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1、第 11 課時機械效率,,考點機械效率,W有用+W額外,,比值,例1 2018安慶二模 如圖11-1甲所示,滑輪組在豎直向上的拉力F作用下,將重為100 N的物體勻速提起,在5 s時間內繩子自由端移動的距離為s=3 m。圖乙是滑輪組工作時的拉力F與繩子自由端移動距離s的關系圖。圖乙中陰影部分的面積表示的物理量的大小是,計算滑輪組提升該重物時的機械效率為。,,探究一滑輪機械效率的計算,甲 乙 圖11-1,120J,83.3%,,【變式1】 2018貴池區(qū)二模 小明同學用如圖11-2所示的裝置拉動物體A,使重為200 N的物體在3 s內沿水平面勻速直線移動了4 m,若A受到地面的摩擦力為5

2、0 N,小明作用在繩子上的拉力F為30 N,則拉力F的功率為W,該裝置的機械效率為。,,圖11-2,83.3%,80,,答案 解:(1)如圖所示 解析 (1)動滑輪的支點O在繩子與滑輪左邊的接觸點上,動力F為繩子的拉力,方向豎直向上,過支點O向動力作用線作垂線段,就得到動力臂L1。,【變式2】 2018包河區(qū)一模 動滑輪也可以看成一個變形的費力杠桿。如圖11-3所示,用豎直向上的拉力F通過動滑輪提升重物G。 (1)請在圖中標出動滑輪的支點O,并作出拉力F的力臂L1。,,圖11-3,,(2)用大小為10 N的拉力F,將重為4 N的物體G勻速豎直向上提升1 m,則在此過程中,該動滑輪的機械效率為。

3、,,圖11-3,80%,例2 2018長豐縣三模 如圖11-4所示,某工人用平行于斜面的力F將重為G的木箱勻速拉上斜邊長為s、高為h的斜面,斜面的傾角為。 (1)請推導:若不計摩擦,F=Gsin 。 (2)實際中的斜面存在摩擦,若木箱質量為50 kg,所用拉力為200 N,斜面長為5 m,高為1.6 m,則斜面的機械效率為多少?木箱所受摩擦力的大小為多少?(g取10 N/kg),,探究二斜面機械效率的計算,圖11-4,(2)實際中的斜面存在摩擦,若木箱質量為50 kg,所用拉力為200 N,斜面長為5 m,高為1.6 m,則斜面的機械效率為多少?木箱所受摩擦力的大小為多少?(g取10 N/kg

4、),,圖11-4,【變式1】2018霍邱縣一模 某同學利用長2 m、高1.2 m的斜面勻速拉動一重物,若其機械效率為75%,額外功僅為克服斜面對重物的摩擦力所做的功,則物體所受摩擦力與物體的重力之比為。,,1：5,【變式2】2018當涂縣模擬 利用如圖11-5所示的斜面裝置用時10 s可以把重為500 N的物體勻速拉到斜面頂端,斜面長為4 m,高為2 m,實際拉力為300 N。求: (1)若沿斜面方向的拉力為F,物重為G,斜面長為L,高為H,請利用總功、有用功和額外功的關系推導出摩擦力f的表達式。 (2)拉力做功的功率是多少? (3)該斜面裝置的機械效率是多少?,,圖11-5,(2)拉力做功的

5、功率是多少?,,(3)該斜面裝置的機械效率是多少?,,探究三杠桿機械效率的計算,例3如圖11-6所示,一根均勻的細木棒OC,OA=OC,B為OC的中點。在C點施力將掛在A點的重為180 N的物體勻速提升0.2 m,木棒的機械效率為90%。提升該物體做的有用功是J,木棒重為N。(不計摩擦),圖11-6,36,10,,突破測量滑輪組的機械效率 【考點歸納】 實驗器材:滑輪組、鐵架臺、細繩、彈簧測力計、刻度尺、鉤碼。 滑輪組繞線方法:奇動偶定原則。 實驗中繩子要勻速、豎直拉動。 表格內容的補充、數據的分析與處理。 影響滑輪組機械效率的因素:a.提升物體的重力;b.動滑輪的重力;c.繩重、摩擦。,實驗

