初中物理北师大版（2024）八年级下册（2024）探究使用机械是否省功优质教学课件ppt

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1.能结合实例分析什么是有用功、额外功和总功，并且知道它们之间的关系。（物理观念）2.能说出机械效率的含义，知道机械效率总是小于 1。（物理观念）3.能利用机械效率的公式进行简单的计算。（科学探究）
以下是小芳同学半天的学习情况
在学习过程中，与学习效率，在机械工作中存在机械效率。 在生活中，我们利用机械帮助我们工作，会给我们带来极大的方便。有的机械可以省力，有的机械可以省距离。
（1）如图甲所示，用弹簧测力计将钩码缓慢地提升一定的高度，将数据填入表格，并计算拉力做的功。（2）如图乙所示，用弹簧测力计和一个动滑轮将同样的钩码缓慢地提升相同的高度，记录实验数据并计算拉力做的功。
不适用机械直接提升物体做功，与使用机械提升物体时做功相同吗？
1. 研究使用动滑轮是否省功
一、使用任何机械都不省功
①直接用弹簧测力计提升2个钩码所作的功: W1=F1s1= 2N×0.1m=0.2J ②用弹簧测力计和一个动滑轮提升2个钩码，所做的功 W2=F2s2= 1.2N×0.2m=0.24J③ W2 > W1
使用动滑轮提升重物比直接用手提升重物并不省功
利用动滑轮提升重物多做的功来源于哪里呢？使用动滑轮会省力，但拉力移动的距离增加了一倍，加上动滑轮的自重及摩擦等因素的影响，使用动滑轮提升重物非但不省功，还要费功。
2.功的原理（1）使用机械，有时为了省力，如省力杠杆、滑轮组;有时为了省距离，如费力杠杆：有时为了改变力的方向，如定滑轮。总之，机械的使用给人们的生活和生产带来了方便，但使用任何机械都不能省功，这就是功的原理。（2）功的原理对一切机械都适用，在历史上被誉为“机械的黄金定律”。
3.对使用机械做功的理解（1）不考虑摩擦和自重的机械，称为理想机械.在理想机械中，人们对机械做的功四与机械对物体做的功W相等。（2）在实际机械中要考虑摩擦和机械的自重.人们对机械所做的功 W大于机械对物体所做的功 W'，即W>W'。
【典例1】钟楼是西安的地标式建筑，历经600余年雄姿依旧，钟楼历久弥新的窍诀就在于有专业人员定期的修缮保养，如图所示，在一次修缮过程中工人用滑轮组将重为300N的货物10s内匀速提升2m，已知动滑轮的重力是100N。若不计绳重与摩擦，工人对绳子的拉力为 N，拉力做的功为 J；使用该滑轮组 （选填“能”或“不能”）省功。
[3]由功的原理可知，使用任何机械都不能省功。
如图所示，利用甲、乙、丙三种方法把重 100 N的沙子运上三楼。
二、有用功 额外功和总功
甲、乙、丙三种方法的目的是完成同一件事,即把重100N的沙子提升6m。 甲除了对沙子做了功外，还对自身和桶做了功。 乙除了对沙子做了功外，还对桶做了功。 丙除了对沙子做了功外，还对动滑轮和桶做了功。在甲乙丙三人中，都做了一些与完成该事情无关但又必须做的功。
机械的利用方便了我们的工作,而我们也必须为这种方便付出一定的额外劳动。
以使用动滑轮提升钩码进行分析
2. 有用功、额外功和总功
总功：有用功与额外功之和. W总= W有+ W额
（1）定义：为了达到目的人们必须要做的功（2）实例分析①当用机械竖直向上匀速提升物体时,即W有用=Gh;②当用机械水平匀速拉动物体时W有用 =fs.
