机械效率教案doc2
机械效率
教学目标:了解有用功、额外功和总功的含义,能够区分有用功和额外功,了解机械效率的公式,能够运用公式进行求解
课前检测
1、对完成工作任务无用而又必须做的功叫做___________,有用功和额外功之和叫做___________。
2、因为_________功总小于_________功,所以机械效率总小于1。提高机械效率的途径是减小________功。 3、一台起重机将3600N的货物提高4m,如果额外功是9600J,起重机做的有用功是__________,总功是_________,机械效率是_________。 知识点梳理
1、有用功:定义:对人们有用的功。
公式:W有用=Gh(提升重物)=W总-W额=ηW总 斜面:W有用= Gh
2、额外功:定义:并非我们需要但又不得不做的功。
公式:W额= W总-W有用=G动h(忽略轮轴摩擦的动滑轮、滑轮组) 斜面:W额=f L
3、总功: 定义:有用功加额外功或动力所做的功
公式:W总=W有用+W额=FS= W有用/η 斜面:W总= fL+Gh=FL
4、机械效率:① 定义:有用功跟总功的比值。
② 公式: η =
W
有用
斜 面: W总
Gh 定滑轮: η =
FL
Gh Gh G
η = = =
动滑轮: η = GhF Gh G
FS = F2h = 2F 滑轮组 η = Gh Gh G
FS = Fnh = nF ③ 有用功总小于总功,所以机械效率总小于1 。通常用 百分数 表示。某滑轮机械效率为60%表示有用功占总功的60% 。
④提高机械效率的方法:减小机械自重、减小机件间的摩擦。
5、机械效率的测量: ① 原 理:
η= W有用
总 = Gh ②应测物理量:钩码重力G、钩码提升的高度 FS
h、拉力F、绳的自由端移动的距离S ③器 材:除钩码、铁架台、滑轮、细线外还需 刻度尺、弹簧测力计。
④步骤:必须匀速拉动弹簧测力计使钩码升高,目的:保证测力计示数大小不变。 ⑤结论:影响滑轮组机械效率高低的主要因素有:
A动滑轮越重,个数越多则额外功相对就多。
B提升重物越重,做的有用功相对就多。
C 摩擦,若各种摩擦越大做的额外功就多。 绕线方法和重物提升高度不影响滑轮机械效率。
重难点突破
1、板车上装有货物,一人拉着该板车将货物送到目的地,对货物所做的功叫__________功,对板车所做的功叫_________功,如果目的是送板车,则对板车所做的功叫___________功,对货物所做的功叫___________功。 2、如图所示的滑轮组,已知物重350N,动滑轮重40N(绳重及摩擦不计),若重物匀速提升2m,则拉力F= ,额外功是 J,滑轮组的机械效率是 。提升重物再增加20N,那么该装置的机械效率将 。 3、机械效率越高,表示( )
A 做的功越多 B. 做功的本领越大C. 越省力 D. 有用功与总功的比值越大
4、如图所示的动滑轮,把重400N的物体匀速提高2m,所用的拉力为250N,则这个动滑轮的机械效
率是( )
A. 62.5% B. 80% C. 53.5% D. 20%
5、工人利用如右图所示的滑轮组将重900N的物体竖直向上匀速提升0.5m,工人对绳的拉力为600N,则滑轮组对重物所做的有用功W有用=__________J,该滑轮组此时的机械效率η=________%.
7、用图示装置提升重为900牛的物体A,加在绳自由端的拉力大小为400牛时恰好可以使物体匀 速上升。求:
(1)求此时滑轮组的机械效率;
(2)若不计绳重和摩擦,求动滑轮的重;
(3)若提升的重物改为1200牛,此时滑轮组的机械效率又为多少? (4)在(3)问中需要在绳自由端加多大的拉力才能将物体匀速拉力?
