八年级物理全册第十章第五节机械效率习题课件新版沪科版.ppt

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1、第五节机械效率【新新课导课导思思】如如图图是将沙子从一楼运往三楼的三是将沙子从一楼运往三楼的三种方式种方式,若若让让你你选择选择,你会你会选择选择哪种哪种?当提当提升相同的重物升相同的重物时时,拉力做功是否相同呢拉力做功是否相同呢?【目目标导标导学学】1.1.会会结结合合实实例分析所做的有用功、例分析所做的有用功、额额外功和外功和总总功。功。2.2.知道机械效率的意知道机械效率的意义义,知道机械效率是小于知道机械效率是小于1 1的。的。3.3.会利用机械效率的公式会利用机械效率的公式进进行行简单简单的的计计算。算。4.4.通通过实验过实验了解影响滑了解影响滑轮组轮组机械效率高低的因素。机械效率

2、高低的因素。【自主自主预习预习】1.1.总总功、功、额额外功、有用功外功、有用功:(:(以用以用动动滑滑轮轮匀速提升匀速提升钩码钩码为为例例)(1)(1)总总功功:_:_所做的功所做的功,即即W W总总。如拉力做的功。如拉力做的功。动动力力(2)(2)额额外功外功:对对我我们们_的功的功,即即W W额额外外。如克服滑。如克服滑轮轮的重力和滑的重力和滑轮转动时轮转动时的摩擦阻力做的的摩擦阻力做的功。功。(3)(3)有用功有用功:对对我我们们_的功的功,即即W W有有。如克服。如克服钩码钩码重力重力做的功。做的功。(4)(4)三者关系三者关系:_:_。无用的、但又不得不做无用的、但又不得不做有用有

3、用W W总总=W=W有有+W+W额额外外2.2.机械效率机械效率:(1)(1)定定义义:有用功和有用功和总总功的功的_。(2)(2)公式公式:_:_。比比值值(3)(3)大小大小:任何机械的机械效率任何机械的机械效率总总小于小于1 1。(4)(4)影响因素影响因素:提升物体提升物体_和减少和减少_。重力重力动动滑滑轮轮的重力的重力知知识识点一点一 有用功、有用功、额额外功和外功和总总功功【做做一一做做】如如图图甲甲所所示示,用用弹弹簧簧测测力力计计将将钩钩码码缓缓慢慢地地提提升升一一定定高高度度。如如图图乙乙所所示示,换换用用动动滑滑轮轮将将钩钩码码缓缓慢慢地地提提升相同的高度升相同的高度,分

4、分别计别计算拉力所做的功。算拉力所做的功。1.1.使用使用动动滑滑轮轮提升提升钩码钩码比直接用比直接用弹弹簧簧测测力力计计提升提升钩码钩码做功做功_(_(选选填填“多多”或或“少少”),),原因是原因是_。提示提示:无论是否使用滑轮无论是否使用滑轮,钩码都被提升钩码都被提升,这部分是必须这部分是必须要做的功要做的功,使用动滑轮时使用动滑轮时,提升钩码不得不克服动滑轮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本身所受的重力及摩擦力等因素多做功,所以用动滑轮所以用动滑轮提升钩码做的功比直接提升钩码做的功多。提升钩码做的功比直接提升钩码做的功多。参考答案参考答案:多利用动滑轮提升钩码

5、时多利用动滑轮提升钩码时,除了提升钩码除了提升钩码做功外做功外,还要克服动滑轮重力及摩擦力等做功。还要克服动滑轮重力及摩擦力等做功。2.2.根据根据图图乙所示提升乙所示提升钩码钩码,分析有用功、分析有用功、额额外功和外功和总总功。功。(1)(1)提提升升钩钩码码做做的的功功是是对对我我们们_的的功功,这这部部分分功功为为_,_,用用W W有有表示表示,且且W W有有=_=_。(2)(2)在在用用动动滑滑轮轮提提升升钩钩码码时时,还还需需要要克克服服摩摩擦擦、绳绳重重、动动滑滑轮轮重做一部分功重做一部分功,这这部分功部分功为为_,_,用用W W额额表示。表示。(3)(3)使使用用机机械械做做功功

