机械效率 (2)

1、2021-8-16 第五节第五节 机械效机械效 率率 2 想一想：你会采用哪种方法？想一想：你会采用哪种方法？ 3 人人 做做 功功 人人 做做 功功 1.1.对沙子做功对沙子做功 2.2.对桶做功对桶做功 3.3.克服自重做功克服自重做功 人人 做做 功功 1.1.对沙子做功对沙子做功 2.2.对桶做功对桶做功 3.3.对动滑轮做功对动滑轮做功 必须做的，必须做的，对我们对我们有用的功有用的功 对我们无用对我们无用，但又，但又不得不做的功不得不做的功 1 1、有用功：、有用功： 2 2、额外功：、额外功： 4.4.克服摩擦做功克服摩擦做功 1.1.对沙子做功对沙子做功 2.2.对桶做功对桶做

2、功 3.3.克服摩擦做功克服摩擦做功 一、有用功和额外功一、有用功和额外功 4 要提升沙，必须将要提升沙，必须将 动滑轮动滑轮和和口袋口袋也提也提 升，同时还要升，同时还要克服克服 摩擦摩擦做功。做功。这些功这些功 是是对人们无用但又对人们无用但又 不得不做的功：不得不做的功： 额外功额外功。 提升沙是目的，提升沙是目的， 有利用价值，对有利用价值，对 沙做的功是沙做的功是对人对人 们有用的功：们有用的功：有有 用功。用功。 有用功和额外有用功和额外 功之和等于功之和等于总总 功。功。 W有 有= =G沙沙h W总 总= = W有 有+ + W额 额 W总 总=Fs 3 3、总功：、总功：有用

3、功与额外功之和（有用功与额外功之和（W W总 总） ） 在该图中在该图中W W总 总常指拉力（ 常指拉力（ 或动力）所做的功。或动力）所做的功。 5 一个人用水桶从井里打水一个人用水桶从井里打水, ,有用功是有用功是 什么？额外功是什么？什么？额外功是什么？ 对水做的功为有用功，对桶做的功对水做的功为有用功，对桶做的功 为额外功。为额外功。 对桶做的功为有用功，对水做的功对桶做的功为有用功，对水做的功 为额外功。为额外功。 思考：思考： 若桶掉在水中若桶掉在水中, ,把装满水的桶捞起来把装满水的桶捞起来, , 则有用功又是什么？额外功又是什么？则有用功又是什么？额外功又是什么？ 请分别计算出三

4、种情况下有用功、额外功和总功分别是多少？请分别计算出三种情况下有用功、额外功和总功分别是多少？ 请算出刚才的三种办法中有请算出刚才的三种办法中有用功在总功中占的百分比用功在总功中占的百分比。 7 二、机械效率二、机械效率 2.2.表达式表达式: : 注：机械效率用百分数表示。因为是两个注：机械效率用百分数表示。因为是两个 功的比值，因此没有单位。功的比值，因此没有单位。 1.1.定义：定义：有用功跟总功的比值叫机械效率有用功跟总功的比值叫机械效率 总 有 W W X100% 8 没有机械效率为没有机械效率为100%100%的的！因为有用功总小！因为有用功总小 于总功，所以于总功，所以机械效率总

5、小于机械效率总小于1 1。 有没有机械效率为有没有机械效率为100%100%的机械？为什么？的机械？为什么？ 思考：思考： l用滑轮组提起重为用滑轮组提起重为900N的物体，绳子自由的物体，绳子自由 端的拉力为端的拉力为400N，重为匀速上升了，重为匀速上升了10M， （不计绳重和（不计绳重和f） l1 提起物体所做的有用功提起物体所做的有用功 l2 提起物体所做的总功提起物体所做的总功 l3 提起物体的所做的额外功提起物体的所做的额外功 l 4动滑轮的自重动滑轮的自重 l5滑轮组的机械效率滑轮组的机械效率 l 例2 l 小明利用如图所示的滑轮组将重为小明利用如图所示的滑轮组将重为900N的物

