1、机械效率机械效率 第十六讲第十六讲 机械效率机械效率 1 1三种功及其关系三种功及其关系 (1)(1)有用功：为了达到目的有用功：为了达到目的 _要做的功。要做的功。 公式：公式： _。 必须必须 W W有 有 GhGh (2)(2)额外功：为了达到目的做的一些额外功：为了达到目的做的一些 _、但又不得不做的功。例：、但又不得不做的功。例： 用滑轮组提升钩码，我们不得不克服动滑轮所受的重力以及摩擦力等因素用滑轮组提升钩码，我们不得不克服动滑轮所受的重力以及摩擦力等因素 的影响而多做功。的影响而多做功。 (3)(3)总功：有用功和额外功的总功：有用功和额外功的 _。 (4)(4)关系公式：关系公
2、式： _。 2 2机械效率机械效率 (1)(1)定义：定义： _和和 _的比值。的比值。 (2)(2)公式：公式： _。机械效率没有单位。机械效率没有单位。 (3)(3)注意：任何机械的效率都注意：任何机械的效率都 _1_1。 不需要不需要 和和 W W总 总 W W有 有 W W额 额 有用功有用功 总功总功 100% 100% 小于小于 机械效率的理解及计算机械效率的理解及计算 (10(10年年3 3考考) ) (1)(1)常考题型：选择题、计算题。常考题型：选择题、计算题。 (2)(2)常规考法：常规考法： 在选择题中考查滑轮组机械效率的相关推导。在选择题中考查滑轮组机械效率的相关推导。
3、 在计算题中考查滑轮组的机械效率的相关计算。在计算题中考查滑轮组的机械效率的相关计算。 (3)(3)备考方法：备考方法： 考法考法 滑轮组竖直提升重物的计算滑轮组竖直提升重物的计算 (2016(2016江西江西)()(不定项不定项) )在测“滑轮组机械效率”的活动中，瑞在测“滑轮组机械效率”的活动中，瑞 瑞同学在与动滑轮相切的细绳上做一标记瑞同学在与动滑轮相切的细绳上做一标记A A( (如图甲所示如图甲所示) )，然后用大小为，然后用大小为 F F的拉力匀速竖直向上提升总重为的拉力匀速竖直向上提升总重为G G的钩码。当钩码上升的高度为的钩码。当钩码上升的高度为H H时，瑞时，瑞 瑞同学在与动滑
4、轮相切的细绳上做另一标记瑞同学在与动滑轮相切的细绳上做另一标记B B，并测得，并测得ABAB两点间的距离为两点间的距离为 2 2H H( (如图乙所示如图乙所示) )，则以下所求物理量正确的是，则以下所求物理量正确的是( )( ) A A拉力所做的功拉力所做的功W W2 2FHFH B B拉力所做的有用功拉力所做的有用功W W有 有 GHGH C C该滑轮组的机械效率该滑轮组的机械效率 1 1 D D该滑轮组的机械效率该滑轮组的机械效率 G 3F BCDBCD 1 1(2020(2020本溪本溪) )小鹏家购买了一箱重小鹏家购买了一箱重960 N960 N的装修的装修 材料，工人用如图所示的滑
5、轮组将装修材料匀速提材料，工人用如图所示的滑轮组将装修材料匀速提 高高9 m9 m，用时，用时3 min3 min，若滑轮组的机械效率为，若滑轮组的机械效率为80%(80%(不不 计箱子重、绳重和摩擦计箱子重、绳重和摩擦) )。小鹏计算的下列物理量正。小鹏计算的下列物理量正 确的是确的是( )( ) A A绳子自由端移动的速度为绳子自由端移动的速度为0.05 m/s0.05 m/s B B做的有用功为做的有用功为8 640 J8 640 J C C拉力为拉力为240 N240 N D D拉力的功率为拉力的功率为48 W48 W B B 2 2(2020(2020天水天水) )在九年级物理拓展课
