1、第五節(jié) 提高機(jī)械的效率一、課前知識(shí)準(zhǔn)備1用動(dòng)滑輪提升重物時(shí)，如果考慮摩擦和動(dòng)滑輪自重，實(shí)際拉力 物重的一半。 2你能計(jì)算出一枝鉛筆的鉛芯利用效率嗎？ 答案：1.大于 2.求出用掉的長(zhǎng)度占總長(zhǎng)度的百分比，即為鉛芯利用效率。二、名師解讀點(diǎn)撥知識(shí)點(diǎn)1：什么是機(jī)械效率【實(shí)驗(yàn)】用彈簧測(cè)力計(jì)將鉤碼提升一定高度；用彈簧測(cè)力計(jì)并借助一只動(dòng)滑輪將同樣的鉤碼提升相同高度。比較彈簧測(cè)力計(jì)兩次所做的功，發(fā)現(xiàn)利用動(dòng)滑輪所做的功多一些，這是為什么呢？【點(diǎn)撥】使用機(jī)械時(shí)，會(huì)有省力、方便等有利因素，但由于機(jī)械本身的自重，以及摩擦等因素，所以要做更多的功。拉力所做的功，物理學(xué)叫 。在這一總功中包含了拉力在提起重物時(shí)，必須克服動(dòng)

2、滑輪的自重和滑輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的摩擦阻力做的功。這部分功，是無用的，但又不得不做，稱為 。從總功中減去額外功，就是有用的功，物理學(xué)中叫 。有用功和總功的比值叫做機(jī)械效率，計(jì)算公式為=100%，：機(jī)械效率，W有：有用功，W總：總功 答案：總功；額外功；有用功【明確】在實(shí)際計(jì)算中，機(jī)械效率通常被表示為一個(gè)百分?jǐn)?shù)，沒有單位；由于W總W有，所以1，因此機(jī)械效率必然小于100%如果有人告訴你某機(jī)器:大于1或大于100%，那肯定是錯(cuò)誤的?！揪氁痪殹坑靡粋€(gè)動(dòng)滑輪，將200N的物體勻速提升2m，拉力F為120N，此動(dòng)滑輪的機(jī)械效率是多少？分析：解此題的關(guān)鍵是要注意用動(dòng)滑輪提起物體時(shí)，動(dòng)力F把繩子末端拉起的距離是物體被

3、提起高度的2倍。已知：G=200N，h=2m，F(xiàn)=120N，s=2h=4m。求：。解：W有=Gh=200N2m=400J，W總=Fs=120N4m=480J，=100%=100%83.3%。答案：動(dòng)滑輪的機(jī)械效率約是83.3%。 知識(shí)點(diǎn)2：影響滑輪組機(jī)械效率的因素【實(shí)驗(yàn)】按如圖所示的方式組裝好滑輪組，并使用滑輪組提起相應(yīng)的重物，將三次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)填寫在下表中，比較三次測(cè)算的機(jī)械效率是否相等。 甲 乙 丙名稱拉力F/N彈簧測(cè)力計(jì)上升的距離s/m總功W總/J鉤碼重G/N鉤碼上升高度h/m有用功W有/J機(jī)械效率甲乙丙【小結(jié)】1同一滑輪組，載重越大，機(jī)械效率越大，所以滑輪組在滿載情況下工作，以增大有用功占

4、總功的比例，提高機(jī)械效率。2相同載重的情況下，動(dòng)滑輪重力越小，機(jī)械效率越高，所以減小滑輪組中動(dòng)滑輪的自重，減小額外功占總功的比例，提高機(jī)械效率。3改進(jìn)機(jī)械結(jié)構(gòu)，在滑輪的轉(zhuǎn)軸上加潤(rùn)滑油，以減小摩擦阻力，減小額外功占總功的比例，提高機(jī)械效率。【注意】在“測(cè)滑輪組的機(jī)械效率”的實(shí)驗(yàn)中，為什么要?jiǎng)蛩儇Q直向上拉彈簧測(cè)力計(jì)且在拉動(dòng)過程中讀數(shù)？ 如果不是勻速地拉，彈簧秤示數(shù)忽大忽小，則W總偏大偏小，且滑輪組對(duì)鉤碼的拉力不等于鉤碼的重力，則W有偏大偏小，由W有/W總算出的機(jī)械效率偏大偏小如果向下拉，彈簧測(cè)力計(jì)由于彈簧的自重而導(dǎo)致示數(shù)F偏小，=，偏大如果在彈簧秤靜止時(shí)讀數(shù)，由于滑輪和軸之間沒有摩擦，則讀數(shù)F偏小