8、用图示滑轮组拉着一重为100牛的物体沿水平面做匀速运动,所用拉力F为40牛。 (1)不计轮和绳的重力以及摩擦,求:物体A所受的摩擦力。 (2)若滑轮组的机械效率为80%,求:物体A所受的摩擦力。
四、课堂练习
1、下列关于机械效率的说法正确的是( )
A. 做功越多的机械,机械效率一定高 B.单位时间内所做的功越多,机械效率越高 C.使用任何机械的目的都是为了省功 D.使用任何机械,它的机械效率总是小于1 2、下列说法正确的是( )
A.人用水桶从井中提水的时候,对桶做的功是有用功 B.人用水桶从井中提水的时候,对水做的功是总功 C.桶掉到井里,从井里把桶捞上来的时候,对桶做的功是有用功
D.桶掉到井里,从井里把桶捞上来的时候,桶里带了一些水,对桶和水做的功是有用功 3、甲的机械效率高于乙的机械效率,那么( )
A.甲的功率比乙的功率大 B.甲做的有用功比乙做的有用功多 C.甲做的额外功比乙做的额外功少
D.甲做的有用功在总功中所占的比例比乙做的有用功在总功中所占的比例大
4、如图所示的物体重G=180N,若将物体匀速提高h=2m,需要用F=80N的拉力。则拉力F做的功和滑轮组的机械效率分别是( )
A.360J,75% B.480J,75% C.320J,88.9% D.480J,133%
5、某人用沿斜面向上的力拉着木块匀速上坡,关于斜面的机械效率,下列说法中正确的是( ) A.斜面越陡,机械效率越高 B.木块越重,机械效率越低 C.斜面越光滑,机械效率越低 D.运动速度越大,机械效率越高 6、分别用杠杆、斜面和滑轮组将同一物体举升相同高度,做的有用功( ) A.杠杆最多 B.斜面最多 C.滑轮组最多 D.一样多 7、如图所示,用两个滑轮组提升货物,所用的动力之比为F1:F2=4:3,被提 升货物的重力之比为G1:G2=1:2,则两个滑轮组的机械效率之比为( ) A.4:3 B.3:8 C.3:4 D.1:3 8、用相同的定滑轮和动滑轮,组成甲、乙两个滑轮组,如右图所示,用它们 来提升同一重物,甲滑轮组将重物举高1m,乙滑轮组将重物举高2m,在不计绳重 和摩擦的条件下,下列说法正确的是( ) A.甲滑轮组拉力大,机械效率低 B.乙滑轮组省力,所以它的机械效率高
C.乙滑轮组将重物举得高。所以它的机械效率高
D.乙滑轮组做的有用功多,但甲、乙机械效率相等
10、使用任何机械虽然都不 ,但却可以给人们带来方便。
11、如图所示,物体A的质量是100kg,在力F的作用下物体以0.5m/s的速度沿水平方向匀速前进。若A与水平面间的摩擦力为物重的1/2,滑轮组的机械效率为80%,则5s内拉力的有用功是______J,拉力F是______N。(g取10N/kg)
12、小明和小亮运用如图所示的实验装置测定了滑轮组的机械效率,在全班交流实验结果时,老师提出:如果各组所用滑轮和串绕绳子的方式不变,改变其它因素,是否会影响它的机械效率呢?大家积极思考,提出了各种猜想,概括起来有如下几种:
猜想1 可能与匀速提升的速度大小有关; 猜想2 可能与被提升的钩码重有关;
猜想3 可能与匀速提升的速度大小和被提升的钩码重都有关; 猜想4 可能与钩码被提升的高度有关。
小明和小亮分别根据各自的猜想进行了探究,实验记录如下表。 (1)请帮助小亮完成表中的一项计算;
(2)请根据他俩的实验记录,分别在表中写出探究结果。
(3)归纳他俩的实验探究,你所得的结论是:
小明的实验记录 小亮的实验记录
科学量
绳端拉 机械
钩码重
绳端拉 机械
科学量
钩码重 (N)
力(N)
效率
(N)
力(N)
效率
较小提升速度 10 4.2 79.4% 10 4.2 79.4% 大致相同的
较大提升速度 10 4.2 79.4% 提升速度
15 6.0
探究结果
探究结果
13.小明用一个动滑轮把一只重100牛的沙袋提到9米高的脚手架上,所用拉力为60牛。小明做的有用功是
焦,做的总功为 焦,该装置的机械效率是 。 14.如图所示,某人用50牛的推力沿高为1米,长为4米的粗糙斜面,
把重150牛的物体推到斜面顶端,人的推力所做的总功为 焦,其中有用功为 焦,额外功为 焦,斜面的 机械效率是 。人做功消耗的化学能转化为 能和
能。
15.在“测定滑轮组的机械效率”实验中,李明按如图所示的方式组装好滑
轮组,用该滑轮组分别提升不同重量的钩码,并将3次实验数据记入下 表。请你依据李明同学提供的部分实验数据回答问题:
(1)在表格的空缺处填上正确的数据。
(2)若增加钩码的重量,则该滑轮组的机械效率会 (填“增大”、“减小”或“不变”)。
(3)你还有什么办法来提高滑轮组的机械效率? 。 16.不计摩擦及拉绳质量,下列机械在提升同一重物的过程中,机械效率最大的是( )
A.定滑轮 B.动滑轮 C.滑轮组 D.三种机械一样大
17.如图所示,用滑轮组提升重物时,重800牛的物体在10秒内匀速上升了1米。已知绳子的拉力F为500牛,则提升重物的过程中( )
A.绳子自由端被拉下3米 B.做的有用功是800焦 C.拉力F的功率是80瓦 D.滑轮组的机械效率是60%
18.重为2000牛的集装箱,借助5米长的斜面装上2米高的卡车,如图所示。 (1)若不计摩擦,拉力F的大小是多少牛? (2)若实际拉力F=1000牛,则斜面的机械效率是多少
?