6、时时,拉拉力力所所做做的的功功为为_,_,用用W W总总表表示示,即即W W总总=_=_。它它们们之之间间的的关关系系是是_。提示提示:使用动滑轮时使用动滑轮时,对我们有用的功是提升钩码所做对我们有用的功是提升钩码所做的功的功,即有用功即有用功W W有有=GhGh;如果绳重和摩擦忽略不计如果绳重和摩擦忽略不计,则克则克服动滑轮重做的功是不得不做的功服动滑轮重做的功是不得不做的功,即额外功即额外功W W额额=G=G动动h;h;使用机械做的功为总功使用机械做的功为总功W W总总=Fs=Fs。参考答案参考答案:(1)(1)有用有用功有用有用功GhGh(2)(2)额外功额外功(3)(3)总功总功FsF

7、sW W总总=W=W有有+W+W额额【示示范范题题1 1】(1)(1)在在打打扫扫卫卫生生的的时时候候,小小明明将将一一桶桶水水从从一一楼楼提提到到二二楼楼。则则小小明明对对水水做做的的功功是是_功功,对对桶桶做的功是做的功是_功。功。(2)(2)利利用用某某机机械械工工作作时时,动动力力做做的的功功是是400J,400J,其其中中额额外外功功是是100J,100J,则动则动力做的有用功是力做的有用功是_J_J。【精精讲讲精精析析】(1)(1)小小明明目目的的是是提提水水,对对水水做做的的功功为为有有用用功功;对桶做的功为额外功。对桶做的功为额外功。(2)(2)动动力力做做的的功功为为总总功功

8、,则则动动力力做做的的有有用用功功W W有有用用=W=W总总-W-W额额=400 J-100 J=300 J=400 J-100 J=300 J。答案答案:(1)(1)有用额外有用额外(2)300(2)300【微点微点拨拨】(1)(1)有用功和有用功和总总功的区功的区别别:有用功相当于不用机械而直接有用功相当于不用机械而直接用手用手对对物体做的功物体做的功,总总功是利用机械做的功。功是利用机械做的功。(2)(2)一一般般情情况况下下,使使用用动动滑滑轮轮或或滑滑轮轮组组在在竖竖直直方方向向上上匀匀速速提提升升重重物物时时,有有用用功功W W有有=GhGh;使使用用动动滑滑轮轮或或滑滑轮轮组组在

9、在水水平平面上匀速移面上匀速移动动物体物体时时,有用功有用功W W有有=f=f摩摩s s。(3)(3)有有用用功功和和额额外外功功并并不不是是绝绝对对的的,对对一一种种情情况况来来说说是是有有用功用功,对对另外一种情况来另外一种情况来说说可能是可能是额额外功。外功。知知识识点二点二 机械效率机械效率1.1.基本公式基本公式:=:=100%100%。2.2.机械效率的机械效率的计计算算:(1)(1)竖竖直匀速提升物体。直匀速提升物体。有用功有用功:W:W有有=GhGh。总总功功:W:W总总=Fs=Fs=F Fnhnh。机械效率机械效率:=:=100%=100%=100%100%。(2)(2)匀速

10、水平拉匀速水平拉动动物体。物体。有用功有用功:有用功在数有用功在数值值上等于摩擦力与物体移上等于摩擦力与物体移动动距离距离的乘的乘积积,即即W W有有=fsfs物物(f(f为为摩擦力摩擦力)。总总功功:拉力拉力F F所做的功所做的功,即即W W总总=Fs=Fs绳绳=F Fnsns物物。机械效率机械效率:=:=100%=100%=100%100%。【示示范范题题2 2】(2017(2017南南通通中中考考)工工人人用用如如图图所所示示装装置置在在10s10s内内将将质质量量为为45kg45kg的的货货物物匀匀速速提提升升2m,2m,此此过过程程中中拉拉力力的功率的功率为为120W120W。(g(

