2020八年级物理下册第12章第3节机械效率考点手册（新版）新人教版

第3节机械效率知识点一有用功与额外功 1．有用功：指人们为了达到目的而必须做的功。用W有表示。2．额外功：是指人们为了达到一定的目的，并不需要但又不得不做的功。用W额表示。3．总功：有用功与额外功之和，即W总＝W有＋W额。总功等于作用在机械上的动力与动力作用点移动的距离的乘积，即W总＝Fs。使用任何机械时，人们所做的功，都不会少于不用机械时所做的功，也就是使用任何机械都不省功。eq\a\vs4\al(例1)从井中提水时，常常会发生吊水桶落入井里的事情。用物理知识分析下列说法，其中错误的是()A．用吊水桶向上提水，人对桶和水做的功都是有用功B．用吊水桶向上提水，人对桶做的功是额外功C．吊水桶掉在井里，打捞水桶时桶里会带些水，这时人对水做的功是额外功D．吊水桶掉在井里，打捞水桶时，人对桶做的功是有用功解析：用吊水桶向上提水，目的是提水，所以对水做的功是有用功，但是对桶又不得不做功，则对桶做的是额外功，故A错误、B正确；吊水桶掉在井里，打捞水桶时，目的是提桶，所以对桶做的功是有用功，但是对水又不得不做功，则对水做的功是额外功，故C、D正确。答案：A知识点二机械效率 精练版P561．机械效率的定义：通常用有用功在总功中所占的百分比来表示机械效率，即有用功与总功的比值叫做机械效率。2．机械效率的计算公式机械效率＝eq\f(有用功,总功)×100%，用η表示机械效率，W有表示有用功，W总表示总功，则机械效率的公式为η＝eq\f(W有,W总)×100%。3．影响机械效率高低的主要因素机械效率的高低由有用功和总功两个因素决定，因此分析机械效率高低时，不能只考虑一个因素，如：有用功多，机械效率高或总功大，机械效率低。(1)当有用功一定时，机械所做的总功越少，那有用功与总功的比值越大，即机械效率越高；额外功越少，额外功与有用功比值越小，机械效率越高。(2)当额外功一定时，机械所做的有用功越多，有用功与总功比值越大，机械效率越高；额外功越少，额外功与总功比值越小，机械效率越高。4．提高机械效率的方法(1)减小额外功来提升机械效率。根据额外功的来源，从以下两方面提高机械效率：①尽量减小机械本身的重力；②加润滑油等方法减小机械零部件间的摩擦。(2)额外功一定时，在机械能正常运转的前提下，增大有用功来提升机械效率。知识拓展(1)有关机械效率的计算公式：①总功计算方法a．W总＝FS b．W总＝W有＋W额c．W总＝eq\f(W有,η) d．W总＝eq\f(W额,1－η)②有用功的计算方法a.W有＝Gh(竖直结构机械)W有＝fs(水平结构机械)b．W有＝W总－W额W有＝W总·η③额外功的计算方法a．克服机械重力做功W额＝G机·h克服机械零部件摩擦做功W额＝fsb．W额＝W总－W有c．W额＝(1－η)W总(2)对使用任何机械都不省功的理解：①不计机械自重以及机械零部件之间的摩擦时，即理想机械，此时，额外功为零，有用功等于总功，机械效率为100%。②在使用机械的实际情况下，机械自重以及机械零部件间的摩擦无法消除，额外功不可避免，因此，有用功总小于总功，机械效率总是小于1。(3)三类简单机械的机械效率的计算：①杠杆：重物重为G，重物提升高度为h，动力为F，动力作用点移动距离为s，则η＝eq\f(W有,W总)＝eq\f(Gh,Fs)。②滑轮或滑轮组：a.用滑轮或滑轮组提升重物：重物重为G，重物提升高度为h，F是动力，绳子自由端移动距离为s，则η＝eq\f(W有,W总)＝eq\f(Gh,Fs)＝eq\f(G,nF)。b．