沪科版（2024）八年级全册（2024）机械效率教学课件ppt

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第三节 机械效率
1. 生活中我们常会强调提高效率，如学习效率、工作效率等。利用机械帮助我们完成某项任务，也会涉及效率问题。那么，机械做功与效率有怎样的关系呢？本节我们将学习有关内容。
2. 利用机械帮助我们工作，会给我们带来极大的方便。有的机械可以省力，有的机械可以省距离。利用滑轮组提升重物，绳端拉力所做的功与滑轮组对重物所做的功相同吗？
有用功、额外功和总功
一、有用功、额外功和总功
1. 探究使用动滑轮是否省功
【提出问题】如图所示，在使用动滑轮提升物体时，尽管省力，但需要移动更长的距离。使用滑轮提升物体做的功与不使用滑轮直接提升物体做的功相同吗？下面，我们来探究这个问题。
【设计实验】参照图所示的方法进行实验。（1）用弹簧测力计将钩码缓慢地提升一定的高度，如图（a）所示，计算拉力所做的功。（2）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，如图（b）所示，再次计算拉力所做的功。比较两次拉力所做的功相同吗？为什么？
【进行实验】（1）用弹簧测力计直接将重为2N的钩码匀速提升0.1m，记下弹簧测力计的示数F1和钩码在F1方向上移动的距离s1。（2）再借助一个动滑轮用弹簧测力计将重2N的钩码匀速提升0.1m，记下弹簧测力计的示数F2和绳子自由端在F2 方向上移动的距离s2。
直接用弹簧测力计提升重为2N的钩码
用弹簧测力计和一个动滑轮提升重2N的钩码
①直接用弹簧测力计提升重为2N的钩码做功 W1=F1s1= 2N×0.1m=0.2J ②用弹簧测力计和一个动滑轮提升2N的钩码做功 W2=F2 s2= 1.2N×0.2m=0.24J
使用机械做功时，尽管它能给我们带来便利，但是，由于机械本身的自重以及摩擦等因素的影响，需要额外多做一些功。
借助动滑轮所用的拉力做的功要多一些.
（1）有用功：在图（a）所示实验中，直接用弹簧测力计提升钩码，其拉力克服钩码的重力做的功为有用功，用W有用表示。（2）总功：在图（b）所示实验中，弹簧测力计的拉力所做的功为总功，用W总表示。 （3）额外功：在借助动滑轮匀速提升钩码过程中，拉力不仅要做有用功，还须克服滑轮的重力及摩擦力等做功，这部分功为额外功，用W额外表示。
2. 有用功、额外功和总功
有用功、额外功和总功的关系：W总=W有用+W额 从总功中减去额外功，是对我们有用的功，即有用功。因此，动力对机械所做的功总是大于机械所做的有用功。
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。
动画讲解——《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 。
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，现在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
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。
问题 人们希望在总功中有用功所占比例更大些，这就涉及机械效率问题。那么，什么是机械效率呢？
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。
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
想一想:一台起重机的机械效率是60% ，它表示什么意义？
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）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。
（3）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。
4. 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.
对机械按照技术规程经常保养，使机械处于良好的状态.
【例题2】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）
【分析】工人用滑轮提升建筑材料的过程中，有用功是不用滑轮直接把物体提升3m做的功；总功是拉力做的功，两者的比即为机械效率。【解】由题意，建筑材料的质量 m= 45kg，建筑材料提升的高度 h=3m，拉力F=250N，工人用手拉起的实际绳长s=2h=6m。滑轮做的有用功为 W有用=Gh=mgh=45kg×10N/kg×3m=1350J 拉力做的总功为 W总= Fs=250N×6m= 1500J 此滑轮的机械效率为
【例题3】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
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。
【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，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．为了提高起重机的机械效率，你有哪些建议？
为了提高起重机的机械效率，可以在确保钢丝绳与塔吊安全的情况下，增加货箱的重力；可以减小动滑轮的重力；给动滑轮转轴处加润滑油减小摩擦等。
2. 某建筑工人用大小为 600 N的拉力F，通过定滑轮将重 500N 的物体匀速提升2m。求：（1）这名建筑工人做的有用功；（2）这名建筑工人做的总功；（3）此定滑轮的机械效率。
（1）建筑工人做的有用功 W有=Gh=500N×2m=1000J（2）使用定滑轮时，绳端移动的距离 s=h=2m 这名建筑工人做的总功 W总=Fs=600N×2m=1200J（3）定滑轮的机械效率
3. 某人用 100N的力，沿竖直方向将杠杆动力臂的端点压下 2m，杠杆的另一端将 320N 的重物举高 0.5m，则他做的有用功是多少？杠杆的机械效率是多少？
克服重物重力做的功为有用功，故做的有用功W有=Gh=320N×0.5m=160J动力做的总功 W总=Fs=100N×2m=200J杠杆的机械效率
4. 分析汲水装置桔槔工作时，机械做有用功、额外功和总功的情况，并分析主要的能量相互转化的情况。
有用功是克服水的重力所做的功。额外功包括在操作过程中不得不做但并非直接用于提水的功，如克服机械摩擦、提升水桶本身的重力还有杠杆自身的重力产生的功。总功就是有用功与额外功的总和。能量转化：人的生物能转化为机械能，其中一部分通过杠杆传递，转化为水的势能；另一部分在克服摩擦时转化为内能；还有一部分用于提升水桶的势能。
5.* 工人用如图所示滑轮组将重 200N的物体匀速提升 3m，工人竖直向上的拉力为 80N。求：（1）工人所做的有用功；（2）工人所做的总功；（3）此滑轮组的机械效率。
（1）工人做的有用功为 W有=Gh=200N×3m=600J（2）由图可知，承担物重绳子的股数为n=3 ，绳子自由端移动的距离为 s=3×3m=9m工人做的总功为W总=Fs=80N×9m=720J（4）滑轮组的机械效率为
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
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。
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？
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
因为额外功相同，提升A物体时滑轮组的机械效率较大，所以提升A物体所做的有用功较大，由于提升物体高度一样，所以A物体较重，提升A物体用的拉力较大，故ACD错误，B正确．所以选B。
5．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？
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＝2×600N-900N＝300N 若用此滑轮组提升1500N的重物， 此时拉力F′＝(G物′＋G动)/2＝(1500N＋300N)/2＝900N.
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%.
6．如图所示的小型起重机，某次吊起重力为6×103N的物体，电动机的功率为2×103W，用时20s，使物体上升了5m。则通过动滑轮（    ）A．做的有用功为6×104JB．拉力为4×103NC．做的总功为2×104JD．机械效率为66.7%