初中物理人教版八年级下册12.3 机械效率导学案及答案

第3节　机械效率

第1课时　机械效率及其计算

1. 了解有用功、额外功和总功

2. 机械效率和机械效率的计算

　　有用功、额外功和总功

●自主预习：

阅读课本第85面、第86面，完成下列填空：

　　1．有用功: 在工作时,对人们有用的功。用符号 W有 表示

    2． 额外功: 在工作时,除有用功不得不额外多做的功。用符号 W额 表示

    3 ．总  功: 有用功与额外功的和，也叫动力功。用符号 W总 表示

●小组讨论：

1．各小组分工合作，完成下面实验：

（1）如图甲，用弹簧测力计将钩码匀速缓慢地提升一定的高度，计算拉力所做的功W1。

（2）如图乙，用弹簧测力计并借助一个动滑轮将同样的钩码匀速缓慢地提升相同的高度，再次计算拉所做的功W2。

（3）比较W1、W2的大小并分析原因。

2．讨论：

（1）有没有一种简单机械只做有用功,不做额外功?

  　　没有

（2）使用不同的简单机械做功,完成相同的有用功时,所做的总功是否一定相同?这说明什么?

   不同，这说明额外功可能相同，也可能不同

（3）额外功在总功中占的比例越多越好,还是越少越好?

   额外功在总功中占的比例越少越好

（4）一定的总功中,额外功少意味着什么?

   有用功多

●教师点拨：

    在使用机械时，我们总是希望额外功在总功中所占的比例尽量少些，这样可以让机械处于一个高效率的状态，以尽可能少的消耗，取得尽可能多的效益。

●跟踪练习：

 1.用桶从井中提水的时候，对 水 做的功是有用功，对 桶 做的功是额外功。

 2.如果桶掉进井里，从井里捞桶时，捞上来的桶带有一些水，这时对桶做的功是 有用 功，对水做的功是 额外 功。

 3.（2012天津）如图所示，工人利用滑轮组将沙子从地面提升到距地面6m高  的三楼，沙子的质量为50kg，装沙子的桶的质量8kg，动滑轮的质量为2kg，工人匀速拉绳子的力为300N（忽略摩擦和绳重，g取10N/kg）求：（1）工人做的总功；（2）工人做的额外功。

解：(1)拉力做功：W总=FS=300N×12m=3600J；

（2）∵忽略摩擦和绳重，∴W额=（G桶+G动）h=（m桶+m动）gh=（8kg+2kg）×10N/kg×6m=600J

　　机械效率的计算

●自主预习：

阅读课本第86面，完成下列填空：

1．在使用机械时我们最关心的是所做的这些总功中,有用功究竟占了多少。 为此我们引入一个新的物理量, 叫做 机械效率 ，它表示的是 有用功 与 总功的 比值。用符号 η 表示，读作 “依塔”（yita） 。

2．机械效率的计算公式:η=   W有用/W总    。

●小组讨论：

1．用一动滑轮把重40N的物体匀速提高20m,所用的拉力是25N,则拉力的作用点移动的距离是多少?动滑轮的机械效率是多少?

解：拉力的作用点移动的距离S=2h=2*0.2m=0.4m

        有用功W有=Gh=40N*0.2m=8J

        总功W总=FS=25N*0.4m=10J

动滑轮的机械效率是η=W有用/W总=8J/10J=80％

2．结合上题计算结果和课本86面：起重机、抽水机的大致机械效率范围。思考：为什么机械效率总小于1？

利用机械做功时，不可避免地要做额外功，使有用功总比总功小，而机械效率等于有用功除以总功，所以机械效率总小于一。

●教师点拨：

机械效率η是个百分数,一定小于100%,没有单位。

机械效率是描述机械性能优劣的物理量，机械效率高的机械性能优良。机械效率的高低与所使用的机械工作时是否省力、及省力多少无关；与机械工作时的快慢程度无关；与机械工作时所完成的功的数量多少也无关．

●跟踪练习：

    1．关于功率和机械效率的说法中，正确的是（ D ）

    A．功率大的机械，做功一定多　　B．做功多的机械，机械效率一定高

    C．效率高的机械，功率一定大　　D．做功快的机械，功率一定大

2．用动力臂是阻力臂2倍的杠杆将重400N的货物抬高20cm,手向下压杠杆的力是240N,手下降的高度是多少cm?这个杠杆的机械效率是多少?

解：手下降的高度h手=2h物=2*0.2m=0.4m

    有用功W有=Gh物=400N*0.2m=80J

    总功W总=F动h手=240N*0.4m=96J

        则此杠杆的机械效率η=W有用/W总=80J/96J=83.3％

3．建筑工地上，工人用如图所示的装置将重为230Ｎ 的建材从地面匀速送到6ｍ 高处，所用拉力为125Ｎ。求：（１）工人做的有用功；（２）工人做的总功；（３）此过程中该装置的机械效率；

　解：（1）1380J （2）1500J （3）92%

教学至此，敬请使用学案当堂训练部分.

