第九章

機(jī)械和功第五節(jié)

探究使用機(jī)械是否省功目錄CONTENT教學(xué)目標(biāo)FIRSTPART01教學(xué)內(nèi)容SECONDPART02練習(xí)思考THIRDPART03課后作業(yè)FOURTHPART04教學(xué)目標(biāo)1.能結(jié)合實(shí)例分析什么是有用功、額外功和總功，并且知道它們之間的關(guān)系。（物理觀念）2.能說出機(jī)械效率的含義，知道機(jī)械效率總是小于1。（物理觀念）3.能利用機(jī)械效率的公式進(jìn)行簡(jiǎn)單的計(jì)算。（科學(xué)探究）課堂引入觀察與思考做作業(yè)0.5h打瞌睡2h玩游戲2h為什么小芳同學(xué)學(xué)習(xí)成績(jī)不好呢？以下是小芳同學(xué)半天的學(xué)習(xí)情況第5節(jié)探究機(jī)械是否省功利用滑輪組提升重物，繩端拉力所做的功與滑輪組對(duì)重物所做的功相同嗎?課堂引入觀察與思考

在學(xué)習(xí)過程中，與學(xué)習(xí)效率，在機(jī)械工作中存在機(jī)械效率。在生活中，我們利用機(jī)械幫助我們工作，會(huì)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。知識(shí)點(diǎn)1使用任何機(jī)械動(dòng)不省功（1）如圖甲所示，用彈簧測(cè)力計(jì)將鉤碼緩慢地提升一定的高度，將數(shù)據(jù)填入表格，并計(jì)算拉力做的功。（2）如圖乙所示，用彈簧測(cè)力計(jì)和一個(gè)動(dòng)滑輪將同樣的鉤碼緩慢地提升相同的高度，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并計(jì)算拉力做的功。不適用機(jī)械直接提升物體做功，與使用機(jī)械提升物體時(shí)做功相同嗎？1.研究使用動(dòng)滑輪是否省功提出問題實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與制定計(jì)劃一、使用任何機(jī)械都不省功做功方式拉力F/N物體升高的高度h/m拉力移動(dòng)的距離S/m用彈簧測(cè)力計(jì)直接提升2個(gè)鉤碼用彈簧測(cè)力計(jì)和一個(gè)動(dòng)滑輪提升2個(gè)鉤碼

20.10.11.20.10.2數(shù)據(jù)記錄一、使用任何機(jī)械都不省功①直接用彈簧測(cè)力計(jì)提升2個(gè)鉤碼所作的功:W1=F1s1=2N×0.1m=0.2J

②用彈簧測(cè)力計(jì)和一個(gè)動(dòng)滑輪提升2個(gè)鉤碼，所做的功

W2=F2s2=1.2N×0.2m=0.24J③W2>W1做功方式拉力F/N物體升高的高度h/m拉力移動(dòng)的距離s/m拉力做的功W/J直接用彈簧測(cè)力計(jì)提升2個(gè)鉤碼20.10.1用彈簧測(cè)力計(jì)和一個(gè)動(dòng)滑輪提升2個(gè)鉤碼1.20.10.2分析論證0.20.24一、使用任何機(jī)械都不省功使用動(dòng)滑輪提升重物比直接用手提升重物并不省功實(shí)驗(yàn)結(jié)論利用動(dòng)滑輪提升重物多做的功來源于哪里呢？?使用動(dòng)滑輪會(huì)省力，但拉力移動(dòng)的距離增加了一倍，加上動(dòng)滑輪的自重及摩擦等因素的影響，使用動(dòng)滑輪提升重物非但不省功，還要費(fèi)功。評(píng)估一、使用任何機(jī)械都不省功一、使用任何機(jī)械都不省功2.功的原理（1）使用機(jī)械，有時(shí)為了省力，如省力杠桿、滑輪組;有時(shí)為了省距離，如費(fèi)力杠桿：有時(shí)為了改變力的方向，如定滑輪?？傊?，機(jī)械的使用給人們的生活和生產(chǎn)帶來了方便，但使用任何機(jī)械都不能省功，這就是功的原理。（2）功的原理對(duì)一切機(jī)械都適用，在歷史上被譽(yù)為“機(jī)械的黃金定律”。一、使用任何機(jī)械都不省功3.對(duì)使用機(jī)械做功的理解（1）不考慮摩擦和自重的機(jī)械，稱為理想機(jī)械.在理想機(jī)械中，人們對(duì)機(jī)械做的功四與機(jī)械對(duì)物體做的功W相等。（2）在實(shí)際機(jī)械中要考慮摩擦和機(jī)械的自重.人們對(duì)機(jī)械所做的功W大于機(jī)械對(duì)物體所做的功W'，即W>W'。一、使用任何機(jī)械都不省功【典例1】鐘樓是西安的地標(biāo)式建筑，歷經(jīng)600余年雄姿依舊，鐘樓歷久彌新的竅訣就在于有專業(yè)人員定期的修繕保養(yǎng)，如圖所示，在一次修繕過程中工人用滑輪組將重為300N的貨物10s內(nèi)勻速提升2m，已知?jiǎng)踊喌闹亓κ?00N。若不計(jì)繩重與摩擦，工人對(duì)繩子的拉力為

