《机械效率》备课讲义

第十二章简单机械第3节机械效率知识点1:有用功和额外功有用功概念完成某项任务时我们必须要做的功叫有用功(W有)公式竖直类W有=G物h(G物:物体的重;h:物体上升的高度)水平类W有=fs物(f:物体受到的摩擦力;s物:物体通过的距离)斜面类W有=G物h(G物:物体的重;h斜面的高度)额外功概念对我们无价值但又不得不做的功叫额外功(W额)公式竖直类W额=G动h(G动:动滑轮的重;h:动滑轮上升的高度;不计绳重和摩擦)斜面类W额=fl(f:物体在斜面受到的摩擦力;l:斜面的长度;不计绳重)通用式W额=W总-W有总功概念有用功和额外功的总和叫总功公式竖直类W总=Fs(F:绳子末端受到的拉力;s:绳子末端通过的距离)水平类W总=Fs绳(F:绳子末端受到的拉力;s绳:绳子末端通过的距离)斜面类W总=Fl(F:物体受到的拉力,l:斜面的长度)拓展延伸辨别有用功和总功的方法:可以从机械做功的目的去分析:一般来说,“人们对机械做的功”、“动力对机械做的功”、“机械的输入功”都是总功;“不用机械时直接用手做的功”、“克服有用阻力做的功”、“机械对物体做的功”、“机械的输出功”都是有用功。【例】一工人利用如图1所示的定滑轮将一桶沙匀速拉到10m高处,沙重90N,所用的拉力是100N,则有用功是J,总功是J。(不计绳重和摩擦)图1答案：900;1000点拨：工人工作的目的是提升沙子,故克服沙子重力做的功是有用功:W有=Gh=90N×10m=900J;在提升沙子做功的过程中,不可避免的对桶、滑轮做了功,因此拉力做的功是总功:W总=Fs=100N×10m=1000J。知识点2:机械效率概念有用功占总功的比例叫做机械效率物理意义表示机械对总功利用程度的物理量,机械效率越高,有用功在总功中的比例越大,机械对总功利用程度越高公式定义式η=公式变形定滑轮η===G物:物体的重;F:拉力;h:物体上升的高度;f:摩擦力;s物:物体移动的距离;s绳:绳子末端移动的距离;l:斜面的长度动滑轮η===滑轮组竖直类η====水平类η====斜面类η=拓展延伸1.机械效率是一个比值,机械效率总小于1,用百分数表示,无单位。2.功率和机械效率的区别:功率、机械效率都是反映机械性能优劣的物理量,但它们表示的是两个不同的方面,功率与机械效率之间无因果关系。功率是表示机械做功快慢的物理量;机械效率是表示机械对总功利用程度的物理量。功率跟功、时间两个因素有关,因此不能说做功多的机械的功率一定大;机械效率是由有用功、总功的比值所决定的,因此也不能说机械做的有用功越多,机械效率就越高。【例】如图2所示,用一滑轮组将重为3000N的物体沿水平方向匀速拉动10m,物体A与地面间的摩擦力是300N,水平拉力F为120N,求总功、有用功、及滑轮组的机械效率?图2解：总功:W总=Fs=Fns物=120N×3×10m=3600J;有用功:W有=fs物=300N×10m=3000J;机械效率:η===83.3%。点拨：解答本题的关键是正确分析有用功和总功。观察装置图可知,此题属于“水平类”问题,所以有用功是物体克服摩擦力做的功;总功是绳子末端拉力做的功,即绳子末端拉力与绳子末端移动的距离的乘积。知识点3:测量滑轮组的机械效率实验设计实验目的:1.测算滑轮组的机械效率;2.研究影响滑轮组机械效率高低的因素有哪些?实验原理:η=。实验器材:刻度尺、钩码、弹簧测力计、铁架台、滑轮组、长约2m的细绳。实验步骤:(1)用弹簧测力计测出钩码的重力G;(2)按照如图3所示组装滑轮组,匀速拉动钩码上升到一定高度,记录钩码上升高度h、拉力F、绳子末端移动距离s;图3(3)用滑轮组提升不同的钩码重复上述实验,分别做好记录。分析论证实验数据如下表:次数钩码重G/N钩码上升高度h/cmW有/J拉力F/N绳子末端移动的距离s/cmW总/Jη1450.22150.366.7%2850.43.4150.5178.4%31050.54150.683.3%误差分析在读数时一定要看清弹簧测力计的分度值,并且在匀速拉动过程中读数;另外计算机械效率时,一定要注意统一单位,将h和s的单位换算为m。实验点拨(1)钩码提升的高度h、绳子自由端所通过的距离s可由刻度尺直接测出,也可以根据s=nh的关系求出;(2)不用计算机械效率的平均值;(3)同一滑轮组的机械效率并非定值:同一滑轮组的机械效率是变化的。一般情况下,提升的重物越重,机械效率越高。理论分析如下:(忽略绳重与摩擦),机械效率:η=