2022年初中物理同步 8年级下册 第20课机械效率(教师版含解析).docx
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1、第20课 机械效率(教师版)目标导航课程标准课标解读1.知道什么是有用功、额外功和总功;2.理解机械效率的概念;3.通过测量滑轮组机械效率加强对机械效率的理解;4.会进行有关机械效率的计算。1.知道有用功、额外功和总功,并会计算;2.知道机械效率的定义、公式,认识机械效率是表示机械性能的重要指标;3.通过测量滑轮组的机械效率,加深对机械效率的理解;了解测量滑轮组机械效率的方法、步骤;4.会进行机械效率的相关计算。知识精讲知识点01 机械效率.有用功:对机械、活动有用的功。公式:W有用Gh(提升重物)=W总W额=W总;斜面:W有用= Gh。2.额外功:并非需要但又不得不做的功。公式:W额= W总
2、W有用=G动h(忽略轮轴摩擦的动滑轮、滑轮组);斜面: W额=fL。3.总功: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;斜面:W总= fL+Gh=FL。4.机械效率:有用功跟总功的比值。机械效率计算公式:。5.滑轮组的机械效率(不计滑轮重以及摩擦时)(1)滑轮组(竖直方向提升物体):(G为物重,h为物体提升高度,F为拉力,S为绳子自由端走的距离)。(2)滑轮组(水平方向拉动物体):(f为摩擦力,l为物体移动距离,F为拉力,S为绳子自由端走的距离)。6.斜面的机械效率:(h为斜面高,S为斜面长,G为物重,F为沿斜面对物体的拉力)。【知识详解】机械效率1.根据人们使用
3、机械的不同,有用功的计算也。例如:若使用机械的目的是提升重物,那么克服物体的重力做的功就是有用功。如果使用机械的目的是在水上平移重物,那么克服物体与水平面间的摩擦力做的功就是有用功。2.如果有用功不变,我们可以通过减小额外功(减少机械自重、减少机械的摩擦)来增大机械效率;如果额外功不变,我们可以通过增大有用功来提高机械效率;(例如,在研究滑轮组的机械效率时,我们会发现同一个滑轮组,提起的重物越重,机械效率越高,就是这个道理);当然了,如果能在增大有用功的同时,减小额外功更好。3.滑轮组机械效率影响因素:影响滑轮组机械效率的因素是物重,其次才是滑轮重、绳重和摩擦。无论你用同一滑轮组吊起一根绣花针
4、或一个重量远远大于动滑轮的重物,你都需要把动滑轮举上去,还要克服绳重与摩擦,前者额外功远远大于有用功,其机械效率几乎为零,后者额外功在总功中占的比值就小得多,所以物重越大,机械效率就越高。主要因素:物体重力一定时,动滑轮越重,机械效率越低,动滑轮重一定时,物体重力越大,机械效率越高。机械效率是反映机械性能的优劣的重要标志之一。总功等于有用功与之和,因而有用功只占总功的一部分。显然,有用功所占比例越大,机械对总功的利用率就越高,机械的性能就越好。【知识拓展一】机械效率的相关计算机械效率计算是本单元学习中的热点问题,也是常考考点。在计算机械效率时,注意物理量名称所表示的意义。并深刻理解不同状态下,
5、各种机械的机械效率计算公式(不计滑轮重以及摩擦时):(1)滑轮组(竖直方向提升物体):(G为物重,h为物体提升高度,F为拉力,S为绳子自由端走的距离)。(2)滑轮组(水平方向拉动物体):(f为摩擦力,l为物体移动距离,F为拉力,S为绳子自由端走的距离)。(3)斜面的机械效率:(h为斜面高,S为斜面长,G为物重,F为沿斜面对物体的拉力)。【知识拓展二】提高合滑轮组机械效率的方法1影响滑轮组机械效率的因素滑轮组是人们经常使用的简单机械,用同一滑轮组提升物体G升高h时,滑轮组对物体做的功为有用功,而人对滑轮组的拉力F做的功为总功,F移动的距离s=nh(n为与动滑轮相连绳子的段数),则滑轮组的机械效率