3. 有用功（W有用）的理解
思考：将一桶水提上楼，其有用功应该怎么算？
（1）定义：人们在达到一定目的的过程中并不需要但又不得不额外做的功.（2）额外功产生的原因分析：提升物体时,克服机械自重、容器自重，以及克服机械间的摩擦所做的功。
3. 额外功（W额外）的理解
思考：将一桶水提上楼，其额外功应该怎么算？
提示：W额外=G桶h（克服桶自身的重力）
（1）定义：人们在达到一定目的的过程中,实际做的功,即有用功和额外功的总和,一般指使用机械时动力F做的功.（2）表达式：W总=W有用+W额外
3. 总功（W总）的理解
思考：将一桶水提上楼，其总功应该怎么算？
问题：用书包背书，把书从一楼背到五楼，问：哪部分是有用功，哪部分是额外功？
【提示】对书做的功是有用功；对书包做的功是额外功。
【典例2】用如图所示的电动起重机将6000N的重物匀速提升了4m，起重机的功率为5000W，此过程用时10s。该起重机做的有用功是 J，总功是 J。
由于额外功是我们不需要的、浪费能量的功，因此在保证所做有用功一定的情况下，人们总是希望额外功越少越好，即额外功在总功中所占的比例越小越好，也就是有用功在总功中所占的比例越大越好。有用功占总功的比例反映了机械的一项性能，在物理学中用机械效率来表示。
1. 不可避免的额外功
①物理学中，将有用功跟总功的比值叫做机械效率。
机械效率只有大小，没有单位。由于有用功总小于总功，所以机械效率总小于1 。机械效率通常用百分数表示。 机械效率的高低与是否省力、滑轮组绳子的绕法、物体被提升的高度及速度无关。
机械效率是标志机械做功性能好坏的重要指标，机械效率越高，机械的性能越好。
如图所示，利用杠杆把重力为G的物体提高h，F 为动力，S为动力作用点移动的距离。
3. 三种简单机械的机械效率
（2）竖直面上的滑轮组
由公式可知： 当动滑轮的重力一定时，物重越大，机械效率越高。
如图所示，利用滑轮组把重力为G的物体提高h。F 为动力，s为绳子自由端移动的距离，n为承担重物的绳子股数。
（3）水平方向上的滑轮和滑轮组（不计滑轮及绳重）
如图所示，用力F沿斜面把重力为G的物体提高，h为斜面的高度，l为斜面的长度。f 为物体与斜面间的摩擦力。
【典例3】关于机械效率，下列说法中正确的是（　　）A．做有用功多的机器，机械效率一定高B．有用功占总功的比例越大，机械效率越高C．没有摩擦的机械，其效率可以是100%D．做同样的功，额外功越小，机械效率越高
【详解】[1]拉力所做的功为W总=Fs=80N×0.25m=20J
[2]有用功W有=Gh=180N×0.1m=18J
【典例5】用如图所示的滑轮组匀速提升钩码，已知钩码总重8N，弹簧测力计的示数为3N，绳子自由端被拉上去了30 cm，则使用该滑轮组做的总功为 J，额外功为 J，这个滑轮组的机械效率是 。
1．一个滑轮组经改进提高了机械效率，用它把同一物体匀速提升同样的高度，改进后与改进前相比较（　　）A．总功不变，有用功增加了B．总功不变，额外功减小了C．有用功不变，总功减小了D．以上说法都不对
2．某小区正在进行改造施工，工人用如图所示的滑轮组将750N的沙子匀速提升了10m，若工人所用的拉力为400N，则该滑轮组的机械效率为 。使用该滑轮组既能 又能改变力的方向。使用滑轮组 （选填“能”或“不能”）省功。
3．工人用上图所示的输送带运输苹果，已知整箱苹果重800N，斜面长4m，输送带的额定功率为500W，箱子匀速运输到车上用时4s。在这个过程中输送带的动力为 N，若输送带的机械效率为60%，则输送带上苹果被输送到了 m的高度。
4．如图所示，杠杆在竖直向下拉力F的作用下将一物体缓慢匀速提升，下表是提升物体时收集到的信息。
若不计杠杆自重和摩擦，拉力应为 N；若实际拉力F为90N，则该杠杆的机械效率为 。
5．如图，斜面长s＝10m，高h＝4m，用沿斜面方向的拉力F，将一个重为100N的物体由斜面底端A处匀速拉到顶端B处，运动过程中物体克服摩擦力做了100J的功，则运动过程中克服物体的重力做的功为 J；斜面的机械效率为 ；拉力F的大小为 N。