人教版八年级下册12.3 机械效率优秀ppt课件

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12.3 机械效率
CHUZHONGWULI
第十二章 简单机械

物理
第3节
人教版 物理 八年级 下册
第3节 机械效率
第3节 机械效率
导入新课
 在生活中，我们经常听到与“效率”有关的一词：学习效率、工作效率等等，你知道它们的含义吗？
“效率”有多种含义，通常理解为单位时间完成的工作量。
在物理学中，有一个概念叫做“机械效率”，你知道它的含义吗？
导入新课
要把重100N的大米运上三楼，右图画了三种办法。
哪种办法最好，哪种办法最不好？
大米重100 N 人体重400 N 动滑轮重10 N 桶重 20 N 口袋重 5 N
学习了今天的知识你就明白了。
有用功和额外功
机械效率
课堂总结
课堂练习
动手动脑学物理
【实验步骤】①如图甲所示，用弹簧测力计将钩码缓慢地提升一定的高度，将数据填入表格。②如图乙所示，用弹簧测力计和一个动滑轮将同样的钩码缓慢地提升相同的高度，并记录实验数据。
不使用机械直接提升物体做的功，与使用机械提升物体做的功是否相同吗？
使用动滑轮是否省功
1. 有用功和额外功
一、定滑轮和动滑轮
【数据记录】
用弹簧测力计直接提升2个钩码
用弹簧测力计和一个动滑轮提升2个钩码
2
0.1
0.1
1.2
0.1
0.2
1. 有用功和额外功
一、定滑轮和动滑轮
①直接用弹簧测力计提升2个钩码所作的功 W1=F1S1= 2N×0.1m=0.2J ②用弹簧测力计和一个动滑轮提升2个钩码，所做的功 W2=F2S2= 1.2N×0.2m=0.24J
【分析论证】
0.2
0.24
1. 有用功和额外功
一、定滑轮和动滑轮
使用动滑轮提升重物比直接用手提升重物并不省功
【实验结论】
使用动滑轮会省一半的力，但拉力移动的距离增加了一倍，加上动滑轮的自重及摩擦等因素的影响，使用动滑轮提升重物非但不省功，还要费功。
【分析论证】
0.2
0.24
1. 有用功和额外功
一、定滑轮和动滑轮
【评估】
总功：有用功与额外功之和. W总= W有+ W额
以使用动滑轮提升钩码进行分析
2. 机械的三种功
一、定滑轮和动滑轮
机械的三种功：有用功、额外功和总功
用水桶从井中提水的时候，所做的功哪部分是有用功，哪部分是额外功？
提水所做的功是有用功；提水桶所做的功是额外功。
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，这种情况下哪部分是有用功，哪部分是额外功？
提水桶所做的功是有用功；提水所做的功是额外功。
2. 机械的三种功
一、定滑轮和动滑轮
视频欣赏——《有用功和额外功》
【例题1】水桶掉进水里，打捞时桶里带了些水，下列关于做功的说法中正确的是（　　）A．对桶所做的功是有用功 B．对桶所做的功是额外功C．对水所做的功是有用功 D．对水所做的功是总功
水桶掉进水里，我们的目的就是为了把桶提上来，所以对桶做的功为有用功；但水桶里面有一些水，又不得不对水做功，所以对水做的功为额外功；手对绳子的拉力做的功，包括对水做的功、对桶做的功和对绳子做的功为总功，故BCD错误，A正确。
A
例题分析
一、定滑轮和动滑轮
所以选A
有用功和额外功
机械效率
课堂总结
课堂练习
动手动脑学物理
情景分析
要把重100N的大米运上三楼。图中用了三种方法，怎样比较哪种方法好？
大米重100 N 人体重400 N 动滑轮重10 N 桶重 20 N 口袋重 5 N
二、机械效率
1. 比较做功的效率
①人走楼梯提大米做功情况
大米重100 N 人体重400 N 动滑轮重10 N 桶重 20 N 口袋重 5 N 地面到三楼高 6 m
总功 W = W米 + W桶 + W人 = 600J+120J +2400J =3120J
对桶做功
克服自重做功
W桶 = Gh=20N×6m= 120 J
W人 = Gh=400N×6m= 2400 J
W米 = Gh=100N×6m=600 J
对大米做功
二、机械效率
1. 比较做功的效率
②人用动滑轮和桶提大米做功情况
对大米做功
对桶做功
W米 = Gh=100N×6m=600 J
总功 W = W米 + W桶 + W动 = 600J+120J +60J =780J
W桶 = Gh=20N×6m= 120 J
对动滑轮做功
W动 = Gh=10N×6m= 60 J
大米重100 N 人体重400 N 动滑轮重10 N 桶重 20 N 口袋重 5 N 地面到三楼高 6 m
二、机械效率
1. 比较做功的效率
③人用动滑轮与口袋提大米做功情况
对大米做功
对口袋做功
W米 = Gh=100N×6m=600 J
总功 W = W米 + W口袋 + W动 = 600J+30J +60J =690J
W口袋 = Gh=5N×6m= 30 J
对动滑轮做功
W动 = Gh=10N×6m= 60 J
大米重100 N 人体重400 N 动滑轮重10 N 桶重 20 N 口袋重 5 N 地面到三楼高 6 m
二、机械效率
1. 比较做功的效率
对大米做的功
W大米=Gh =100N×6m =600J
W大米=Gh =100N×6m =600J
W大米=Gh =100N×6m =600J
做的其他功
W人与桶=G总h =420N×6m =2520J
W滑轮与桶=G总h =30N×6m =180J
W滑轮与口袋=G总h =15N×6m =90J
总功
3120J
780J
690J
④ 三种情形对比
二、机械效率
1. 比较做功的效率
600J
600J
600J
2520J
180J
90J
总功W总
3120J
780J
690J
有用功W有
额外功W额
这三种情况下，哪些是有用功？哪些是额外功？
请分别计算出三种情况下有用功、额外功和总功分别是多少？
对大米做的功
做的其他功
W人与桶=G总h =420N×6m =2520J
W滑轮与桶=G总h =30N×6m =180J
W滑轮与口袋=G总h =15N×6m =90J
W大米=Gh =100N×6m =600J
W大米=Gh =100N×6m =600J
W大米=Gh =100N×6m =600J
二、机械效率
1. 比较做功的效率
600J
600J
600J
2430J
180J
90J
总功W总
3120J
780J
690J
有用功W有
额外功W额
请算出三种情况下有用功在总功中占的百分比。
 