6、上，李博同学模拟某建在九年级物理拓展课上，李博同学模拟某建 筑工地上塔吊的工作情景，设置了如图所示的滑轮组来提升筑工地上塔吊的工作情景，设置了如图所示的滑轮组来提升 装修材料，若他用装修材料，若他用250 N250 N的拉力在的拉力在20 s20 s内将内将450 N450 N的材料提升了的材料提升了 10 m10 m。( (不计绳重和摩擦，不计绳重和摩擦，g g取取10 N/kg)10 N/kg)求：求： (1)(1)拉力的功率是多少？拉力的功率是多少？ (2)(2)提升提升450 N450 N材料时，此滑轮组的机械效率是多少？材料时，此滑轮组的机械效率是多少？ (3)(3)若绳子能承受的最
7、大拉力为若绳子能承受的最大拉力为400 N400 N时，此滑轮组的机械效率最大可提高时，此滑轮组的机械效率最大可提高 到多少？到多少？ 考法考法 滑轮组水平匀速拉动物体的计算滑轮组水平匀速拉动物体的计算 (2020(2020滨州滨州)()(不定项不定项) )如图所示，重如图所示，重800 N800 N的物体在的物体在100 N100 N水平拉水平拉 力力F F的作用下，以的作用下，以0.1 m/s0.1 m/s的速度沿水平地面向左匀速直线运动了的速度沿水平地面向左匀速直线运动了20 s20 s，滑，滑 轮组的机械效率为轮组的机械效率为60%60%，在此过程中，下列说法正确的是，在此过程中，下列
8、说法正确的是( )( ) A A拉力拉力F F做的功为做的功为400 J400 J B B物体与地面间的滑动摩擦力为物体与地面间的滑动摩擦力为180 N180 N C C额外功的功率为额外功的功率为12 W12 W D D若物体的重力和运动速度不变，只增大水平地面的粗糙程度，则滑轮若物体的重力和运动速度不变，只增大水平地面的粗糙程度，则滑轮 组的机械效率会降低组的机械效率会降低 BCBC 3 3如图所示，物块重如图所示，物块重200 N200 N，移动过程中所受阻力为，移动过程中所受阻力为 40 N40 N。若不考虑滑。若不考虑滑 轮重及摩擦，物块以轮重及摩擦，物块以0.2 m/s0.2 m/
9、s的速度匀速移动，拉力的速度匀速移动，拉力F F的功率是的功率是 W W；如果；如果 这个装置的机械效率是这个装置的机械效率是80%80%，则拉力，则拉力F F是是 N N。 8 8 2525 考法考法 沿斜面匀速拉动物体的计算沿斜面匀速拉动物体的计算 (2020(2020南充南充) )如图所示，用沿斜面向上大小为如图所示，用沿斜面向上大小为4 N4 N的拉力，将一个的拉力，将一个 重重5 N5 N的物体从斜面底端匀速拉至顶端。已知物体沿斜面上滑的距离为的物体从斜面底端匀速拉至顶端。已知物体沿斜面上滑的距离为5 m5 m， 上升的高度为上升的高度为3 m3 m，则物体受到的摩擦力为，则物体受到
10、的摩擦力为 N N，斜面的机械效率为，斜面的机械效率为 。 1 1 75%75% 4 4(2020(2020衡阳衡阳) )近期我国长江中下游许多省份因连续大雨发生洪涝灾近期我国长江中下游许多省份因连续大雨发生洪涝灾 害。抗洪抢险小分队成员李军在一次行动中需要帮老百姓把一个质量为害。抗洪抢险小分队成员李军在一次行动中需要帮老百姓把一个质量为 240 kg240 kg的重物搬到的重物搬到2 m2 m高的车上。为了省力采用高的车上。为了省力采用5 m5 m的长木板搭了一个斜面的长木板搭了一个斜面 ( (如图所示如图所示) )。用。用1 200 N1 200 N的力用了的力用了5 min5 min将重