用滑轮或滑轮组水平匀速拉物体，物体所受摩擦力为F，物体移动距离为s，拉力为F，绳子自由端移动距离为s绳，则η＝eq\f(W有,W总)＝eq\f(fs,Fs绳)＝eq\f(f,nF)。③斜面：物体重为G，斜面高为h，斜面长为l，拉力为F，则η＝eq\f(W有,W总)＝eq\f(Gh,Fl)。eq\a\vs4\al(例2)如图是用动滑轮运送建筑材料A的示意图，在卷扬机对绳子的拉力作用下，使重800N的建筑材料A在50s的时间里，匀速竖直上升了10m。在这个过程中，动滑轮提升建筑材料A所做的有用功为W有用，卷扬机对绳子的拉力F做功的功率为200W。绳重可忽略不计。求：(1)有用功W有用；(2)动滑轮匀速提升建筑材料A的机械效率η。解析：(1)知道物体的重力和提升的高度，根据W＝Gh求出有用功；(2)根据η＝eq\f(W有,W总)×100%求出使用动滑轮匀速提升的物体A的机械效率。解：(1)有用功W有用＝Gh＝800N×10m＝8×103J。(2)拉力F做的总功W总＝Pt＝200W×50s＝104J，使用动滑轮的机械效率η＝eq\f(W有用,W总)×100%＝eq\f(8×103J,104J)×100%＝80%。知识点三测量滑轮组的机械效率 精练版P56实验目的：会组装滑轮组并测量滑轮组的机械效率，探究影响滑轮组机械效率的因素。实验原理：η＝eq\f(W有,W总)＝eq\f(Gh,Fs)。实验器材：定滑轮和动滑轮组成的滑轮组、弹簧测力计、钩码、刻度尺。实验步骤：①按照图甲所示安装滑轮组，用弹簧测力计测出钩码所受的重力G，分别记下钩码和绳端的位置。②如图乙所示，匀速竖直缓慢拉动弹簧测力计，使钩码升高，读出拉力F的值，并用刻度尺测出钩码上升的高度h和绳端移动的距离s，将这三个量填入表格。③应用公式W有＝Gh、W总＝Fs、η＝eq\f(W有,W总)分别求出有用功W有、总功W总、机械效率η，并填入表格。④改变钩码的数量，再做两次上面的实验，如表格第1～3次实验。⑤换用图丙所示的装置重复1～3步，将实验数据记入表格，如表格第4次实验。实验表格：实验序号1234钩码所受的重力G/N1.534.51.5提升高度h/m0.40.40.40.4有用功W有/J0.61.21.80.6拉力F/N0.71.21.70.6绳端移动的距离s/m1.21.21.22总功W总/J0.841.442.041.2机械效率η71%83%88%50%实验分析：由1、2、3次实验可知，提升的钩码重力增加时，有用功增加，额外功基本不变(克服摩擦力及动滑轮重力做的功基本不变)，由η＝eq\f(W有,W总)＝eq\f(W有,W有＋W额)可知，机械效率会升高。同一装置的机械效率与被提升的物重有关，物重增大，机械效率升高。由1、4两次实验可知，使用两个滑轮组提升相同的钩码，做的有用功相同，但滑轮组丙的动滑轮个数多，所做的额外功多，由η＝eq\f(W有,W有＋W额)可知，当有用功相同时，额外功越多，机械效率越低。故滑轮组丙的机械效率小于滑轮组甲的机械效率。探究归纳：①同一装置的机械效率并不是固定不变的，与被提升的物重有关，物重增大，机械效率升高；②机械效率还和机械装置本身有关，与其结构、轻巧程度以及润滑程度都有关系。知识拓展：探究影响斜面机械效率的因素。制订计划与设计实验：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做额外功。做实验时，应该选择光滑程度一样的斜面，如图所示，用弹簧测力计匀速拉动小车运动，比较斜面的倾斜程度不同时，斜面的机械效率是否相同。实验器材：桌面、木块、木板、小车、刻度尺、弹簧测力计、细线等。