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  • 2021-10-26 发布

八年级物理下册12机械效率

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12.3 机械效率 教学目标 能结合实例分析什么是有用功、额外功和总功。 能说出机械效率的含义,知道机械效率是小于1的。能利用机械效率的公式进行简单的计算。 通过实验了解滑轮组机械效率的高低与物体重力的大小有关。 教学重点 理解机械效率。 教学难点 测量滑轮组的机械效率。 温故知新 本节课的学习需要用到前面学习的有关功的知识,因此请同学们回忆下面这两个问题: 1、力对物体做功的两个必要条件是什么? 一是有力作用在物体上;二是物体在力的方向上通过了距离。 2、功的计算式是什么? W=Fs或W=Gh。 买大米 朵朵家住在二楼,买了一些大米,可以直接提到二楼,也可以使用动滑轮拉到二楼,使用动滑轮是为了更______。 1、两种方式提大米,人都需要对物体做_____? 2、使用动滑轮可以更省力,是否也能省功呢? 让我们设计一个实验来探究这个问题吧。 省力 功 使用动滑轮能否省功 我们可以用______来代替大米,我们还需要________和________。 钩码 动滑轮 测力计 使用动滑轮能否省功 需要测量哪些物理量呢? 设计实验表格: 使用动滑轮能否省功 实验结果记录如下: 使用动滑轮能否省功 结论:使用动滑轮比直接提升物体________。 不省功 利用动滑轮提升重物多做的功源于哪里呢? 使用动滑轮的确省了一半的力,但拉力移动的距离增加了一倍,加上动滑轮的自重、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。 推论:使用任何机械都_________ 。 不省功 理解机械的三种功 有用功:为了达到工作目的,直接对物体所做的功。 总功:动力所做的所有功,即有用功与额外功的总和。 额外功:为了达到工作目的,并非我们所需要但由于机械自重和摩擦等因素影响,我们不得不做的功。 理解机械的三种功 有用功(W 有 ):为了达到工作目的,直接对物体所做的功。 额外功(W 额 ):为了达到工作目的,并非我们所需要但由于机械自重和摩擦等因素影响,我们不得不做的功。 总功(W 总 ):动力所做的所有功,即有用功与额外功的总和。 三者关系: W 总 = W 有 +W 额 理解机械的三种功 1、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。 2、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。 有用功 无论采取哪种方法都必须做的功(为达到工作目的所必须做的功): (1)举高重物时(斜面或滑轮): (2)在粗糙水平面上移动物体时: W 有 =G 物 ·h W 有 =f 摩 ·S 物 额外功 并非人们需要但又不得不做的功: (1)克服机械自重做功,使用动滑轮或滑轮组时: (2)克服机械间的摩擦做功,使用斜面时: W 额 =G 动 ·h W 额 =f 摩 ·L 总功 动力对机械所做的功,有用功和额外功的和等于总功: 公式(1): W 总 =W 有 + W 额 公式(2): W 总 =F 动力 ·S 动力 作用在机械上的动力。 动力作用点移动的距离。 请计算出下列三种情况的有用功、额外功和总功分别是多少? 1 对沙子做功: W 有 =600J 对桶和克服自身重力做功: W 额 =120J+2400J=2520J 总功: W 总 =3120J 2 对沙子做功: W 有 =600J 对桶滑轮做功: 总功: 对沙子做功: W 有 =600J 对口袋和滑轮做功: 总功: W 额 =60J+120J=180J W 总 =780J 3 W 额 =60J+30J=90J W 总 =690J 例题 请算出刚才例题三种办法中有用功在总功中占的百分比。 1 对沙子做功: W 有 =600J 对桶和克服自身重力做功: W 额 =120J+2400J=2520J 总功: W 总 =3120J 2 对沙子做功: W 有 =600J 对桶滑轮做功: 总功: 对沙子做功: W 有 =600J 对口袋和滑轮做功: 总功: W 额 =60J+120J=180J W 总 =780J 3 W 额 =60J+30J=90J W 总 =690J 什么是“率” 与周围同学讨论下列短语中“率”字的含义。 种子发芽 率 、树的成活 率 、粉笔利用 率 、时间利用 率 …… 上述的几个“率”= 有用的量/总量 表示事物某一方面的优劣。 什么是机械效率 在使用机械工作时,有用功在总功中所占份额越多越好。它反映了机械的一种性能,物理学中表示为 机械效率 。 1、定义:有用功跟总功的比值。 2、物理意义:反映机械性能优劣的物理量。 3、公式: 什么是机械效率 机械效率会大于1吗?为什么? 不会。因为额外功总大于0,所以机械效率总小于1 。 4、机械效率η一般用 百分数 表示,总 小于1 , 无单位 。 实际:η<1 (理想: η=1) 机械效率的理解 如图,起重机的机械效率是60%,它表示什么意思? 使用起重机提升重物时所做的有用功跟总功的比为60%。也可以说有用功在总功中占60%,另外额外功占40%。 机械效率与是否省力、功率大小、提升高度、绳子的绕法和做功的多少等都无关。 一些机械的机械效率 1、判断下面说法中是否正确? 1.有用功越多,机械效率越高(        ) 2.