11、物匀速推到车上。关于此简易将重物匀速推到车上。关于此简易 斜面装置，下列说法中正确的是斜面装置，下列说法中正确的是( )( ) A A他对重物做了他对重物做了4 800 J4 800 J的功的功 B B他做功的功率为他做功的功率为16 W16 W C C此次简易斜面装置的机械效率为此次简易斜面装置的机械效率为50%50% D D斜面是一种省力杠杆斜面是一种省力杠杆 D D 测量滑轮组的机械效率测量滑轮组的机械效率 (10(10年年1 1考考) ) 【设计和进行实验设计和进行实验】 1 1实验原理：实验原理： 100%100%。 2 2实验器材及操作实验器材及操作 (1)(1)实验器材：弹簧测力
12、计、刻度尺、钩码、滑轮组、细线、铁架台。实验器材：弹簧测力计、刻度尺、钩码、滑轮组、细线、铁架台。 (2)(2)应测物理量：应测物理量：_ _。 W W 有 总 钩码重钩码重G G、钩码被提升的高度、钩码被提升的高度h h、拉力、拉力F F、绳子自由端移、绳子自由端移 动的距离动的距离s s (3)(3)弹簧测力计的使用和读数。弹簧测力计的使用和读数。 (4)(4)弹簧测力计沿竖直方向匀速拉动的目的：弹簧测力计沿竖直方向匀速拉动的目的：_ _。 (5)(5)分别记下钩码和弹簧测力计的起始位置的目的：分别记下钩码和弹簧测力计的起始位置的目的：_ _。 3 3控制变量法的应用控制变量法的应用 (1
13、)(1)探究滑轮组的机械效率与所吊重物重力大小的关系：控制同一滑轮组探究滑轮组的机械效率与所吊重物重力大小的关系：控制同一滑轮组 的绕线方式相同，改变的绕线方式相同，改变_。 (2)(2)探究滑轮组的机械效率与动滑轮重力大小的关系：控制滑轮组所吊钩码的探究滑轮组的机械效率与动滑轮重力大小的关系：控制滑轮组所吊钩码的 数量相同，改变数量相同，改变_。 使弹簧测力计示数稳定，便使弹簧测力计示数稳定，便 于读出拉力的大小于读出拉力的大小 测量钩码和弹簧测力测量钩码和弹簧测力 计移动的距离计移动的距离 滑轮组所吊钩码的数量滑轮组所吊钩码的数量 动滑轮的数量或换用重力不同的动滑轮动滑轮的数量或换用重力不
14、同的动滑轮 【数据分析及计算数据分析及计算】 4 4功的计算：功的计算： 有用功的计算：有用功的计算：W W有 有 Gh; Gh; 总功的计算：总功的计算：W W总 总 FsFs。 5 5机械效率的计算：机械效率的计算： 已知物重和拉力：已知物重和拉力：_； 已知物重和动滑轮重已知物重和动滑轮重( (不计摩擦不计摩擦) )：_。 WGh 100%100% WFs 有 总 WGhG 100%100%100% WFsGG 有 总动 6 6根据实验数据选择装置图：根据绳子自由端移动的距离根据实验数据选择装置图：根据绳子自由端移动的距离s s和物体上升高和物体上升高 度度h h的关系的关系s snhn
15、h判断。判断。 7 7分析实验数据得出结论。分析实验数据得出结论。 【实验拓展实验拓展】 8 8滑轮组机械效率的大小与物体被提升的高度、滑轮组的绕线方式及物滑轮组机械效率的大小与物体被提升的高度、滑轮组的绕线方式及物 体被提升的速度无关。体被提升的速度无关。 9 9影响滑轮组机械效率的因素：影响滑轮组机械效率的因素：_ _。 物体的重力、动滑轮的重力、绳子与滑物体的重力、动滑轮的重力、绳子与滑 轮之间的摩擦等轮之间的摩擦等 1010提高机械效率的方法：提高机械效率的方法： 增加所提升物体的重力；增加所提升物体的重力； 减小动滑轮的重力；减小动滑轮的重力； 减少动滑轮的个数；减少动滑轮的个数；