19.5%
77%
87%
现在你会判断哪种方法比较好吗？为什么？
 
二、机械效率
1. 比较做功的效率
①物理学中，将有用功跟总功的比值叫做机械效率。
注：机械效率只有大小，没有单位。由于有用功总小于总功，所以机械效率总小于1 。机械效率通常用百分数表示。
机械效率是标志机械做功性能好坏的重要指标，机械效率越高，机械的性能越好。
③变形公式：
W有= W总η
②计算公式：
二、机械效率
2. 机械效率
④一些机械的机械效率
二、机械效率
2. 机械效率
④一些机器的机械效率
离心式水泵60～80%
喷气发动机50～60%
二、机械效率
2. 机械效率
一台起重机的机械效率是60%  ，它表示什么意义？
使用起重机提升重物时所做的有用功跟总功的比值是60% ，也可以说有用功在总功中占的比例是60%，另外的40% 是额外功。
 
二、机械效率
2. 机械效率
①杠杆
 
如图所示，利用杠杆把重力为G的物体提高h，F 为动力，S为动力作用点移动的距离。
 
二、机械效率
3. 一些简单机械的机械效率
 
 
②滑轮组竖直提升重物
 
由公式可知： 当动滑轮的重力一定时，物重越大，机械效率越高。
 
二、机械效率
3. 一些简单机械的机械效率
如图所示，利用滑轮组把重力为G的物体提高h。F 为动力，s为绳子自由端移动的距离，n为承担重物的绳子股数。
③滑轮或滑轮组水平拉动物体（不计滑轮及绳重）
 
 
 
 
二、机械效率
3. 一些简单机械的机械效率
④斜面
 
如图所示，用力F沿斜面把重力为G的物体提高，h为斜面的高度，l为斜面的长度。f 为物体与斜面间的摩擦力。
二、机械效率
3. 一些简单机械的机械效率
 
 
 
 
【实验原理】
【实验器材】
定滑轮、动滑轮组成的滑轮组， 弹簧测力计，钩码和刻度尺。
影响滑轮组机械效率的因素可能有哪些？ ①提升物体的重力； ②动滑轮的重力； ③绳重、摩擦力… …
4. 测量滑轮组的机械效率
 
二、机械效率
①按照图甲那样安装滑轮组，算出钩码的重力G，并记下钩码和绳端的位置。
②如图乙，匀速竖直缓慢拉动弹簧测力计，使钩码缓慢上升，读出拉力F的值，并用刻度尺测出钩码上升的高度h和绳端移动的距离s。
 
