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备课资源:测滑轮组机械效率.docx
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备课资源:测滑轮组机械效率.docx
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学科:物理
教学内容:测滑轮组的机械效率
课前准备
一、新课标学习要求
1.知识与技能
会测定滑轮组的机械效率
2.过程与方法
在实验过程中,培养设计实验、收集实验数据、从实验中归纳科学规律的能力.
3.情感、态度与价值观
尊重实验事实、培养合作与交流的良好品质.
二、整体感知
三、相关知识
变速自行车变速的道理
自行车能够前进运动,是靠人用脚踩动脚蹬板来提供动力,驱使后轮转动产生摩擦力而
形成的,而后轮的转动是通讨链条把中轴、后轴上的花盘轮和飞轮相连带动,两轮每个齿与
各链条间的孔对应,花盘转过一个齿,飞轮也转过一个齿,绝不可能打滑.新型变速自行车
中,中轴花盘上几个直径不同,齿数不同的齿盘,后轴飞轮有几个直径、齿数不同的齿盘,
选择不同齿数的齿盘,通过链条相连带动,后轮转动快慢就改变了.
四、学法点拨
本节是节实验课,主要是研究滑轮组的机械效率及其影响因素,做好此实验的关键是正
确测出物重、弹簧测力计的拉力、物体升高的高度和绳自由端移动的距离.在实验操作过程
中要使弹簧测力计匀速上升,要注意与同学合作交流、共同完成.
教材知识全解
一、同定滑轮组的机械效率
深究:
提出问题:使用不同的滑轮组提升同一个物体,滑轮组的机械效率相同吗?
猜想与假设:不同的滑轮组的机械效率可能不同.
实验探究:
(1)用一个动滑轮和一个定滑轮组成的滑轮组提升四个钩码,记录钩码的重力、弹簧
测力计的拉力、钩码上升的高度、绳自由端移动的距离.
(2)用两个动滑轮和两个定滑轮组成的滑轮组提升四个钩码,记录钩码的重力、弹簧
测力计的拉力、钩码上升的高度、绳自由端移动的距离.
(3)分别计算出有用功、总功和机械效率.
通过与同学们交流讨论,你能得到什么结论?
二、机械效率总是一定的吗
探究:
提出问题:既然使用机械有一个效率问题,那影响机械效率的因素有哪些呢?
猜想与假设:机械本身的重或是机械之间的摩擦力大小可能会影响机械的效率.
(1)用水桶提水时,水桶越轻,我们对它做的额外功越少,则效率越大;
(2)同样用水桶提水时,装的水越多,我们做的总功会越大,而对水桶做的额外功也
会相对越少,也可以提高效率;
(3)同理,在用滑轮组提升物体时,所提升的物体越重,会相对减少额外功,达到提
高机械效率的目的.
说明
①机械的效率并不是固定不变的,而是随着不同的工作状态和环境而变化的.例如:一
个组装好的滑轮组,其提起的物重越大,则其机械效率越高,因为此时的额外功(提起机械
本身所需要的功)相对越小;当然,由于机械间的摩擦而造成的额外功并不会减小.
②提高机械效率,更充分地发挥机械设备的作用,有重要的经济意义.提高机械效率的
主要办法是改进结构,使它更合理、更轻巧.在使用中按照技术规程经常保养,定时润滑,
使机械处于良好的运转状态,对于保持和提高机械效率也有重要作用.
起重机的机械效率是 40~50%,滑轮组的机械效率是 50~70%,抽水机的机械效率是
60~80%.
三、提高机械效率的方法
1.尽量减少额外力,采取减轻机械本身的重和加润滑油减小摩擦的办法.
2.当额外功一定时,在机械能承受的范围内尽可能增加每次提起重物的重力,充分发挥
机械的作用.
典型例题精析
题型Ⅰ 面向全体、双基巩固
例 1 用同一滑轮组分别把 100N 和 200N 的重物匀速提高 5m,如果两种情况下的额外功
相等,则( ).
A.所做的总功不相等 B.所做的有用功不相等
C.两次的机械效率相等 D.用于拉绳子的力两次相等
解析:匀速提高物体时,有用功 W
有
=Gh,因为物重不同,所以两次用于拉绳子的力以
及有用功必然不相等.在额外功一定的情况下,有用功越多,则有用功在总功中所占的比例
也必然会增大,所以机械效率也就不会相同.
答案:B
注意
尽管是同一个滑轮组,但它们的机械效率却并不相同,要注意理解.