第2课时 机械效率的测量

1．会测定滑轮组的机械效率

2．同一滑轮组的机械效率的特点

　测定滑轮组的机械效率

●自主预习：

  阅读课本第86面、第87面，完成下列填空：

1．测量滑轮组的机械效率的实验中，需要测量四个物理量：　钩码的重力G　、　钩码提升的高度h　、　拉力F　、　绳端移动的距离s　；

2．计算有用功的方法：　W有＝Gh　；

3．计算总功的方法：　W总＝Fs　。

●小组讨论：

1．各小组分工合作，完成下面实验：

（1）如图安装滑轮，记下钩码所受的重力G及钩码和弹簧测力计的位置；

（2）缓慢拉动弹簧测力计，使钩码升高h，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；

（3）算出有用功、总功、机械效率。

（4）改变钩码的数量，再做两次上面的实验。

●教师点拨：

对于已组装好的滑轮组，只需测量出G和F即可计算出其机械效率。

●跟踪练习：

1．小明在测量滑轮组机械效率的实验中，所用装置如图所示，实验中每个钩码重2N，测得的数据如下表：

（1）在实验中，测绳端拉力F 时，应尽量竖直向上匀速拉动弹簧测力计且在拉动过程中读数。

（2）第1次实验测得的机械效率为74％。（结果保留两位有效数字）

（3）分析表中数据可知：第2次实验是用　b　图做的；第4次实验是用　c　图做的。（选填“a”、“b”或“c”)

（4）分析第1、2次实验数据可知：使用同一滑轮组，　增大提升重物的重力　可以提高滑轮组的机械效率；分析第1、3次实验数据可知：使用不同的滑轮组，提升相同的重物，动滑轮个数越多（即动滑轮总重越重），滑轮组的机械效率　小　。

（5）分析第3、4次实验数据可知，滑轮组的机械效率与物体被提升的高度　无关　。

　　同一滑轮组的机械效率的特点

●自主预习：

    阅读第87面内容后完成下面填空：

 1．提高机械效率的主要办法是　改进结构　、使它更合理、更轻巧。

 2．　在使用中按照技术规程经常保养，使机械处于良好的状态　，对于保持和提高机械效率也有重要作用。

●小组讨论：

1．实验探究:对于同一个滑轮组提升不同重物时，它的机械效率是否改变呢？

2．如何设计实验证明？

实验步骤：

①用一个动滑轮和一个定滑轮组成的滑轮组提升两个50g钩码，记录钩码的重力、弹簧测力计的拉力、钩码上升的高度、绳自由端移动的距离.

②用该滑轮组提升四个50g钩码，记录钩码的重力、弹簧测力计的拉力、钩码上升的高度、绳自由端移动的距离.

表格设计：

分析表格数据在与同学们交流讨论，你能得到什么结论？

                                                                 。

●教师点拨：

同一机械的效率并不是固定不变的，而是随着不同的工作状态和环境而变化的.例如：一个组装好的滑轮组，其提起的物重越大，则其机械效率越高，因为此时的额外功（提起机械本身所需要的功）相对越小；当然，由于机械间的摩擦而造成的额外功并不会减小. 当额外功一定时，在机械能承受的范围内尽可能增加每次提起重物的重力，充分发挥机械的作用.

●跟踪练习：

1．甲吊车比乙吊车的机械效率高，当它们分别把相同质　　量的物体匀速提升相同高度时，则（ B  ）

A．甲吊车的电动机做的有用功较多

B．乙吊车的电动机做的额外功较多

C．甲吊车的电动机做的总功较多

D．甲、乙两吊车的电动机做的总功相同

2．小明用同一滑轮组分别将甲、乙两组钩码提升相同的高度，如图所示．他两次提升钩码所用的拉力分别为F甲和F乙，则F甲　＜　F乙；所做的有用功分别为W甲和W乙，机械效率分别为η甲和η乙，则W甲　＜　W乙，η甲　＜　η乙．（均选填“＞”、“=”或“＜”）

　3． 在“探究动滑轮的机械效率”时，某小组利用自重不同的两个动滑轮进行了如图所示的三次测量，数据记录如下：

（1）完成表格中实验数据①、②和③的计算．
（2）通过比较哪两次实验数据〔选填实验序号〕，可以初步判断动滑轮的机械效率与动滑轮的自重是否有关.
（3）小明认为“同一个机械，它的机械效率是一个定值”，你可以用哪两次实验数据来验证他的观点是不对的？

解：（1）第3次数据中，有用功W有用=Gh=6N×0.2m=1.2J，总功W总=FS=3.3N×0.4m=1.32J，机械效率η= W有用/ W总＝1.2J/1.32J≈90.9%；

（2）①②两次实验中，钩码的重力相同，动滑轮的重力不同，机械效率也不同，因此探究的是机械效率与动滑轮自重的关系；
（3）比较①③，同一个机械，动滑轮重力不变，提升的物体重力不同时，机械效率也不同，提的物体越重，机械效率越大．

教学至此，敬请使用学案当堂训练部分.