資源簡介

由“測滑輪組的機械效率”實驗談與機械效率有關的因素
提高機械的機械效率是提高工作效率的一個重要方面。而機械效率又是力學中一個難點。要突破這難點，關鍵是掌握機械效率的定義，弄清有用功、總功和無用功的含義，了解與機械效率有關的因素，下面就以“測滑輪組的機械效率”來說明之。
有用功跟總功的比值叫做機械效率，其數(shù)學表達式：。一般說來，在利用滑輪組或其他機械提升重物時，機械對物體做的功叫有用功，也稱為機械的輸出功，其大小等于物重乘以被提升的豎直高度，即。人們對機械做的功是總功，這個功等于作用在機械上的力乘以在這個力的作用下所移動的距離，即，總功也稱為人給機械的輸入功。
在實際情況下，機械零件間的摩擦與構件某部分的重力以及機械本身的機械能的變化都應考慮在內，所以人做的總功又分為有用功和無用功或額外功，其數(shù)學表達式又為：．
課本“測滑輪組的機械效率”的裝置如附圖所示。
若兩鉤碼重2牛頓，提升高度為h，每個動滑輪重0.5牛頓，求滑輪組的機械效率（繩子質量和摩擦不計）。
解：
分析并說明：
1．因附圖裝置考慮了動滑輪的重力，所以人對滑輪組做的總功等于人直接提物體做的有用功加上提動滑輪所做的額外功。（實際上，若考慮摩擦、繩及滑輪組一些構件勢能的變化，人做的額外功還要大）顯然，總功總是大于有用功。這也充分說明，任何實際機械的機械效率都小于1。
2．兩裝置所提重物都為G，但動滑輪個數(shù)不等，，當、h一定，就相等，若增大，就隨之增大。在里所占比例就下降，故，即a滑輪組比b滑輪組機械效率高。這又說明，如所提相等，即做功對象一定時，機械效率的高低則由機械本身結構所決定。
3．a裝置雖然比b裝置機械效率高，但（b）裝置比（a）裝置省力。可以看出，機械效率的高低和使用機械省力多少是兩回事，沒有直接聯(lián)系。“越省力的機械，機械效率越高”是對機械效率的誤解。結論“使用機械效率高的機械，一定可以少做總功”才是正確的。
4．由公式可知，當一定時，只要勻速拉a、b兩裝置繩的末端，若h增大幾倍，和也同時增大幾倍，而兩者比值即不變，說明機械效率大小與重物上升的高度無關。(共30張PPT)
第3節(jié)
機械效率
第十二章
簡單機械
某晚小明在
書房呆了5h
玩了4h的游戲
只看了1h的書
“效率”=
有用量/總量，表示事物某一方面的優(yōu)劣。
引入新課
學習效率
要把重100N的沙子運上三樓。下圖畫了二種辦法。
哪種辦法最好？
有用功和額外功
新課講授
人提沙子做功
對沙子做功
對
桶
做
功
W1
=
600
J
克服自重做功
總功
3120J
額外功
2520
J
沙子重100N
人體重400N
桶重20N
地面到三樓高6m
W2
=
120
J
W3
=
2400
J
有用功
600
J
【方法1】
新課講授
沙子重100N
動滑輪重10N
桶重20N
地面到三樓高6m
人拉滑輪利用桶做功
對沙子做功
對
桶
做
功
W1
=
600
J
對滑輪做功
總功
780J
額外功
180
J
W2
=
120
J
W3
=
60
J
有用功
600
J
【方法2】
新課講授
額外功
在做有用功的同
時，人們不需要
但又不得不做的
功，叫做額外功。
有用功
我們要做的，
必須做的功，
叫做有用功。
實現(xiàn)目的
而做的功
克服機械自身（如動滑輪、繩子）的重力和摩擦等而做的功
總
功
W
W
W
＋
＝
有用功加額外
功是總共做的
功，叫總功。
動力對機械所做的功
新課講授
　提出問題：