6、突破,,實驗結論:同一滑輪組,提升物體越重,機械效率越高;不同滑輪組提升同一重物,動滑輪越輕(個數越少),機械效率越高?；喗M的機械效率與提升物體的高度和速度、繩子的段數、省費力均無關。 提高滑輪組機械效率的方法:a.增加提升物體的重力;b.減小動滑輪的重力;c.減小繩重和摩擦等。 有用功、額外功、總功的計算。 缺少刻度尺時的滑輪組機械效率的計算:= 100%。,實驗突破,例 在“測量滑輪組的機械效率”的實驗中,某組同學用同樣的滑輪安裝了如圖11-7甲、乙所示的滑輪組,實驗測得的數據如下表所示,回答下列問題:,,圖11-6,,(1)本實驗需要用的測量儀器是 和。 (2)實驗數據是用圖中所

7、示的滑輪組測得的。實驗中沿拉動彈簧測力計,使物體緩緩上升。第3次實驗中應補充的數據是。(保留一位小數),彈簧測力計,,解析 (1)本實驗所需的測量器材:彈簧測力計和刻度尺,由題表中數據可知有3段繩子承擔物重,由此得出滑輪組的繞繩方法。,刻度尺,甲,豎直方向勻速,74.1%,,(3)根據以上實驗數據可以得出如下結論:同一滑輪組的機械效率主要與有關。 【實驗拓展】 (4)分析表中的數據可知:隨著物重的增加,額外功(選填“變大”“變小”或“不變”),原因是。通過以上實驗,請寫出提高滑輪組機械效率的兩種方法: 和 。,,解析 (3)由實驗數據可知同一滑輪組的機械效率主要由所提升的物重決

8、定。 (4)由表中數據可知,隨著物重的增大,額外功變大,滑輪組做的額外功為克服動滑輪重力和滑輪與繩子間摩擦力所做的功,且動滑輪的重力不變,則物重越大,摩擦力越大,克服摩擦力做功越多。,變大,物重,克服摩擦做功更多,增加提起的物重,減輕動滑輪重(或加強轉動部分的潤滑等),(5)若將此滑輪組換一種繞繩方法,不計摩擦及繩重,提升相同的物體時,滑輪組的機械效率 (選填“變大”“變小”或“不變”)。 (6)小華同學發(fā)現,實驗過程中邊拉動彈簧測力計邊讀數時,彈簧測力計示數不穩(wěn)定,所以他決定令彈簧測力計靜止時讀數, 再利用公式= 100%= 100%= 100%,通過測算重力、拉力和承擔動滑

9、輪及物重的繩子段數得到機械效率。但小明認為如果這樣,測量的結果將比滑輪組真實的機械效率,其原因是 。,,,解析 (5)滑輪組的機械效率與繞繩方法無關。 (6)小華的方式沒有考慮摩擦力,導致額外功減少,機械效率變高。,不變,高,沒有考慮摩擦力,導致額外功減少,1. 2018安徽4題2分 如圖11-8所示,當工人師傅用400 N的拉力向下拉繩時,可使重680 N的重物勻速上升,此過程中滑輪組的機械效率為。,,考點一滑輪及滑輪組機械效率的測量與計算,圖11-8,85%,2. 2010安徽5題2分 地震時有發(fā)生,于是人們開始重視加固維修房屋,常?？梢钥吹饺鐖D11-9所示的場景。假如該

10、工人通過滑輪把50 kg的水泥緩緩提升4 m到房頂上,所用拉力約300 N。該滑輪的機械效率約為。(g取10 N/kg,結果保留三位有效數字),,圖11-9,83.3%,3. 2014安徽14題3分 工人師傅使用一個動滑輪將400 N的重物勻速提升到3 m高處,假如拉力的方向豎直向上,大小為250 N,不計繩重和摩擦,則() A.拉力所做的功為750 J B.該機械的效率為80% C.若用該動滑輪提升更重的貨物,機械效率將保持不變 D.若采用輕質動滑輪完成原任務,機械效率將保持不變,,,4. 2017安徽16題3分 如圖11-10所示,當水平拉力F=50 N時,恰好可以使物體A沿水平地面向右做