额外功越少,机械效率越高(        ) 3.物体做功越慢,机械效率越低(        ) 4.做总功越多,机械效率越低(        ) 5.做相同的有用功,额外功越少,机械效率越高(       ) 6.做相同的总功时,有用功越多,机械效率越高(       ) 7.机械效率越高,越省力(        ) 2、某同学用动力臂是阻力臂2倍的杠杆将重400N的三种石头抬高20cm,手向下压的力是220N,手下降的高度是_____cm,人做的功是_____J,有用功是_______J,这根杠杆的机械效率是________。 40 88 90.9% 80 3、如图,忽略绳重和摩擦,用拉力F拉着10 N的重物匀速上升,绳子自由端移动1 m,动滑轮重力2 N,求:(1)拉力F;(2)物体上升的距离;(3)有用功,总功,机械效率。 (1)F=6N; (2)h=0.5m; (3)W有=5J;W总=6J;η=83.3%。 实验:测滑轮组的机械效率 为得出滑轮组的机械效率,需要求出有用功和总功,为此需要测出哪些物理量?每个量怎样测量? 实验原理: 重力G 重物上升高度h 拉力F 绳子移动距离s 实验:测滑轮组的机械效率 实验器材: 弹簧测力计、刻度尺、铁架台、滑轮、细线、钩码。 注意事项: 竖直 向上, 缓慢 拉动测力计。 缓慢拉动是为了确保钩码匀速运动。想一想为什么要保持匀速呢? 实验:测滑轮组的机械效率 实验1:保持动滑轮重一定,改变钩码重力。 结论:动滑轮重一定,物重越大,机械效率越高。 1 1.5 2 0.1 0.1 0.1 0.3 0.3 0.3 0.1 0.15 0.2 0.5 0.7 0.8 0.15 0.21 0.24 66.7% 71.4% 83.3% 实验:测滑轮组的机械效率 实验2:保持钩码重力一定,改变动滑轮重。 结论:物重一定,动滑轮越重,机械效率低。 2 2 0.1 0.1 0.8 0.7 0.3 0.4 0.2 0.2 0.24 0.24 83.3% 71.4% 如何提高机械效率 根据刚才的实验结论,试想我们怎样提高滑轮组的机械效率呢? 1、当有用功一定时,尽量减小额外功:采取 减轻机械自重 和在滑轮轴处加润滑油的办法 减小摩擦 ; 2、当额外功一定时,尽量增加有用功:在机械能承受的范围内尽可能 增加物重 。 理论推导 我们能否从公式出发,预测实验结果呢? 在竖直拉时,总有: S=n h V F =n V G 不计绳重与摩擦时有: 理论推导 1、图为测量滑轮组机械效率的实验装置,钩码总重6 N。(1)实验时要竖直向上______拉动弹簧测力计,由图可知拉力大小为_______N,若钩码上升的高度为8cm,则弹簧测力计向上移动______cm,该滑轮组的机械效率为________。(2)若仅增加钩码的个数,该滑轮组有机械效率将_______。(选填:“增大”、“减小”或“不变”) 缓慢 2.4 24 83.3% 增大 2、在“测滑轮组机械效率”的实验中,用同一滑轮组进行两次实验,实验数据如下表:(1)此实验所用滑轮的个数至少是____个,其中动滑轮有_____个。(2)第一次实验测得滑轮组的机械效率为________,第二次实验时滑轮组的机械效率______第一次的机械效率.(选填“大于”、“小于”或“等于”) 3 2 62.5% 大于 课本练习 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? 课本练习 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? 课本练习 3、在斜面上拉一个重4.5N的物体到高处(图12.3-3),沿斜面向上的拉力为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。 课本练习 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? 测斜面的机械效率 1、提出猜想: 斜面的机械效率可能和 斜面的倾斜程度 有关。 2、参考器材: 长木板、小车、弹簧测力计、刻度尺 3、探究过程: (1)组装器材; (2)进行实验; (3)分析数据,得到结论。 测斜面的机械效率 (1)实验装置: F S h (2)实验过程: 测斜面的机械效率 ①测量小车的重量,记录数据; ②把小车用弹簧测力计沿斜面匀速向上拉;分别记录拉力F、小车沿斜面移动的距离S、小车上升的高度h; ③改变斜面的倾斜程度,重复步骤②。 测斜面的机械效率 (3)注意事项: ①要匀速拉动物体。 ②拉力要与斜面平行。 ③及时记录数据。 测斜面的机械效率 1、理想: W 总 = FL = W 有 = Gh 2、实际: W 有 = Gh W 额 = fL W 总 = FL N f G 测斜面的机械效率 斜面的摩擦力f的求法(注意不等于拉力F): 测斜面的机械效率 记录表格: 结论:光滑程度相同的斜面, 斜面越倾斜,越费力,机械效率越高 。 测斜面的机械效率 影响斜面机械效率的因素有两点 斜面的倾斜程度: 斜面越倾斜,机械效率越高。 斜面的光滑程度: 斜面越光滑,机械效率越高。 总结 一、机械的三种功: 二、机械效率: 1、定义: 2、公式: 3、机械效率η一般用________表示,总_______,无______。 三、测滑轮组的机械效率: 有用功、额外功、总功 W 总 = W 有 + W 额 有用功与总功的比值。 百分数 小于1 单位 总有 S=nh V F =nV G 不计绳重与摩擦