1、9.5 9.5 探究探究使用机械是否省功使用机械是否省功一、实验探究一、实验探究 提出问题提出问题制定计划制定计划收集证据收集证据分析与结论分析与结论 要把这个物体运到高处，有哪些方法？要把这个物体运到高处，有哪些方法？问题：采用机械提升重物相比于直接问题：采用机械提升重物相比于直接提升重物，是否省功？提升重物，是否省功？s=?hFF定性实验：寻找规律定量实验：收集证据力力F/N距离距离/m力做的功力做的功W/JF1=G=h=W1=F1 hF2=s=W2 F2 s=W2 W1 在使用动滑轮提升在使用动滑轮提升重物时，实际拉力的功重物时，实际拉力的功W W2 2 于动滑轮提升重物于动滑轮提升重物
2、的功的功W W1 1，这是因为，这是因为W W2 2中还中还包括了包括了 的功的功以及以及 的功。的功。分析与结论大大提升动滑轮做提升动滑轮做克服摩擦做克服摩擦做FG物物对对有有用用功、功、额额外外功、功、总总功功的的理理解解 人提沙子做功人提沙子做功1、对沙子做功、对沙子做功2、对桶做功、对桶做功3、克服自重做功、克服自重做功人拉滑轮做功人拉滑轮做功1、对沙子做功、对沙子做功2、对桶做功、对桶做功3、对动滑轮做功、对动滑轮做功人拉滑轮做功人拉滑轮做功1、对沙子做功、对沙子做功2、对口袋做功、对口袋做功3、对动滑轮做功、对动滑轮做功3 3、总功：、总功：有用功与额外功有用功与额外功的总和的总和
3、1 1、有用功：、有用功：机械对物体做的机械对物体做的功功2 2、额外功：、额外功：克服机械自重和克服机械自重和摩擦所做的功（达到目的额外摩擦所做的功（达到目的额外做的功）做的功）F有用功有用功总功总功W总总 W有有 W额外额外总有WW 二、机械效率：二、机械效率：（动力对机械做的功）（动力对机械做的功）（看目的）（看目的）有用功有用功F总功总功F1F1使用机械做功使用机械做功认识认识W W有有、W W额额、W W总总不使用机械，直接不使用机械，直接用手所做的功用手所做的功有用功有用功总功总功 GhFsF1h=GhTTs=2hhFFF1有用功有用功竖直使用滑轮组匀速提升重物时，竖直使用滑轮组匀
4、速提升重物时，有用功为有用功为G物物h，水平使用滑轮组时，怎，水平使用滑轮组时，怎样求有用功呢？样求有用功呢？FaFG物物h fLF1=G物物F1F1F1=f 4、机械效率、机械效率：有用功跟总功的比值。有用功跟总功的比值。WW有总 无单位，小于无单位，小于1 1，用百分数形式表示。用百分数形式表示。在总功中有用功所占的比例越在总功中有用功所占的比例越 越好。越好。大大理想情况下理想情况下-1 1 “等功等功”实际情况下实际情况下-1 1 “费费功功”机械效率公式的实际变形：机械效率公式的实际变形：（1 1）在空气中提升重物；）在空气中提升重物；（2 2）在液体中提升重物；）在液体中提升重物；
5、（3 3）在水平面上拉动重物；）在水平面上拉动重物；（4 4）斜面。）斜面。F有用功有用功总功总功（1 1）在空气中提升重物）在空气中提升重物nFGnhFhGFshGWW物物物总有用动物物动物物动有用有用总有用GGGhGhGhGWWWWW若不计绳重及轴的摩擦，若不计绳重及轴的摩擦，进一步有：进一步有：F有用功有用功总功总功已知：已知：G物物 F h s v物物 v绳绳 W有用有用=_ W总总=_ P有用有用=_ P总总=_ s=_h v绳绳=_v物物（1 1）在空气中提升重物）在空气中提升重物F有用功有用功总功总功（2 2）在液体中提升重物）在液体中提升重物nFFGnhFhFGFshFGWW浮
