第二节机械效率教案人教版九年级 3初中物理.doc

机械效率导学
【学习目标】
1.了解有用功、额外功、总功的概念；
2.理解机械效率的公式，会做简单的计算；
3.探究测定几种简单机械的机械效率，能测定某种简单机械的机械效率，形成研究问题的方法；
4.通过实验探究，养成与同学合作交流的意识以及创新意识.
【基础知识精讲】
在日常生活中，会出现很多对物体做功的情况，虽然达到了相同的目的，但做功的过程有时是不相同的•其实不仅是采用的形式不同，里面还有很多东西是有差别的，学过了今天的知识，你就会明白了.
1.有用功、额外功和总功
（1）定义
从字面上理解，“有用功” “额外功”“总功”的意思分别是：有用的功，额外的功和总共做的功，是这样吗？我们举个例了来分析一下.
如果讣你把重100 N的砂了运上三楼，你会想到哪些方法？
如图14-13所示，你可以采取图中甲、乙、丙所表现的二种方法.
甲乙丙
图14-13
甲是将砂子装入桶中，由人提桶上三楼，达到运送目的.在此过程中，你做了哪些功？有对砂子做的功、有对桶做的功和对你自己做的功.
乙是将砂子装入桶中，在二楼安装一个动滑轮，人站在二楼上，用动滑轮将装砂的桶提上三楼.在这个方法中，你做了哪些功？有对砂子做的功、有对桶做的功和对动滑轮做的功.
丙中是将砂子放入袋子中，同样用动滑轮将袋子提到三楼.在这种方法中，你做了哪些功？有对砂子做的功，有对袋子做的功和对动滑轮做的功.
分析完了，我们将甲、乙、丙三种方法做的功进行比较：
甲：/砂、张、/人
乙：%、卩桶、〃动
丙：莎砂、/装、W a
在上表中不难看出，三种方法中都对砂子做了功，而且也只有这一项功是三种方法都做了的，其实这也是我们所需要完成的任务.这样做的功叫有用功.除/^之外，每种方法中还有/协/人、仁"、%,但每种都不完全相同，这与我们采用的方法有关系，这些都是为完成目的不得不额外做的
功.说到这里，你可能有疑问：能不能不出现这些额外做的功？那么，你能想出不用额外做功，直接将砂子“弄”上三楼的方法吗？没有吧，这样的方法是不存在的，或者说不论用什么方法达到目的，都会不得不额外做些.我们将这些额外负担所不得不做的功叫额外功.
每做一次功时，有用功与额外功之和就是总功.
根据上述定义，我们将图14-13的甲、乙、丙三种方法中做的功分列成：
甲：w有用二w砂
〃额外二〃桶+%人
俗总二〃砂+〃桶+%人
乙：阿有用二％砂
俗额外二〃桶+ 〃动
〃总二阿砂+阿桶+阿动
丙：*有用二w砂
俗额外二〃袋+ 〃动俗总二〃砂+ 〃袋+ 〃动
再来看个例子：起重机如果由电动机带动，总功在数量上就等于实际消耗的能，有用功只是起重机将物体抬高时所做的功，而那些克服摩擦所消耗的能就属于额外功了.
你能再举出一个例子，说明哪些是有用功，哪些是额外功吗？自己试一试.
(2)三者的关系
由上述定义，我们可以看出有用功、额外功和总功三者的关系为：倂总二俗有用+ %额外
即总功等于有用功和额外功之和.而额外功是不得不做的功.因此，下列关系也总是成立：侈总〉〃有用
这两个关系是纯粹的数学关系，很好理解.
2.机械效率
在实际做功的过程中，虽然不得不做一些额外功，但我们总是希望额外功能小一些，可以减小不必要的能量的损耗.这样一来，有用功在总功中占的比例就会大些.为了表示这个比例，物理学中引入了机械效率这个物理量.
