机械效率 优秀公开课教案

9．4机械效率使用机械工作时，越省力的机械，它的机械效率一定越高吗？功率越大，机械效率越高吗？机械效率究竟跟哪些因素有关？内容提要机械效率机械效率总功、额外功和有用功含义机械效率的定义及公式探究滑轮组的机械效率如何正确认识有用功、额外功和总功的含义及它们之间的关系？答：有用功可理解为一种“目的”功。当你使用机械时，你的目的是什么，那么这时你对需要达到的目的所做的功就是有用功。例如，你用滑轮组匀速提升重物时，使用机械的目的是将重物提高，那么你对重物所做的功（也就是克服物体的重力做的功）就是有用功，即W有用=Gh；又如用滑轮组拉动重物在水平面上匀速移动时，使用机械的目的是水平移动重物，那么克服物体与水平面间的摩擦力做的功是有用功，即W有用=fs。额外功是指对人们无用但又不得不做的功，也就是克服机械自重、机械自身部件的摩擦以及其它辅助用品（如绳子、装物品的容器等）的重力而做的功，由于机械自重和摩擦总是存在的，因而人做的额外功是不可避免的。总功是人使用机械时做的功W总=Fs，结合功定义中的“同一性”原则，既然是人做的功，那么这里的F就是人使用机械时所用的力，s是人的力所通过的距离。当然，这其中既有通过机械对物体做的有用功，又有克服机械自身重力和摩擦等做的额外功，所以有用功、额外功和总功的关系是W总=W有+W额外。另外需要提醒的是，在不同的场合、不同的目的情况下，同样情景下有用功和额外功也可能是不同的，一定要结合具体情况具体分析，不能死记硬背含义。如何比较机械效率的高低？答：机械效率由有用功和总功两个因素共同决定，比较机械效率高低时不能只考虑其中一个因素。当总功一定时，机械做的有用功越多或额外功越少，机械效率就越高；当有用功一定时，机械所做的总功越少或额外功越少，机械效率就越高；当额外功一定时，机械所做的总功越多或有用功越多，有用功在总功中所占的比例就越大，机械效率就越高。如何提高机械的效率？答：机械效率的公式η=W有/W总=W有/（W有+W额外），可以看出机械的效率实际上是由有用功和额外功两个因素共同决定。因此，在考虑提高机械效率的时候，应同时考虑有用功和额外功。从前面的各种功的含义可以看出，考虑有用功实际上就是考虑“目的”物体重力（质量）。（因为s=nh，对于某一个滑轮组而言，最终s和h会被削掉。）而考虑额外功，施加上就是考虑机械自重（包括滑轮的个数）、机械自身部件的摩擦以及其它辅助用品（如绳子、装物品的容器等）的重力。结合“如何比较机械效率的高低”知识，可以得出：（1）当额外功一定时，机械的有用功越多，机械效率就越高。因此当所使用的机械一定时，可以增加“目的”物体重力（质量），从而增加有用功来增大机械效率。（2）当有用功一定时，机械的额外功越少，机械效率就越高；因此当目的物体一定时（此时有用功一定），可以减小机械自重（如减少滑轮的个数）、机械自身部件的摩擦（如给滑轮添加润滑油）以及减小其它辅助用品的重力（如用质量小的绳子、容器等）来达成。关于机械效率，应注意哪些问题？答：机械效率反映的是机械在一次做功的过程中有用功跟总功的比值，分析时应注意以下几点：（1）机械效率总小于1，因为W有总小于W总。（2）机械效率的高低同时取决于有用功和总功两个因素，不能理解成“有用功多，机械效率就高”；或“总功多，机械效率就高（或低）”。（3）机械效率的高低与机械本身是否省力及力的大小是完全不同的两个问题，不能把他们进行必然的联系，或者说机械效率的高低与机械本身是否省力及力的大小无关。（4）同一个机械的机械效率也不是固定不变的。机械效率反映的是机械在一次做功的过程中有用功跟总功的比值。因此同一机械在不同次做功的过程中，提起物重不同，势必造成有用功、总功和额外功不同，因此机械效率也就不同。因此，我们往往只分析机械的一次做功的情况。（5）使用不同的机械做功，需要做的额外功各不相同，我们在使用机械时，总希望额外功在总功中所占的比例越小越好，或者说有用功在总功中所占比例越大越好，因此要注意在实际应用是选择好适合的机械，千万不要出现“用直升机吊家具到二楼家中”的现象出现。 知识归类中考中对机械效率的考查往往结合功和功率、简单机械等知识进行简单分析和计算，考查题型主要有选择题、填空题、计算题、实验题等。测量滑轮组（或斜面等）的机械效率在省内外的中考中都有出现，考查的内容通常有：猜想影响因素、设计方法、数据分析、得出结论、进行评估等。题型一：对有用功、额外功、总功的认识，并能利用机械效率公式进行简单的分析判断例1：下列机械效率的说法正确的是（）A．机械效率可以提高到100%B．机械效率总小于1C．功率大的机械机械效率高D．