6、体从的物体从 一楼匀速提升到六楼地板，每层楼高为一楼匀速提升到六楼地板，每层楼高为3米，所米，所 用的拉力为用的拉力为360N （不计（不计f绳重）求绳重）求 l 1 拉力拉力F所做的功所做的功 l 2 滑轮组的机械效率滑轮组的机械效率 l 3 在此基础上，再加一个滑轮做动滑轮使用在此基础上，再加一个滑轮做动滑轮使用 l 组成一个新滑轮组，提升相同的重物时，滑轮组组成一个新滑轮组，提升相同的重物时，滑轮组 的机械效率是多大？的机械效率是多大？ 例、如右图，不计摩擦例、如右图，不计摩擦 和绳重，把和绳重，把900N900N的重的重 物体高了物体高了10m10m，滑轮组，滑轮组 效率效率75%75

7、%，用这个滑轮，用这个滑轮 组提起组提起1200N1200N的重物，的重物， 这时滑轮组的效率为多这时滑轮组的效率为多 少？少？ 怎样才能怎样才能提高机械提高机械的的效率效率？ 减少额外功减少额外功 改进结构，改进结构，减少机械的自重减少机械的自重， 如动滑轮自重。如动滑轮自重。 经常保养、定时润滑，经常保养、定时润滑，减少减少f f (1) (2) 增大有用功增大有用功 增大提升重物的重增大提升重物的重 W W总 总 W W有用 有用 W W有用 有用 + W + W额外 额外 W W有用 有用 四、提高机械效率四、提高机械效率的方法：的方法： （1 1）WW有 有一定，减少一定，减少WW额

8、额; ; （2）W额额一定，增大一定，增大W有 有。 甲乙两个滑轮组，在相同的时间内用同样大小甲乙两个滑轮组，在相同的时间内用同样大小 的力的力F1和和F2，把重力相等的物体，把重力相等的物体G，提升相同，提升相同 的高度，不计的高度，不计f,绳重，两个装置的机械效率和总绳重，两个装置的机械效率和总 功率的关系功率的关系 F1 F2 总结 滑轮组的机械效率 1 用不同的滑轮组提起相同重物至同一高度 动滑轮的个数越多，做的额外功越多，机 械效率越小。 2 用相同的滑轮组提起不同的重物至相同高 度，重物越大，机械效率越大。 3 3、滑轮组（、滑轮组（只考虑只考虑G动 动）： S = n hS =

9、n h （1 1）竖直拉：）竖直拉： WW总 总 = FS = FS = = G + GG + G动 动 n n nh nh = = GhGh + G + G动 动h h WW有 有 = = GhGh 1.1.如图，用滑轮组提起重如图，用滑轮组提起重 2000N2000N的物体。的物体。不计摩擦不计摩擦 和轮重，工人要用多大的和轮重，工人要用多大的 力？力？用用800N800N的拉力在的拉力在1 1分分 钟内将物体匀速提高钟内将物体匀速提高3m3m， 求：滑轮组的功率和效率求：滑轮组的功率和效率 各是多少？各是多少？ S SF F = n S = n S物 物 WW有 有 = = f S f

10、S物 物 WW总 总 = F S = F SF F （2 2）水平拉：）水平拉： 例、如图，动力例、如图，动力F F为为50N50N，物体运动了，物体运动了 2m2m，物体与地面摩擦力，物体与地面摩擦力f f为为100N100N，求：，求： WW有 有、 、 WW总 总、 、 WW额 额、 、 。 l 用如图所示的滑轮组拉动重物A，已知拉 绳子的拉力F=1200N，若此时滑轮组的效 率是85%，试计算重物A与水平地面的摩 擦力。 3 3、如图，用效率为、如图，用效率为60%60%的的 滑轮组，打捞水中的实心滑轮组，打捞水中的实心 铁块。用铁块。用400N400N的拉力使重的拉力使重 物在物在3

11、030秒内在水中匀速上秒内在水中匀速上 升升2m2m。若不计水的阻力，。若不计水的阻力， 求：求：拉力做的功拉力做的功; ; 拉拉 力的功率力的功率; ; 铁块的重力。铁块的重力。 （=8.2=8.210103 3kg/mkg/m3 3，），） 2.2.如图，不计摩擦和绳如图，不计摩擦和绳 重，滑轮重重，滑轮重2.2N2.2N，金属块金属块 静止容器内。求：静止容器内。求：绳子绳子 自由状态时金属块对容器自由状态时金属块对容器 的压力；的压力；用用10N10N的拉力的拉力使使 金属匀速上升时，滑轮组金属匀速上升时，滑轮组 的效率；的效率；向容器内倒水向容器内倒水 浸没金属块，用浸没金属块，用9