④改变钩码的数量，再做两次上面的实验。
（1）探究滑轮组的机械效率与物体重力的关系
4. 测量滑轮组的机械效率
二、机械效率
设计并进行实验
60.6%
71.4%
78.4%
实验结论：同一滑轮组，提升物体的重力越大，机械效率越高。
数据分析： 发现三次的机械效率不同。同一滑轮组，钩码的重力越大，机械效率越高。
4. 测量滑轮组的机械效率
二、机械效率
分析和论证
①按照图甲安装滑轮组，用弹簧测力计测量动滑轮A重力GA，分别记下钩码和绳端的位置。②匀速缓慢拉动弹簧测力计，使钩码升高，读出拉力F的值，用刻度尺测出钩码上升的高度h和绳端移动的距离s，将测量数据填入表格。③如图乙所示，改变动滑轮的重力，换用动滑轮B，重复上述实验。④算出有用功W有、总功W总、机械效率η，并填入表格。
设计并进行实验
（2）探究滑轮组的机械效率与动滑轮重力的关系
4. 测量滑轮组的机械效率
二、机械效率
钩码的重力G码=3N
分析和论证
64.5%
53.0%
发现二次实验中的机械效率不同。实验结论：不同的滑轮组提高重力相同的重物，动滑轮的重力越大，机械效率越低。
4. 测量滑轮组的机械效率
二、机械效率
同一滑轮组，提升物体重力的越大，机械效率越高； 不同滑轮组提升重力相等的物体，动滑轮重力越小，机械效率越高。
综合以上实验，归纳得出结论：
4. 测量滑轮组的机械效率
二、机械效率
①实验时拉力的方向应尽量____________，应在钩码__________的过程中读取拉力的大小。
竖直向上
匀速移动
②确定绕线方式与承担重物绳子的段数n：与动滑轮连接的段数即为承担重物绳子的段数，如图所示，n=3，用“奇动偶定法”确定绕线方式。③影响滑轮组机械效率的因素：物体的 、动滑轮的________、绳子与滑轮之间的摩擦力。与绳子的绕法、绳子段数________。
交流与评估
重力
重力
4. 测量滑轮组的机械效率
二、机械效率
无关
 
摩擦
刻度尺
4. 测量滑轮组的机械效率
二、机械效率
交流与评估
视频演示——《测量滑轮组的机械效率》
现代社会是讲求“效率”的社会，时时、事事、处处都追求高效率，以尽可能少的消耗能源，取得尽可能多的效益。
提高机械效率可以充分地发挥机械设备的作用，对节能减排、提高经济效益有重要的意义。
那么，怎样提高机械效率呢？
5. 提高机械效率的方法
二、机械效率
影响滑轮组机械效率的因素和改进措施
被提升物体的重力
动滑轮自身的重力
滑轮组自身部件的摩擦
同一个滑轮组，被提升物体的重力越大，做的有用功越多，机械效率越大
有用功不变时，减小提升动滑轮时做的额外功，可提高机械效率
机械自身部件的摩擦力越大，机械效率越低
在机械承受的范围内，尽可能增加被提升物体的重力
改进滑轮结构，减轻滑轮自重
对机械进行保养，保持良 好的润滑，减小摩擦
5. 提高机械效率的方法
二、机械效率
观看视频——《提高滑轮组机械效率的方法》
【例题2】如图，用滑轮组竖直向上匀速提升重物，不计绳重和摩擦，下列措施能提高滑轮组机械效率的是（　　）A．适当增大重物上升的高度B．换用质量较小的动滑轮C．增大绳子自由端移动的距离D．增大绳子自由端的拉力
解析见下页
B
二、机械效率
ACD．用滑轮组竖直向上匀速提升重物时，有用功为 W有用 = G物h ，不计绳重和摩擦，额外功为：W额 = G动h，总功为W总=W有用+W额= G物h+ G动h则滑轮组的机械效率为由此可知，滑轮组机械效率的高低与重物上升的高度、增大绳子自由端移动的距离和增大绳子自由端的拉力无关，故ACD不符合题意；
 