机械效率越高,有用功就越多点拨：参考“如何比较机械效率的高低”和“关于机械效率，应注意哪些问题”，选B。例2：各种机械在使用时产生额外功的原因不完全相同，要根据具体情况具体分析。具体分析图1中三种做功情况(滑轮规格均相同，不计绳重)，产生额外功最多的应是图。若钩码的质量为100g，在三种情况中均被提高1m，各种情况机械做的有用功均为J，通过分析可判断出图的机械效率最大。点拨：在不计绳重的情况下，额外功产生的原因是机械本身的重以及摩擦。图甲中提高物体时不要提动滑轮，而乙丙中需要提起动滑轮，而且丙图中的摩擦力比乙的大，因此额外功最多的丙。有用功都是将钩码提升过程做的功，因此都是1J（记住要将钩码的质量换算成重力1N）；利用机械效率公式就可以分析出甲图的机械效率最大。例3：小红用塑料桶从井中打水；小军把不小心掉进井中的塑料桶打捞上来。在这两个情形中水桶中都有水。那么下列分析中正确的是（）A、两个情形中，两人对水做的功都是有用功B、两个情形中，两人对水做的功都是总功C、两个情形中，两人对水做的功都是额外功D、小红对水做的功是有用功，小军对水做的功是额外功点拨：在不同的场合、不同的目的情况下，同样情景下有用功和额外功也可能是不同的，一定要结合具体情况具体分析。本题中，小红的目的是打水，因此对水做的功是有用功，而小军的目的是将塑料桶打捞上来，对塑料桶做的功才是有用功，此时桶中水是无用的但又不能不提上来，因此对水做的功是额外功。选D。图2题型二：会简单计算有用功、额外功、总功和机械效率图2例1：一台起重机将重5000N的货物提高2m，如果额外功是2500J，则起重机做的有用功是J，该起重机的机械效率是。点拨：先求出W有用=5000N×2m=10000J再求出W总=W有用+W额=12500J答：10000J80%例2：工人利用如图2所示的滑轮组将重900N的物体竖直向上匀速提升

，工人对绳的拉力为600N，则滑轮组对重物所做的有用功W有用=__________J，该滑轮组此时的机械效率η＝________%.解：W有=Gh=900N×=450Js=2h=2×0.5m=1W总=Fs=600N×1m例3：如图3所示，某矿产工人用200N的水平拉力，抓紧绳子一端，沿水平地面匀速向右运动，在10s内将矿井里质量为32kg的物体提升4m。根据题给条件，请你计算出与本题相关的5个物理量，要求写出简要说明和结果。（g取10N／kg）图3点拨：这是一个与滑轮组结合的问题，与其相关的问题一般有：W有、W总、W额外、、s、P总、v等，可根据题意选择相关的物理量求解。图3解：（1）物体的重力G＝mg＝32kg×10N/kg=320N （2）人运动速度ν＝（3）拉力F做功W总＝FS＝200N×2×4m=1600J （4）提升物体做功W有＝Gh＝320N×4m=1280J（5）机械效率 （6）人做功的功率P＝（7）人受地面摩擦力f＝F＝200N （8）物体所受拉力F'＝G＝320N（9）人受到的合力是0。图4题型三：会测定滑轮组的机械效率，通过探究认识不同情况下滑轮组的机械效率不同，并能解释其中的原因图4例1：小芳和小兰运用如图4所示的实验装置测定了滑轮组的机械效率，在全班交流实验结果时，老师提出：如果各组所用滑轮和串绕绳子的方式不变，改变其它因素，是否会影响它的机械效率呢？大家积极思考，提出了各种猜想，概括起来有如下几种：猜想1：可能与匀速提升的速度大小有关；猜想2：可能与被提升的钩码重有关；猜想3：可能与钩码被提升的高度有关。小芳和小兰分别根据各自的猜想进行了探究，每次提升的高度相同，实验记录如下表。（A）从表二数据中可以发现，小兰探究的猜想是第种猜想。控制因素钩码重（N）绳端拉力（N）机械效率较小提升速度104较大提升速度104探究结果（B）请根据小兰（表二）和小芳（表三）的实验记录，在表中写出这次探究的结果。控制因素钩码重（N）绳端拉力（N）机械效率相同的提升速度10415探究结果表二表二表二表二（C）归纳她俩的实验探究，你所得的结论是：点拨：从小兰的实验记录可以看出，她控制了“提升的速度”，改变了“钩码的重”，得出的结果是“机械效率不同，且钩码质量越大，机械效率越高”；从小芳的实验数据来分析，她改变的是“提升的速度”，结果是“机械效率相同”，显然机械效率与“提升的速度”无关。从理论上分析，机械效率η=W有/W总，也就是机械效率仅由W有占W总的比例所决定，而与匀速提升的速度大小无关。答（1）%（2）芳芳的探究结果：机械效率与匀速提升速度的大小无关；兰兰的探究结果：机械效率与被提升的钩码重有关（物重增大，机械效率提高）。（3）实验装置不变，机械效率与匀速提升物体的速度大小无关，与被提升的物重有关（物重增大，机械效率