2021年人教版八年级物理下册第十二章第3节《机械效率》

第3节 机 械 效 率

课题测量滑轮组的机械效率

【探究准备】

(1)实验器材:定滑轮一个、动滑轮一个、__弹簧测力计__、钩码、__刻度尺__、铁架台、细绳等。

(2)需要计算的物理量:

计算对象 计算公式

有用功W有 W有=Gh

总功W总 W总=Fs

机械效率η η=W?W?

【探究装置】

【探究过程】

【实验操作】

(1)用__弹簧测力计__测出钩码所受的重力G。

(2)按如图甲、乙所示组装滑轮组。

(3)如图甲、乙所示,分别用弹簧测力计__匀速__拉动不同个数的钩码,多测几次,分别记下弹簧测力计拉力的__大小F__和__方向__,以及测力计移动的__距离s__和钩码上升的__高度h__。

(4)如图甲所示,保持钩码的个数不变,换用较重的动滑轮,重复(3)。

【实验数据】

次

数 钩码所

受的重 提升

高度 有用功

W有/J 拉力

F/N 绳端移

动的距 总功

W总 机械

效率

力G/N h/m 离s/m /J η/%

1

2 0.1 0.2 0.9 0.3 0.27 74.07

2 4 0.1 0.4 1.6 0.3 0.48 83.33

3 6 0.1 0.6 2.3 0.3 0.69 86.96

4 4 0.1 0.4 1.8 0.3 0.54 74.07

【实验结论】

(1)由1、2、3次实验可得出结论:使用同一滑轮组提升不同的重物,所提升的物体__越重__,机械效率__越大__。

(2)由2、4次实验可得出结论:使用同一滑轮组提升同一重物,动滑轮越重,机械效率__越小__。

(3)影响滑轮组机械效率的主要因素:

①__被提升物体的重力__;②__动滑轮的自重__。

【延伸思考】

(1)实验过程中,所测滑轮组的机械效率为什么小于1?

答:在实验过程中,需要克服动滑轮重和摩擦做一部分额外功,有用功小于总功,因此所测滑轮组的机械效率小于1。

(2)如果没有刻度尺,能否测出滑轮组的机械效率?为什么?

答:能,对于已经组装好的滑轮组,s=nh,则机械效率η=W?W?=GhFs=GhF·nh=GnF

因此只要查出绳子的段数,即可算出滑轮组的机械效率,无需测量h和s的大小。

(3)忽略绳重和摩擦,机械效率的大小与绳子的股数、提升的高度、移动的距离有关吗?试结合机械效率的公式说明。

答:由η=W?W?=G?hG?h+G?h=G?G?+G?,机械效率的大小与绳子的股数、提升的高度、移动的距离无关。

知识点一 滑轮组机械效率的计算

【典题1】

(2020·泰州中考)小明利用如图所示的滑轮组,将质量为90 kg的物体在1 min 内匀速提升5 m,竖直向上的拉力为360 N。求:

(1)物体的重力(g取10 N/kg);

(2)小明拉力的功率;

(3)滑轮组的机械效率(结果保留一位小数)。

解:(1)物体受到的重力为

G=mg=90 kg×10 N/kg=900 N;

(2)由题图知,n=3,拉力端移动的距离:

s=3h=3×5 m=15 m,

拉力做的总功:W总=Fs=360 N×15 m=5 400 J,

拉力做功的功率:P=W?t=5400J60s=90 W;

(3)拉力做的有用功:W有=Gh=900 N×5 m=4 500 J,

滑轮组的机械效率:η=W?W?=4500J5400J≈83.3%。

【总结】

滑轮组机械效率的计算

(1)竖直匀速提升物体时:

①有用功:W有=Gh。

②总功:W总=Fs=F·nh。

③机械效率:η=W?W?=GnF。

(2)水平匀速拉动物体时:

①有用功:有用功在数值上等于摩擦力与物体移动距离的乘积,即W有=fs物。(f为摩擦力)

②总功:拉力F所做的功,即W总=Fs绳=F·ns物。

③机械效率:η=W?W?=fnF。

(3)斜面:

W有=Gh,W总=Fs,η=W?W?=GhFs。

【变式】

(2019·眉山中考)在一次车辆故障处置过程中,拖车所用装置简化为如图所示的滑轮组。为了尽快疏通道路,交警指挥拖车只用了30 s时间,将水平路面上质量是1.5 t的故障车匀速拖离了现场。若故障车被拖离的速度是5 m/s,绳子自由端的拉力F是500 N,地面对故障车的摩擦力为车重力的0.08倍。求:

(1)拉力F在30 s内所做的功;