B．由以上分析可知，减小动滑轮的重力，可减小额外功，能提高滑轮组的机械效率，故B符合题意。
所以选B。
二、机械效率
【例题3】如图甲是某学习小组“测量滑轮组的机械效率”的示意图（不计绳重和摩擦）。①实验中，用弹簧测力计竖直向上___________拉动绳子自由端，将重为4.8N的物体从A位置提升到A′位置，同时弹簧测力计从图中的B位置上升到B′位置，此过程中，弹簧测力计的示数如图乙所示；
②该滑轮组的机械效率η=______；③若在图甲装置的基础上，增加一个动滑轮，改为图丙所示的装置，提升同一物体，则测得滑轮组的机械效率___________（选填“变大”、“变小”或“不变”）。
解析见下页
匀速直线    
80% 
变小
二、机械效率
①实验中应该用弹簧测力计竖直向上匀速直线拉动绳子自由端，此时系统为平衡状态，测力计示数等于拉力的大小。②由图知，测力计从B位置匀速提升到 B′位置，测力计上升的高度为 s=30.0cm-15.0cm=15.0cm=0.15m图中有 3 段绳子拉着动滑轮，n=3，则物体上升的高度为h=5.0cm=0.05m由图可知，测力计的分度值为 0.2N，其示数为 2N；该滑轮组的机械效率为 ③若在图甲装置的基础上，增加一个动滑轮，改为图丙所示的装置，提升同物体，此时有用功不变，克服动滑轮重力所做的额外功变大，总功变大，故滑轮组的机械效率会变小。
 
二、机械效率
【例题4】如图所示，斜面与水平地面夹角为30°，某快递员用500N的力，将重800N的货物沿斜面匀速推上车厢，不考虑斜面形变，货物所受摩擦力方向沿斜面向 ___；斜面的机械效率为 _____。不改变斜面与地面夹角和货物质量，采用 ______________的方法可以提高斜面的机械效率。
货物相对斜面向上运动，所受的斜面的摩擦力沿斜面向下。 如图所示，斜面的长度为l，其高度h=0.5l，斜面的机械效率
 
斜面与地面夹角和货物质量不变，即有用功保持不变，可通过减少额外功来提高斜面的机械效率。所以可通过减小接触面的粗糙程度来减小摩擦，来提高机械效率。
下
80% 
使接触面光滑 
二、机械效率
有用功和额外功
机械效率
动手动脑学物理
课堂练习
课堂总结
1. 有没有机械效率为100%的机械?为什么?举例说明，通过什么途径可以提高机械效率。
没有。因为使用机械做功时，必然要克服机械受到的重力、摩擦等做额外功，即有用功一定小于总功，机械效率一定小于100%。使用滑轮组提升重物时，尽量使用轻质的动滑轮和绳子，尽量减小滑轮和轴间的摩擦，增大重物的质量，这样可以减小额外功，增大有用功，提高机械效率。
动手动脑学物理
2．一台起重机将重3600N的货物提高4m，起重机做的有用功是多少?如果额外功是9600J，总功是多少？机械效率是多少？起重机所做的额外功是由哪些因素引起的？
W有=Gh=360N ×4m=14400J W总=W有+ W额 = 14400J + 9600J =24000J
 
起重机所做的额外功是由动滑轮、起重臂和钢丝绳所受的重力以及摩擦引起的。
动手动脑学物理
3. 在斜面上将一个重4.5N的物体匀速拉到高处，沿斜面向上的力是1.8N，斜面长1.2m、高0.3m。把重物直接提升h所做的功作为有用功，求这个斜面的机械效率。
W有=Gh W总=FS
 
动手动脑学物理
4. 用一个动滑轮在5s内将一重为200N的物体向上提起3m，拉力为150N，这个动滑轮的机械效率是多少？拉力的功率有多大？
W有=Gh W总=FS
 
 
动手动脑学物理
有用功和额外功
机械效率
动手动脑学物理
课堂练习
课堂总结
课堂总结
课堂总结
从语言描述上辨别有用功和总功的方法：①一般来说，“人对机械做的功”、“动力对机械做的功”、“机械的输入功”等可以理解为是总功；②“不用机械时直接用手做的功”、“机械对物体做的功”、“机械的输出功”等可以理解为是有用功。
有用功和额外功
机械效率
动手动脑学物理
课堂练习
课堂总结
升旗过程中，克服旗的重力做的功是有用功，克服摩擦力做的功是额外功；人对绳子拉力做的功是总功。
1．升旗过程中，克服旗的重力做的功是_________，克服摩擦力做的功是_________；人对绳子拉力做的功是_______.(填“有用功”“额外功”或“总功”)
有用功　
额外功　
总功　
课堂练习
2．用绳子将钩码提升至一定的高度，如图所示，此过程所做的有用功是（ ） A．提升钩码所做的功　　　　　　　B．克服摩擦力所做的功C．提高绳子所做的功　　　　　　　D．克服动滑轮重力所做的功
A　
用绳子将钩码提升至一定的高度，此过程所做的有用功是提升钩码所做的功。
所以选A。
课堂练习
3．关于机械效率，下列说法中正确的是 （ ）A．做有用功多的机械效率一定高　　　B．做总功多的机械效率一定高C．做额外功少的机械效率一定高　D．在总功中有用功所占比例大的机械效率高
D
 
