人教版（2024）八年级下册（2024）第4节 机械效率学案设计

这是一份人教版（2024）八年级下册（2024）第4节 机械效率学案设计，共3页。
有用功和额外功
不使用机械直接提升物体做的功,与使用机械提升物体时做的功相同吗？
演示实验：使用动滑轮是否省功
1.如图甲,用弹簧测力计将钩码缓慢地提升一定的高度,计算拉力所做的功。
2.如图乙,用弹簧测力计并借助一个动滑轮将同样的钩码缓慢地提升相同的高度,再次计算拉力所做的功。
这两次拉力所做的功一样吗?为什么?
实验结果表明,虽然在两次实验中钩码被提升了相同的高度,但第二次拉力做的功反而要多一些。这说明,尽管使用动滑轮会省力,但由于滑轮本身所受的重力以及摩擦等因素的影响,我们要多做功。
在上面的实验中,无论是否使用滑轮,钩码都被提升了,这部分功是必须要做的,叫做有用功,用W有表示。
若用滑轮组提升钩码,我们还不得不克服动滑轮本身所受的重力以及摩擦力等因素的影响而多做一些功,这部分功叫做额外功,用W额表示。
有用功与额外功之和是总共做的功,叫做总功,用W总表示。
总功、有用功和额外功之间的关系为：W总=W有+W额
机械效率
在保证所做有用功一定的情况下,人们总是希望额外功越少越好。即额外功在总功中所占的比例越少越好。物理学中,将有用功跟总功的比值叫做机械效率。
如果用η(读作aita)表示机械效率,那么有η=W有/W总
使用任何机械都不可避免地要做额外功,有用功总是小于总功,所以机械效率总是小于1的。
机械效率通常用百分数表示。
例题：起重机把质量为0.5t的重物匀速提升了3m,而它的电动机所做的功是3.4×104J,起重机的机械效率是多少?g取10N/kg。
解：起重机提升重物所用的力与物体的重力大小相等F=G=mg=0.5×103kg×10N/kg=5×103N
起重机提升重物所做的功是有用功W有=Fh=5×103N×3m=1.5×104J
起重机的电动机所做的功是总功W总=3.4×104J
因此,起重机的机械效率η=W有/W总=1.5×104J/3.4×104J=0.44=44%
这台起重机的机械效率为44%。起重机的机械效率一般为40%-50%,抽水机的机械效率一般为60%-80%。
下面我们通过实验测量滑轮组的机械效率。实验之前应该考虑:需要测量哪几个量,怎样计算有用功,怎样计算总功?
实验测量滑轮组的机械效率
1.用弹簧测力计测量钩码所受的重力G并填入表格。
2.按照图安装滑轮组,分别记下钩码和弹簧测力计的位置。
3.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和弹簧测力计移动的距离s,将这三个量填入表格。
4.算出有用功W、机械效率η，并填入表格。改变钩码的数量,重复上面的实验。
你在三次实验中测得的机械效率一样吗?
分析你的测量结果,看看影响滑轮组的机械效率的因素有哪些。
影响滑轮组机械效率的因素主要因素：物体重力一定时，动滑轮越重，机械效率越低，动滑轮重一定时，物体重力越大，机械效率越高。
影响滑轮组机械效率的主要因素是物重，其次才是滑轮重、绳重和摩擦。无论你用同一滑轮组吊起一根绣花针或一个重量远远大于动滑轮的重物，你都需要把动滑轮提上去，还要克服绳重与摩擦，前者额外功远远大于有用功，其机械效率几乎为零，后者额外功在总功中占的比值就小得多，所以物重越大，机械效率就越高。
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。提高机械效率的主要办法是改进结构,使它更合理、更轻巧。在使用中按照技术规程经常保养,使杋械处于良好的状态,对于保持和提高机械效率也有重要作用。