113如何提高机械效率

11.3如何提高机械效率使用任何机械都不省功，即：W1=W2功的两个必要因素：作用在物体上的力，物体在力的方向上通过一段距离。温故知新什么是功？功的两个必要因素是什么？作用在物体上的力，使物体在力的方向上移动了一段距离，就说这个力对物体做了机械功，简称做了功。功的原理是什么？h机械功原理（理想机械）：使用任何机械都不省功，即：W1=W2如果不是理想机械呢?(机械自重和摩擦不忽略)直接用手做的功：W1=F1h=Gh使用滑轮时，由于存在滑轮的自重和摩擦，拉力所做的功：W2=F2hGhW3=F3·2hGh先从使用滑轮做功开始研究显然，W2W1，W3W1说明使用机械是要多做功的一、什么是有用功与额外功活动1：分析有用功与额外功拉力对滑轮组做功时：①重物所做的功②对动滑轮的自重所做的功；④克服各部件之间的摩擦力所做的功。③对绳子的自重所做的功；我们需要的功我们不需要但又不得不做的功有用功：克服重物重力所做的功，用W有用表示，即：W有用=G·h额外功：克服动滑轮和绳子重力所做的功，以及克服摩擦力所做的功，用W额外表示。总功：拉力对滑轮组所做的功，用W总表示，即W总=F·s机械的三种功三种功的数量关系W总=W有用+W额外在利用挖掘机挖掘、搬运泥土的过程中有用功：克服泥土重力所做的功，即W有用=G·h额外功：克服抓斗和机臂重力所做的功，以及克服机件之间摩擦力所做的功。总功：柴油机对挖掘机所做的功。W总=W有用+W额外分析下列做功过程中的三种功：触类旁通：（1）用桶从井中提水W有用：W额外：W总：提升水所做的功对水桶和绳子所做的功手的拉力所做的功（2）桶掉到井里，把桶从井中捞起W有用：W额外：W总：对水桶所做的功对水和绳子所做的功手的拉力所做的功你现在理解了有用功的意义吗？合作研究：把同样多的砂子运到三楼，下面三种方案中哪种较好？方案①方案②方案③有用功（J）额外功（J）总功（J）有用功与总功比值6006006001802520903120780690把你的计算结果填写在下表中你希望额外功多些还是少些？你认为哪种方案好些，哪种方案差些？在这些方案中，哪些功是一点不能减少的，哪些功是可以减少一些的？76.9％19.2％87.0％分别计算出上述方案中的“有用功与总功的比值”，想一想这个比值的大小与你的判断有何联系？二、什么是机械效率通过上面的研究，我们发现，在使用机械做功时，额外功是不可避免的，但我们总希望做的额外功越少越好，也就是有用功在总功中所占的比例越大越好。有用功占的比例越大，说明机械工作的效率越高。定义：把有用功W有用与总功W总的比值，叫做机械效率。表达式：η=———×100％W有用W总想一想，议一议（1）机械效率的高低表示的物理意义是什么？（2）机械效率的单位是什么？（3）为什么机械效率总小于1？能不能等于1？有用功在总功中所占比例的高低；机械效率是衡量机械优劣的重要指标。机械效率是W有用与W总的比值，是一个纯数字，通常用百分数表示，没有单位。使用机械做功时，一般情况下，不可避免地要做一部分额外功，有用功总小于总功，所以机械效率总小于1；但理想情况下，即不考虑机械自身的重力，不考虑摩擦时，机械效率可等于1，这种机械称为理想机械。例1：如图所示，建筑工人用滑轮组把重为220N的材料提起2m，所用拉力80N，不考虑绳重及摩擦,求：（1）该滑轮组的机械效率？（2）该滑轮组的动滑轮重力。解：W有用=Gh=220N2m=440JW总=Fs=F·3h=80N×3×2m=480Jη=———×100％=W有用W总=——-×100％≈91.7％440J480J×例2：如图，建筑工人用滑轮组提升重为220N的物体，动滑轮重为20N，工人将绳子匀速向上拉了6m。（1）在不计滑轮与轴之间的摩擦及绳重情况下，滑轮组的机械效率η1是多少？（2）若考虑摩擦及绳重，工人实际拉绳子的力是85N，则滑轮组的机械效率η2是多少？额外功W额外是多少？已知：G桶=220N，G动滑轮=20N，s=6m，n=3求：（1）η1（2）η2、W额外解：（1）h=——=——=2msn6m3η1=———×100％=——×100％≈91.7％W有用=G桶h=220N×2m=440JW额外=G动滑轮h=20N×2m=40JW总=W有用+W额外=440J+40J=480JW有用W总440J480J（2）W总=Fs=85N×6m=510Jη2=———×100％=——×100％=86.3％W有用W总440J510JW额外=W总-W有用=510J-440J=70J答：（1）不计绳重及摩擦时，滑轮组的机械效率约为91.7％；（2）考虑摩擦及绳重时，滑轮组的机械效率为86.3％，额外功为40J。