個數(shù)，使滑輪組更省力
C.增加被提升物體的重力，從而增大有用功
D.增大提升的速度，從而減小額外功
C
①增加被提升物體的重力
②減輕滑輪自重
③減小摩擦
課堂小結(jié)
機械效率
有用功和總功的比值η=——
影響滑輪組機械效率的因素
摩擦
有用功、額外功和總功
機械效率總小于1
提升的重物的重力
動滑輪的重力
基本概念
計算公式
W有
W總
規(guī)律
課堂達(dá)標(biāo)
1.不計繩重，用桶從井中提水的時候，對
做的功是有用功，對
做的功是額外功；如果桶掉進井里，從井中撈桶時，撈上來的桶帶有一些水，這時對桶做的功是
功，對水做的功是
功。
水
桶
有用
額外
課堂達(dá)標(biāo)
2.(2019·福建中考)工人用如圖所示的機械將物體勻速提升到某一高度，若物體的重力與滑輪的重力之比G物:G滑輪=9:1，忽略繩重與摩擦的影響，則該機械的機械效率為（
）
A.10%
B.45%
C.80%
D.90%
D
9G滑輪h
解析：
W有
h
=
W有+W額
×100%=
G物h
+
G滑輪h
×100%
=
9G滑輪h
+
G滑輪h
×100%=
90%
G物h
課堂達(dá)標(biāo)
3.小華對他的自行車進行維護，其中不能提高機械效率的措施是（
）
A.給軸承加潤滑油
B.調(diào)節(jié)傳動鏈條的松緊度
C.給輪胎打足氣
D.更換車把手的塑料套
D
課堂達(dá)標(biāo)
4.
一臺起重機將重3600N的貨物提高4m，起重機做的有用功是多少？如果額外功是9600J，總功是多少？機械效率是多少？起重機所做的額外功是由哪些因素引起的？
W總
提示：（1）有用功：W有=Gh=
（2）總功W總=
W有+
W額=
W有
h=
（3）機械效率
（4）起重機所做的額外功是由動滑輪、起重臂和鋼絲繩所受的重力以及摩擦引起的。
14400J
24000J
60%
=

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