6、;若不计摩擦力,而动滑轮的重为G,那么提升动滑轮做的功就是额外功,则滑轮组的机械效率还可表示为。讨论这个表达式可知,对于同一滑轮组(G一定),提升重物越重,滑轮组的机械效率越高;而提升相同重物时,动滑轮越少、越轻的滑轮组,机械效率越高。2提高滑轮组机械效率的方法(1)减小额外功在总功中占的比例。可采取改进机械结构、减小摩擦阻力等方法。如可使滑轮组在满载情况下工作,以增大有用功在总功中的比例,在滑轮的转轴中加润滑油,以减小摩擦阻力,或减小滑轮组中动滑轮的自重等,即在有用功一定的情况下,减小额外功,提高效率。(2)增大有用功在总功中所占的比例,在额外功不变的情况下,增大有用功的大小。(3)换用最简
7、单的机械。【知识拓展】本节知识导图知识点1:有用功和额外功【例题1】如图所示,工人用斜面向上、大小为500N的推力,将重800N的货物从A点匀速推至B点;再用100N的水平推力使其沿水平台面匀速运动5s,到达C点已知AB长3m,BC长1.2m,距地面高1.5m试问:(1)利用斜面搬运货物主要是为了 。(2)货物在水平面上运动的速度为多少?(3)水平推力做功的功率为多少?(4)斜面的机械效率为多少?【答案】(1)利用斜面搬运货物主要是为了省力;(2)0.24m/s;(3)24W;(4)80%【解析】(1)使用斜面可以省力;(2)货物在水平面上运动的距离为s=1.2m,所用时间为t=5s;在水平面
8、上运动的速度为:v=0.24m/s;(3)水平推力做功的功率:P=Fv=100N0.24m/s=24W;(4)在斜面上推力做的功:W总=Fs=500N3m=1500J;做的有用功:W有=Gh=800N1.5m=1200J;则斜面的效率:=100%=80%;知识点2:机械效率【例题2】(2020辽宁抚顺)如图所示,小吉用的拉力,在内将重的物体匀速提高。不计绳重及摩擦,下列说法正确的是()A. 动滑轮重为B. 滑轮组的机械效率为62.5%C. 拉力做功为D. 拉力的功率为【答案】AD【解析】A不计绳重及摩擦,据滑轮组的特点有,故A正确;BC小吉所做的有用功W有=G物h=500N2m=1000J拉力
9、做的总功W总=Fs=200N32m=1200J那么滑轮组的机械效率,故BC错误;D拉力的功率,故D正确。分层提分题组A 基础过关练1.小明用两个相同的滑轮组成不同的滑轮组(如图所示),分别将同一物体匀速提高到相同高度,滑轮组的机械效率分别为1、2。下列关系正确的是(忽略绳重及摩擦)()。AF1F2,1=2 BF1F2,12 CF1F2,1=2 DF1F2,12【答案】A。【解析】因为忽略绳重及摩擦,承担物重的绳子股数n1=2,n2=3。所以,两图所用拉力:,因为滑轮相同,提升的物体重相同,所以F1F2;因为两图将同一物体匀速提高相同的高度,所以做的有用功W有相同;因为忽略绳重及摩擦,所做的额外
10、功W额=G轮h,额外功W额相同,又因为W总=W有+W额,所以总功相同,由,所以两图的机械效率相同,即1=2。故选A。2.如图所示的滑轮组中,动滑轮重1N,小强用6N的拉力F通过该滑轮组匀速拉起重10N的物体,物体沿竖直方向上升0.4m。此过程中,额外功和机械效率分别是( )。A0.4J、83.3% B0.8J、91.7% C0.8J、83.3% D0.4J、91.7%【答案】C。【解析】(1)由图知,n=2,拉力端移动距离s=2h=20.4m=0.8m,W总=FS=6N0.8=4.8J,W有用=Gh=10N0.4m=4J,W额=W总W有用=4.8J4J=0.8J;(2)滑轮组的机械效率:。3.