所以D正确。
课堂练习
4. 工人用如图的机械将物体匀速提升到某一高度，若物体的重力与滑轮的重力之比G物∶G滑轮=9∶1，忽略绳重与摩擦的影响，则机械效率为 （　　） A．10% B．45% C．80% D．90%
D
 
课堂练习
5. 如图所示，为使重为 1 500 N 的物体匀速运动到长 100 m 的斜面顶端，若斜面的高为 10 m。需用 180 N 的推力，则这个斜面的机械效率是多少?
W有用 = Gh = 1 500 N×10 m = 15 000 J
W总 = Fs = 180 N×100 m = 18 000 J
∴ η= = = 83.3%
课堂练习

6．如图，小明用滑轮组把质量为54kg的重物匀速提升了1 m．此过程中，绳子自由端的拉力做功为675 J，绳子自由端的拉力为______N，该滑轮组的机械效率为_______（g取10 N/kg）.
225　
80%　
 
课堂练习
7．工人利用如图所示的滑轮组将重900N的物体竖直向上匀速提升0.5m，工人所用的拉力F为600N，(不计摩擦和绳重)，求：①人的拉力做的功为多少J？②此滑轮组的机械效率为多少？③若用此滑轮组提升重为1 500 N的物体，绳上的拉力是多少牛？
解析见下页
课堂练习
③由于不计摩擦和绳重，拉力F＝（G物＋G动）/2 所用动滑轮的重G动＝2F-G＝2×600 N-900 N＝300 N 若用此滑轮组提升1500N的重物， 此时拉力F′＝(G物′＋G动)/2＝(1500N＋300 N)/2＝900 N.
①由图知n＝2，拉力端移动距离s=2h=2×0.5m=1m 拉力做的总功W总＝Fs＝600 N×1m＝600 J.②工人做的有用功W有＝Gh＝900 N×0.5 m＝450 J 滑轮组的机械效率η=W有/W总=450J/600J×100%=75%.
课堂练习
8. 如图所示，在20N的水平拉力F作用下，重200N的物体沿水平面向左做匀速直线运动，物体与地面间的滑动摩擦力为48N。则：①滑轮组的机械效率为多少？②若物体的速度为0.2 m/s，则拉力做功的功率是多少？
 
课堂练习
题述两种不同施力方向的最小作用力的示意图如图甲、乙所示；图甲中，动力F甲的力臂为AO1的长；图乙中，动力F乙的力臂为AO2的长。设石头对杠杆的压力为F压，由杠杆平衡条件知: F甲×AO1=F压×CO1，F乙×AO2=F压×CO2，因为CO1=CO2，AO1F乙，即乙工人的方法更省力。
9. 如图用同一滑轮组分别将两个不同的物体A和B匀速提升相同的高度，不计绳重和摩擦的影响，提升A的过程滑轮组的机械效率较大，则下列判断正确的是（　　）①提升A的拉力较大 ②A物体比B物体轻③提升A做的有用功较多 ④提升A所做的额外功较少A．只有①③ B．只有②④ C．只有②③ D．只有①④
B
解析见下页
课堂练习
②滑轮组的机械效率
 
 
 
课堂练习
（1）实验时，小明________竖直向上拉动弹簧测力计，使钩码升高，弹簧测力计读数为0.5N；同时小强也用刻度尺测出钩码被提升的高度为10cm，以上测量结果准确无误，其他被测物理量和计算数据记录如表；
10．小明和小强在测“滑轮组机械效率”的实验中，组装好如图所示实验装置，他们分别记下了钩码和弹簧测力计的位置。
匀速　
课堂练习
（1）实验时需要沿竖直向上匀速拉动弹簧测力计，使物体匀速升高，处于平衡状态，此时测力计示数才等于拉力大小。
课堂练习
（2）小明和小强通过计算得出该滑轮组机械效率为100%，他们意识到出现了错误，请你帮他俩找出错误的原因：_______________________；（3）该滑轮组的机械效率实际为______；（4）在实验中，若将钩码的重增加到6N，则该滑轮组的机械效率将________（选填“变大”、“变小”或“不变”）。
弹簧测力计提升的高度应为0.3m　
变大　
66.7%　
解析见下页
课堂练习
 
（4）提升的钩码重增加到6N，在提升高度不变时，由W有＝Gh可知，有用功增大，额外功几乎不变，有用功在总功所占的比例增大，则该滑轮组的机械效率将变大。