11、g取取10N/kg)10N/kg)求求:(1)(1)有用功。有用功。(2)(2)滑滑轮组轮组的机械效率。的机械效率。(3)(3)若若工工人人用用此此装装置置匀匀速速提提升升其其他他货货物物,测测得得拉拉力力大大小小为为300N,300N,额额外功占外功占总总功的功的20%,20%,工人提升工人提升货货物的重。物的重。【精讲精析精讲精析】(1)(1)货物的重力货物的重力:G=mg=45kgG=mg=45kg10N/kg=450N;10N/kg=450N;有用功有用功:W:W有用有用=Gh=450N=Gh=450N2m=900J2m=900J。(2)(2)拉力做的总功拉力做的总功:W:W总总=Pt

12、=120W=Pt=120W10s=1200J;10s=1200J;滑轮组的机械效率滑轮组的机械效率:=:=100%=100%=100%=75%100%=75%。(3)(3)由图可知由图可知n=3,n=3,已知额外功占总功的已知额外功占总功的20%,20%,则此时的机械效率则此时的机械效率=1-=1-20%=80%;20%=80%;此时的机械效率此时的机械效率:=,:=,所以提升物体的重力所以提升物体的重力:G=G=nFnF=80%=80%3 3300N=720N300N=720N。答案答案:(1)900J(1)900J(2)75%(2)75%(3)720N(3)720N【备选备选例例题题】(2

13、016(2016镇镇江江中中考考)用用如如图图所所示示的的滑滑轮轮组组将将重重90N90N的的货货物物匀匀速速提提升升1m1m的的过过程程中中,所所用用拉拉力力F=50N,F=50N,不不计计绳绳重重及及滑滑轮轮与与轴轴之之间间的摩擦。的摩擦。(1)(1)求上述求上述过过程中的有用功程中的有用功W W有有;(2)(2)求上述求上述过过程中的程中的总总功功W W总总;(3)(3)求滑求滑轮组轮组的机械效率的机械效率。【精讲精析精讲精析】解答本题要掌握以下概念解答本题要掌握以下概念:有用功、总有用功、总功、机械效率。功、机械效率。(1)(1)根据公式根据公式W W有有=GhGh,得得W W有有=G

14、hGh=90N=90N1m=90J1m=90J(2)(2)根据公式根据公式W W总总=Fs=50N=Fs=50N2 21m=100J1m=100J(3)(3)根据公式根据公式=100%=100%=100%=90%100%=90%答案答案:(1)90J(1)90J(2)100J(2)100J(3)90%(3)90%知知识识点三点三 测测滑滑轮组轮组的机械效率的机械效率1.1.实验实验原理原理:_:_。参考答案参考答案:=100%100%2.2.实验设计实验设计与与进进行行实验实验:如如图图所示。所示。(1)(1)用用_测测量量钩码钩码所受的重力。所受的重力。(2)(2)用用_测测量量钩钩码码移移

15、动动的的距距离离和和弹弹簧簧测测力力计计移移动动的距离。的距离。(3)(3)匀匀速速拉拉动动弹弹簧簧测测力力计计使使钩钩码码上上升升,同同时时记记下下钩钩码码上上升升的的_和和弹弹簧簧测测力力计计的的_;_;换换不不同同的的钩钩码码多多测测几次。几次。参考答案参考答案:(1)(1)弹簧测力计弹簧测力计(2)(2)刻度尺刻度尺(3)(3)高度移高度移动距离动距离3.3.实验实验数据数据:次次数数钩码钩码所所受的重受的重力力G/NG/N提升提升高度高度h/mh/m有用有用功功W W有有/J/J拉力拉力F/NF/N绳绳端移端移动动的距的距离离s/ms/m总总功功W W总总/J/J机械机械效率效率/%

16、/%1 12 20.10.10.90.90.30.32 24 40.10.11.61.60.30.33 36 60.10.12.32.30.30.3(1)W(1)W有有=_,W=_,W总总=_=_。(用字母表示用字母表示)(2)(2)在空白表格中分在空白表格中分别别填写相填写相应应的数据。的数据。(3)(3)分分析析实实验验数数据据得得出出:同同一一组组滑滑轮轮组组提提升升的的重重物物_,_,滑滑轮组轮组的机械效率越的机械效率越_。参考答案参考答案:(1)Gh(1)GhFsFs(2)(2)提示提示:W W有有1 1=G=G1 1h h1 1=2N=2N0.1m=0.2J0.1m=0.2JW W

