2020八年級物理下冊第12章第3節(jié)機械效率考點手冊（新版）新人教版

第3節(jié)機械效率知識點一有用功與額外功 1．有用功：指人們?yōu)榱诉_到目的而必須做的功。用W有表示。2．額外功：是指人們?yōu)榱诉_到一定的目的，并不需要但又不得不做的功。用W額表示。3．總功：有用功與額外功之和，即W總＝W有＋W額?？偣Φ扔谧饔迷跈C械上的動力與動力作用點移動的距離的乘積，即W總＝Fs。使用任何機械時，人們所做的功，都不會少于不用機械時所做的功，也就是使用任何機械都不省功。eq\a\vs4\al(例1)從井中提水時，常常會發(fā)生吊水桶落入井里的事情。用物理知識分析下列說法，其中錯誤的是()A．用吊水桶向上提水，人對桶和水做的功都是有用功B．用吊水桶向上提水，人對桶做的功是額外功C．吊水桶掉在井里，打撈水桶時桶里會帶些水，這時人對水做的功是額外功D．吊水桶掉在井里，打撈水桶時，人對桶做的功是有用功解析：用吊水桶向上提水，目的是提水，所以對水做的功是有用功，但是對桶又不得不做功，則對桶做的是額外功，故A錯誤、B正確；吊水桶掉在井里，打撈水桶時，目的是提桶，所以對桶做的功是有用功，但是對水又不得不做功，則對水做的功是額外功，故C、D正確。答案：A知識點二機械效率 精練版P561．機械效率的定義：通常用有用功在總功中所占的百分比來表示機械效率，即有用功與總功的比值叫做機械效率。2．機械效率的計算公式機械效率＝eq\f(有用功,總功)×100%，用η表示機械效率，W有表示有用功，W總表示總功，則機械效率的公式為η＝eq\f(W有,W總)×100%。3．影響機械效率高低的主要因素機械效率的高低由有用功和總功兩個因素決定，因此分析機械效率高低時，不能只考慮一個因素，如：有用功多，機械效率高或總功大，機械效率低。(1)當有用功一定時，機械所做的總功越少，那有用功與總功的比值越大，即機械效率越高；額外功越少，額外功與有用功比值越小，機械效率越高。(2)當額外功一定時，機械所做的有用功越多，有用功與總功比值越大，機械效率越高；額外功越少，額外功與總功比值越小，機械效率越高。4．提高機械效率的方法(1)減小額外功來提升機械效率。根據(jù)額外功的來源，從以下兩方面提高機械效率：①盡量減小機械本身的重力；②加潤滑油等方法減小機械零部件間的摩擦。(2)額外功一定時，在機械能正常運轉(zhuǎn)的前提下，增大有用功來提升機械效率。知識拓展(1)有關機械效率的計算公式：①總功計算方法a．W總＝FS b．W總＝W有＋W額c．W總＝eq\f(W有,η) d．W總＝eq\f(W額,1－η)②有用功的計算方法a.W有＝Gh(豎直結構機械)W有＝fs(水平結構機械)b．W有＝W總－W額W有＝W總·η③額外功的計算方法a．克服機械重力做功W額＝G機·h克服機械零部件摩擦做功W額＝fsb．W額＝W總－W有c．W額＝(1－η)W總(2)對使用任何機械都不省功的理解：①不計機械自重以及機械零部件之間的摩擦時，即理想機械，此時，額外功為零，有用功等于總功，機械效率為100%。②在使用機械的實際情況下，機械自重以及機械零部件間的摩擦無法消除，額外功不可避免，因此，有用功總小于總功，機械效率總是小于1。(3)三類簡單機械的機械效率的計算：①杠桿：重物重為G，重物提升高度為h，動力為F，動力作用點移動距離為s，則η＝eq\f(W有,W總)＝eq\f(Gh,Fs)。②滑輪或滑輪組：a.用滑輪或滑輪組提升重物：重物重為G，重物提升高度為h，F(xiàn)是動力，繩子自由端移動距離為s，則η＝eq\f(W有,W總)＝eq\f(Gh,Fs)＝eq\f(G,nF)。b．