初中物理机械效率导学案及答案

这是一份初中物理机械效率导学案及答案，共9页。学案主要包含了学习目标，学习重点，学习难点，自主预习，探究新知，想想议议，当堂练习，课后反思等内容，欢迎下载使用。
【学习目标】
1．知道什么是有用功、额外功和总功.
2．知道什么叫机械效率，知道计算公式，知道械效率总小于1.
3．知道提高机械效率的意义和主要方法.
【学习重点】
1．能结合实例认识什么是有用功、额外功、总功.
2．理解机械效率.
【学习难点】影响滑轮组的机械效率的因素
【自主预习】
1.有用功是对人们有用的功.提升重物时，W有用＝____，额外功是对____目的没有用，但又不得不做的功.总功是人对机械所做的功，W总=____.
2.机械效率的概念：物理学中，将有用功与总功的____叫做机械效率.公式：η＝____；有用功总小于总功，所以机械效率总小于____；机械效率用百分数表示，没有单位.
3. 要提高机械效率，就得减小____功，一般可以减小机械____、减小机件间的____等.
【探究新知】
探究点一 有用功和额外功
（一）探究使用动滑轮是否省功
1.按照如图所示的方法进行实验.
（1）用弹簧测力计将钩码缓慢地提升一定的高度，如图甲所示，计算拉力所做的功.
（2）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，如图乙所示，再次计算拉力所做的功.
比较两次弹簧测力计拉力所做的功，你能发现什么?找出原因.
将数据记录在表格中.
2.分析实验数据可知，使用动滑轮提升钩码所做的功________.
归纳：使用任何机械都________.
3.小组合作学习：讨论为什么使用动滑轮提升钩码做的功比直接用手提升钩码做的功多.
归纳：使用动滑轮轮时，不可避免地要克服____重力、____重力做功，还要克服____做功，所以使用动滑轮所做的功多.
（二）有用功和额外功.
1.小组合作学习：阅读课本，然后讨论使用动滑轮提升钩码时，哪些是我们需要做的功？哪些是我们不需要、但又不得不做的功？
归纳：
（1）有用功：提升重物时，将重物提升一定高度所做的功，叫做有用功，用W有用表示.有用功是为了达到某一目的而要做的功.
（2）额外功：若使用滑轮组提升重物，我们还不得不克服动滑轮本身所受的重力及摩擦力等因素的影响而多做一些功，这部分功叫做额外功，用W额表示.额外功是对人们没有用但又____做的功.
（3）总功：________的总和叫总功，用W总表示，W总=________.若使用滑轮组提升重物，则总功指拉力做的功，即动力做的功，即W=____.
2.【想想议议】
①用水桶从井中提水的时候，所做的功哪部分是有用功，哪部分是额外功？
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②如果桶掉到井里，从井里捞桶的时候，捞上的桶里带了一些水，这种情况下哪部分是有用功，哪部分是额外功？
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3.要把重100N的大米运上三楼.图中用了三种方法，怎样比较哪种方法好？
探究点二机械效率
自学课本，完成以下问题：
1.什么是机械效率？
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2.机械效率的公式？
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3.为什么机械效率总是小于100%？
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注：机械效率是标志机械做功性能的物理量，有用功占总功的比例越大，机械效率越高，这个机械的性能越好.
探究点三滑轮组机械效率的计算
1.用滑轮或滑轮组竖直拉动物体.
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为承担重物的绳子段数.
小组合作学习：推导滑轮组机械效率的计算公式.
（1）机械效率：________.
（2）不计绳重、摩擦力时，机械效率：
.
2.滑轮或滑轮组水平拉动物体（不计滑轮及绳重）
如图所示，使用滑轮或滑轮组用力F沿水平方向匀速拉动物体，物体与水平面的摩擦力为f，s绳为绳子自由端移动的距离，s物为物体移动的距离，n为动滑轮上的绳子段数.
机械效率：________.
3.例题小芳用图所示的滑轮组，将重为8N的物体匀速提升0.5m.已知动滑轮的重为2N，不计绳重和摩擦，分别计算：
（1））拉力F；（2））有用功；（3）绳子自由端移动的距离；（4））总功；（5）机械效率.