6、物浮物浮物总有）（）（在液体中提升重物，在液体中提升重物，不计液体的阻力，有：不计液体的阻力，有：若不计绳重及轴的摩若不计绳重及轴的摩擦，有：擦，有：动浮物浮物GGGFF有用功有用功F总功总功nFfnLFfLFsLFWW1总有（3 3）水平使用滑轮组）水平使用滑轮组 F1F2已知：已知：G物物 F f s L v物物 v绳绳 s=_L v绳绳=_v物物 有用功有用功F总功总功W有用有用=_ W总总=_ P有用有用=_ P总总=_（3 3）水平使用滑轮组）水平使用滑轮组 F1L h F 已知：已知：G物物 f F L h（4 4）斜面）斜面FLhGWW物总有用fLhGhGWWWWW物物额外有用有
7、用总有用斜面斜面斜面是一种省力机械斜面是一种省力机械无障碍坡道无障碍坡道停停车车楼楼变变形形斜斜面面某起重机的机某起重机的机械效率是械效率是6060，表示什么含义？表示什么含义？起重机提升重物时所做的有用功起重机提升重物时所做的有用功跟总功的比值为跟总功的比值为6060例：用一动滑轮将重例：用一动滑轮将重200N的砂子提到的砂子提到9m高的脚手架上，所用力是高的脚手架上，所用力是120N，求，求有用功、总功、机械效率各是多少？有用功、总功、机械效率各是多少？J1800m9N200 GhW有J2160m18N120 FsW总解：解：%3.83J2160J1800总有WW额外有有总有WWWWW（1
8、 1）减小机械自重）减小机械自重（2 2）减小机械间的摩擦力。）减小机械间的摩擦力。三、如何提高机械效率三、如何提高机械效率克服机械自重和克服机械自重和摩擦所做的功摩擦所做的功（3 3）在机械强度允许的范围内，）在机械强度允许的范围内，增大所提重物的重力。增大所提重物的重力。有额外额外有有总有WWWWWWW11 判断以下说法是否正确：判断以下说法是否正确：1 1、有用功越多，机械效率越高；、有用功越多，机械效率越高；2 2、额外功越少，机械效率越高；、额外功越少，机械效率越高；3 3、物体做功的功率越低，机械效率越低；、物体做功的功率越低，机械效率越低；4 4、做总功越多，机械效率越低；、做总
9、功越多，机械效率越低；5 5、做相同的有用功，额外功越少，机械效率越高；、做相同的有用功，额外功越少，机械效率越高；6 6、做相同的总功时，有用功越多，机械效率越高；、做相同的总功时，有用功越多，机械效率越高；7 7、用不同的滑轮组，做的有用功相同时，机械效率一、用不同的滑轮组，做的有用功相同时，机械效率一定相同；定相同；8 8、因为有用功小于总功，所以机械效率总小于、因为有用功小于总功，所以机械效率总小于1 1；9 9、做的额外功一定时，总功越少，机械效率越高；、做的额外功一定时，总功越少，机械效率越高；1010、有用功在总功中占的比例越大，机械效率越高。、有用功在总功中占的比例越大，机械效
10、率越高。1、下列说法中正确的是（、下列说法中正确的是（）A、相同时间内做功越多，功率越大、相同时间内做功越多，功率越大 B、功率大的机械做功一定较快、功率大的机械做功一定较快C、功率越大的机械，机械效率也越高、功率越大的机械，机械效率也越高 D、做功相等时，功率大的所用时间少、做功相等时，功率大的所用时间少练习：练习：2 2、小明为帮助爸爸搬运装修材料设计了如图、小明为帮助爸爸搬运装修材料设计了如图8 8所示所示的甲、乙两种方案，小明采用这两种搬运方案分别的甲、乙两种方案，小明采用这两种搬运方案分别将地面上质量相同的材料运送到二楼的过程中，实将地面上质量相同的材料运送到二楼的过程中，实际所用拉
11、力和时间均相同。已知每个滑轮受到的重际所用拉力和时间均相同。已知每个滑轮受到的重力相同，绳重与滑轮的摩擦均可忽略不计。则利用力相同，绳重与滑轮的摩擦均可忽略不计。则利用甲、乙两种方案甲、乙两种方案 ()()A A小明所做的有用功之比为小明所做的有用功之比为3:43:4 B B小明所做的总功之比为小明所做的总功之比为1:11:1C C滑轮组的机械效率之比为滑轮组的机械效率之比为4:34:3 D D小明施加拉力的功率之比为小明施加拉力的功率之比为4:34:3甲乙图8 3 3、在如图所示的滑轮组中，、在如图所示的滑轮组中，动滑轮的总重是动滑轮的总重是200200N（绳的自重（绳的自重和轮轴间摩擦均不