N，拉力做的功為

J；使用該滑輪組

（選填“能”或“不能”）省功。

[3]由功的原理可知，使用任何機(jī)械都不能省功。200800不能知識(shí)點(diǎn)2有用功

額外功和總功二、有用功

額外功和總功1.現(xiàn)象探究如圖所示，利用甲、乙、丙三種方法把重100N的沙子運(yùn)上三樓。目的方法圖示

二、有用功

額外功和總功現(xiàn)象分析

甲、乙、丙三種方法的目的是完成同一件事,即把重100N的沙子提升6m。

甲除了對(duì)沙子做了功外，還對(duì)自身和桶做了功。

乙除了對(duì)沙子做了功外，還對(duì)桶做了功。

丙除了對(duì)沙子做了功外，還對(duì)動(dòng)滑輪和桶做了功。在甲乙丙三人中，都做了一些與完成該事情無關(guān)但又必須做的功。探究結(jié)論

機(jī)械的利用方便了我們的工作,而我們也必須為這種方便付出一定的額外勞動(dòng)。二、有用功

額外功和總功探究結(jié)論

甲、乙、丙三種方法的目的是完成同一件事,即把重100N的沙子提升6m。

甲除了對(duì)沙子做了功外，還對(duì)自身和桶做了功。

乙除了對(duì)沙子做了功外，還對(duì)桶做了功。

丙除了對(duì)沙子做了功外，還對(duì)動(dòng)滑輪和桶做了功。在甲乙丙三人中，都做了一些與完成該事情無關(guān)但又必須做的功。以使用動(dòng)滑輪提升鉤碼進(jìn)行分析②額外功用動(dòng)滑輪提升鉤碼時(shí)，我們還不可避免要克服動(dòng)滑輪本身的重力及摩擦力等因素的影響而多做的功，這部分功叫做額外功，用W額表示。額外功是對(duì)人們無用但又不得不做的功。①有用功將鉤碼提升一定的高度是我們的目的，動(dòng)滑輪對(duì)鉤碼的拉力做的功叫做有用功，用W有表示。③總功人拉力做的功為總功，用W總表示。其中W總=Fs2.有用功、額外功和總功總功：有用功與額外功之和.W總=W有+W額二、有用功

額外功和總功（1）定義：為了達(dá)到目的人們必須要做的功（2）實(shí)例分析①當(dāng)用機(jī)械豎直向上勻速提升物體時(shí),即W有用=Gh;②當(dāng)用機(jī)械水平勻速拉動(dòng)物體時(shí)W有用=fs.3.有用功（W有用）的理解二、有用功

額外功和總功思考：將一桶水提上樓，其有用功應(yīng)該怎么算？提示：W有用=G水h（1）定義：人們?cè)谶_(dá)到一定目的的過程中并不需要但又不得不額外做的功.（2）額外功產(chǎn)生的原因分析：提升物體時(shí),克服機(jī)械自重、容器自重，以及克服機(jī)械間的摩擦所做的功。3.額外功（W額外）的理解二、有用功

額外功和總功思考：將一桶水提上樓，其額外功應(yīng)該怎么算？提示：W額外=G桶h（克服桶自身的重力）（1）定義：人們?cè)谶_(dá)到一定目的的過程中,實(shí)際做的功,即有用功和額外功的總和,一般指使用機(jī)械時(shí)動(dòng)力F做的功.（2）表達(dá)式：W總=W有用+W額外3.總功（W總）的理解二、有用功

額外功和總功思考：將一桶水提上樓，其總功應(yīng)該怎么算？提示：對(duì)水和桶做的功問題：用書包背書，把書從一樓背到五樓，問：哪部分是有用功，哪部分是額外功？【提示】對(duì)書做的功是有用功；對(duì)書包做的功是額外功。有用功和額外功的判斷二、有用功

額外功和總功二、有用功

額外功和總功【典例2】用如圖所示的電動(dòng)起重機(jī)將6000N的重物勻速提升了4m，起重機(jī)的功率為5000W，此過程用時(shí)10s。該起重機(jī)做的有用功是

J，總功是

J。

知識(shí)點(diǎn)3機(jī)械效率

由于額外功是我們不需要的、浪費(fèi)能量的功，因此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。