12、N9N的拉力的拉力 使金属块匀速上升，则金使金属块匀速上升，则金 属块的密度为多少？属块的密度为多少？ 4 4、如图甲，不计绳重和摩擦，物重、如图甲，不计绳重和摩擦，物重G G1 1从从200N200N 开始逐渐增加，直到绳子被拉断。每次将物体匀开始逐渐增加，直到绳子被拉断。每次将物体匀 速提升相同高度。图乙是机械效率随物重的增加速提升相同高度。图乙是机械效率随物重的增加 而变化的图像。求：而变化的图像。求： (1)(1)每个滑轮重；每个滑轮重； (2)(2)绳子承受的最大拉力；绳子承受的最大拉力； (3)(3)当效率为当效率为8080时，物重多少时，物重多少? ? 4 4、斜面的效率：、斜面

13、的效率： WW总 总 = FL = FL WW有 有 = = GhGh FLFL GhGh 说明：斜面越长越省力，但机械效率说明：斜面越长越省力，但机械效率 越低。越低。 例、一斜面高例、一斜面高1m，长，长5m，用，用25N的拉力将重的拉力将重 100N的物体匀速拉到顶端，求机械效率和的物体匀速拉到顶端，求机械效率和 斜面的摩擦力。斜面的摩擦力。 l如图所示有一斜面长为L，高为h，现用力 沿斜面把重物为G的物体从底端匀速拉到顶 端，已知物体受到斜面的摩擦力为f，则下 列关于斜面机械效率的表达式正确的是的表达式正确的是 （ ） fLfL GhGh GhGh GhGh GhGh （F+f）L (

14、F-f)L Gh+fL l杠杆的机械效率 l某人用100N的力，沿竖直的方向将杠杆动 力臂的端点压下2m，杠杆的另一端将320N 的重物举高0.5m,则他做的用用功是多少？ 杠杆的机械效率是多少？ W W总 总 W W有用 有用 W W有用 有用 + W + W额外 额外 W W有用 有用 四、提高机械效率四、提高机械效率的方法：的方法： （1 1）WW有 有一定，减少一定，减少WW额额; ; （2）W额额一定，增大一定，增大W有 有。 例、如右图，不计摩擦例、如右图，不计摩擦 和绳重，把和绳重，把900N900N的重的重 物体高了物体高了10m10m，滑轮组，滑轮组 效率效率75%75%，用

15、这个滑轮，用这个滑轮 组提起组提起1200N1200N的重物，的重物， 这时滑轮组的效率为多这时滑轮组的效率为多 少？少？ 五、滑轮组机械效率的测定：五、滑轮组机械效率的测定： 1 1、实验原理：、实验原理： W W总 总 W W有用 有用 FSFS GhGh 2 2、器材：滑轮组，弹簧测力计，刻度、器材：滑轮组，弹簧测力计，刻度 尺，细线，支架，重物（钩码）。尺，细线，支架，重物（钩码）。 3 3、步骤：、步骤： （1 1）绕线：偶定奇动（）绕线：偶定奇动（S=S=nhnh）；）； （3 3）测量：）测量：GG、F F、S S、h h； （2 2）匀速、竖直、向上匀速、竖直、向上拉动绳子；拉

16、动绳子； （4 4）换不同重物或装置进行实验；）换不同重物或装置进行实验； （5 5）算出机械效率并总结。）算出机械效率并总结。 （1 1）不竖直：）不竖直：F F偏大，偏大， 偏小；偏小； 5、误差分析：、误差分析： （2 2）不匀速：）不匀速：F F偏大，偏大， 偏小；偏小； 4 4、结论：、结论： （1 1）滑轮组拉物体越重，机械效率）滑轮组拉物体越重，机械效率 越高；越高； （2 2）拉同一物体，动滑轮越重，机械）拉同一物体，动滑轮越重，机械 效率越低；效率越低； 2.2.如图，不计摩擦和绳如图，不计摩擦和绳 重，滑轮重重，滑轮重2.2N2.2N，金属块金属块 静止容器内。求：静止容器