12、计）。和轮轴间摩擦均不计）。求：当提起求：当提起800800N的物体时，的物体时，绳自由端拉力绳自由端拉力F至少应是多少至少应是多少?滑滑轮组的机械效率是多大？轮组的机械效率是多大？F4 4、有一重为、有一重为800800N的物体，在的物体，在水中受到的浮力为水中受到的浮力为200200N，系在滑轮，系在滑轮组的下端，如图所示，若动滑轮自组的下端，如图所示，若动滑轮自重为重为150150N。不计摩擦和水的阻力，。不计摩擦和水的阻力，求物体在水中匀速上升时滑轮组的求物体在水中匀速上升时滑轮组的机械效率。机械效率。（g=10N/kg）F 5 5、如图所示的滑轮组来拉动钢锭，已知钢、如图所示的滑轮组
13、来拉动钢锭，已知钢锭与地面间的摩擦力锭与地面间的摩擦力f为为12001200N，若此时滑，若此时滑轮组的机械效率为轮组的机械效率为8080。（1 1）求拉绳子的力）求拉绳子的力F至少多大？至少多大？（2 2）如果想用更小的力拉动钢锭，请你提）如果想用更小的力拉动钢锭，请你提出一条可行性建议。出一条可行性建议。Ff 6 6、如图所示，用滑轮和桶组成的装置来、如图所示，用滑轮和桶组成的装置来提提水水，已知滑轮重，已知滑轮重4N4N，桶重，桶重6N6N，桶中的水重，桶中的水重50N50N，现将水桶在现将水桶在4s4s内匀速提升了内匀速提升了5m5m。不计绳重和。不计绳重和摩擦，求该摩擦，求该装置的机
14、械效率装置的机械效率。滑轮组滑轮组看钩子，看钩子，下面有什么，都算下面有什么，都算作有用功作有用功F装置（滑轮组提装置（滑轮组提升水的）升水的），看看目的目的 7 7、某工地用图、某工地用图8 8所示的装置提升货物，固定在水平所示的装置提升货物，固定在水平工作台上的卷扬机（其内部有电动机提供动力）通过滑工作台上的卷扬机（其内部有电动机提供动力）通过滑轮组匀速提升货物时拉动绳子的功率恒定。第一次提升轮组匀速提升货物时拉动绳子的功率恒定。第一次提升质量为质量为480kg480kg的货物上升的货物上升4m4m，卷扬机对绳子的拉力为，卷扬机对绳子的拉力为F F1 1，提升货物的机械效率提升货物的机械效
15、率为为80%80%；第二次提升质量为；第二次提升质量为360kg360kg的的货物时，卷扬机对绳子的拉力为货物时，卷扬机对绳子的拉力为F F2 2。已知动滑轮受到的。已知动滑轮受到的重力为重力为240N240N，取，取g=g=10N/kg10N/kg，绳重及滑轮的摩擦均可忽略，绳重及滑轮的摩擦均可忽略不计。则以下结论正确的是（不计。则以下结论正确的是（）A A前后两次提升货物过程中货物竖直向上前后两次提升货物过程中货物竖直向上运动的速度之比为运动的速度之比为4:54:5B B卷扬机对绳子的拉力卷扬机对绳子的拉力F F2 2的大小为的大小为1280N1280NC C第一次工作过程中拉力所做的总功
16、第一次工作过程中拉力所做的总功为为8000J8000JD D利用此装置第二次工作过程中利用此装置第二次工作过程中滑轮组的机械效率滑轮组的机械效率为为95%95%图图8 8卷扬机卷扬机工作台工作台提升架提升架货物货物AD5424048004800架GNNNNG960架NNNNG600096024048001总NNNNG480096024036002总NNNG384024036002总NGF20003111总201924096036009603600动架货架货GGGGGJNFW8000m42000s11总B选项是怎么选项是怎么算出来的？算出来的？C选项是怎么选项是怎么算出来的？算出来的？NGF12