实验过程：①将木板用一木块垫起，使其倾斜程度较小，用弹簧测力计沿斜面将小车从斜面底端匀速拉到斜面顶端，记下小车移动的距离s，并测出斜面的高度h，拉力F。②改变木板一端垫起的高度两次，使斜面较陡和最陡，重复实验过程①。实验记录：将数据记录在下表中，并计算后填入相关值，以下为某次实验的记录。斜面的倾斜程度小车重力G/N斜面高度h/m沿斜面拉力F/N斜面长lm有用功W总/J总功W总/J机械效率η＝eq\f(Gh,Fl)较缓50.21.98111.9851%较陡50.42.92122.9268%最陡50.63.8133.879%分析论证：①从表中数据可以看出，斜面的机械效率和斜面的倾斜程度有关；②用弹簧测力计沿斜面匀速拉动小车向上运动时，要克服摩擦力做功，因此斜面的机械效率不高；③对于斜面来说，W有＝Gh，W总＝Fl，η＝eq\f(W有,W总)＝eq\f(Gh,Fl)<1；④对于理想斜面，不存在摩擦，η＝100%，Gh＝Fl。得出结论：斜面的机械效率与斜面的倾斜程度有关，斜面越倾斜，机械效率越高。eq\a\vs4\al(例3)小明同学做“测量滑轮组机械效率”的实验(如图所示)。用相同的滑轮组提升不同数量的钩码，记录数据如表所示。实验次数钩码的重力G/N钩码提升高度h/m拉力F/N绳端移动的距离s/m机械效率η120.10.90.374%240.11.60.383%360.1①0.3②(1)观察图中测力计的示数，表格中编号①的数值是________，②的数值是________。(2)小明通过分析表格中的数据，得到了提高滑轮组机械效率的方法，汽车作为一种“机械”，提高效率对节能减排有重要意义，请你指出以下三种提高效率的方法中，方法________是与本实验同理的。方法一：鼓励人们“拼车”出行，使汽车尽量装满人员。方法二：汽车制造厂用新材料减轻汽车重量。方法三：经常给汽车做保养，保持良好的润滑。(3)小明发现绳端移动的距离与钩码提升高度有固定的倍数关系，于是他认为钩码数量一定时，无论将钩码提升多高，都不影响该滑轮组的机械效率。小芳则认为：钩码提升的高度不同，有用功就不同，机械效率就变化了，你认为________的看法是正确的。解析：(1)由图知，弹簧测力计的分度值为0.1N，弹簧测力计的示数为2.3N；第三次实验滑轮组的机械效率：η＝eq\f(W有用,W总)＝eq\f(Gh,Fs)＝eq\f(6N×0.1m,2.3N×0.3m)×100%≈87%；(2)小明通过分析表格中的数据知，同一滑轮组，物体越重，机械效率越高。方法一：鼓励人们“拼车”出行，使汽车尽量装满人员，是在额外功相同时，人越多，有用功越多，机械效率越高，故符合题意；方法二：汽车制造厂用新材料减轻汽车重量，是通过减小额外功来增加机械效率的，故不符合题意；方法三：经常给汽车做保养，保持良好的润滑。提高滑轮组机械效率的方法是通过减小摩擦来增加机械效率的，故不符合题意。故方法一与本实验同理。(3)根据η＝eq\f(W有,W总)＝eq\f(Gh,Fs)＝eq\f(Gh,F·3h)＝eq\f(G,3F)知机械效率与高度无关，故小明的看法正确。答案：(1)2.387%(2)一(3)小明易错点不能正确理解滑轮组机械效率的可变性机械效率是表示机械对总功利用率高低的物理量，效率高，表示机械对总功利用率高。是否省力、做功的多少、做功的快慢与机械效率无关。有的同学认为机械越省力效率就越高，这种认识是错误的。eq\a\vs4\al(例4)用四只完全相同的滑轮组成如图所示的甲、乙两个滑轮组，把相同的物体匀速提升相同的高度。若用η甲、η乙表示甲、乙两滑轮组的机械效率，W甲