例 2 不计摩擦,将一动滑轮改为定滑轮来提高重物,这样一定能( ).
A.提高机械效率 B.提高功率 C.改变用力方向 D.节省力
解析:使用定滑轮提高重物,只能改变力的方向,但不能省力;用动滑轮提高重物时,
尽管省力,但要克服动滑轮的重力多做额外功,所以效率会很低.功率是反映做功快慢的,
它的大小由做功的人来决定.如果慢慢地提高重物,则功率会很低,反之若很快地提起重物,
则功率也会提高.所以 B、D 是错误的.
答案:AC
评注:若将定滑轮改为动滑轮使用,省力了但效率却降低,意味着效率高低与省力多少
没有关系.
例 3 (2004·广东省)用图 9-6-1 所示的滑轮组将重为 G 的物体匀速提升 h,绳子移动
的距离为 ;所做的有用功为 ;设所用的拉力为 F,则该滑轮组的机械效
率为 .
分析:动滑轮上有三股绳子,重物 G 上升 h,则绳子自由端移动的距离为 3h,有用功为
W
有
=Gh.拉力 F 所做的功为 W
总
=Fs=3Fh,机械效率为
η
=
F
G
Fh
Gh
W
W
33
��
总
有
.
答案:3h Gh G/3F
题型Ⅱ 生活·物理·社会
例 4 (2004·河北)如图 9-6-2 所示,某同学用一个动滑轮匀速提起一袋质量是 18kg
的面粉,所用的拉力是 100N,则动滑轮的机械效率是 .若用此动滑轮匀速提起一袋质
量是 25kg 的大米,此动滑轮重 20N,当拉绳的速度是 m/s 时,拉力的功率为 54W.(g
取 10N/kg,绳重和摩擦不计)
解析:不计绳重和摩擦时,提起动滑轮所做的功为额外功的全部.当匀速提起 25kg 的大
米,做功对象变化了,该动滑轮的机械效率将会发生改变.
答案:(1)提起面粉时的机械效率
η
=
N
kgNkg
F
gm
sF
hG
W
W
1002
/1018
2
1
1
1
1
�
�
���
总
有
=90%
(2)动滑轮的重力因为有两段绳子连接着动滑轮,所以 2F
1
=G
1
+G
动
提起大米时所用的拉力大小 F
2
=
2
20/1025
2
2
��
�
�
kgNkg
GG
动
=135N
根据 P=F
2
υ
,则绳子自由端的速度
υ
=
N
W
F
P
135
54
2
�
=0.4m/s.
例 5 外力对水泵做 7×1O
5
J 的总功,水泵把 5×1O
3
kg 的水送到 10m 的高处,计算:
(1)水泵完成的有用功?
(2 水泵的机械效率?
解析:(1)水泵完成的有用功 W
有
=Gh=mgh=5×10
3
kg×10N/kg×10m=5×10
5
J
(2)该水泵的机械效率
η
=
J
J
W
W
5
5
107
105
�
�
�
总
有
≈71%.
答案:(1)5×10
5
J (2)71%
例 6 (2004·河南省)某建筑工地用图 9-6-3 所示的滑轮组搬运建筑材料,若工人用
120N 的拉力 F 将重 300N 的建筑材料匀速吊起,则滑轮组的机械效率为 .
解析:由于动滑轮上有 3 股绳子,建筑材料上升 h,则绳自由端移动 3h,由
η
=
F
G
Fh
Gh
W
W
33
��
总
有
便可求得.
答案:83.3%
题型Ⅲ 开放与创新
例 7 (2003·河南省)在做“测滑轮组的机械效率”的实验中,小明和同学们测得图
9-6-4 中甲、乙两个滑轮组的机械效率不同.
(1)实验后小明想:对于同一个滑轮组,它的机械效率是否不变呢?经过思考后他认
为:即使像图 9-6-4 中甲那样已绕好的滑轮组,机械效率也不是固定的,还应该与 有
关,并用实验证明了自己的猜想是正确的.你认为小明的实验方法是: .
(2)小明将自己所做的上述实验告诉他的同学,大家探究的欲望更加强烈,大家认为:
用滑轮组提升重物时,提升动滑轮所做的功是没有用的,所以 也应该是影响滑轮组机
械效率高低的主要因素.小明说,其实大家已测得的甲、乙两个滑轮组的机械效率不同,就
证明了这一点.
杨老师提醒同学们说:大家应该注意到,在探究影响滑轮组机械效率高低的因素时,我
们没有考虑摩擦的因素.
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