五、课堂总结 1、本次课主要讲了有用功、额外功的区分,以及与总功的关系,机械效率的求法,及机械效率大小的影响因素,同时也明确了如何提升机械效率,为什么机械效率总小于1的原因。 2、做有关机械效率的试题时,一定要从基础知识出发,明确滑轮组的总功就是绳子拉力做的功,在不特别说明的情况下,有用功就是提升物体时克服物体重力做的功,额外功就是克服动滑轮做的功,特别要注意机械效率只
与物体的重力与动滑轮的重力有关,而与物体上升的高度和速度无关。
七、课后作业
1、利用一个动滑轮将重70N的物体匀速提高6m,设动滑轮重10N,绳重和摩擦不计,则利用动滑轮所做的额外
功是________,总功是______,这个滑轮组的机械效率是_____。
2、如图所示,物重40N,滑轮重10N,用力F匀速向上提起重物时,拉力F的大小为 ,滑轮组的机械效率是 。(绳重和摩擦不计)
3、某机械的机械效率为80%,使用它做400J的有用功,需同时做 J的额外功。4、若把一个定滑轮改成动滑轮使用,除了可以省力外,还( )
A.可以省功 B.提高了机械效率 C.机械效率不变 D.降低了机械效率5、利用一个滑轮组提升物体,不计摩擦阻力,则用这个滑轮组( )
A.提升的物体重力越小,机械效率越高 B.提升的物体重力越大,机械效率越高
C.把物体提的越高,机械效率越高 D.自由端拉力越大,机械效率越高
6、用两个定滑轮和两个动滑轮组成一个滑轮组,(动滑轮的重力不能忽略)用此滑轮组提起重力为200N的物体,
如果提起物体所需要的力是50N,则此滑轮组的机械效率为( )A.60% B.65% C.80% D.85%
7、一个人用滑轮组匀速提升重G=128N的物体,滑轮组的机械效率为80%,在4s内人用F=40N的力使绳端移动4m。
(1)求出n; (2)算出有用功的大小和总功功率;
8、斜面是一种常用的 机械。某人用沿斜面向上的推力F,将重为G物体从斜面底端推到斜面顶端,已知斜面长为L,高为H,则斜面的机械效率为 。
9、如图所示各种滑轮组中,物重都是300牛,并且处于静止状态,不考虑动滑轮重,人对绳的拉力分别是:
(1) 牛;(2) 牛;(3) 牛;(4) 牛。
10、用右图所示的滑轮组,把重960N的货物匀速提升4m,人作用于绳端的拉力F为400N,若不计摩擦和绳重。求:
⑴动滑轮的重力是多少? ⑵人所做的有用功是多少? ⑶滑轮组的机械效率是多少?
11、一辆汽车不小心开进了泥潭中,司机取来一套滑轮组欲将汽车从泥潭中拉出,如图所示。若
车重为8×l04N,汽车受到的阻力为车重的0.03倍,滑轮组的机械效率为80%,问: (1)该司机至少需用多大的力才能将汽车从泥潭中拉出? (2)若拉动汽车时,汽车前进的速度为0.1m/s,则司机做功的功率是多少?
12.某同学用一个距离手3米高的定滑轮拉住重100牛的物体,从滑轮正下方沿水平方向移动4米,如图所示,
若不计绳重和摩擦,他至少做功
( )
A.200焦 B.300焦 C.400焦 D.500焦
13.小文同学采用如图所示的两种不同的方式将同一货物搬运到同一辆汽车上,下列说法正确的是
( )
A.甲方法克服重力做功多 B.乙方法更省力
C.两种方法机械效率相等 D.两种情况下,货物的势能都增加
14.工人师傅要把在楼下地面上的货物提升到楼上去,他设计了一个滑轮组:把一个滑轮悬挂在楼上,
另一个滑轮与货物相连(如图所示)。
(1)请你在图中将绳子的绕法画出来。
(2)已知货物重900牛,需把货物匀速提升到4米高的楼上,且工人师傅拉绳的力为500
牛,请根据这些条
件,提出两个问题,并解答出来。(示例除外,但在示例中求出的数据可在自己的解答中用) 问题:工人师傅做的有用功是多少?