17、内。求：绳子绳子 自由状态时金属块对容器自由状态时金属块对容器 的压力；的压力；用用10N10N的拉力的拉力使使 金属匀速上升时，滑轮组金属匀速上升时，滑轮组 的效率；的效率；向容器内倒水向容器内倒水 浸没金属块，用浸没金属块，用9N9N的拉力的拉力 使金属块匀速上升，则金使金属块匀速上升，则金 属块的密度为多少？属块的密度为多少？ 3 3、如图，用效率为、如图，用效率为60%60%的的 滑轮组，打捞水中的实心滑轮组，打捞水中的实心 铁块。用铁块。用400N400N的拉力使重的拉力使重 物在物在3030秒内在水中匀速上秒内在水中匀速上 升升2m2m。若不计水的阻力，。若不计水的阻力， 求：求：

18、拉力做的功拉力做的功; ; 拉拉 力的功率力的功率; ; 铁块的重力。铁块的重力。 （=8.2=8.210103 3kg/mkg/m3 3，），） 4 4、如图甲，不计绳重和摩擦，物重、如图甲，不计绳重和摩擦，物重G G1 1从从200N200N 开始逐渐增加，直到绳子被拉断。每次将物体匀开始逐渐增加，直到绳子被拉断。每次将物体匀 速提升相同高度。图乙是机械效率随物重的增加速提升相同高度。图乙是机械效率随物重的增加 而变化的图像。求：而变化的图像。求： (1)(1)每个滑轮重；每个滑轮重； (2)(2)绳子承受的最大拉力；绳子承受的最大拉力； (3)(3)当效率为当效率为8080时，物重多少时

19、，物重多少? ? 5 5如图，质量如图，质量70kg70kg的人用滑轮组把货物的人用滑轮组把货物 运到高处。第一次以运到高处。第一次以0.1m/s0.1m/s的速度匀速拉的速度匀速拉 160kg160kg的货物，拉绳功率为的货物，拉绳功率为P P1 1，地对人的支，地对人的支 持力为持力为F F1 1。第二次以。第二次以0.2m/s0.2m/s的速度匀速拉的速度匀速拉 120kg120kg的货物，地对人的支持力为的货物，地对人的支持力为F F2 2，机械，机械 效率为效率为2 2。F F1 1与与F F2 2之比为之比为 15:1915:19。不计绳重及摩擦，。不计绳重及摩擦， 求：求： （1

20、 1）货箱和动滑轮的总质量）货箱和动滑轮的总质量m m； （2 2）功率）功率P P1 1； （3 3）机械效率）机械效率2 2 . . 4.4.一起重机，机械效率一起重机，机械效率=80%=80%，功率为，功率为 15kw15kw（总功率）求：（总功率）求：起重机每分钟完起重机每分钟完 成有用功。成有用功。起重机每分钟做的额外功。起重机每分钟做的额外功。 起重机起重机1 1分钟内可将分钟内可将1010吨的重物举高吨的重物举高 多少米？多少米？ 5、如右图，某人用拉力、如右图，某人用拉力 F=300N匀速拉动，使物体在匀速拉动，使物体在 t=30s时间内提高时间内提高2m，物重，物重 960N

21、，求：，求：P有 有、 、P总 总、 、。 说明：说明： （1 1）滑轮组的）滑轮组的与绕线方式无关；与绕线方式无关； （2 2） G G动 动一定时， 一定时，G G物 物越大，越大，越大；越大； B B、同一滑轮组提的重物越重，、同一滑轮组提的重物越重， 越高；越高； A A、同一滑轮组的、同一滑轮组的 可以改变；可以改变； （3 3） G G一定时，一定时，G G动 动越大， 越大， 越低；越低； 例、一斜面高例、一斜面高1m1m，长，长5m5m，用，用25N25N的的 拉力将重拉力将重100N100N的物体匀速拉到顶端，的物体匀速拉到顶端， 求机械效率和斜面的摩擦力。求机械效率和斜面的