17、总总1 1=F=F1 1s s1 1=0.9N=0.9N0.3m=0.27J0.3m=0.27JW W有有2 2=G=G2 2h h2 2=4N=4N0.1m=0.4J0.1m=0.4JW W总总2 2=F=F2 2s s2 2=1.6N=1.6N0.3m=0.48J0.3m=0.48JW W有有3 3=G=G3 3h h3 3=6N=6N0.1m=0.6J0.1m=0.6JW W总总3 3=F=F3 3s s3 3=2.3N=2.3N0.3m=0.69J0.3m=0.69J则利用机械效率的公式则利用机械效率的公式1 1=74.1%=74.1%2 2=83.3%=83.3%3 3=87.0%=

18、87.0%。参考答案参考答案:第第1 1次次:0.2:0.20.270.2774.174.1第第2 2次次:0.4:0.40.480.4883.383.3第第3 3次次:0.6:0.60.690.6987.087.0(3)(3)提提示示:分分析析1 1、2 2或或1 1、3 3或或2 2、3 3组组实实验验,钩钩码码的的重重力力越越小小,机械效率越低机械效率越低,钩码的重力越大钩码的重力越大,机械效率越高。机械效率越高。参考答案参考答案:越重高越重高4.4.交流交流讨论讨论:(1)(1)能否直接能否直接测测量滑量滑轮组轮组的的额额外功外功?参参考考答答案案:不不能能,克克服服绳绳重重、动动滑滑

19、轮轮的的重重力力及及摩摩擦擦力力所所做做的功都是额外功的功都是额外功,这些额外功很难直接测量。这些额外功很难直接测量。(2)(2)如果没有刻度尺如果没有刻度尺,能否能否测测出滑出滑轮组轮组的机械效率的机械效率?如何如何测测?参考答案参考答案:能能,对于已经组装好的滑轮组对于已经组装好的滑轮组,s=,s=nhnh,则机械则机械效率效率=100%=100%=100%=100%=100%=100%=100%100%因此只要查出绳子的段数因此只要查出绳子的段数,即可算出滑轮组的机械效率即可算出滑轮组的机械效率,无需测量无需测量h h和和s s的大小。的大小。(3)(3)忽略忽略绳绳重和摩擦重和摩擦,机

20、械效率的大小与机械效率的大小与绳绳子的股数、提子的股数、提升的高度、移升的高度、移动动的距离有关的距离有关吗吗?试结试结合机械效率的公式合机械效率的公式说说明。明。参考答案参考答案:由由=100%=100%=100%=100%=100%,100%,机械效率的大小与绳子的股数、提升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。的高度、移动的距离无关。【知知识识拓展拓展】三种机械效率的三种机械效率的计计算算【示示范范题题3 3】(2017(2017齐齐齐齐哈哈尔尔中中考考)某某小小组组在在“测测滑滑轮轮组组机机械械效效率率的的实实验验”中中得得到到的的数数据据如如表表所所示示,实实验验装

21、装置置如如图图所示。所示。实验实验次数次数钩码钩码重重量量G/NG/N钩码钩码上上升高度升高度h/mh/m绳绳端拉端拉力力F/NF/N绳绳端移端移动动距离距离s/ms/m机械效机械效率率1 14 40.10.12.72.70.20.274%74%2 24 40.10.11.81.80.30.374%74%3 38 80.10.13.13.10.30.386%86%4 48 80.10.12.52.5(1)(1)实验实验中中应应沿沿竖竖直方向直方向_缓缓慢拉慢拉动弹动弹簧簧测测力力计计。(2)(2)小小组组同同学学发发现现实实验验过过程程中中边边拉拉动动边边读读数数,弹弹簧簧测测力力计计示示 数