17、803122总图图8 8卷扬机卷扬机工作台工作台提升架提升架货物货物.如图如图2222所示，所示，ABAB是一杠杆，可绕支点是一杠杆，可绕支点O O在竖直平面内在竖直平面内转动，转动，AOAO：OB=2OB=2：3 3，ODOD：DB=1DB=1：1 1，滑轮重为，滑轮重为100N100N。当在当在B B点施加大小为点施加大小为F F的竖直向下的拉力时，杠杆在水的竖直向下的拉力时，杠杆在水平位置平衡，边长为平位置平衡，边长为0.2m0.2m的正方体的正方体M M对水平地面的压对水平地面的压强为强为7500p7500pa a；当在；当在D D点施加大小为点施加大小为F F的竖直向下的拉力的竖直向
18、下的拉力时，杠杆在水平位置平衡，正方体时，杠杆在水平位置平衡，正方体M M对水平地面的压对水平地面的压强为强为15000p15000pa a。（若不计杠杆重、绳重和摩擦，图中各。（若不计杠杆重、绳重和摩擦，图中各段绳子所受拉力均沿竖直方向）则拉力段绳子所受拉力均沿竖直方向）则拉力F F的大小的大小为为 。答案：答案：200N200N8 8、质量为、质量为60kg60kg的小明站在水平地面上，利用如图的小明站在水平地面上，利用如图2929所示所示装置提升物体装置提升物体A A。物体。物体A A的质量的质量m mA A为为72kg72kg，底面积，底面积S SA A为为2 21010-2-2m m
19、2 2。当小明施加竖直向下的拉力为。当小明施加竖直向下的拉力为F F1 1时，物体时，物体A A未未被拉动，此时物体被拉动，此时物体A A对地面的压强对地面的压强p p为为5 510103 3PaPa，小明对，小明对地面的压强为地面的压强为p p1 1；当小明施加竖直向下的拉力为；当小明施加竖直向下的拉力为F F2 2时，物时，物体体A A恰好匀速上升，小明对地面的压强为恰好匀速上升，小明对地面的压强为p p2 2，且，且p p1 1：p p2 2=16:=16:1515。已知。已知B B、C C、D D、E E四个滑轮的质量相同，不计绳重和四个滑轮的质量相同，不计绳重和摩擦，摩擦，g g取取
20、10N/kg10N/kg。求：。求：（1 1）当小明施加竖直向下的拉力）当小明施加竖直向下的拉力F F1 1时，时，物体物体A A对地面的压力对地面的压力F FN N；（2 2）每个滑轮所受的重力）每个滑轮所受的重力G G0 0；（3 3）当小明施加竖直向下的拉力）当小明施加竖直向下的拉力F F2 2时，时，整个装置的机械效率整个装置的机械效率。图图29DECBA/提示：两根绳提示：两根绳，每根绳上的力不同，不能直接套用公式！，每根绳上的力不同，不能直接套用公式！常见的错误解法：（典型错误）常见的错误解法：（典型错误）图图29DECBA2TBFNGA+G0A和和BF1F支支1G人人人人2F1G
21、0CTB02GGTFABN012GTFB）（0121GTFB）（NABFGGT0210001212121GFGGGTFNAB）（）（）（NAFGGF01341）（同理02341GGFA1516180436001554360000）（）（GG）（kG16155436000）（kG15180436000得25k代入关于解关于解方程方程NG600动物物动物物动有用有用额外有用有用总有用GGGhGhGhGWWWWWWWW0322GGGGGGGhGhGhGhGWWAACBAACBAA总有用h2h仿照以上公式，结合本题，仿照以上公式，结合本题，如何整理出正确的如何整理出正确的表达式表达式h第（第（3）问，