16、减小绳子与滑轮间的摩擦等。减小绳子与滑轮间的摩擦等。 1 1在“探究影响滑轮组机械效率的因素”实验中，某实验小组用如图所在“探究影响滑轮组机械效率的因素”实验中，某实验小组用如图所 示的同一滑轮组提升不同钩码，分别做了甲、乙、丙示的同一滑轮组提升不同钩码，分别做了甲、乙、丙3 3组实验，实验数据组实验，实验数据 记录如下表：记录如下表： (1)(1)在实验操作中应该使钩码在实验操作中应该使钩码 ( (选填“快速”或“缓慢”选填“快速”或“缓慢”) )上升。上升。 (2)(2)进行第进行第2 2次测量时滑轮组的机械效率约为次测量时滑轮组的机械效率约为 ( (保留三位有效数字保留三位有效数字) )
17、。 (3)(3)如图丙所示，进行第如图丙所示，进行第3 3次测量时，弹簧测力计示数为次测量时，弹簧测力计示数为 N N，滑轮组，滑轮组 做的有用功是做的有用功是 J J，拉力所做的额外功为，拉力所做的额外功为 J J。 (4)(4)分析实验数据，实验小组得出的实验结论是：滑轮组的机械效率与分析实验数据，实验小组得出的实验结论是：滑轮组的机械效率与 _有关。有关。 缓慢缓慢 78.4%78.4% 2.42.4 0.30.3 0.060.06 被提升物体的重力被提升物体的重力 (5)(5)分析表中数据可知，分析表中数据可知，F F ，可能的原因是，可能的原因是_ _。 (6)(6)某次实验时将绳子
18、自由端匀速拉动时弹簧测力计的读数为某次实验时将绳子自由端匀速拉动时弹簧测力计的读数为F F，钩码重记，钩码重记 为为G G，动滑轮重记为，动滑轮重记为G G，绳自由端移动距离记为，绳自由端移动距离记为s s，钩码提升高度记为，钩码提升高度记为h h， 不计绳重及摩擦。则下列关于滑轮组机械效率的计算关系中错误的是不计绳重及摩擦。则下列关于滑轮组机械效率的计算关系中错误的是 。 A A 100% B100% B 100%100% C C 100% D100% D 100%100% GG 3 动 拉动过程中需克服滑拉动过程中需克服滑 轮的转轴处的摩擦轮的转轴处的摩擦 Gh Fs G F G GG G
19、h 1 Fs BDBD 补充设问补充设问 (1)(1)在实验中，某同学为了便于读数，就让弹簧测力计处于静止状态时才在实验中，某同学为了便于读数，就让弹簧测力计处于静止状态时才 读数，该同学的读数与实际相比读数，该同学的读数与实际相比 ( (选填“偏大”“偏小”或“不选填“偏大”“偏小”或“不 变”变”) )，测得机械效率，测得机械效率 ( (选填“偏高”“偏低”或“不变”选填“偏高”“偏低”或“不变”) )，说明滑，说明滑 轮组的机械效率还与轮组的机械效率还与 有关。有关。 (2)(2)若将此滑轮组换一种绕绳方法，不计摩擦和绳重，滑轮组的机械效率若将此滑轮组换一种绕绳方法，不计摩擦和绳重，滑轮
20、组的机械效率 将将 ( (选填“变大”“变小”或“不变”选填“变大”“变小”或“不变”) )。 偏小偏小 偏高偏高 运动状态运动状态 不变不变 (3)(3)有两个组所用的动滑轮重相同，提升的物体也相同，测得机械效率却有两个组所用的动滑轮重相同，提升的物体也相同，测得机械效率却 不同，原因可能是绳子与滑轮或滑轮轴之间的不同，原因可能是绳子与滑轮或滑轮轴之间的 不同，影响了测量不同，影响了测量 结果。所以，我们在生活中经常给各种机械加润滑油，是为了结果。所以，我们在生活中经常给各种机械加润滑油，是为了_ _，提高它的机械效率。，提高它的机械效率。 摩擦力摩擦力 减小摩擦减小摩擦 力力 测量斜面的机