mg
h
提升物體的力做功，與對機械的力做功相同嗎？
新課講授
G/N
h/m
W有/J
F/N
s/m
W總/J
新課講授
實
驗
G/N
h/m
F/N
s/m
2
0.1
0.2
1.2
0.2
0.24
　結論：使用動滑輪比直接提升物體不省功。
　推論：使用任何機械不省功。
額外功：由于機械自重和摩擦等因素影響，
而不得不做的功W額（無用付出）
有用功：機械對物體的力做的功(工作目的)。
總
功：對機械的力所做的功（實際付出）。
W有/J直
W總/J直
新課講授
相關概念
一
1、你媽媽讓你去樓下拿10個雞蛋，為了方便你會用布袋
或框子，那么對雞蛋，布袋及一起做的功分別為人？
2、用桶打井水，那么對桶，對水及一起做的功應分別為？
把桶從井里打撈上來，那么對桶，對水及一起做的功應
分別為？
新課講授
有用功與總功的理解
1、有用功：機械對物體的力所做的功（工作目的）。
3、總功：對機械的力所做的功（實際付出）。
W總=W有+W額
2、額外功：由于機械自重和摩擦力等因素影響，
而不得不做的功（無用付出）。
4、結論：使用任何機械不省功。
課堂小結
相關概念
一
在使用機械工作時，有用功在總功中所占份額越多越好。它反映了機械的一種性能，物理學中表示為
　1．定義：有用功跟總功的比值。
　2．公式：
　3．用百分數(shù)表示，總小于1（理想情況為1）。
=
機械效率。
新課講授
機械效率
二
1．關于機械效率的說法中正確的是（
）
A．越省力的機械，效率越高
B．做有用功越多的機械，效率越高
C．做相同的功，額外功的值越小，效率越高
D．做功越快的機械，效率越高
C
課堂練習
練一練
實驗原理
實驗器材
注意事項
彈簧測力計、刻度尺、
鐵架臺、滑輪、細線、鉤碼。
豎直向上，勻速拉動測力計。
W總=FS
F
S
W有=F'S'
W額
W有=G物h
W額=G動h
F'
S'
新課講授
測滑輪組的機械效率
三
各種機械
G
h
機械自重、摩擦力
G/N
h/m
W直/J
F/N
s/m
W機/J
2
0.1
0.2
1.2
0.2
0.24
實驗數(shù)據(jù)
有用功：機械對物體的力所做的功（工作目的）。
總功：人對機械的力所做的功（實際付出）。
W有/J直
W總/J直
=
≈
83.33%
新課講授
=
s
=
nh
nF
=
+
+
=
1、減小摩擦力可提高機械效率。
2、物重一定，動滑輪越輕，機械效率越高。
3、動滑輪重一定,物重越大，機械效率越高。
4、機械效率與移動的距離、速度無關。
重
要
推
論
G物
G動
f
=
課堂小結
G動
G物
G物
測滑輪組的機械效率豎直
三
s
=
nh
nF
=
（G物-F浮）+
G動
課堂小結
測滑輪組的機械效率豎直水中
三
某橋梁施工隊用如圖所示的滑輪組打撈沉在水底的工件．已知工件的體積是0.16m3，密度是3.5×103kg/m3，滑輪組向上勻速拉動浸沒在水中的工件時，人在繩子的自由端施加的拉力F=1700N．（不考慮摩擦及水的阻力，g取10N/kg）求：
（1）工件的質量是多少？工件浸沒在水中時，受到的浮力是多少？
（2）滑輪組向上勻速拉動浸沒在水中的工件時，機械效率是多大？
（3）工件從水里升到水面上的過程中，滑輪組的機械效率將如何變化，并分析原因．
課堂小結
人們利用如圖所示的滑輪組將浸沒在河底的實心物體A打撈上來，物體A的密度為9.0×103Kg/m3，體積為100dm3。在5000N的拉力F作用下，物體A在2s內勻速豎直上升2m（物體未露出水面），不計水的阻力，g=10N/Kg．求：