22、其它正确解法：）问，其它正确解法：NGGF225)N603N720(41)3(410A2%08N2254N72044AAAFGhFhGFshGWW总有斜面的机械效率：理想斜面（光滑）GLhFLhfLGhGhFLGhWW总有非理想：GhFL 要使物体升高相同的高度，斜要使物体升高相同的高度，斜面越面越 越省力。越省力。长长斜面的机械效率与斜面的长度、粗斜面的机械效率与斜面的长度、粗糙程度有什么关系？糙程度有什么关系？一斜面长为一斜面长为3m3m，高为，高为1m1m，把一重为，把一重为600N600N的重物沿这个斜面匀速拉上斜面顶端时，的重物沿这个斜面匀速拉上斜面顶端时，（1 1）如果是光滑斜面，
23、求拉力）如果是光滑斜面，求拉力F F；（2 2）如果实际所用的拉力为）如果实际所用的拉力为250N250N，求斜面的，求斜面的机械效率。机械效率。练习：练习：9.6 9.6 测滑轮组的机械效率测滑轮组的机械效率 实验装置实验装置问题一问题一：同一滑轮组挂不同数量的钩码时，机械：同一滑轮组挂不同数量的钩码时，机械效率相同吗？效率相同吗？（与物重的关系）（与物重的关系）（“物体上升物体上升越高，机械效率越高越高，机械效率越高”的说法对不对？）的说法对不对？）（同一（同一滑轮组机械效率是否恒定不变）滑轮组机械效率是否恒定不变）问题二问题二：双滑轮组和单滑轮组都挂相同的钩码时，：双滑轮组和单滑轮组都挂
24、相同的钩码时，机械效率相同吗？（不同）机械效率相同吗？（不同）问题三问题三：提高滑轮组的机械效率的方法是什么？：提高滑轮组的机械效率的方法是什么？明确探究问题：明确探究问题：实验测量滑轮组机械效率实验测量滑轮组机械效率FshGWW物总有用需要测量：需要测量：物重：物重：G G物物；怎么测？怎么测？弹簧测力计弹簧测力计绳端拉力绳端拉力F F；钩码上升高度：钩码上升高度：h h；绳端移动距离：绳端移动距离：s s应用两个位置坐标的差值求距离应用两个位置坐标的差值求距离应用两个位置坐标的差值求距离应用两个位置坐标的差值求距离 练习：练习：1 1、某实验小组在、某实验小组在“测滑轮组机械效率测滑轮组机
25、械效率”的实的实验中得到的数据如下表所示，第验中得到的数据如下表所示，第1 1、2 2、3 3次实验装置次实验装置分别如图中的甲、乙、丙所示。分别如图中的甲、乙、丙所示。次数次数钩码重钩码重G/N钩码上升高钩码上升高度度h/m有用功有用功W有有/J测力计拉测力计拉力力F/N测力计移动测力计移动距离距离s/m总功总功W总总/J机械效机械效率率120.10.20.90.30.2774.1240.10.41.60.30.4883.3340.11.10.50.5501N234501234501N234501234501N2345012345甲甲乙乙丙丙(1)(1)比较第比较第1 1次实验和第次实验和第
26、2 2次实验，可得结论：使用同样次实验，可得结论：使用同样的滑轮组，提起的钩码越重，滑轮组的机械效率的滑轮组，提起的钩码越重，滑轮组的机械效率越越 。(2)(2)第第3 3次实验中所做的有用功是次实验中所做的有用功是 J J，机械效率，机械效率是是_。(3)(3)第第3 3次实验中动滑轮个数比第次实验中动滑轮个数比第2 2次实验多。动滑轮自次实验多。动滑轮自重增大，对动滑轮所做的额外功重增大，对动滑轮所做的额外功 (选填选填“增大增大”或或“减小减小”)，因而，由第，因而，由第2 2、3 3次实验可知：滑轮组的次实验可知：滑轮组的机械效率与动滑轮自重大小有关。机械效率与动滑轮自重大小有关。次数