探究点四测量滑轮组的机械效率
小组合作学习：
1.测量滑轮组的机械效率，需要测量哪几个量？
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2.实验器材有哪些？
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3.怎样计算有用功？怎样计算总功？机械效率？
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4.实验步骤.
（1）用弹簧测力计测出钩码所受的重力G，按照图甲所示安装滑轮组，分别记下钩码和绳端的位置.
（2）如图乙所示，竖直匀速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实验步骤（1）~（3），将实验数据记入表格，如表格第4次实验.
实验数据：
5.实验结论：
影响滑轮组机械效率的因素：物体的____、动滑轮的____、绳子与滑轮之间的____，与绳子的绕法、绳子段数____.
①动滑轮重一定，物重越大，机械效率越____.
②物重一定，动滑轮越重，机械效率____.
6.交流、讨论：
= 1 \* GB3①动滑轮重力、物重相同时，所测机械效率不同的可能原因是什么？
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= 2 \* GB3②本实验中，如果不使用刻度尺测量距离，能否计算机械效率？
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= 3 \* GB3③如何提高机械效率？
7.例题如图所示，用相同的滑轮和绳，把同一袋沙子从地面提升相同高度，甲图中拉力做的总功为W1，机械效率为η1；乙图中拉力做的总功为W2，机械效率为η2，不计绳重与摩擦，则W1____W2，η1____η2（两空均选填“＞”、“=”或“＜”）.
【当堂练习】
1.生产生活中常常会用到各种机械设备，下列说法中不正确的是（ ）
A．任何机械设备的效率总小于1B．减小机械内部摩擦可以提高其效率
C．提高机械设备的效率可以节能减排D．用机械设备做功越快，其效率越高
2.如图所示，快递小哥为了把较重的货物装入运输车，用同样的器材设计了甲、乙两种方式提升货物.若把同一货物匀速提升到同一高度，忽略绳重和摩擦.下列分析正确的是（ ）
QUOTE ( )
A. 甲方式可以省力
B. 乙方式不能改变力的方向
C. 甲、乙两种方式做的有用功相等
D. 甲、乙两种方式的机械效率相等
3.某实验小组分别用如图所示的甲、乙两个滑轮组（每个滑轮等重），在相同时间内把重物G提升相同高度.若F1和F2大小相等，不计绳重及摩擦，下列说法正确的是（ ）
A．力F1和F2做功的功率相同
B．力F1和F2做的总功相同
C．两个滑轮组机械效率一样大
D．甲滑轮组的机械效率比乙滑轮组高
4.如图所示，利用滑轮组在4s内将一重为9N的物体匀速向上提升了10cm，拉力为4N，不计一切摩擦和绳重，（g取10N/kg）.下列说法正确的是（ ）
A.动滑轮重力为5N
B.滑轮组的机械效率为75％
C.拉力所做的功为0.4J
D.拉力的功率为0.4W
5.如图所示，在不计绳重和摩擦的情况下，用弹簧测力计沿竖直方向匀速拉起重为6N的物体，物体上升0.4m所用时间为4s.此过程中拉力的功率为______W，滑轮组的机械效率为______.
6.如图所示，物体重210N，动滑轮重25N.工人用125N的拉力将物体匀速提升3m，用了10s，此过程中有用功是______J，拉力的功率是______W，滑轮的机械效率是______，克服动滑轮重所做的额外功占总功的______%.
7.如图所示，人用滑轮组拉着重810N的物体使其沿竖直方向以0.1m/s的速度匀速向上运动了5s，人对绳子向下的拉力为300N.求：
（1）物体上升的高度；
（2）滑轮组的机械效率；
（3）拉力功率.
【课后反思】本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些不足，有什么体会.
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参考答案
【自主预习】
1．Gh W有用＋W额
2．比值 EQ \F(W有,W总) 1
3.额外 自重 摩擦
【探究新知】
探究点一 有用功和额外功
（一）2.多 不省功 3.动滑轮 绳子 摩擦力
（二）1.（1）必须（2）不得不
（3）有用功跟额外功 W有用+W额Fs
2.①用水桶从井中提水的时候，提水所做的功是有用功，提桶所做的功是额外功.
