機(jī)械效率++2024-2025學(xué)年人教版八年級下冊物理

12.4機(jī)械效

我國許多地方原來都沒有自來水，人們?yōu)榱耸秤盟?，要從井中打水。如圖所示，在這個(gè)從井中提水上來的過程中，人對哪些物體做了功?這些功都是人們希望做的嗎?對誰做的功才是有用的呢?利用機(jī)械幫助我們工作，會給我們帶來極大的方便。有的機(jī)械可以省力，有的機(jī)械可以省距離。利用滑輪組提升重物，繩端拉力所做的功與滑輪組對重物所做的功相同嗎?有用功和額外功為了回答這個(gè)問題，我們可以通過一個(gè)簡單的實(shí)驗(yàn)來進(jìn)行研究。1.如圖12.4-1甲所示，用彈簧測力計(jì)將鉤碼緩慢地提升一定的高度，計(jì)算拉力所做的功。研究使用動滑輪是否省功圖12.4-1研究使用動滑輪是否省功2.如圖12.4-1乙所示，用彈簧測力計(jì)并借助一個(gè)動滑輪將同樣的鉤碼緩慢地提升相同的高度，計(jì)算彈簧測力計(jì)的拉力所做的功。這兩次拉力所做的功相同嗎?為什么?實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，雖然在兩次實(shí)驗(yàn)中鉤碼被提升了相同的高度，但第二次實(shí)驗(yàn)中拉力做的功要多一些。在第二次實(shí)驗(yàn)中，將鉤碼提升一定的高度是我們的工作目的，動滑輪對鉤碼的拉力所做的功叫作有用功，用W有用表示。彈簧測力計(jì)的拉力所做的功，叫作總功，用W總表示。用動滑輪提升鉤碼時(shí)，我們還不可避免地要克服動滑輪本身所受的重力以及摩擦力等因素的影響而多做一些功，這部分功叫作額外功，用W額外

表示?？偣Φ扔谟杏霉εc額外功之和，即W總＝W有用＋W

額外大量實(shí)驗(yàn)表明，動力對機(jī)械所做的功(總功)總是大于機(jī)械對外所做的功(有用功)。事實(shí)上，使用任何機(jī)械都不能省功。機(jī)械效率在保證所做有用功一定的情況下，人們總是希望額外功越少越好，即額外功在總功中所占的比例越小越好，也就是有用功在總功中所占的比例越大越好。物理學(xué)中，將有用功跟總功的比值叫作機(jī)械效率。如果用η

表示機(jī)械效率，那么有

有用功總是小于總功，所以機(jī)械效率總是小于1。機(jī)械效率通常用百分?jǐn)?shù)表示。起重機(jī)的機(jī)械效率一般為40%~50%，抽水機(jī)的機(jī)械效率一般為60%~80%。起重機(jī)把質(zhì)量為0.5t的重物勻速提升了3m，而它的電動機(jī)所做的功是3.4×104J，起重機(jī)的機(jī)械效率是多少?g取10N/kg。解起重機(jī)勻速提升重物所用的力與物體所受的重力大小相等F＝G＝mg＝0.5×103kg×10N/kg＝5×103N起重機(jī)提升重物所做的功是有用功W有用＝Fh＝5×103N×3m＝1.5×104J

下面我們通過實(shí)驗(yàn)測量滑輪組的機(jī)械效率。測量滑輪組的機(jī)械效率實(shí)驗(yàn)思路要想測量滑輪組的機(jī)械效率，就要想辦法找出使用滑輪組工作時(shí)的有用功和總功，然后求出二者的比值。本實(shí)驗(yàn)可以測量如圖12.4-2所示滑輪組的機(jī)械效率，請根據(jù)此實(shí)驗(yàn)裝置思考：要想知道有用功和總功，需要測量哪些量?實(shí)驗(yàn)過程根據(jù)實(shí)驗(yàn)思路中的分析，可以像下面這樣進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。1.用彈簧測力計(jì)測量鉤碼所受的重力G

并填入后面的表格中。2.按照圖12.4-2安裝滑輪組，分別記下鉤碼和繩端(彈簧測力計(jì)掛鉤底部)的位置。圖12.4-2測量滑輪組的機(jī)械效率3.緩慢拉動彈簧測力計(jì)，使鉤碼升高，讀出拉力F，用刻度尺測出鉤碼提升的高度h和繩端移動的距離s，將這三個(gè)量填入下表。4.算出有用功W有用、總功W總、機(jī)械效率η