5、，偏大【想一想】在上述實(shí)驗(yàn)中，如果沒有刻度尺，能不能測(cè)出滑輪組機(jī)械效率？【點(diǎn)撥】可以，用=進(jìn)行計(jì)算。其中G為提升的物重，h為物體升高的高度，F(xiàn)為施加在繩子自由端的拉力，s為繩子自由端移動(dòng)的距離，n為吊起動(dòng)滑輪繩子的段數(shù)。若不考慮摩擦和繩重滑輪組機(jī)械效率可變?yōu)椋??！疽族e(cuò)點(diǎn)】如果滑輪組不是用來提升物體，而是拉著物體水平運(yùn)動(dòng)，則不能用上式計(jì)算機(jī)械效率，應(yīng)該用=，f為物體受到的阻力。【比較】機(jī)械效率與功率是兩個(gè)完全不同的概念這兩個(gè)物理量是從不同方面反映機(jī)械性能的。它們之間沒有必然的聯(lián)系。功率大表示機(jī)械做功快；機(jī)械效率高表示機(jī)械對(duì)總功的利用率高。 功率大的機(jī)械不一定機(jī)械效率高，例如內(nèi)燃機(jī)車功率可以達(dá)到

6、幾千千瓦，但效率只有30%40%，反之，機(jī)械效率高的機(jī)械功率不一定大。例如，安裝在兒童玩具汽車車?yán)锏碾妱?dòng)機(jī)效率可達(dá)80%，但功率卻只有幾瓦特。三、拓展整合創(chuàng)新類型之一：機(jī)械效率的理解和計(jì)算 【例1】（05年廣州市課改區(qū)）下列說法中正確的是（ ）A機(jī)械效率越高，機(jī)械做功一定越快 B做功越多的機(jī)械，機(jī)械效率一定越高 C功率越大的機(jī)械做的功一定越多 D做功越快的機(jī)械，功率一定越大解析：機(jī)械效率反映了使用機(jī)械時(shí)有用功占總功的比例，功率是表示做功的快慢，這兩個(gè)物理量沒有必然的聯(lián)系，機(jī)械效率高的機(jī)械做功不一定快。做功多的機(jī)械，有用功占總功的比例不一定大，機(jī)械效率不一定高；機(jī)械做功的多少，由功率和做功時(shí)間共

7、同決定，僅功率大，時(shí)間不確定，做的功不一定多。答案：D變式題：在建筑工地上，經(jīng)常可以看到用來吊運(yùn)貨物的吊車。若吊車的機(jī)械效率為80%，將重為7000N的貨物勻速提升4m,所用的時(shí)間是10s，則吊車的功率是多少？解析：本題要求熟練掌握功、功率、機(jī)械效率的計(jì)算公式及其變形式，同時(shí)要正確區(qū)分機(jī)械效率和功率是兩個(gè)完全不同的概念。答案：W有用=Gh=7000N4m=28000JW總= =35000J P=3500W類型之二：機(jī)械效率的測(cè)定 【例2】（05年鹽城市）在做“測(cè)滑輪組機(jī)械效率”的實(shí)驗(yàn)中，小強(qiáng)和同學(xué)們組裝了如圖所示的甲、乙兩個(gè)滑輪組（每只滑輪重都相同，不計(jì)摩擦和繩重）。（1）對(duì)于甲圖所示的滑輪組