(2)整个装置的机械效率。

解:(1)故障车在30 s内通过的路程

s车=vt=5 m/s×30 s=150 m

绳的段数n=3,绳子自由端移动的距离是s=3s车=3×150 m=450 m,拉力F所做的功是

W=Fs=500 N×450 m=2.25×105 J

(2)f=0.08G=0.08mg=0.08×1 500 kg×10 N/kg=1 200 N,机械效率

η=W?W?=fs车Fs=fs车F×3s车=f3F=1200N3×500N=80%

知识点二滑轮组机械效率的测量

【典题2】(2020·朝阳中考)在“测量滑轮组的机械效率”的实验中,实验小组用如图所示的装置进行了实验,实验数据记录如表所示,第三次实验时的拉力如图所示。

实验

次数 钩码所受

的重力

G/N 钩码上升

的高度

h/cm 拉力

F/N 绳自由端

移动的距

离s/cm 机械

效率η

1 2 10 0.8 30 83.3%

2 4 10 1.5 30 ②

3 6 10 ① 30 *

(1)实验中应__竖直向上匀速__拉动弹簧测力计使钩码上升;

(2)表格中编号①的数据应为__2.2 N__;编号②的数据应为__88.9%__;

(3)比较实验数据可得出的实验结论是:使用同样的滑轮组,__提升的物体越重,滑轮组的机械效率越高__;

(4)如果在第一次实验时,忽略绳重和摩擦,可以计算出动滑轮的重力为__0.4__N。

A组 基础对点练

考点一 对有用功、额外功和总功的理解

1.(3分)(2020·邵阳月考)卖茶杯的人,从货架上拿起茶杯;喝茶水的人,从桌面上端起盛茶水的茶杯;就两人克服茶杯重力做功的下列说法中正确的是 (C)

A.都是有用功

B.都是额外功

C.对卖茶杯的人而言是有用功

D.对喝茶的人而言是有用功

2.(3分)升旗过程中,克服旗的重力做的功是__有用功__,克服摩擦力做的功是__额外功__;人对绳子拉力做的功是__总功__。(均选填“有用功”“额外功”或“总功”)

考点二 对功、功率和机械效率的理解

3.(4分)(2020·凉山州中考)关于功率、机械效率,下列说法正确的是 (D)

A.做功越多的机械、其功率就越大

B.越省力的机械,其功率就越小

C.做功越慢的机械,其机械效率就越低

D.有用功与总功的比值越大的机械,其机械效率就越高

4.(4分)(2020·北京模拟)下列说法中不正确的是 (B)

A.机械效率一定小于100%

B.机械效率越高,机械做功一定越快

C.功率越大的机械,做功一定越快

D.有用功一定,额外功少的机械,机械效率一定越高

考点三 机械效率的计算

5.(4分)(2020·新疆中考)小红用滑轮组将重力为1.5 N的物体匀速提升10 cm的过程中,绳子拉力为1.0 N,绳子自由端移动的距离为30 cm,则滑轮组的机械效率为 (A)

A.50% B.60% C.70% D.80% 6.

(7分)(2020·长春模拟)用如图所示滑轮组在15 s内将1 000 N的物体匀速提升了3 m,人所用拉力F的大小为400 N,不计绳重和摩擦力。求:

(1)动滑轮的重;

(2)滑轮组的机械效率。

解:(1)由图可知n=3,不计绳重和摩擦力,根据F=13(G+G动)可得动滑轮的重为:G动=3F-G=3×400 N-1 000 N=200 N。

(2)拉力做的有用功为:

W有=Gh=1 000 N×3 m=3 000 J;

绳端移动的距离为:s=3h=3×3 m=9 m;

拉力做的总功为:W总=Fs=400 N×9 m=3 600 J;

滑轮组的机械效率为:η=W?W?=3000J3600J≈83.3%。

考点四 滑轮组机械效率的测量

7.(7分)(2020·湘潭中考)测量如图所示滑轮组的机械效率,部分实验数据如表所示。

实验

次数 钩码

重力

G/N 钩码上

升高度

h/cm 拉力

F/N 绳端移

动距离

s/cm 机械

效率

η

1 1.0 5 15 55.6%

2 1.5 5 0.8 15

3 2.0 5 1.0 15 66.7%

4 2.0 10 1.0 30 66.7%

(1)实验过程中,应缓慢拉动弹簧测力计,使钩码竖直向上做__匀速__运动。第1次实验时,弹簧测力计示数如图所示,为__0.6__N。

(2)第2次实验时所做的有用功为__0.075__J,滑轮组的机械效率是__62.5%__。

(3)分析1、2、3次实验的数据可知,使用同一滑轮组提升勾钩码时,钩码重力越 __大__(选填“大”或“小”),滑轮组的机械效率越高;分析3、4次实验的数据可知,滑轮组的机械效率与钩码上升的高度 __无关__(选填“有关”或“无关”)。

(4)结合生产生活实际,用滑轮组提升重物时,下列选项中也可提高机械效率的是__B__。

A.增大绳重

B.减轻动滑轮重

C.加快重物提升的速度

B组 能力提升练

8.

(4分)(2020·黔西南州中考)如图所示,工人们用同一滑轮组,根据需要有两种方式来提起等重的建筑材料,若不计摩擦和绳重,则F1__<__F2,机械效率ηA__=__ηB。(均选填“>”“=”或“<”) 9.