并填入下表。圖12.4-2測量滑輪組的機(jī)械效率改變鉤碼的數(shù)量，重復(fù)上面的實(shí)驗(yàn)。你在三次實(shí)驗(yàn)中測得的機(jī)械效率一樣嗎?說一說影響滑輪組機(jī)械效率的因素有哪些。提高機(jī)械效率可以充分發(fā)揮機(jī)械設(shè)備的作用，對節(jié)能減排、提高經(jīng)濟(jì)效益有重要的意義。提高機(jī)械效率的主要辦法是改進(jìn)結(jié)構(gòu)，使機(jī)械設(shè)備更合理、更輕巧。在使用中按照技術(shù)規(guī)程經(jīng)常保養(yǎng)，使機(jī)械設(shè)備處于良好的狀態(tài)，對于保持和提高機(jī)械效率也有重要作用。?用滑輪組勻速提升重物的過程中，哪個(gè)是有用功?哪些是額外功?有用功是對物體所做得功；額外功是對動滑輪所做的功、克服繩重和摩擦所做的功。?一臺起重機(jī)將重3600N的貨物勻速提高4m，起重機(jī)做的有用功是多少?如果2額外功是9600J，總功是多少?機(jī)械效率是多少?起重機(jī)所做的額外功是由哪些因素引起的?

?兩位同學(xué)根據(jù)圖12.4-2分別用自己的器材測量滑輪組的機(jī)械效率，下表是他們實(shí)驗(yàn)中的一組數(shù)據(jù)。請將表格中的數(shù)據(jù)補(bǔ)充完整并說明機(jī)械效率不同的原因可能是什么。0.10.1567%0.30.3683%機(jī)械效率不同的原因是物體重力變化了，從數(shù)據(jù)可以看出，同滑輪組，物體越重，則機(jī)械效率越高。?有沒有機(jī)械效率為100%的機(jī)械?為什么?舉例說明，通過什么途徑可以提高機(jī)械效率。沒有。因?yàn)槭褂脵C(jī)械做功時(shí)，必然要克服機(jī)械自重、摩擦等做額外功，即有用功定小于總功，機(jī)械效率一定小于100%。使用滑輪組提升重物時(shí)，盡量使用輕質(zhì)材料制成的動滑輪和繩子，盡量減小繩和滑輪間的摩擦，增大重物質(zhì)量，這樣可以減小額外功，增大有用功，提高機(jī)械效率。?用一個(gè)動滑輪在5s內(nèi)將一個(gè)重200N的物體向上勻速提起3m，拉力為150N這個(gè)動滑輪的機(jī)械效率是多少?拉力的功率是多少?66.7%；180W1.賣茶杯的人，從貨架上拿起茶杯；喝茶的人，從桌面上端起盛茶水的茶杯。下列關(guān)于兩人克服茶杯重力做功的說法中正確的是()A.都是有用功

B.都是額外功C.對喝茶的人而言是有用功D.對賣茶杯的人而言是有用功D2.如圖所示，人用100N的拉力通過滑輪組將重為300N的物體向上提起，繩重和摩擦不計(jì)，在拉力作用下，物體速上升了1m。求：(1)人所做的有用功為__________。(2)人所做的總功為___________。(3)人所做的額外功為___________。300J400J100J3.(2023·連云港中考)下列關(guān)于機(jī)械效率的說法正確的是()A.越省力的機(jī)械，機(jī)械效率越高B.做功越快的機(jī)械，機(jī)械效率越高C.所做有用功越多的機(jī)械，機(jī)械效率越高D.有用功與總功的比值越大的機(jī)械，機(jī)械效率越高D?如圖12-1所示，夾核桃時(shí)，用力向下壓夾子上部的手柄即可夾碎核桃。把上部手柄視為杠桿，用力時(shí)支點(diǎn)在哪里?阻力的作用點(diǎn)、動力的作用點(diǎn)在哪里?圖12-1A為支點(diǎn)，B