（1）物體A受到的浮力．
（2）拉力F做功的功率．
（3）滑輪組的機械效率．
課堂小結
=
S繩
=
nS物
=
=
F
s繩
F物
課堂小結
f物
S物
測滑輪組的機械效率水平
三
相關公式
S物
總功：利用滑輪組動力所做的功W總=FS繩
有用功：拉動物體所做的功W有=f物S繩
額外功：克服摩擦、繩和動
滑輪自重所做的功
2．如圖，忽略繩重和摩擦，用拉力F
拉著
10
N的重物勻速上升，繩子自由端移動1m，動滑輪重力2N，求：
（1）拉力F；
（2）物體上升的距離；
（3）有用功，總功，機械效率。
隨堂練習
練一練
F
1．圖為測量滑輪組機械效率的實
驗裝置，鉤碼總重6
N。
（1）實驗時要豎直向上______
拉動彈簧測力計，由圖可知拉力
大小為_______N，若鉤碼上升的
高度為8cm,則彈簧測力計向上移動______cm,該滑輪組的機械效率為________。
（2）若僅增加鉤碼的個數(shù)，該滑輪組有機械效率將_______（選填：“增大”、“減小”或“不變”）
勻速
2.4
24
83.3%
增大
課堂練習
2．在“測滑輪組機械效率”的實驗中，用同一滑輪組進行兩次實驗，實驗數(shù)據(jù)如下表：
⑴此實驗所用滑輪的個數(shù)至少是____個，其中動滑輪有_____個。
⑵第一次實驗測得滑輪組的機械效率為________，第二次實驗時滑輪組的機械效率______第一次的機械效率（選填“大于”、“小于”或“等于”）
次數(shù)
鉤碼重/N
鉤碼上升高度/cm
彈簧測力計示數(shù)/N
彈簧測力計移動距離/cm
1
2
10
0.8
40
2
5
5
1.5
20
3
2
62.5%
大于
課堂練習
新課講授
斜面的機械效率
四
　3．當斜面光滑時，
1，F(xiàn)s=Gh
　1．公式：
F
S
G
Fs=
Gh+fs
f
　2．當斜面坡度增大時,
機械效率增大
,
克服摩擦力做額外功
減小
。
斜面的機械效率
四
S
斜面的機械效率
四
課堂練習
在學校附近的建設工地上，工人把重1200N的物體沿著長L=5m、高h=1m的斜面從底部以0.5m/s的速度勻速推上斜面的頂端，沿斜面所用的推力為300N（不計空氣阻力）：
1、W有
、
W總、
W額
?
2、η
3、f
(兩種方法)
4、拉力F的功率
新課講授
支點
F
G物
G桿
F
G物
h物
h桿
h物
S
相關知識點
Fs=
G物h物+G桿h桿
η
=
2．增大機械效率方法：
1．公
式：
減小摩擦力；
杠桿自重做額外功；
重物所掛的位置。
注意：h桿≠h物
杠桿的機械效率
五
課堂小結
某實驗小組利用圖示裝置研究杠桿的機械效率，實驗的主要步驟如下：①將杠桿的O點懸掛，能自由轉動，在A點懸掛總重為9牛的鉤碼，在B點用彈簧測力計豎直向上拉，使杠桿保持水平靜止。其中
AO＝10厘米，AB＝20厘米。②豎直向上拉動彈簧測力計緩慢勻速上升(保持O點位置不變)，在此過程中彈簧測力計的讀數(shù)為3.75牛。
回答下列問題：
(1)杠桿靜止時，若杠桿自重和摩擦不計，彈簧秤示數(shù)應為多少？
(2)杠桿緩慢轉動時，其機械效率為多少？
(3)若只將鉤碼的懸掛點由A移至C點，O和B位置不變，仍將鉤碼提升相同的高度(不計摩擦阻力)，杠桿的機械效率將如何變化，請簡單說明理由。
謝謝

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