8、，如果沒有刻度尺，只要測(cè)出鉤碼重G，然后豎直向上勻速拉動(dòng)彈簧秤使鉤碼升高，從彈簧秤上讀出拉力值F，即可算出該滑輪組的機(jī)械效率= 。（2）比較甲、乙兩滑輪組的機(jī)械效率，可知甲 乙（選填：、或）。（3）實(shí)驗(yàn)后小強(qiáng)猜想，對(duì)于同一滑輪組（例如圖乙），它的機(jī)械效率也可能不是固定的，于是他用實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了探究，并證明自己的猜想是正確的。你認(rèn)為小強(qiáng)應(yīng)采用的正確方法是什么？答： 。解析：沒有刻度尺，也能測(cè)定滑輪組機(jī)械效率，這是因?yàn)槔K子自由端移動(dòng)的距離s是重物移動(dòng)距離的n倍，n為吊起動(dòng)滑輪繩子的段數(shù)。所以=。利用滑輪組提升重物時(shí)，在不計(jì)摩擦和繩重時(shí)，額外功等于對(duì)動(dòng)滑輪本身所做的功，即W額=G動(dòng)h，=100%，由此可

9、以看出，當(dāng)動(dòng)滑輪重力一定時(shí)，被提升重物的重力越大，滑輪組機(jī)械效率越高；當(dāng)被提升的重物重力一定時(shí)，動(dòng)滑輪的重力越大，滑輪組的機(jī)械效率越低。同一滑輪組的機(jī)械效率與所提升的物重有關(guān)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)，要注意控制變量，即滑輪組要相同，提升的鉤碼數(shù)要不同，分別測(cè)定相應(yīng)的機(jī)械效率，然后進(jìn)行比較，可得出結(jié)論。答案：（1）；（2）；（3）用相同的滑輪組提升不同的數(shù)量的鉤碼，分別測(cè)出相應(yīng)的機(jī)械效率，然后進(jìn)行比較，得出結(jié)論?！纠?】（05年南通市）在“測(cè)滑輪組機(jī)械效率”的實(shí)驗(yàn)中，用同一滑輪組進(jìn)行了兩次實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表所示序號(hào)鉤碼重G/N鉤碼上升的高度h/cm彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)F/N彈簧測(cè)力計(jì)移動(dòng)的距離s/cm1250

10、.6252481.1(1) 在表格的空格處，填上合適的數(shù)據(jù)(2) 在圖中用筆畫線代替細(xì)繩組裝滑輪組(3)第1次實(shí)驗(yàn)測(cè)得滑輪組的機(jī)械效率為_(4)如果將重為3N的鉤碼掛在同一滑輪組下，根據(jù)題中已有的信息可以判斷出這時(shí)滑輪組的機(jī)械效率應(yīng)在_范圍內(nèi)解析：從第1次實(shí)驗(yàn)測(cè)出的數(shù)據(jù)來看，彈簧測(cè)力計(jì)移動(dòng)的距離是鉤碼上升的高度的5倍，即s=5h，所以可以確定滑輪組吊起動(dòng)滑輪繩子的段數(shù)是5，據(jù)此即可裝配滑輪組，第2次實(shí)驗(yàn)彈簧測(cè)力計(jì)移動(dòng)的距離也是鉤碼上升高度的5倍，即40cm。將第1次有關(guān)數(shù)據(jù)代入，=66.7%。對(duì)于同一滑輪組，提升的物重越大，機(jī)械效率越高，物重3N在第1次和第2次實(shí)驗(yàn)時(shí)物重2N和4N之間，所以機(jī)

11、械效率也在兩者之間，即66.7%72.7% 。答案：(1)40 (2)見右圖 (3)66.7% (4)66.7%72.7% 類型之三：綜合應(yīng)用創(chuàng)新【例4】（05年宜昌市課改區(qū)）如圖所示是小亮同學(xué)測(cè)定斜面機(jī)械效率的裝置圖，下表是小亮同學(xué)設(shè)計(jì)的記錄表格.分析表格中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，你能得到哪些結(jié)論？（要求寫兩條） 斜面傾 斜程度小車重量G/N斜面高度h/m沿斜面拉力 F/N斜面長(zhǎng)s/m有用功W有/J總功W總/J機(jī)械效率較緩1001311333%較陡1002412450%最陡1003513560%解析：斜面是一種機(jī)械，利用它可以把物體舉高，并且省力，不考慮摩擦的情況下，斜面長(zhǎng)是斜面高的幾倍，拉力就是物重的