(1)定义和定义式
机械效率被定义为：有用功与总功的比值，用希腊字母“ 表示. 根据定义写出公式：
宀
%
(2)说明
关于机械效率，在此我要做两点说明：
一是在实际计算中，机械效率通常被表示为一个百分数；
二是由于盹＞认所以巴辺VI,因此机械效率必然小于100%.如果有人告诉你某
%
机器：〃大于I或大于100%,那肯定是错误的.
(3)简单计算
将功的计算公式与机械效率的计算关系相结合，我们来做一个例题：
例：起重机把质量为0.6 t的重物提升了 3 m,而它的电动机所做的功是3.4X10' J, 起重机的机械效率是多少？
解：起重机提升重物所做的功为有用功，因此：
畑=处（
=0.6X(
=1.8X10* J 化i=3. 4X1(/ J
)kgX ( ) X3 m
所以〃二（、1.8xl04 J / )- ,一(
3.4xl04 J
计算时要注意结果为百分数.
（4）斜面的机械效率
在这里，我们来探究一下斜面的机械效率.
在影响机械效率的许多因素中，摩擦是一个重要因素•例如，把物体拉上斜面时，就要克服物体与斜面之间的摩擦力而做额外功，这里我们要研究的是：光滑程度一样的斜面，当它的倾斜程度不同时，斜面的机械效率是否相同.
如图14-14所示，找一条长木板，一端垫高，成为一个斜面.我们的目的是把物体抬到高度为力的位置.因此，我们无论采用什么方法，都要达到这个目的，所以我们所做的有用功就是相当于直接把重力为G的物体抬高力时所做的功，所以晞『Gh.
图14-14
为了省力，我们往往不把重物竖直提升，而是采用一些省力的机械，斜面就是省力机械，因此，我们把重物放在斜面上，用力F将它拉到斜面顶部，如果斜面长为s,那么在此过程中做的总功为%=Fs.
由此分析可见，在实验过程中知道了G、h、F、s的大小，才能计算出卩砂和才能计算出机械效率.
把小车放在斜面上，用弹簧秤拉着小车在斜面上匀速上升，注意要让小车保持匀速直线运动，读出这时拉力尸的大小，当小车达到高度力时停止，用刻度尺测出小车移动的距离s 和小车被抬高的高度力，用弹簧秤测出小车的重力G,记录到下面的表格中.改变木板的倾斜程度，再测量两次斜面的机械效率.
斜面的
倾小率重員斜面高度衬斜面拉斜面长有用功总功
机械效率
餌穆度川N)圮m)力F(N)A(m)较缓
较陡
最陡
面的机械效率与它的倾斜程度有什么关系？完成探究后再看，你当初的猜想是否正确.
【学习方法指导】
求机械效率的方法
求简单机械的机械效率是日常生活、生产中常遇到的问题.先来看两道例题：
例1：一斜面长5 m,高2 m,用500 N的力沿斜面将重为1000 N的物体推上去，求它
的机械效率.
解：在此过程中总功为推力做的功:
s=500 NX5 m=2500 J
有用功为将物体抬到斜面顶部的功:
• s'=励1000 NX2 m=2000 J
则机械效率为：
百恤=塑=80%
“ 总2500
G
图14-15
例2：如图14-15滑轮组，被提起的是质量200 g的物体，对绳子自由端的实际拉力是0.8 N,当物体升高0.2 m时，求滑轮组的机械效率.
解：有用功为
/宵用=尸'• s' =G • h=mgh
=0. 2 kgX 10 N/kgX0. 2 m
=0.4 J
动滑轮由3股绳子承担，所以
X 0. 2 m=0. 6 m
则总功为
/总二於0.8 NX 0.6 m=0. 48 J
在这两道例题中，我们不难看出，当机械用于提高物体时，有用功为不用机械而直接将物体
匀速提高做的功，即有用功为W^Gh,而总功为拉力大小与物体在拉力方向移动的距禺，艮卩W萨Fs.
在滑轮组的机械效率中，^nh（/7为共同承担动滑轮的绳子股数），但由于考虑摩擦和滑轮的重力，F^-,这一点你应该注意.
通过上述分析，我们可以得出计算简单机械的机械效率公式为"=灶=—.
你学会了吗？可以用这种方法做两道题试试.。