第2課時-機械效率

第2課時機械效率核心知識梳理機械效率(高頻考點)1．機械效率及其測量三種功有用功我們需要的、必須要做的功叫做有用功，用W有表示額外功我們在做有用功的同時，我們還不得不做的功叫做額外功，用W額表示總功有用功與額外功之和叫做總功，用W總表示。用公式表示為W總＝W有＋W額機械效率定義物理學中，將有用功跟總功的比值叫做機械效率，用η表示表達式η＝eq\f(W有,W總)×100%說明機械效率是一個比值，通常用百分數(shù)表示，由于有用功小于總功，故機械效率總小于1機械效率的高低與使用機械是省力還是費力無關測量滑輪組的機械效率原理η＝eq\f(W有,W總)×100%＝eq\f(Gh,Fs)×100%續(xù)表測量滑輪組的機械效率過程沿豎直方向勻速拉動彈簧測力計使鉤碼升高，測出鉤碼重力G、鉤碼提升的高度h、拉力F、繩的自由端移動的距離s結(jié)論同一滑輪組，提升重物越重，機械效率越__高__；提升相同重物，滑輪組越多，機械效率越低，但越省力提高機械效率的方法減小動滑輪的重；加潤滑油，減小__摩擦__；增加物重【提示】區(qū)分有用功與額外功的關鍵是看做功需要達到什么目的。在同一做功過程中，目的不同，功的性質(zhì)就不一樣。例如：用桶將水從井中提出來，提水是我們需要的，而提桶是不需要的，但又是不得不做的，故克服水重做的是有用功，而克服桶重做的是額外功；如果是一只桶掉入井里，我們要將桶從井中提出來，則克服桶重做的是有用功，而克服桶中可能帶出來的水重做的是額外功。2．影響機械效率高低的因素影響因素提高機械效率的方法杠桿①杠桿自身的重力；②杠桿與物體之間的摩擦力；③物體的重力杠桿自身的重力越小，杠桿與物體之間的摩擦力越小，物重越大，機械效率越高續(xù)表滑輪組①動滑輪的重力；②繩的重力；③滑輪與繩間的摩擦力；④滑輪與軸間的摩擦力；⑤物體的重力動滑輪和繩的重力越小，滑輪與繩間的摩擦力越小，滑輪與軸間的摩擦力越小，物重越大，機械效率越高斜面①斜面的傾斜程度；②斜面的粗糙程度；③材料材料一定時，斜面的傾斜程度越大，斜面越光滑，機械效率越高教材圖片命題點考查示例RJ八下P83圖12.2－4有用功和額外功、滑輪(組)的機械效率如圖所示，用甲、乙兩個完全不同的滑輪組，分別勻速豎直向上把同一重物提升相同高度。若F1∶F2＝2∶5，則兩個滑輪組所做有用功之比W甲有∶W乙有＝1∶1；兩個滑輪組機械效率之比η甲∶η乙＝__5∶3__RJ八下P88圖12.3－3斜面的機械效率、平衡力的判別、有用功和額外功小明和興趣小組的同學們利用如圖所示的裝置探究斜面的機械效率，同學對實驗過程和裝置發(fā)表了下列不同的看法，其中正確的是(A)斜面的機械效率與木塊被拉動的距離是無關的勻速拉動木塊時，拉力與摩擦力是一對平衡力斜面的坡度越小，斜面的機械效率越大D.勻速拉動時，木塊要克服摩擦力做有用功1.(RJ八下P88“動手動腦學物理”改編)某起重機將重為6×103N的貨物勻速提升10m，做功1.25×105J，機械效率為__48%__。對于實際機械，機械效率總小于100%的原因是__機械不可避免要做額外功(或有用功總小于總功等)__。2．(RJ八下P87“實驗”改編)(設計性實驗)同學們在探究“影響滑輪組機械效率的因素”時得出了滑輪組機械效率與被提升物體重力有關的結(jié)論。請你利用提供的實驗器材和提示圖設計實驗探究：滑輪組機械效率與提升物體重力的關系。(1)圖中測力計示數(shù)為__1.2__N。(2)實驗器材：鉤碼(若干)、細線、滑輪組、測力計、__刻度尺__、固定定滑輪的鐵架臺。(3)試驗步驟(若需要可補充器材)：__①在動滑輪掛鉤上掛1個鉤碼，用彈簧測力計測出所掛鉤碼的重力，鉤碼的重力用G表示，繩子自由端所受拉力用F表示，繩子自由端移動的距離用s表示，鉤碼上升的高度用h表示。②仍然用原滑輪組，保持裝置不變，依次改變動滑輪上掛鉤碼的個數(shù)，仿照步驟①再做2次實驗，記錄各次的G、F、s、h的數(shù)值。③計算出各次的機械效率，得出結(jié)論__。(4)滑輪組的機械效率η＝__eq\f(Gh,Fs)__(用所測出的物理量表示)?！就卣埂咳绻惶峁┛潭瘸?，能否完成此探究實驗？