活动2：测算滑轮组的机械效率实验目的：练习测算机械效率，学会测算方法。实验原理：η=———×100％W有用W总制定计划与设计实验①W有用能否直接测量，需要测量哪些物理量？②W总能否直接测量，需要测量哪些物理量？W有用=Gh，要测出物重G和物体上升的高度hW总=Fs，可测出绳端的拉力F和拉力移动的距离s③实验中，除了滑轮组外，还需要哪些器材？钩码、弹簧测力计、刻度尺、铁架台进行实验与收集证据。②组装滑轮组；③测拉力F——利用滑轮组、弹簧测力计提起重物，注意要匀速提起，并观察弹簧测力计的示数，即测出了拉力F的大小。①用弹簧测力计测钩码的重力G使用弹簧测力计时首先要做什么呢？④测距离s——同时测出钩码上升的高度h⑤把测得的数据填入表格中，并计算有用功、总功和机械效率钩码上升的高度h细绳自由端通过的距离s⑦保持钩码数不变，改变滑轮个数，重复上述实验⑥改变钩码数，重复上述实验实验序号物重G/N拉力F/N提升高度h/m拉力移动的距离s/m120.80.10.3220.80.150.45341.50.10.3441.00.10.5有用功W有用／J总功W总／J机械效率η0.20.240.30.360.40.450.40.583.3﹪83.3﹪88.9﹪80﹪分析论证、得出结论①比较序号1、2：同一滑轮组提起相同的重物时，滑轮组的机械效率的大小与提起的高度无关；②比较序号2、3：同一滑轮组提起不同的重物时，重物越重，滑轮组的机械效率越大，反之，越小；不同的滑轮组提起相同的重物时，动滑轮越多（重），机械效率越低。③比较序号3、4：拓展：实验1与2中，改变了提升的重物的高度，但机械效率并没有改变。如果不测出s、h，能否测出机械效率？尝试归纳：提高滑轮组的机械效率有哪些方法？a、在保障滑轮组安全的条件下，增加提起物体的重量；b、尽量减轻动滑轮的重量；一些机械的机械效率：起重机40﹪——50﹪柴油机28﹪——40﹪抽水机60﹪——80﹪课堂练习1、请你判断：下面说法中是否正确？①有用功越多，机械效率越高（）②额外功越少，机械效率越高（）③物体做功越慢，机械效率越低（）④做总功越多，机械效率越低（）⑤做相同的有用功，额外功越少，机械效率越高（）⑥做相同的总功时，有用功越多，机械效率越高（）⑦机械效率越高，越省力（）×××××√√2、如图所示，规格完全相同的绳子绕成甲、乙两个滑轮组，分别提升重为G1和G2的两个物体升高相同高度，G1=G2，不考虑绳重及摩擦，比较它们的拉力大小和机械效率。3、比较下列三个滑轮组机械效率的大小，并简要说明理由．G甲G乙GG丙分析：甲、乙的有用功相等，但乙的额外功更多，所以η甲＞η乙；甲、丙的额外功差不多，但丙的有用功更多，所以η丙＞η甲．∴η丙＞η甲＞η乙1、滑轮组提高重物时:W有＝G物hW总＝FSS=nh知识拓展——nFGnhFhGFShGWW物物物总有.)(忽略摩擦和绳重或动物物动物物额有有总有GGGhGhGhGWWWWW2、滑轮组水平拉动物体时:W有用＝fS物W总＝FS拉S拉=nS物nFfnSFfSFSfSWW物物拉物总有.物体重150N，物体与水平地面的滑动摩擦力为30N，绳的自由端的拉力是20，求物体向左匀速运动4m时滑轮组的机械效率为多大？练习在常见的一些简单机械中，除了滑轮组，常见的还有斜面，它们在工作中，有用功是哪些?如何计算？额外功是哪些?如何计算？Fhs斜面的额外功：W额＝fS斜面的有用功:W有=Gh斜面的总功:W总=FS如图所示，斜面长5m，高1m，工人用沿斜面方向400N的力把重1600N的集装箱匀速推到车上，求：斜面的机械效率练习4本节小结有用功——有利用价值的功。总功——动力对机械所做的功。额外功——对人们无利用价值而又不得不做的功。W总=W有用+W额外二、机械效率：一、机械的三种功：1、定义：把有用功与总功的比值，叫做机械效率。额外有用有用总有用公式WWWWW%100:2、注：功率表示做功的快慢,机械效率表示机械做功的有效程度,即有用功占总功的比例,两者没有必然的联系,所以”功率大则机械效率就高”的说法是完全错误的。