12、幾分之一，也就時(shí)斜面越緩，越省力。沿斜面舉高物體過程中，所做的額外功等于克服摩擦所做的功。對(duì)于舉高同一物體，如果斜面長(zhǎng)相同，斜面越高，受到摩擦力越小，有用功越多，額外功越小，所以斜面機(jī)械效率越高；如果斜面高度相同，斜面越長(zhǎng)，受到摩擦力越大，有用功相同，額外功越多，斜面機(jī)械效率越低。答案：同一斜面，傾斜程度越高，拉同一個(gè)物體所用的拉力越大；同一斜面，傾斜程度越高，拉同一物體的機(jī)械效率越高。四、當(dāng)堂檢測(cè)反饋1.關(guān)于機(jī)械效率的說法，正確的是( )A.機(jī)械效率越高的機(jī)械做的有用功多B.機(jī)械效率越高的機(jī)械越省力；C.機(jī)械效率越高的機(jī)械越省功；D.有用功占總功的比例越大的機(jī)械，機(jī)械效率越高.答案：D2.用

13、水桶從井中提水的時(shí)候，所做的功哪部分是有用功，哪部分是額外功?如果桶掉到井里，從井里撈桶的時(shí)候，撈上的桶里帶了一些水，這種情況下哪部分是有用功，哪部分是額外功?答案：用桶從井里提水時(shí)，提起的水所做的功是有用功，提起水桶所做的功是額外功.如果從井里撈桶，那么提桶所做的功是有用功，提起桶里所帶的水所做的功是額外功.3起重機(jī)把質(zhì)量為0.6 t的重物提升了3 m，而它的電動(dòng)機(jī)所做的功是3.4104 J，起重機(jī)的機(jī)械效率是多少？答案：起重機(jī)提升重物所做的功為有用功，因此：W有用=Fh=Gh=mgh=0.6103kg10N/kg3 m=1.8104 JW總=3.4104 J所以=100%= =53%4如圖

14、所示滑輪組，被提起的是質(zhì)量200 g的物體，對(duì)繩子自由端的實(shí)際拉力是0.8 N，當(dāng)物體升高0.2 m時(shí)，求滑輪組的機(jī)械效率解：有用功為W有用=Fs=Gh=mgh=0.2 kg10 N/kg0.2 m=0.4 J動(dòng)滑輪由3股繩子承擔(dān)，所以s=nh=30.2 m=0.6 m則總功為W總=Fs=0.8 N0.6 m=0.48 J=83.3%5某小組通過實(shí)驗(yàn)得知滑輪組的機(jī)械效率與許多因素有關(guān)，有同學(xué)想進(jìn)一步探究滑輪組的機(jī)械效率是否與滑輪組中細(xì)繩的繞法有關(guān)。根據(jù)探究目的，他們先通過實(shí)驗(yàn)測(cè)算出如圖（甲）所示的滑輪組的機(jī)械效率，請(qǐng)你在圖（乙）中畫出下一步實(shí)驗(yàn)所需的組裝圖。解析：由于滑輪組所掛物重是影響機(jī)械效

15、率因素之一，所以此題必須采用控制變量法進(jìn)行設(shè)計(jì)，即繩子的繞法不同，滑輪組所掛物重必須相同。答案：繩子繞法（n=1,3）；必須掛兩個(gè)鉤碼五、資料鏈接機(jī)械效益使用機(jī)械的最終目的之一是省力就一般而言，不同的機(jī)械省力的情況不同為了比較各種不同機(jī)械的省力程度，物理上還引入了一個(gè)機(jī)械效益的概念機(jī)械效益定義為機(jī)械產(chǎn)生的對(duì)外作用力（P）跟外界施于機(jī)械的力（F）之比，若以A表示機(jī)械效益則：A=對(duì)于杠桿，A就是動(dòng)力和阻力之比；對(duì)于輪軸，在不考慮摩擦情況下，A等于輪半徑和軸半徑之比；對(duì)于斜面，在忽略摩擦的情況下，A等于斜面的長(zhǎng)和高之比根據(jù)定義，機(jī)械效益是由實(shí)際測(cè)得的機(jī)械對(duì)外作用力（有用阻力）和外界施于機(jī)械的力（動(dòng)力）的大小所決定的同樣克服一個(gè)有用阻力，有時(shí)因?yàn)闄C(jī)械潤(rùn)滑得好，無用阻力就小，需要的動(dòng)力也就小因此，機(jī)械效益就大，反之，機(jī)械效益就小新機(jī)械的機(jī)械效益往往比舊機(jī)械的機(jī)械效益大些機(jī)械