11、勻速直線運動。已知物體重為200 N,所受地面的摩擦力約為80 N,假如在5 s時間內,物體水平移動了0.6 m,不計繩和滑輪的自重及繩與滑輪間的摩擦,則在此過程中() A.拉力F做功為30 J B.物體重力做功為120 J C.拉力F做功的功率為12 W D.該裝置的機械效率約為60%,,圖11-10,,5. 2013安徽19題8分 某實驗小組進行“測量滑輪組機械效率”的實驗,先用彈簧測力計測量鉤碼的重力G,如圖11-11甲所示;再按如圖乙所示的繞線方式組裝好滑輪組,并分別記下鉤碼和彈簧測力計的起始位置。 (1)圖甲中彈簧測力計的示數為N。,,圖11-11,解析 (1)題圖甲中彈簧測力計的量

12、程為05 N,其分度值為0.2 N,故彈簧測力計的示數為2 N。,2,(2)圖乙中,為了測量繩子自由端的拉力F,A同學認為應該在彈簧測力計靜止時讀數,B同學認為應該在緩慢勻速提升物體時讀數,正確的是(選填“A”或“B”)同學的方法。,,圖11-11,解析 (2)因為滑輪組的機械效率是指使用滑輪組提升物體時的效率,所以測量滑輪組的機械效率時,不能在物體靜止時讀彈簧測力計的示數,又因為做勻速直線運動的物體受力平衡,因此實驗中必須勻速豎直向上拉彈簧測力計,以保證物體勻速上升。,B,(3)按照正確的測量方法,測出的拉力F與鉤碼所受重力G的大小關系為F(選填“”“<”或“=”)G。,,,(4)實驗中要分

13、別記下鉤碼和彈簧測力計的起始位置,是為了 。,測量鉤碼上升的高度h和彈簧測力計移動的距離s,1. 2012安徽17題3分 如圖11-12所示,有一斜面長為L、高為h,現用力F沿斜面把重為G的物體從底端勻速拉到頂端。已知物體受到斜面的摩擦力為f,則下列關于斜面機械效率的表達式正確的是 () A.= 100% B.= 100% C.= 100% D.= 100%,,考點二斜面機械效率的計算,圖11-12,,2. 2015安徽8題2分 某同學利用斜面勻速提升重為500 N的物體,已知沿斜面的拉力做功為1000 J,斜面的機械

14、效率為60%,則物體被提升的高度為m。,,,1.2,2011安徽18題6分 小明用如圖11-13所示的裝置探究“杠桿的機械效率”,每個鉤碼的質量為m,O為支點。 (1)他將2個鉤碼懸掛在B點,在A點豎直向上勻速拉動彈簧測力計,拉力為F1,測得A、B兩點上升的高度分別為h1、h2,則此 次杠桿的機械效率為=。(用物理量的符號表示),,考點三杠桿機械效率的測量,圖11-13,,(2)他將2個鉤碼懸掛在C點,在A點豎直向上勻速拉動彈簧測力計,使C點上升高度為h2,則彈簧測力計的示數 (選填“大于”“等于”或“小于”)F1,此次彈簧測力計做的功(選填“大于”“等于”或“小于”)第一次做的功。,,,解析

15、 (2)鉤碼的懸掛點在B點時,由杠桿的平衡條件得F1OA=GOB;懸掛點移至C點時,由杠桿的平衡條件得F2OA=GOC。從圖中可以看出,OB比OC小,所以彈簧測力計的示數應變大。有用功不變,但杠桿提升的高度減小,額外功減小,又因為總功等于額外功與有用功之和,因此,此次彈簧測力計做的功小于第一次做的功。,大于,小于,(3)他將3個鉤碼懸掛在C點,在A點豎直向上勻速拉動彈簧測力計,使C點上升高度仍為h2,則第3次杠桿的機械效率與前兩次相比(選填“最大”“最小”或“三次相等”)。,,,解析 (3)因為第一次與第二次做的有用功相等,并且第二次的額外功小,因此第一次的機械效率小于第二次的機械效率;將3個鉤碼懸掛在C點時,物體升高的高度不變,物重增加,由W有用=Gh2可得,有用功變大,但杠桿提升的高度與第二次相同,即額外功與第二次相同,因此第三次的機械效率大于第二次的機械效率。綜上所述,第三次的機械效率最大。,最大,