22、摩擦力。 W总 总 W有 有 1 + 1 G G动 动 Gh + G动 动h Gh G + G动 动 G l思考思考 滑轮组：滑轮组：50%50%70% 70% 起重机：起重机：40%40%50% 50% 一些机械的机械效率一些机械的机械效率 44 抽水机：抽水机：60%60%80% 80% 柴油机：柴油机： 28%28%40% 40% 45 一台起重机将重一台起重机将重3600 N3600 N的货物提高的货物提高4 m4 m。 如果额外功是如果额外功是9600 J9600 J，起重机做的有用功是，起重机做的有用功是 多少？总功是多少？机械效率是多少？起重多少？总功是多少？机械效率是多少？起重

23、 机在哪些方面消耗了额外功？机在哪些方面消耗了额外功？ 解解: : F= =G=3600 N=3600 N W有 有= =Fh= =Gh=3600 N =3600 N4 m=14400 J=1.444 m=14400 J=1.4410104 4 J J W总 总= =W有有+ + W额 额=14400 J+9600 J=2.4 =14400 J+9600 J=2.410104 4 J J = = W有/W总100 = =60%= =60% 如图所示，某人用牛的推力沿高为米，如图所示，某人用牛的推力沿高为米， 长为米的粗糙斜面把重为牛的物体长为米的粗糙斜面把重为牛的物体 推到斜面顶端，问有用功是

24、多少？人的推力所做推到斜面顶端，问有用功是多少？人的推力所做 的总功为多少？斜面的机械效率是多少？的总功为多少？斜面的机械效率是多少？ 用一个动滑轮,将200N的物体匀速提升2m高， 拉力F为120N，此动滑轮的机械效率是多少？ 分析：解题的关键是要注意用动滑轮提起重物 时，动力F把绳子末端拉起的距离是被提起高度 的2倍。即S=2h。 已知：G=200N， h=2m,F=120N,s=2h=4m. 解：W=Gh=200N2m=400J W总=Fs=120N4m=480J =W有/W总100 =400J/480J100% =83.3% 48 探究一：探究一： 斜面的机械效率斜面的机械效率 猜一猜

25、：猜一猜： 斜面的斜面的机械效率机械效率可能和可能和哪些因素哪些因素有关？有关？ 1.1.斜面的光滑程度斜面的光滑程度 2.2.斜面的高度斜面的高度 3.3.斜面的长度斜面的长度 4.4. 三、机械效率的测量：三、机械效率的测量： 斜面 斜面长 L 斜面高h 总 有 W W FL Gh 50 器材：器材： 长木板、小木块、弹簧测力计、刻度尺。长木板、小木块、弹簧测力计、刻度尺。 说一说你的设计思路？说一说你的设计思路？ 51 探究斜面机械效率与斜面坡度的关系探究斜面机械效率与斜面坡度的关系 1.1.测量小木块的重量，记录数据；测量小木块的重量，记录数据； 2.2.把小木块用弹簧测力计把小木块用

26、弹簧测力计沿斜面匀速沿斜面匀速向上拉；分向上拉；分 别记录拉力别记录拉力F F、木块沿斜面移动的距离、木块沿斜面移动的距离s s、木块上、木块上 升的高度升的高度h h； 3.3.改变斜面的倾斜程度，重复步骤改变斜面的倾斜程度，重复步骤2. 2. 52 1 1、斜面的机械效率、斜面的机械效率 斜面的机械效率跟斜面的斜面的机械效率跟斜面的光滑程度光滑程度与与 斜面的坡度斜面的坡度有关，斜面越光滑、坡度越大有关，斜面越光滑、坡度越大 ，机械效率越高，机械效率越高。 注：提高斜面机械效率的方法注：提高斜面机械效率的方法 1 1）增大斜面的倾斜程度）增大斜面的倾斜程度 2 2）减小斜面的粗糙程度）减小斜面的粗糙程度 滑轮组竖提 总 有 W W nh n GG Gh nh n F Gh Fs Gh 动 动GG G 探究二：滑轮组的机械效率探究二：滑轮组的机械效率 54 使用使用同一滑同一滑轮组，所提物体轮组，所提物体 越重，机械效率越高。越重，机械效率越高。与滑轮组与滑轮组 的绕法无关的绕法无关 2 2、滑轮组的机械效率、滑轮组的机械效率 注：提高滑轮组机械效率的方法注：提高滑轮