有用功占總功的比例反映了機(jī)械的一項(xiàng)性能，在物理學(xué)中用機(jī)械效率來表示。1.不可避免的額外功三、機(jī)械效率①物理學(xué)中，將有用功跟總功的比值叫做機(jī)械效率。機(jī)械效率η=W有W總機(jī)械效率只有大小，沒有單位。由于有用功總小于總功，所以機(jī)械效率總小于1。機(jī)械效率通常用百分?jǐn)?shù)表示。機(jī)械效率的高低與是否省力、滑輪組繩子的繞法、物體被提升的高度及速度無關(guān)。③對(duì)機(jī)械效率的理解：②計(jì)算公式：

2.機(jī)械效率三、機(jī)械效率④一些機(jī)械的機(jī)械效率紐科門蒸汽機(jī)最初的機(jī)械效率約1%瓦特蒸汽機(jī)的機(jī)械效率提高至6%~15%起重機(jī)的機(jī)械效率40%~50%三、機(jī)械效率④一些機(jī)器的機(jī)械效率汽油機(jī)22～27%離心式水泵60～80%噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)50～60%機(jī)械效率是標(biāo)志機(jī)械做功性能好壞的重要指標(biāo)，機(jī)械效率越高，機(jī)械的性能越好。三、機(jī)械效率（1）杠桿如圖所示，利用杠桿把重力為G的物體提高h(yuǎn)，F(xiàn)為動(dòng)力，S為動(dòng)力作用點(diǎn)移動(dòng)的距離。

3.三種簡(jiǎn)單機(jī)械的機(jī)械效率

三、機(jī)械效率（2）豎直面上的滑輪組

由公式可知：

當(dāng)動(dòng)滑輪的重力一定時(shí)，物重越大，機(jī)械效率越高。

如圖所示，利用滑輪組把重力為G的物體提高h(yuǎn)。F為動(dòng)力，s為繩子自由端移動(dòng)的距離，n為承擔(dān)重物的繩子股數(shù)。三、機(jī)械效率（3）水平方向上的滑輪和滑輪組（不計(jì)滑輪及繩重）

f摩擦力

f摩擦力三、機(jī)械效率（4）斜面如圖所示，用力F沿斜面把重力為G的物體提高，h為斜面的高度，l為斜面的長度。f為物體與斜面間的摩擦力。

三、機(jī)械效率課堂小結(jié)三、機(jī)械效率【典例3】關(guān)于機(jī)械效率，下列說法中正確的是（）A．做有用功多的機(jī)器，機(jī)械效率一定高B．有用功占總功的比例越大，機(jī)械效率越高C．沒有摩擦的機(jī)械，其效率可以是100%D．做同樣的功，額外功越小，機(jī)械效率越高BD三、機(jī)械效率

【詳解】[1]拉力所做的功為W總=Fs=80N×0.25m=20J[2]有用功W有=Gh=180N×0.1m=18J

201890%三、機(jī)械效率【典例5】用如圖所示的滑輪組勻速提升鉤碼，已知鉤碼總重8N，彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)為3N，繩子自由端被拉上去了30cm，則使用該滑輪組做的總功為

J，額外功為

J，這個(gè)滑輪組的機(jī)械效率是

。

0.90.188.9%課堂練習(xí)1．一個(gè)滑輪組經(jīng)改進(jìn)提高了機(jī)械效率，用它把同一物體勻速提升同樣的高度，改進(jìn)后與改進(jìn)前相比較（）A．總功不變，有用功增加了 B．總功不變，額外功減小了C．有用功不變，總功減小了 D．以上說法都不對(duì)C課堂練習(xí)2．某小區(qū)正在進(jìn)行改造施工，工人用如圖所示的滑輪組將750N的沙子勻速提升了10m，若工人所用的拉力為400N，則該滑輪組的機(jī)械效率為

。使用該滑輪組既能

又能改變力的方向。使用滑輪組

（選填“能”或“不能”）省功。62.5%省力

不能

課堂練習(xí)3．工人用上圖所示的輸送帶運(yùn)輸蘋果，已知整箱蘋果重800N，斜面長4m，輸送帶的額定功率為500W，箱子勻速運(yùn)輸?shù)杰嚿嫌脮r(shí)4s。在這個(gè)過程中輸送帶的動(dòng)力為

N，若輸送帶的機(jī)械效率為60%，則輸送帶上蘋果被輸送到了

m的高度。5001.5課堂練習(xí)4．如圖所示，杠桿在豎直向下拉力F的作用下將一物體緩慢勻速提升，下表是提升物體時(shí)收集到的信息。8088.9%物重G/NOA/mOB/mA端上升的高度h/mB端下降的豎直距離s/m400.80.40.20.1若不計(jì)杠桿自重和摩擦，拉力應(yīng)為

N；若實(shí)際拉力F為90N，則該杠桿的機(jī)械效率為

。課堂練習(xí)

課堂練習(xí)5．