解答:W有用 =Gh=900牛×4米=3600焦。
问题①: 问题②:
15.如图所示,物体重1500牛,地面对物体的摩擦阻力是物重的
0.4倍,某人用240牛的拉力F,在8秒内使物体沿水平地面 匀速移动了5米。求: (1)力F所做的功; (2)人做的有用功; (3)滑轮组的机械效率。
课前检测答案
1、额外功、总功 解析:考察有用功、额外功和总功的基础题。
2、有用功、总功、额外 解析:考察机械效率大小的影响因素,基础题。
3、14400J、24000J、60% 解析:本题是基础题,解法如下:有用功是克服货物的重力做的功,W有用=Fs=Gh=3600Nx4m=14400J,总功W总=W有用+W额外=14400J+9600J=24000机械效率η=W有用/W总x100%=14400J/24000Jx100%=60%。 重难点突破答案
1、有用、额外、有用、额外。 解析:基础题,对理解有用功、无用功和总功的概念很重要,区分有用功和额外功的标准是所做的功是否有利于人们目的的达成,是否是人们需要的,如果有利于目标达成和人们所需要的就是有用功,否则是额外功;
2、130N,80J,89.74%,增大。解析:动滑轮上的绳子股数是3股,F=(G物+G动)/3=(350N+40N)/3=130N,额外功W额外=G动h=40Nx2m=80J,机械效率
W有用100%W=G物h/(G物h+G动h)x100%=G物/(G物+G
总
动)x100%=350/390x100%=89.74%,重物增加20N后,η=370/410x100%=90.24%,机械效率增大。 3、D。解析:考察机械效率的影响因素和计算公式。 4、B。解析:本题考察机械效率的计算公式,
W有用100%W=400Nx2m/(250Nx2x2m)x100%=80%。
总
5、450J,75%。解析: W有=Gh=900N×0.5m=450J
s=2h=2×0.5 m=1 m(绳子的股数一定要数绕在动滑轮上的绳子)
W总=Fs=600N×1m=600J
W有用W100%=450J/600Jx100%=75%
总
6、(1)物体的重力G=mg=32kg×10N/kg=320N
(2)人运动速度ν=
s
24m
t
10s
0.8m/s
(3)拉力F做功W总=FS=200N×2×4m=1600J
(4)提升物体做功W有=Gh=320N×4m=1280J
(5)机械效率
W有W100%
1280J
总
1600J
80%
(6)人做功的功率P=
W总1600Jt
10s
160W
解析:这是一个与滑轮组结合的问题,与其相关的问题一般有:W有、W总、W额外、、s、P总、v等,可根据题意选择相关的物理量求解。
7、(1)W有用GhWG900总
Fs
Fn
4003
75%
(2)F
GG动
3G动3FG3400900300N
(3)'
W有用W有用
GhW
G1200总
W有用W额外
GhG80%
动h
GG动
1200300
'
(4)F'
GG动
3
1200300
3
500N
解析:此滑轮组中绕在动滑轮上的绳子股数为3,即n=3,由题意得出以上答案。
8、(1)f3F340120N
(2)
W有用fs物fWf3F3400.896N
总
Fs
3F
解析:该滑轮组中绕在动滑轮上的绳子股数n=3,物体做匀速运动
时物体受的摩擦力f等于滑轮拉物体的拉力,计算过程如上答案所示。
课堂练习答案
1、D。解析:该题考察机械效率大小的影响因素,属基础题。 2、C。解析:该题考察如何区分有用功、额外功和总功,属基础题。 3、D。解析:该题考察如何理解机械效率的公式,属基础题。
4、B。解析:该案考察总功的计算和机械效率的计算,由公式W总=Fnh和
W有用W100%得出。
总
5、A。解析:当斜面越陡时,克服重力做的有用功与沿斜面的接力做的总功越来越接近,机械效率就越高。 6、D。解析:有用功就是克服物体重力做的功,基础题。
7、C。解析:根据η=Gh/Fnh,求出两个滑轮组的机械效率比值。
8、D。解析:机械效率只与物体和动滑轮的重力有关,而有用功与物体的重力和移动的距离有关。 9、有用功,总功,η,有用功,额外功。解析:该题考察机械效率的计算公式和总功的计算公式。 10、省功。解析:做功能实质是一种能量转化为另一种能量的过程,遵循能量守恒定律。 11、1250,312.5。解析:该题的绳子股数n=2,先根据物体匀速运动和摩擦力 是物重的一半求出动滑轮拉物体的拉力,乘上物体移动的距离