21、械效率测量斜面的机械效率 (10(10年年1 1考考) ) 【设计和进行实验设计和进行实验】 1 1实验原理：实验原理： 100%100%。 2 2控制变量法的应用控制变量法的应用 (1)(1)探究斜面机械效率的大小与斜面倾斜程度的关系：控制探究斜面机械效率的大小与斜面倾斜程度的关系：控制_ _与与 相同，改变相同，改变 。 (2)(2)探究斜面机械效率的大小与斜面粗糙程度的关系：控制探究斜面机械效率的大小与斜面粗糙程度的关系：控制_ _与与 相同，改变相同，改变 。 (3)(3)探究斜面机械效率的大小与物体重力的关系：控制探究斜面机械效率的大小与物体重力的关系：控制_ 与与 相同，改变相同，
22、改变 。 W W 有 总 斜面的粗糙程斜面的粗糙程 度度 物体的重力物体的重力 斜面的倾斜程度斜面的倾斜程度 斜面的倾斜程斜面的倾斜程 度度 物体的重力物体的重力 斜面的粗糙程度斜面的粗糙程度 斜面的粗糙程度斜面的粗糙程度 倾斜程度倾斜程度 物体重力的大小物体重力的大小 【实验分析实验分析】 3 3弹簧测力计应沿与斜面平行的方向匀速拉动物体。弹簧测力计应沿与斜面平行的方向匀速拉动物体。 4 4功的计算：功的计算： 有用功的计算：有用功的计算：W W有 有 GhGh； 总功的计算：总功的计算：W W总 总 FsFs。 5 5机械效率的计算：机械效率的计算： _。 6 6表格数据分析与处理。表格数
23、据分析与处理。 7 7斜面在生活中的应用斜面在生活中的应用( (如楼梯、盘山公路等如楼梯、盘山公路等) )。 WGh 100%100% WFs 有 总 2 2【提出问题提出问题】 斜面的机械效率与斜面的倾斜程度有没有关系？斜面的机械效率与斜面的倾斜程度有没有关系？ 【进行实验进行实验】 针对这个问题，小明通过在斜面上拉动物体进行了探究针对这个问题，小明通过在斜面上拉动物体进行了探究( (如如 图所示图所示) )，测得的实验数据如表中所示。，测得的实验数据如表中所示。 【分析与论证分析与论证】 (1)(1)沿斜面拉动物体时，应使其做沿斜面拉动物体时，应使其做 运动。运动。 (2)(2)根据表中的
24、数据可求出第次实验中拉力所做的有用功为根据表中的数据可求出第次实验中拉力所做的有用功为 J J，机，机 械效率是械效率是 ( (保留两位有效数字保留两位有效数字) )。 (3)(3)通过对上述实验数据的分析可知，斜面的省力情况与斜面倾斜程度的通过对上述实验数据的分析可知，斜面的省力情况与斜面倾斜程度的 关系是：斜面越缓，越关系是：斜面越缓，越 。 匀速直线匀速直线 1.25 1.25 81%81% 省力省力 (4)(4)小明又做了第次实验：他在斜面上铺上棉布，使斜面变粗糙，保持小明又做了第次实验：他在斜面上铺上棉布，使斜面变粗糙，保持 物体上升的高度物体上升的高度h h和移动距离和移动距离s
25、s分别为分别为0.10 m0.10 m和和0.50 m0.50 m，用弹簧测力计拉着，用弹簧测力计拉着 物体沿斜面向上做匀速直线运动，读出这时弹簧测力计的示数为物体沿斜面向上做匀速直线运动，读出这时弹簧测力计的示数为2.5 N2.5 N， 则他们测出斜面的机械效率为则他们测出斜面的机械效率为 。把第次与第。把第次与第 次的测量结果相次的测量结果相 比较可知：当斜面越粗糙时，斜面的机械效率越比较可知：当斜面越粗糙时，斜面的机械效率越 。 (5)(5)除了上述对斜面机械效率的影响因素的猜想以外，请你猜想斜面的机除了上述对斜面机械效率的影响因素的猜想以外，请你猜想斜面的机 械效率还可能与械效率还可能与 有关有关( (写出一个即可写出一个即可) )；为了通过实验验证你的；为了通过实验验证你的 猜想，还需要补充的器材是猜想，还需要补充的器材是 。 40%40% 低低 物体重力物体重力 质量不同的物体质量不同的物体