11、如图所示,用相同的滑轮不同的绕法提起相同的重物,摩擦力可以忽略不计,在物体匀速上升的过程中()。A甲图省力,机械效率甲图大;B甲图省力,机械效率一样大;C乙图省力,机械效率乙图大;D乙图省力,机械效率一样大【答案】B。【解析】(1)分析左图滑轮组的结构,得出承担物重的绳子股数n=3,则拉力端移动的距离S=3h,因摩擦力可以忽略不计,根据求拉力的大小;利用求机械效率大小;(2)同理,求出右图的拉力和机械效率,通过比较得出答案。(1) 分析左图可知,n=3,则s=3h,因为摩擦力可以忽略不计,所以,。(2)分析右图可知,n=2,则s=2h,因为摩擦力可以忽略不计,所以,由此可知:F1F2,1=2,
12、所以甲图省力,机械效率一样大。4关于机械效率的说法中正确的是( )。A越省力的机械,效率越高;B做有用功越多的机械,效率越高;C做相同的功,额外功的值越小,则机械效率一定越高;D做功越快的机械,机械效率越高【答案】C。【解析】A、机械效率与省力情况无关,定滑轮不省力,但它的机械效率比动滑轮要高,该选项说法不正确。B、有用功越多的机械效率不一定高,机械效率是有用功在总功中所占的比例,该选项说法不正确。C、做相同的功,额外功的值越小,额外功占的比值越小,效率越高,该选项说法正确。D、机械做功越快,表示功率越大,单位时间内做的功越多,但机械效率不一定就高,该选项说法不正确。故选C。5.如图所示,利用
13、轻质滑轮组匀速拉动水平地面上重为300N的物体,拉力F的大小为30N。若物体和地面之间的摩擦力大小为45N,则A处的拉力大小和滑轮组的机械效率分别为( )。A.45N、50% B.45N、75% C.60N、50% D.60N、75%【答案】B。【解析】(1)物体在水平地面上做匀速运动,则此时A处绳子的拉力与物体与地面之间的摩擦力是一对平衡力,因为物体和地面之间摩擦力为f=45N,所以A处的拉力大小为FA=f=45N。(2)从图可知,由2段绳子与动滑轮相连,则s绳=2s物,因为F=30N,f=45N,所以滑轮组的机械效率为:。故选B正确。6.滑轮组将重500N的物体,举高80cm的过程中,机械
14、效率为80%,则此过程中有用功为 J;额外功为 J。若不计滑轮摩擦及拉线质量的影响,则可知动滑轮重 N;当提升重物为400N时,滑轮组的机械效率为 。【答案】400、100、125、76.2%。【解析】W有用1=G1h=500N0.8m=400J,;W额=W总1-W有用1=500J-400J=100J,;W有用2=G2h=400N0.8m=320J,W总2=W有用2+W额=320J+100J=420J,。故答案为:400、100、125、76.2%。7.某人将一物体用F=40N的推力匀速将一个重200 N的物体推上高h=1m、长s=6m的斜面,则此人对物体做的总功为 J,额外功为_J,斜面的机
15、械效率_,斜面和物体间的摩擦力是_N。【答案】240;40;6.67;83.3%。【解析】(1)推力做功:W总=Fs=40N6m=240J,克服物体的重力做的功:W有用=Gh=200N1m=200J。(2)克服摩擦力做功:W额=W总-W有用=240J-200J=40J。(3)所以W额=fs,故,摩擦力。(4)机械效率:。故答案为:240;40;6.67;83.3%。8.小华用如图所示的滑轮组拉动货箱,已知货箱的质量为60Kg,在F=50N的拉力作用下,货箱以0.1m/s的速度做匀速直线运动,地面对货箱的滑动摩擦力f为货箱重的0.2倍求:(1)货箱的重力是多少?(2)拉力F的功率是多少?(3)货
16、箱运动了1min,克服摩擦所做的功是多少?(4)此滑轮组的机械效率是多少?【解析】(1)货箱所受重力:G=mg=60kg10N/kg=600N。(2)滑轮组n值为3,绳子自由端移动速度:v绳=3v=30.1m/s=0.3m/s,拉力的功率是P=Fv绳=50N0.3m/s=15W。(3)f=0.2G=0.2600N=120N;由v=得,货箱移动距离:s=vt=0.1m/s160s=6m,克服摩擦做功:W有=fs=120N6m=720J。(4)1min内绳子自由端移动距离:s绳=3s=36m=18m,来源:学科网W总=Fs绳=50N18m=900J,=100%=100%=80%。答:(1)货箱所受
17、重力为600N;(2)拉力F做功的功率是15W;(3)货箱运动了1min,克服摩擦所做的功是720J;(4)该滑轮组的机械效率是80%。9.下面是小明和小红的“测量滑轮组的机械效率”实验报告。实验名称:测量滑轮组的机械效率实验步骤:(1)用弹簧测力计测量钩码所受的重力G并填入表格。(2)按如安装滑轮组,分别记下钩码和弹簧测力计的位置。(3)拉动弹簧测力计并读出拉力F的值,用刻度尺测出的钩码上升的高度h和弹簧测力计移动的距离S,将这三个量填入表格。(4)算出有用功W有、总功W总、机械效率并填入表格。(5)改变钩码上升的高度,重复上面的实验,记录并计算实验数据。实验记录:实验次数钩码重力G/N物体
18、上升的高度h/cm有用功W有/J拉力F/N弹簧测力计移动的距离s/cm总功W总/J机械效率163.0018.002.389.0021.4284.0%265.0030.002.4015.0036.0083.3%368.0048.002.3624.0056.6484.7%4610.0060.002.3530.0070.5085.1%实验结论:在忽略绳子的重力和摩擦的情况下,滑轮组的机械效率与所提升物体的重力和高度无关。请你评价小明和小红的实验报告。(1)指出实验步骤中存在的错误和不足;(2)从理论上分析说明他们实验结论的局限性。【答案】(1)有用功和总功计算错误;在研究滑轮组机械效率与物体的重力关
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