__能__。中考重難點突破機械效率相關計算(重點、難點)例1(2019·河北中考)(多選)如圖所示，重為G的物體在拉力F的作用下，以v的速度勻速運動了s。已知在水平桌面上運動時受到的摩擦阻力為物重的n分之一，不計繩重、輪與軸間的摩擦。下列說法正確的是(BC)A．使用該滑輪組一定省力B．拉力的功率為2FvC．額外功為eq\f(1,n)(2nF－G)sD．滑輪組的機械效率為eq\f(G,2F)例2(2019·北京中考)(多選)某同學用滑輪組提升物體，繩子自由端豎直移動的距離隨時間變化的關系如圖中圖線a所示，物體上升的高度隨時間變化的關系如圖中圖線b所示。已知物體的質(zhì)量為450g，所用動滑輪的質(zhì)量為50g，繩子自由端的拉力F為1.3N。g取10N/kg。在0～2s的過程中，下列說法中正確的是(BC)A．繩子自由端移動的速度為5.0cm/sB．拉力F的功率為0.26WC．有用功為0.45JD．滑輪組的機械效率為90%(2019·秦皇島海港二模)如圖所示，工人用動滑輪勻速提升重物。使用動滑輪的好處是__省力__；若物體重450N，工人所用拉力為250N，則動滑輪的機械效率為__90__%；用該滑輪以0.2m/s的速度勻速提升重600N的物體，若不計繩重和摩擦，則工人做功的功率為__130__W。,1．(2019·石家莊橋西一模)(多選)如圖所示，用力F1將物體A勻速提升了h；若改用滑輪組把A勻速提升相同高度h，拉力為F2，不計繩重和摩擦。下列有關此滑輪組的說法正確的是(BCD)A．F1＝3F2B．機械效率為eq\f(F1,3F2)C．動滑輪重為3F2－F1D．額外功為(3F2－F1)h2．(多選)如圖所示，動滑輪下面掛著重為5.4N的物體，現(xiàn)用2.4N的拉力，把物體勻速提升10cm，不計一切摩擦和繩重，下列說法正確的是(CD)A．動滑輪的重力為3NB．拉力所做的功為0.24JC．滑輪組機械效率為75%D．若使用該滑輪組把物體從水中勻速提升到水面上，則其機械效率將增大3．(2016·河北中考)如圖所示，某建設工地用電動機、定滑輪和斜面組成的裝置，將重為1600N的建材由斜面底端勻速拉到頂端。已知斜面傾角為30°，斜面高為4.5m，建材移動的速度為0.4m/s，電動機的輸出功率為400W，斜面的效率與整個裝置的效率之比η1∶η2＝10∶9。(忽略定滑輪處摩擦及繩重)求：(1)對建材做的有用功。(2)斜面的效率。(3)電動機消耗的電能。解：(1)W有＝Gh＝1600N×4.5m＝7200J。(2)由P＝eq\f(W,t)，W＝Fs，v＝eq\f(s,t)可知，拉力F＝eq\f(P,v)＝eq\f(400W,0.4m/s)＝1000N，斜面的效率η1＝eq\f(W有,W總)＝eq\f(W有,Fs)＝eq\f(7200J,1000N×2×4.5m)＝80%。(3)裝置的效率η2＝eq\f(9,10)η1＝eq\f(9,10)×80%＝72%，電動機消耗的電能W＝eq\f(W有,η2)＝eq\f(7200J,0.72)＝10000J?！痉椒记伞咳N簡單機械的機械效率的計算杠桿滑輪或滑輪組斜面提升重物水平勻速拉動物體η＝eq\f(W有,W總)＝eq\f(Gh,Fs)其中G為提升重物的重力；h為重物升高的高度；F為動力；s為動力作用點移動的距離①η＝eq\f(W有,W總)＝eq\f(Gh,Fs)＝eq\f(G,nF)②不計繩重及摩擦η＝eq\f(Gh,Gh＋G動h)＝eq\f(G,G＋G動)其中G為物重；G動為動滑輪的重力；h為重物上升的高度；s為繩自由端移動的距離；n為承擔物重的繩子的段數(shù)η＝eq\f(W有,W總)＝eq\f(F摩s物,Fs繩)＝eq\f(F摩,nF)其中F摩為物體與水平面的摩擦力；F為拉力；s物為物體移動的距離；S繩為繩子自由端移動的距離；n為承擔摩擦力的繩子的段數(shù)①η＝eq\f(W有,W總)＝eq\f(Gh,FL)②η＝eq\f(Gh,Gh＋F摩L)其中G為物重；h為斜面高度；L為斜面長度；F為拉力；F摩為摩擦力中考必做實驗突破機械效率的測量1．