用滑輪或滑輪組水平勻速拉物體，物體所受摩擦力為F，物體移動距離為s，拉力為F，繩子自由端移動距離為s繩，則η＝eq\f(W有,W總)＝eq\f(fs,Fs繩)＝eq\f(f,nF)。③斜面：物體重為G，斜面高為h，斜面長為l，拉力為F，則η＝eq\f(W有,W總)＝eq\f(Gh,Fl)。eq\a\vs4\al(例2)如圖是用動滑輪運送建筑材料A的示意圖，在卷揚機對繩子的拉力作用下，使重800N的建筑材料A在50s的時間里，勻速豎直上升了10m。在這個過程中，動滑輪提升建筑材料A所做的有用功為W有用，卷揚機對繩子的拉力F做功的功率為200W。繩重可忽略不計。求：(1)有用功W有用；(2)動滑輪勻速提升建筑材料A的機械效率η。解析：(1)知道物體的重力和提升的高度，根據(jù)W＝Gh求出有用功；(2)根據(jù)η＝eq\f(W有,W總)×100%求出使用動滑輪勻速提升的物體A的機械效率。解：(1)有用功W有用＝Gh＝800N×10m＝8×103J。(2)拉力F做的總功W總＝Pt＝200W×50s＝104J，使用動滑輪的機械效率η＝eq\f(W有用,W總)×100%＝eq\f(8×103J,104J)×100%＝80%。知識點三測量滑輪組的機械效率 精練版P56實驗目的：會組裝滑輪組并測量滑輪組的機械效率，探究影響滑輪組機械效率的因素。實驗原理：η＝eq\f(W有,W總)＝eq\f(Gh,Fs)。實驗器材：定滑輪和動滑輪組成的滑輪組、彈簧測力計、鉤碼、刻度尺。實驗步驟：①按照圖甲所示安裝滑輪組，用彈簧測力計測出鉤碼所受的重力G，分別記下鉤碼和繩端的位置。②如圖乙所示，勻速豎直緩慢拉動彈簧測力計，使鉤碼升高，讀出拉力F的值，并用刻度尺測出鉤碼上升的高度h和繩端移動的距離s，將這三個量填入表格。③應用公式W有＝Gh、W總＝Fs、η＝eq\f(W有,W總)分別求出有用功W有、總功W總、機械效率η，并填入表格。④改變鉤碼的數(shù)量，再做兩次上面的實驗，如表格第1～3次實驗。⑤換用圖丙所示的裝置重復1～3步，將實驗數(shù)據(jù)記入表格，如表格第4次實驗。實驗表格：實驗序號1234鉤碼所受的重力G/N1.534.51.5提升高度h/m0.40.40.40.4有用功W有/J0.61.21.80.6拉力F/N0.71.21.70.6繩端移動的距離s/m1.21.21.22總功W總/J0.841.442.041.2機械效率η71%83%88%50%實驗分析：由1、2、3次實驗可知，提升的鉤碼重力增加時，有用功增加，額外功基本不變(克服摩擦力及動滑輪重力做的功基本不變)，由η＝eq\f(W有,W總)＝eq\f(W有,W有＋W額)可知，機械效率會升高。同一裝置的機械效率與被提升的物重有關，物重增大，機械效率升高。由1、4兩次實驗可知，使用兩個滑輪組提升相同的鉤碼，做的有用功相同，但滑輪組丙的動滑輪個數(shù)多，所做的額外功多，由η＝eq\f(W有,W有＋W額)可知，當有用功相同時，額外功越多，機械效率越低。故滑輪組丙的機械效率小于滑輪組甲的機械效率。探究歸納：①同一裝置的機械效率并不是固定不變的，與被提升的物重有關，物重增大，機械效率升高；②機械效率還和機械裝置本身有關，與其結構、輕巧程度以及潤滑程度都有關系。知識拓展：探究影響斜面機械效率的因素。制訂計劃與設計實驗：在影響機械效率的許多因素中，摩擦是一個重要因素。例如：把物體拉上斜面時，就要克服物體與斜面之間的摩擦做額外功。做實驗時，應該選擇光滑程度一樣的斜面，如圖所示，用彈簧測力計勻速拉動小車運動，比較斜面的傾斜程度不同時，斜面的機械效率是否相同。實驗器材：桌面、木塊、木板、小車、刻度尺、彈簧測力計、細線等。實驗過程：①將木板用一木塊墊起，使其傾斜程度較小，用彈簧測力計沿斜面將小車從斜面底端勻速拉到斜面頂端，記下小車移動的距離s，并測出斜面的高度h，拉力F。