初中物理苏科版（2024）九年级上册（2024）五、机械效率精品ppt课件

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生活中我们常常会遇到“效率”这个词，例如学习效率、工作效率等，你知道它们的含义吗？
现在将一箱书搬上三楼，小明和小华分别提供了两种方法：小明的方案是把所有的书一起搬上楼；小华的方案是先搬一部分书上楼，再搬剩下的部分。则用这两种方案搬书的效率有什么不同?你搬的话，选用哪种方案？
1. 通过实验探究，知道有用功、额外功和总功的概念及它们之间的关系。2. 理解机械效率的概念，知道机械效率的计算公式，会计算简单机械的机械效率。3. 能设计实验，测量简单机械的机械效率，知道简单机械的机械效率与哪些因素有关。
1. 有用功、额外功和总功2. 机械效率3. 斜面及其应用4. 课堂总结 5. 实践与练习 6. 综合提升训练
一、有用功、额外功和总功
第5节 机械效率
【活动目的】探究动力拉绳所做的功与动滑轮拉钩码所做的功之间的大小关系。【测量器材】弹簧测力计、刻度尺。【实验步骤】（1）如图所示，用弹簧测力计沿竖直方向匀速拉一个动滑轮，使挂在它下面重为G的钩码缓缓上升。分别测量绳受到的拉力F、绳端移动的距离s、钩码所受的重力G和钩码上升的高度h。
（2）改变钩码的数量，重复上述步骤。（3）将实验数据填入自己设计的表格中。
【分析论证】手拉绳子所做的功和动滑轮对物体所做的功相等吗？若不相等，则哪一个大？你能找出其中的原因吗？
结论：不相等，手拉绳子所做的功多。原因是在提升钩码的过程中，不仅要克服钩码的重力做功，还要克服动滑轮的重力、绳的重力及摩擦力做功。
2. 有用功、额外功和总功
（1）有用功：将钩码提升一定的高度是我们的目的，所做的功叫做有用功，记为W有用。（2）额外功：在使用动滑轮提升钩码时，除需克服摩擦力做功外，还要克服动滑轮的重力做功，这两部分功虽然并非我们所需要的，但又不得不做，叫作额外功，记为W额外。（3）总功：手拉绳所做的功叫作总功，记为W总。总功等于有用功与额外功之和：W总= W有+W额
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。
视频欣赏——《有用功和额外功》
【例题1】如图所示，物体重180N，动滑轮重10N，小明用100N的拉力（方向不变）将物体匀速提升2m，则此过程中有用功是______J，额外功是____J，总功是_____J 。
【解析】动滑轮提升重物所做的有用功为W有＝Gh＝180N×2m＝360J由图知有2段绳子拉着物体，拉力端移动距离s＝2h＝2×2m＝4m拉力所做的总功W总＝Fs＝100N×4m＝400J则额外功为 W额外＝W总-W有＝400J-360J＝40J
【例题2】无人机应用广泛，无人机的很多钢材部件用密度更小的碳纤维替换，来减轻机身重量。如图所示，用碳纤维替换后的无人机与未替换前相比，将同一个快递包裹从地面运送到五楼，可以（ ）A．减少有用功B．增大有用功C．减少额外功D．增大总功
【解析】将同一个快递包裹从地面运送到五楼，克服无人机自重做的是额外功，用碳纤维替换后的无人机与未替换前相比，机身减轻了重力，所以，减少了额外功；克服包裹的重力做的功是有用功，与未替换前相比没有变化，即有用功不变；总功等于有用功和额外功之和，有用功不变，额外功减少，总功减少。故C符合题意，ABD不符合题意。故选C。
②机械效率只有大小，没有单位。③机械效率总小于1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。
④机械效率的大小与省力情况无关 机械效率的高低与机械省力多少无关，不要认为机械越省力其机械效率越高。
想一想:一台起重机的机械效率是60% ，它表示什么意义？
（4）计算“再探动滑轮活动”中不同情况下动滑轮的机械效率。
2. 一些机械（机器）的机械效率
离心式水泵的机械效率60～80%
喷气发动机的机械效率50～60%
一些机械（机器）的机械效率
3. 一些简单机械的机械效率
（1）滑轮组的机械效率①滑轮组竖直提升物体 如图，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。
由公式可知：不计绳重与摩擦，当动滑轮的重力越小、物重越大时，机械效率越高。
滑轮组的机械效率跟物重、动滑轮重、绳重和摩擦有关；对同一个滑轮组来说物重越大，机械效率越高；在物重相同时，动滑轮重越小，机械效率越高；在物重相同时，机械摩擦和绳重越小，机械效率越高。
（2）杠杆的机械效率如图所示，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。
第一，是减小额外功。方法有：保持良好的润滑、减小滑轮的轮与轴之间的摩擦、减小动滑轮的自重等都能减小额外功，从而提高机械效率。第二，是增加有用功。当额外功不变时，有用功越大，则机械效率越高。以滑轮组提升重物为例，当动滑轮重和摩擦不变时，提起的货物越重，机械效率越高。
4. 提高机械效率的方法
总结：提高机械效率的方法
同一机械，被提升物体的重力越大，做的有用功越多，机械效率越大.