27、次数钩码重钩码重G/N钩码上升钩码上升高度高度h/m有用功有用功W有有/J测力计拉测力计拉力力F/N测力计移动测力计移动距离距离s/m总功总功W总总/J机械效机械效率率120.10.20.90.30.2774.1240.10.41.60.30.4883.3340.11.10.50.55结论结论1 1：同一个滑轮组，提升不同的重物，机械效：同一个滑轮组，提升不同的重物，机械效 率是不同的提升重物多的机械效率就高，率是不同的提升重物多的机械效率就高，因为额外功基本不变，做的有用功越多，机因为额外功基本不变，做的有用功越多，机 械效率就越高。械效率就越高。结论结论2 2：不同结构的滑轮组，提升相同的
28、重物，机：不同结构的滑轮组，提升相同的重物，机 械效率一般也不同。结构复杂的滑轮组所做械效率一般也不同。结构复杂的滑轮组所做 的额外功多，因此做同样的有用功，其机械的额外功多，因此做同样的有用功，其机械 效率也就低。效率也就低。图1FA2 2、小华用一个动滑轮在、小华用一个动滑轮在1s1s内将重内将重800N800N的的货物沿水平方向匀速拉动货物沿水平方向匀速拉动1m1m，所用的拉力为，所用的拉力为200N200N，若物体，若物体A A受到水平面的摩擦力为受到水平面的摩擦力为250N250N，则在这一过程中小华所做的有用功是则在这一过程中小华所做的有用功是_J J，额外功是额外功是 J J，该
29、动滑轮的机械效率，该动滑轮的机械效率是是 ，他做功的平均功率是，他做功的平均功率是 W W。注意各个物理量的对应关系，注意物体注意各个物理量的对应关系，注意物体移动距离和绳端移动距离的倍数关系。移动距离和绳端移动距离的倍数关系。图13、如图所示是某工人用滑轮组、如图所示是某工人用滑轮组提升重物，工人用提升重物，工人用360N拉力将重为拉力将重为600N的重物匀速提升的重物匀速提升10m，若不计绳，若不计绳重和摩擦。求：重和摩擦。求：（1）滑轮组的机械效率是多少？）滑轮组的机械效率是多少？（2）若将重为）若将重为880N的重物匀速提升的重物匀速提升10m，工人做功多少，工人做功多少J？此过程中的
30、机？此过程中的机械效率为多少？械效率为多少？强调滑轮组机械效率的模型化，训练强调滑轮组机械效率的模型化，训练同一个滑轮组效率变化的原因。同一个滑轮组效率变化的原因。4 4、如图甲所示，重为、如图甲所示，重为8080的物体在大小为的物体在大小为3030、水、水平向左的拉力平向左的拉力F F1 1作用下，在水平面上以作用下，在水平面上以0.4m/s0.4m/s的速的速度做匀速运动度做匀速运动,滑轮与绳子质量及滑轮轴处摩擦均不滑轮与绳子质量及滑轮轴处摩擦均不计。改用如图计。改用如图1010乙所示滑轮组后，该物体在水平向乙所示滑轮组后，该物体在水平向右的拉力右的拉力F F2 2作用下，在相同的水平面上
31、向右匀速运作用下，在相同的水平面上向右匀速运动动0.5m0.5m，下列说法正确的是，下列说法正确的是 A A物体与地面之间的摩擦力为物体与地面之间的摩擦力为1515 B B拉力拉力F F1 1的功率为的功率为2424 C C拉力拉力F F2 2的大小为的大小为9090 D D拉力拉力F F2 2做的功是做的功是3030甲 乙5、如图所示，小民利用滑轮、如图所示，小民利用滑轮组先后竖直向上匀速提升物体组先后竖直向上匀速提升物体A和物和物体体B。当提升物体。当提升物体A时，滑轮组的机时，滑轮组的机械效率为械效率为75%，小民对地面的压力，小民对地面的压力为为F1；当提升物体；当提升物体B时，小民对地面时，小民对地面的压力为的压力为F2。已知小民的质量为。已知小民的质量为70kg，物体，物体A的质量为的质量为90kg，物体，物体B的质量为的质量为50kg。假设在拉绳子的过。假设在拉绳子的过程中，小民对绳子的拉力与对地面程中，小民对绳子的拉力与对地面的压力始终竖直向下且在同一直线的压力始终竖直向下且在同一直线上，不计绳重和摩擦。上，不计绳重和摩擦。则则F1：F2=_。