②改變木板一端墊起的高度兩次，使斜面較陡和最陡，重復實驗過程①。實驗記錄：將數(shù)據(jù)記錄在下表中，并計算后填入相關值，以下為某次實驗的記錄。斜面的傾斜程度小車重力G/N斜面高度h/m沿斜面拉力F/N斜面長lm有用功W總/J總功W總/J機械效率η＝eq\f(Gh,Fl)較緩50.21.98111.9851%較陡50.42.92122.9268%最陡50.63.8133.879%分析論證：①從表中數(shù)據(jù)可以看出，斜面的機械效率和斜面的傾斜程度有關；②用彈簧測力計沿斜面勻速拉動小車向上運動時，要克服摩擦力做功，因此斜面的機械效率不高；③對于斜面來說，W有＝Gh，W總＝Fl，η＝eq\f(W有,W總)＝eq\f(Gh,Fl)<1；④對于理想斜面，不存在摩擦，η＝100%，Gh＝Fl。得出結論：斜面的機械效率與斜面的傾斜程度有關，斜面越傾斜，機械效率越高。eq\a\vs4\al(例3)小明同學做“測量滑輪組機械效率”的實驗(如圖所示)。用相同的滑輪組提升不同數(shù)量的鉤碼，記錄數(shù)據(jù)如表所示。實驗次數(shù)鉤碼的重力G/N鉤碼提升高度h/m拉力F/N繩端移動的距離s/m機械效率η120.10.90.374%240.11.60.383%360.1①0.3②(1)觀察圖中測力計的示數(shù)，表格中編號①的數(shù)值是________，②的數(shù)值是________。(2)小明通過分析表格中的數(shù)據(jù)，得到了提高滑輪組機械效率的方法，汽車作為一種“機械”，提高效率對節(jié)能減排有重要意義，請你指出以下三種提高效率的方法中，方法________是與本實驗同理的。方法一：鼓勵人們“拼車”出行，使汽車盡量裝滿人員。方法二：汽車制造廠用新材料減輕汽車重量。方法三：經(jīng)常給汽車做保養(yǎng)，保持良好的潤滑。(3)小明發(fā)現(xiàn)繩端移動的距離與鉤碼提升高度有固定的倍數(shù)關系，于是他認為鉤碼數(shù)量一定時，無論將鉤碼提升多高，都不影響該滑輪組的機械效率。小芳則認為：鉤碼提升的高度不同，有用功就不同，機械效率就變化了，你認為________的看法是正確的。解析：(1)由圖知，彈簧測力計的分度值為0.1N，彈簧測力計的示數(shù)為2.3N；第三次實驗滑輪組的機械效率：η＝eq\f(W有用,W總)＝eq\f(Gh,Fs)＝eq\f(6N×0.1m,2.3N×0.3m)×100%≈87%；(2)小明通過分析表格中的數(shù)據(jù)知，同一滑輪組，物體越重，機械效率越高。方法一：鼓勵人們“拼車”出行，使汽車盡量裝滿人員，是在額外功相同時，人越多，有用功越多，機械效率越高，故符合題意；方法二：汽車制造廠用新材料減輕汽車重量，是通過減小額外功來增加機械效率的，故不符合題意；方法三：經(jīng)常給汽車做保養(yǎng)，保持良好的潤滑。提高滑輪組機械效率的方法是通過減小摩擦來增加機械效率的，故不符合題意。故方法一與本實驗同理。(3)根據(jù)η＝eq\f(W有,W總)＝eq\f(Gh,Fs)＝eq\f(Gh,F·3h)＝eq\f(G,3F)知機械效率與高度無關，故小明的看法正確。答案：(1)2.387%(2)一(3)小明易錯點不能正確理解滑輪組機械效率的可變性機械效率是表示機械對總功利用率高低的物理量，效率高，表示機械對總功利用率高。是否省力、做功的多少、做功的快慢與機械效率無關。有的同學認為機械越省力效率就越高，這種認識是錯誤的。eq\a\vs4\al(例4)用四只完全相同的滑輪組成如圖所示的甲、乙兩個滑輪組，把相同的物體勻速提升相同的高度。若用η甲、η乙表示甲、乙兩滑輪組的機械效率，W甲