22、数 不不 稳稳 定定,应应 该该 静静 止止 读读 数数,你你 认认 为为 他他 们们 的的 想想 法法_(_(选选填填“正正确确”或或“不不正正确确”),),因因为为他他们们没没有有考考虑虑到到_对对滑滑轮组轮组机械效率的影响。机械效率的影响。(3)(3)用用丁丁图图装装置置进进行行实实验验,得得出出表表中中第第4 4次次实实验验数数据据,请请将将表中的两个数据填写完整。表中的两个数据填写完整。(4)(4)通通过过比比较较_两两次次实实验验数数据据得得出出结结论论:使使用用同同一一滑滑轮轮组组提提升升同同一一重重物物时时,滑滑轮轮组组的的机机械械效效率率与与绳绳子子段段数数无关。无关。(填填

23、实验实验次数的序号次数的序号)(5)(5)通通过过比比较较_两两次次实实验验数数据据得得出出结结论论:同同一一滑滑轮轮组组提提升升重重物物时时,物物重重越越大大,滑滑轮轮组组的的机机械械效效率率越越高高。(填填实验实验次数的序号次数的序号)(6)(6)通通过过比比较较3 3、4 4两次两次实验实验数据可得出数据可得出结论结论:_:_。【精讲精析精讲精析】本题考查滑轮组机械效率的测量实验。本题考查滑轮组机械效率的测量实验。(1)(1)实实验验中中应应沿沿竖竖直直方方向向匀匀速速缓缓慢慢拉拉动动弹弹簧簧测测力力计计,这这样测力计示数才等于拉力大小。样测力计示数才等于拉力大小。(2)(2)在弹簧测力

24、计静止时读出的数据在弹簧测力计静止时读出的数据,由于不会克服轮由于不会克服轮与轴、绳与轮之间的摩擦与轴、绳与轮之间的摩擦,所以测力计示数偏小所以测力计示数偏小,他们他们的想法是不正确的。的想法是不正确的。(3)(3)丁图中丁图中,绳子的有效段数为绳子的有效段数为n=4,n=4,绳端移动距离绳端移动距离s=s=nhnh=4=40.1m=0.4m,0.1m=0.4m,滑轮组的机械效率滑轮组的机械效率:=:=100%=100%=100%=100%=100%=80%100%=80%。(4)(4)绳端移动距离与物体升高的高度的关系为绳端移动距离与物体升高的高度的关系为s=s=nhnh,所所以以,结结合合

25、表表中中数数据据可可知知实实验验1 1、2 2、3 3中中绳绳子子的的有有效效段段数分别为数分别为2 2、3 3、3;3;再再结结合合钩钩码码的的重重力力可可知知,实实验验1 1、2 2、3 3分分别别是是用用甲甲、乙乙、丙丙装装置置做做的的实实验验,根根据据控控制制变变量量法法,研研究究同同一一滑滑轮轮组组的的机机械械效效率率与与绳绳子子段段数数的的关关系系时时,要要控控制制提提升升物物体体的的重重力力相相同同、滑滑轮轮个个数数也也相相同同,只只改改变变绳绳子子的的有有效效段段数数,所所以以应比较应比较1 1、2 2两次实验数据两次实验数据;通过比较通过比较1 1、2 2两次实验数据得出结论

26、两次实验数据得出结论:使用同一滑轮组使用同一滑轮组提升同一重物时提升同一重物时,滑轮组的机械效率与绳子段数无关。滑轮组的机械效率与绳子段数无关。(5)(5)研究同一滑轮组提升重物时研究同一滑轮组提升重物时,机械效率与物重的关机械效率与物重的关系时系时,要控制滑轮个数相同、绳子的段数相同要控制滑轮个数相同、绳子的段数相同,只改变只改变物体的重力物体的重力,故通过比较故通过比较2 2、3 3两次实验数据得出结论两次实验数据得出结论:同一滑轮组提升重物时同一滑轮组提升重物时,物重越大物重越大,滑轮组的机械效率滑轮组的机械效率越高。越高。(6)(6)通过比较通过比较3 3、4 4两次实验数据两次实验数