為阻力作用點(diǎn)，C

為動力作用點(diǎn)。?在“探究杠桿的平衡條件”的實(shí)驗(yàn)中，把鉤碼掛在水平靜止的杠桿兩側(cè)后，杠桿向右側(cè)傾斜(圖12-2)。為了使杠桿在水平位置平衡，如果保持左側(cè)鉤碼不動，應(yīng)該怎樣調(diào)節(jié)右側(cè)鉤碼的位置?如果保持右側(cè)鉤碼不動，應(yīng)該怎樣調(diào)節(jié)左側(cè)鉤碼的位置?圖12-2如果保持左側(cè)鉤碼不動，則將右側(cè)鉤碼移至7.5cm處即可保持平衡；如果保持右側(cè)鉤碼不動，則將左側(cè)鉤碼移至20.0cm處即可保持平衡。圖12-2?腳踏式垃圾箱的結(jié)構(gòu)可簡化為圖12-3。在A

處向下踩動腳踏板，連桿CD便向上頂起箱蓋。在上述過程中，你發(fā)現(xiàn)了哪幾個(gè)杠桿?它們是省力杠桿，還是費(fèi)力杠桿?圖12-32個(gè)杠桿。對于杠桿A、B、C，支點(diǎn)是B，動力作用點(diǎn)在A點(diǎn)，阻力作用點(diǎn)在C點(diǎn)，動力臂大于阻力臂，屬于省力杠桿；令F點(diǎn)為桶蓋重心點(diǎn)，對于杠桿EDF，E點(diǎn)是支點(diǎn)，動力作用在D點(diǎn)，阻力作用點(diǎn)F在右側(cè)的桶蓋上，在打開蓋子的過程中，動力臂小于阻力臂，屬于費(fèi)力杠桿。圖12-3?圖12-4是人們仿照《天工開物》中的桔槔利用杠桿原理從水井中提水的情景。假設(shè)不懸掛重物時(shí)木桿恰好能保持平衡。為了省力，在木桿左端懸吊水桶，木桿右端固定一個(gè)石塊。已知支點(diǎn)到水桶所受的重力作用線的距離是支點(diǎn)到石塊所受重力作用線距離的3倍。圖12-4用該裝置提水時(shí)，水桶所受的重力為20N，每次提水時(shí)連水帶桶所受的重力為80N。請你設(shè)計(jì)石塊所受的重力的大小，使提水時(shí)用力最小，說出你的設(shè)計(jì)思路和數(shù)據(jù)。

?如圖12-5所示，戥子是一種微型桿秤，過去的中藥房里都用戥子稱量中藥。為使問題簡化，以下不考慮秤桿的重力。已知秤砣的質(zhì)量為m0，零刻度線在提紐右側(cè)、離提紐的距離為l0，秤盤離提紐懸掛點(diǎn)的距離為l1。當(dāng)秤盤中放入一定質(zhì)量的中藥后，移動秤砣至桿秤水平平衡時(shí)，秤砣懸掛點(diǎn)到提紐的距離是l2，中藥的質(zhì)量是多少?圖12-5

圖12-5?某同學(xué)利用滑輪組提升一個(gè)重物，設(shè)計(jì)了兩種方案，如圖12-6所示。請?jiān)趫D中分別畫出繩子的繞法，要求用上所有的滑輪這兩種方案各有什么特點(diǎn)?圖12-6如圖所示，甲由三段繩子承擔(dān)物重，用力方向向下；乙由4段繩子承擔(dān)物重，用力方向向上。?工人師傅用如圖12-7所示的裝置把質(zhì)量為48kg的貨物從地面勻速提升至3樓，所用的拉力為300N。圖示裝置的機(jī)械效率是多少?g取10N/kg。圖12-7

?小明的媽媽蒸饅頭需要1kg面粉。在沒有秤的情況下，他利用一根輕桿、一瓶550mL的礦泉水和幾根細(xì)線等物品幫媽媽大致稱出了1kg的面粉。如果換作是你，你會怎樣做?一瓶550ml的礦泉水重力約為：G＝mg＝ρVg＝1.0×103kg/m3×550×10－6m3×9.8N/kg＝5.39N；

?在天宮課堂中，我國航天員王亞平講了在太空中測量航天員質(zhì)量的方法。其中用到了一個(gè)“彈簧凸輪機(jī)構(gòu)”，它可以產(chǎn)生恒力來牽引航天員運(yùn)動，以便計(jì)算航天員的質(zhì)量。有同學(xué)根據(jù)杠桿原理設(shè)計(jì)了一個(gè)裝置(圖12-8)：把一個(gè)半徑為OC的圓輪和一個(gè)凸輪固定在一起組成一個(gè)杠桿，支點(diǎn)為O。如圖12-8甲所示，圓輪邊緣的繩索與被牽引的航天員相連，拉力