②如果桶掉到井里，从井里捞桶的时候，提桶所做的功是有用功，提水所做的功是额外功.
3.①人走楼梯提大米做功情况
W米= Gh=100N×6m=600 J
W桶=Gh=20N×6m= 120 J
W人= Gh=400N×6m= 2400 J
总功W= W米+ W桶+ W人= 600J+120J +2400J =3120J
②人用动滑轮和桶提大米做功情况
W米= Gh=100N×6m=600 J
W桶=Gh=20N×6m= 120 J
W动 = Gh=10N×6m= 60 J
总功W= W米+ W桶+ W动= 600J+120J +60J =780J
③人用动滑轮与口袋提大米做功情况
W米= Gh=100N×6m=600 J
W口袋=Gh=5N×6m= 30 J
W动 = Gh=10N×6m= 60 J
总功W= W米+ W口袋+ W动= 600J+30J +60J =690J
第③种方法最好.
探究点二机械效率
1.有用功跟总功的比值叫做机械效率
2.η＝ EQ \F(W有,W总)
3.由于有用功总小于总功，所以机械效率总小于1.
探究点三滑轮组机械效率的计算
（1）η＝ EQ \F(W有,W总)＝ EQ \F(Gh,Fs)＝ EQ \F(G,nF).
（2）η＝ EQ \F(W有,W总)＝ EQ \F(Gh, Gh+ G动h)＝ EQ \F(G, G+ G动).
2.η＝ EQ \F(W有,W总)＝ EQ \F(fs物,Fs绳)＝ EQ \F(f,nF).
3.（1）5N （2）4J （3）1m （4）5J （5）80%
解析：（1）由图中可知，动滑轮上有两段绳子，可得绳子自由端的拉力为F＝ EQ \F(1,2)（G+G动）＝ EQ \F(1,2)（8N+2N）=5N；
（2）物体上升的高度为0.5m，由W=Fs可得，所做的有用功为W有用＝Gh＝8 N×0.5 m＝4J；
（3）绳子自由端的移动距离为s=2h=2×0.5m=1m；
（4）所做的总功为W总=Fs=5N×1m=5J；
（5））该滑轮组的机械效率为η＝ EQ \F(W有,W总)×100%＝ EQ \F(4J, 5J)×100%=80%.
探究点四测量滑轮组的机械效率
1.物体的重力G及升高的高度h；拉力F及拉力移动的距离s.
2.定滑轮、动滑轮组成的滑轮组，弹簧测力计，钩码和刻度尺.
3. W有用＝Gh，W总＝Fs，η＝ EQ \F(W有,W总).
5.重力 重力 摩擦力 无关 ①高 ②低
6.= 1 \* GB3①绳子与滑轮或滑轮与轴之间的摩擦不同
= 2 \* GB3②可以不用刻度尺测量距离，用下列公式计算，也能得出机械效率.η＝ EQ \F(W有,W总)＝ EQ \F(Gh,Fs)＝ EQ \F(G,nF) ×100%
= 3 \* GB3③增加 减轻 减小
7.＜ ＞
【当堂练习】
1.D 2.C 3.D 4.B 83.3% 6.630 75 84% 10
7.（1）0.5m （2）90% （3）90W
解析：（1）由v=可得物体上升的高度：h=vt=01m/s×5s =0.5m
（2）克服物体重力做的功为有用功;W有=Gh=810N×0.5m=405J
则绳子的末端通过的距离:s=3h=3×0.5m=1.5m
拉力做的功为总功:W总=Fs=300N×1.5m=450J
所以滑轮组的机械效率:
（3）拉力的功率：P==90W.
做功方式
拉力
F/N
拉力移动的
距离s/m
拉力做的
功W/J
直接提升
2个钩码
用动滑轮提
升2个钩码
实验
次数
钩码的
重力G物/N
提升
高度h/m
有用功
W有/J
拉力
F/N
绳端移动的
距离s/m
总功
W总功/J
机械
效率η
1
2
3
4
影响因素
改进措施（提高效率）
被提升
物体的重力
在机械承受的范围内，尽可能被提升物体的重力.
机械自身
的重力
改进机械结构，
动滑轮自身的重力.
机械转动
部件的摩擦
对机械进行保养，保持
良好的润滑，摩擦.