就是有用功,根据机械效率的公式求出接力F。
12、83.3%,小明的探究结果:机械效率与匀速提升速度的大小无关;小亮的探究结果:机械效率与被提升的钩码重有关(物重增大,机械效率提高);实验装置不变,机械效率与匀速提升物体的速度大小无关,与被提升的物重有关(物重增大,机械效率提高)。
解析:从小亮的实验记录可以看出,他控制了“提升的速度”,改变了“钩码的重”,得出的结果是“机械效率不同,且钩码质量越大,机械效率越高”;从小明的实验数据来分析,他改变的是“提升的速度”,结果是“机械效率相同”,显然机械效率与“提升的速度”无关。从理论上分析,机械效率η= W有/W总,也就是机械效率仅由W有占W总的比例所决定,而与匀速提升的速度大小无关。 2.900 1080 83.3%
3.200 150 50 75% 物体的势热 4.(1)12 80 (2)增大 (3)减小摩擦 5.A 6.B
7.(1)在不计摩擦时,F=Gh/s=2000牛×2米/5米=800牛。 (2)将物体拉到斜面顶部所做的功为有用功:W有用=Gh=2000牛×2米=4000焦,在拉力F作用下把物体拉到顶端所做的功为总功:W总=Fs=1000牛×5米=5000
焦。机械效率
课后作业答案
1、420J,480J,87.5%。解析:W有用=Gh=70Nx6m=420J,G额外=G动h=10Nx6m=60J,W总=W有用+W额外=480J,机械效率η=W有用/W总x100%=87.5%。
2、25N,80%。解析:F=(G物+G动)/n,n=2,则F=25N;η=W有用/W总x100%=G物/(G物+G动)x100%=80%。 3、100J。解析:η=W有用/W总x100%,则W总=W有用/η=500J,W额外=W总-W有用=100J。
4、D。解析:定滑轮变成动滑轮后,做的功中有一部分克服了动滑轮的重力,故在有用功不变的情况下增加了额外功,降低了机械效率,选D。
5、B。解析:滑轮组的机械效率只与物体的重力与动滑轮的重力有关,与物体提升的高度、物体上升的速度和自由端的拉力大小无关,故选B。
6、C。解析:由两个定滑轮和两个动滑轮组成的滑轮组,其绳子绕法有两种,相应的绳子的股数可以是n=4或n=5,当n=4时,机械效率可以达到100%,不符合实际,当n=5时,η=200/250x100%=80%,选C。
7、(1)W有用128W
Gh总
Fs
GFn
n
GF
400.8
4
(2)W1有用Gh1284
4
128J W总Fs404160J
PW总160t
4
40瓦
8、简单,η=GH/FL。解析:斜面是简单机械,机械效率η=GH/FL。
9、150N,75N,100N,60N。解析:图1中绳子股数n=2,F=G/2=150N;图2,n=4,F=G/4=75N;图3,n=3,F=G/3=100N; 图4,n=5,F=G/5=60N。
10、F=(G物+G动)/n,n=3,G动=3F-G物=3x400N-960N=240N; W有用=Gh=960Nx4m=3840J;
η=G物h/Fnhx100%=960/(3x400)x100%=80% 11、n=4,η=fs/(Fns)x100%,得出F=750N; P=Fnv车=750Nx4x0.1m/s=300w。
8.A[解:人是水平方向移动的,而物体竖直向上运动。当人在水平方向移动4米时,从图中可知,绳子自由端从原来的3米变为5米(可以根据勾股定理计算出),拉动绳子使物体上升的距离为h=5米-3米=2米,则W=Gh=100牛×2米=200焦。]
9.D[解:使用机械可以省力,但不能省功,图甲利用斜面,可以省力,但两图克服重力做的功是相同的。由于使用斜面时要克服摩擦力做功,其机械效率会比直接搬动物体时低。不管用哪种方式,都把物体搬到一定的高度,其势能都会增加。] 10.(1)
(2)工人师傅做的总功是多少?解答:W总=Fs=500牛×4米×2=4000焦。 滑轮组的机械效率是多少?解答:
11.(1)WF=Fs=240牛×3×5米=3600焦。
(2)W有用=F′s′=0.4×1500牛×5米=3000焦。
(3)