在机械承受的范围内，尽可能增加被提升物体的重力.
有用功不变时，减小提升机械时做的额外功，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.
改进机械结构，使其更合理、更轻巧.
对机械按技术规程经常保养，使之处于良好的状态.
（1）被提升物体的重力
（3）机械转动部件间的摩擦
【例题3】如图所示，工人用滑轮将 45kg 建筑材料沿竖直方向匀速提升 3m，所用的拉力为 250N。此滑轮的机械效率是多少？（g取10N/kg）
【讨论】如果用上述滑轮匀速提起30kg的物体，那么机械效率还是90%吗？同一机械的机械效率是否会发生变化？为什么？
【例题4】如图所示，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
【例题5】现在将一箱书搬上楼，小明和小华分别提供了两种方法：小明的方案是把所有的书一起搬上楼；小华的方案是先搬一部分书上楼，再搬剩下的部分。用这两种方案，搬书的机械效率有什么不同?你搬的话，选用哪种方案？
小明的方案功率大，机械效率高。
1. 斜面及其特点欲将重物从地面移到高台上，可以在地面和高台间架一块长木板，沿斜面将重物拉到高台上，如图所示。这里的斜面就是一种省力的简单机械。
使用斜面时可以省力，但要费距离。由于物体在斜面上运动时会受到摩擦力，要做额外功，因而斜面的机械效率小于100%。
2. 斜面的机械效率如图所示，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。
斜而在生产、生活中应用广泛。如图（a）所示，在一些建筑物的入口处设置了供轮椅上下的斜坡，将轮椅沿着这种斜坡推上去比直接提上去要省力，这体现了社会对残疾人的关怀。如图（b）所示，高山上的公路修得弯弯曲曲，宛如盘龙，也是利用了同样的道理。
视频讲解——《斜面及其机械效率》
【例题6】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，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。
1. 某人用定滑轮将质量为20kg的物体匀速提升2m，所用的拉力为220N。求此过程中人做的有用功、总功和定滑轮的机械效率（g取10N/kg）。
2. 用某杠杆将质量为18kg的物体匀速提升50cm，若此时杠杆的机械效率为90%，则提升该物体需要做的总功是多少（g取10N/kg）?
3. 如图所示是塔式起重机上的一种滑轮组。已知在匀速吊起600kg的物体时，滑轮组的机械效率是80%，使物体上升5m，所做的有用功是多少?所做的总功是多少?（ g取10N/kg ）
【解析】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。故选A。
1．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
2．下列办法中，能提高如图滑轮组机械效率的是（　 ）A．增大摩擦 B．增大定滑轮重力C．增大动滑轮重力 D．增大被提升物体重力
A．增大摩擦，会增大额外功在总功所占比值，使机械效率降低，故A不符合题意；B．增大定滑轮重力，不会改变额外功和有用功，即机械效率不变，故B不符合题意；
C．增大动滑轮重力，会增大额外功在总功所占比值，使机械效率降低，故C不符合题意；D．增大被提升物体重力，增大有用功在总功所占比值，使机械效率增大，故D符合题意。
3. 实验时，小芳用图所示的滑轮组，将重为8N的物体匀速提升0.5m。已知动滑轮的重为2N，不计绳重和摩擦，则（　　） A．拉力F为4NB．有用功为5JC．绳子自由端移动距离为1.5mD．该滑轮组的机械效率为80%
4. 如图所示的斜面高为h=2m，长为L=5m，现用平行于斜面的拉力F=200N，将一个G=400N的重物从斜面底端匀速拉到斜面顶端，拉力做的总功是______ ，斜面的机械效率是______ 。
5. 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（ ）①A物体比B物体轻； ②提升A的拉力较大； ③提升A所做的额外功较少；④提升A做的有用功较多A．只有①③ B．只有②④C．只有②③ D．只有①④
6．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N？