27、据,即对应的图丙、图丁即对应的图丙、图丁两装置两装置,滑轮组不同滑轮组不同,提升的重物相同提升的重物相同,动滑轮越重机械动滑轮越重机械效率越小效率越小,故可得出结论故可得出结论:不同滑轮组提升相同重物时不同滑轮组提升相同重物时,动滑轮越轻动滑轮越轻,滑轮组的机械效率越高。滑轮组的机械效率越高。(不同滑轮组提不同滑轮组提升相同重物时升相同重物时,动滑轮越重动滑轮越重,滑轮组的机械效率越低滑轮组的机械效率越低)答案答案:(1)(1)匀速匀速(2)(2)不正确摩擦不正确摩擦(3)0.4(3)0.480%80%(4)1(4)1、2 2(5)2(5)2、3 3(6)(6)不同滑轮组提升相同重物时不同滑轮

28、组提升相同重物时,动动滑轮越轻滑轮越轻,滑轮组的机械效率越高滑轮组的机械效率越高(或不同滑轮组提升或不同滑轮组提升相同重物时相同重物时,动滑轮越重动滑轮越重,滑轮组的机械效率越低滑轮组的机械效率越低)【备选备选例例题题】(2016(2016聊聊城城中中考考)在在“测测量量滑滑轮轮组组的的机机械械效效率率”实实验验中中,小小丽丽用用如如图图所所示示的的同同一一滑滑轮轮组组提提升升不不同同钩钩码码的的方方法法,分分别别做了甲、乙、丙做了甲、乙、丙3 3次次实验实验,实验实验数据数据记录记录如表所示如表所示:实验实验次数次数钩码钩码所受所受的重力的重力G/NG/N提升提升高度高度h/mh/m拉力拉力

29、F/NF/N绳绳端移端移动动的距的距离离s/ms/m机械机械效率效率1 12 20.050.051.01.00.150.1566.7%66.7%2 24 40.050.051.71.70.150.1578.4%78.4%3 36 60.050.050.150.15(1)(1)实实验验中中要要竖竖直直向向上上_拉拉动动弹弹簧簧测测力力计计,使使钩钩码码升升高。高。(2)(2)表表格格中中编编号号处处数数据据应应为为_,_,编编号号处处数数据据应为应为_。(3)(3)分分析析实实验验数数据据可可以以得得出出如如下下结结论论:同同一一滑滑轮轮组组的的机机械械效率主要与效率主要与_有关。有关。(4)(

30、4)若将此滑若将此滑轮组换轮组换一种一种绕绳绕绳方法方法,不不计计摩擦及摩擦及绳绳重重,提升提升相同的物体相同的物体时时,滑滑轮组轮组的机械效率的机械效率_(_(选选填填“变变大大”“”“变变小小”或或“不不变变”)。【精讲精析精讲精析】本题考查了探究滑轮组的机械效率。本题考查了探究滑轮组的机械效率。(1)(1)实验中要竖直向上匀速缓慢拉动弹簧测力计实验中要竖直向上匀速缓慢拉动弹簧测力计,否则弹簧否则弹簧测力计因指针不稳而无法读数。测力计因指针不稳而无法读数。(2)(2)由图可知由图可知,弹簧测弹簧测力计上每个小格表示力计上每个小格表示0.2A,0.2A,根据指针位置可读出示数为根据指针位置可

31、读出示数为2.4N2.4N。第。第3 3次实验的有用功次实验的有用功W W有有=GhGh=6N=6N0.05m=0.3J,0.05m=0.3J,总总功功W W总总=Fs=2.4N=Fs=2.4N0.15m=0.36J,0.15m=0.36J,所以机械效率为所以机械效率为=100%=100%=100%100%83.3%83.3%。(3)(3)比较同一滑轮比较同一滑轮组的组的3 3次实验数据可发现次实验数据可发现,重物越重重物越重,滑轮组的机械效率滑轮组的机械效率越高。越高。(4)(4)在不计摩擦和绳重时在不计摩擦和绳重时,滑轮组的额外功只来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额外功的的大小,所以提升相同的物体时所以提升相同的物体时,滑轮组的机滑轮组的机械效率不变。械效率不变。答答案案:(1)(1)缓缓慢慢(匀匀速速)(2)2.4(2)2.483.3%83.3%(3)(3)所所提提物物体体受到的重力受到的重力(4)(4)不变不变