高頻命題點：實驗原理；測量拉力大小的原理；彈簧測力計的使用與讀數(shù)；根據(jù)繩子的段數(shù)，能正確地畫出滑輪組的繞法；控制變量法的應用；表格數(shù)據(jù)的補充；實驗錯誤分析；機械效率的計算。2．實驗清單：(1)實驗原理：η＝eq\f(W有,W總)＝eq\f(Gh,Fs)。(2)實驗器材：彈簧測力計、相同的鉤碼若干、滑輪組、細繩、刻度尺等。(3)實驗注意事項及實驗分析：①實驗要沿豎直方向勻速拉動繩子，目的是保證拉力等于彈簧測力計的示數(shù)。②為了便于讀數(shù)，鉤碼下沿和繩子末端在刻度尺上的位置最好取整數(shù)。③彈簧測力計的使用與讀數(shù)見“附錄3初中常見儀器的使用和讀數(shù)”。④在實驗中，繩子自由端拉力做的功是總功。⑤刻度尺的使用與讀數(shù)見“附錄3初中常見儀器的使用和讀數(shù)”。⑥實驗要多次測量，目的是進行一些必要的比較，利于不完全歸納法總結(jié)規(guī)律，而不是求平均值。⑦實驗方法：控制變量法。a．探究滑輪組的機械效率與所提重物上升高度的關系：控制同一滑輪組的繞線方式相同，所提鉤碼重力相同，改變鉤碼上升的高度。b．探究滑輪組的機械效率與物重的關系：控制同一滑輪組的繞線方式相同，改變滑輪組所吊的鉤碼的數(shù)量。c．探究滑輪組的機械效率與動滑輪的重力大小的關系：控制滑輪組所吊鉤碼的數(shù)量相同，改變動滑輪的數(shù)量或換用重力不同的動滑輪。⑧提高機械效率的方法：減小動滑輪重、增加物重等。(4)實驗結(jié)論：使用同一滑輪組提升不同的重物時，重物越重，滑輪組的機械效率越大。在提起同樣重的物體時，動滑輪越重、摩擦力越大，機械效率越小。例4(2019·張家口宣化二模)小明和小華同學做“測量滑輪組機械效率”的實驗。實驗裝置如圖所示。(1)如表所示是實驗測得的數(shù)據(jù)，通過表中數(shù)據(jù)可分析出實驗1是用圖__甲__所示的裝置做的實驗，請將表格中所缺數(shù)據(jù)補充完整。實驗次數(shù)1234鉤碼重G/N4464鉤碼上升的高度h/m0.10.10.10.1繩端拉力F/N4.01.44.04.0繩端移動距離s/m0.20.50.20.4機械效率η50%57%__75%__25%(2)通過實驗1和實驗4的數(shù)據(jù)分析得出結(jié)論：使用不同的滑輪組，提升相同的重物時，動滑輪的個數(shù)越多，滑輪組的機械效率越__低__。(3)比較實驗1和實驗3可得正確結(jié)論：使用同一滑輪組，__增加物重__可提高滑輪組的機械效率。(4)如果要比較繩子不同的繞法是否影響機械效率，可選用圖乙和圖__甲__進行實驗。【拓展】實驗結(jié)束后，小明稱量出實驗2中那兩個動滑輪的質(zhì)量為100g，如果不計繩的重量，實驗2中克服摩擦做的功為__0.2__J。(g取10N/kg),4．小明和同學利用如圖所示器材進行“探究影響滑輪組機械效率的因素”的實驗，實驗得到的數(shù)據(jù)如下表所示。實驗次數(shù)123鉤碼G/N446鉤碼上升高度h/m0.10.10.1繩端拉力F/N1.81.42.4繩端移動距離h/m0.30.50.3機械效率η74.1%83.3%(1)從表中數(shù)據(jù)可分析出實驗2是用圖__乙__(選填“甲”或“乙”)所示裝置做的實驗，機械效率為__57.1%__。(2)通過實驗1和2的數(shù)據(jù)分析可得出結(jié)論：使用不同的滑輪組提升相同的重物時，動滑輪的個數(shù)越多，滑輪組的機械效率__越低__。(3)比較實驗__1、3__可得出結(jié)論：同一個滑輪組，提升的物體越重，機械效率越高。(4)在測拉力時，某同學覺得很難使測力計做勻速直線運動，不便于讀數(shù)，就讓彈簧測力計處于靜止狀態(tài)時才讀數(shù)，測力計的讀數(shù)變小，測得機械效率__變大__。5．用如圖所示裝置測量動滑輪的機械效率。實驗時，豎直向上勻速拉動彈簧測力計，使掛在動滑輪下面的鉤碼緩緩上升。實驗數(shù)據(jù)如下表。序號動滑輪重力G動/N鉤碼重力G/N鉤碼上升高度h/m繩的拉力F/N繩端移動距離s/m機械效率η①0.110.20.60.483.3%②0.