1.通過實(shí)驗(yàn)探究動(dòng)滑輪是否省功，知道任何機(jī)械都不能省功2.通過分析，知道有用功、總功、額外功及它們之間的關(guān)系3.理解機(jī)械效率的概念，知道機(jī)械效率的計(jì)算公式，會(huì)運(yùn)用公式計(jì)算簡單機(jī)械的機(jī)械效率4.知道機(jī)械效率的物理意義，知道實(shí)際機(jī)械效率不可能是100%,了解影響機(jī)械效率的因素，知道提高滑輪組機(jī)械效率的方法5.了解斜面和螺旋
工人通過滑輪組、定滑輪和輪軸提升豎井中的重物。工人為什么不直接提起重物，而是用這么多的簡單機(jī)械進(jìn)行組合呢?使用滑輪組、定滑輪和輪軸這些簡單機(jī)械的優(yōu)勢是什么?
人們使用杠桿、輪軸、滑輪等機(jī)械是為了達(dá)到一定的目的。在使用中，有的機(jī)械可以省力，有的機(jī)械可以改變作用力的方向或達(dá)到“省距離”的效果。那么，使用機(jī)械能省功嗎?怎樣判斷使用機(jī)械是否省功呢?
實(shí)驗(yàn)：探究使用動(dòng)滑輪是否省功
1.實(shí)驗(yàn)思路：比較使用機(jī)械和不使用機(jī)械兩種情況下，對同一物體完成同一工作任務(wù)的過程中，人所做的功的大小關(guān)系。
2.實(shí)驗(yàn)器材：重物、鐵架臺(tái)、動(dòng)滑輪裝置、彈簧測力計(jì)、皮尺等。
（1）直接用手通過彈簧測力計(jì)勻速豎直提起一個(gè)重物，讀出彈簧測力計(jì)的示數(shù)，測出重物移動(dòng)的距離并計(jì)算出拉力對重物做的功W1。
（2）再用彈簧測力計(jì)通過一個(gè)動(dòng)滑輪提起這個(gè)重物，使重物勻速上升相同的高度，測算出對繩端的拉力做的功為W2。比較W1、W2的大小就可以探究使用動(dòng)滑輪是否省功。
5.實(shí)驗(yàn)結(jié)論：W2＞W(wǎng)1，實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明使用動(dòng)滑輪不省功。
為什么使用動(dòng)滑輪省力卻不省功?
①直接用彈簧測力計(jì)勻速豎直提升重物，只需提升重物做功。
②豎直拉動(dòng)繩子使動(dòng)滑輪和重物一起上升時(shí)，既要提升重物做功，也要提升繩子和動(dòng)滑輪做功，還要克服動(dòng)滑輪上的摩擦做功，因此使用動(dòng)滑輪并不省功。
大量實(shí)驗(yàn)表明:使用任何機(jī)械都不能省功。
在用動(dòng)滑輪提升重物時(shí)，動(dòng)滑輪對物體所做的功是有用的，這部分功叫作有用功（W有用）。
有用功與額外功的總和即拉力所做的功叫作總功（W總）。
提升重物時(shí)，不可避免地要對繩子和動(dòng)滑輪本身做功，這部分叫作額外功（W額外）。
實(shí)例分析：小明利用動(dòng)滑輪把木料拉上四樓時(shí)，手拉繩子做的功與動(dòng)滑輪對木料做的功相等嗎？
有用功在總功中所占的比例越大越好。有用功占的比例越大，說明機(jī)械工作的效率越高。
定義：我們用有用功跟總功的比值來描述機(jī)械的這種特性，稱之為機(jī)械效率。機(jī)械效率用符號η表示。
（1）對于實(shí)際機(jī)械，由于額外功的存在，總有W有用＜W總，因此η＜100％。
（2）例：起重機(jī)的機(jī)械效率為40％~ 50％的意思是什么？
說明：使用起重機(jī)提升重物時(shí)所做的有用功跟總功的比值是40％~ 50％ ，也可以說有用功在總功中占有40％~ 50％ ，另外的占比做的是額外功。
分析如何提高機(jī)械效率：
1.額外功不變時(shí)，增加有用功，如，增加鉤碼的重力，上升相同高度時(shí)，有用功增加，機(jī)械效率增加。
2.有用功不變時(shí)，減少額外功，如，同一鉤碼被提升相同高度，有用功一定，可以通過減少額外功，機(jī)械效率也會(huì)增加。
經(jīng)常保養(yǎng)、定時(shí)潤滑以減小滑輪的輪與軸之間摩擦，減小動(dòng)滑輪的自重，減小繩子的重力等方法。
思考：此圖中克服摩擦力做功是有用功還是額外功？
使物體勻速直線運(yùn)動(dòng)是目的，克服物體與水平面之間的摩擦力做功能達(dá)到目的，所以做的功是有用功。
桶和沙子所受的總重力G桶沙 =m桶沙g=118 kg ×10 N/ kg =1180N。
動(dòng)滑輪所受的重力G動(dòng)=m動(dòng)g=2 kg×10 N/kg=20N。
提升桶和沙子做的有用功W有用 =G桶沙h =1 180N×9m=10620J。
忽略摩擦和繩重，提升動(dòng)滑輪做的功是額外功W額外 =G動(dòng)h =20N×9m=180J。
拉力所做的總功W總=W有用+W額外=10620J+180J=10800J。
滑輪組的機(jī)械效率 = =98.3%。
1.使用滑輪組提升重物時(shí)，影響其機(jī)械效率的因素有哪些?
重物所受重力；動(dòng)滑輪所受重力；繩子所受重力；繩子與滑輪之間的摩擦等等。
2.某公司的一幅廣告宣傳畫，一個(gè)巨大的滑輪提起一個(gè)小皮箱，宣傳文宇寫著“事無大小，必盡全力”。請你分析滑輪組機(jī)械效率與物重的定性關(guān)系，并結(jié)合這個(gè)關(guān)系談一談你對這幅廣告宣傳畫中觀點(diǎn)的看法。
查閱資料，了解人類使用機(jī)械的歷史，寫一份調(diào)查報(bào)告或制作一期壁報(bào)，并與同學(xué)交流。
工人在將較重的貨物搬到貨車上時(shí)，往往會(huì)借助斜面，這樣就會(huì)輕松許多。斜面是與水平面成一定角度的平面，也是簡單機(jī)械的一種。
把三角形紙片繞在一支長鉛筆上，就可以體會(huì)到斜面變形成為螺旋的過程。
螺旋有一個(gè)特點(diǎn)，可以將繞軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)與沿軸的直線運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行相互轉(zhuǎn)化，所以螺旋有許多巧妙的應(yīng)用。
螺旋審生活中的其他應(yīng)用：
一般來說，斜面的傾斜角度越小越省力，機(jī)械效率越低。
影響斜面機(jī)械效率的因素
生產(chǎn)和生活中經(jīng)常使用各種機(jī)械，在使用機(jī)械時(shí)，下列說法中正確的是（　　）A．可以省力，同時(shí)也可以省功B．可以省力或省距離，但不能省功C．只有在費(fèi)力情況時(shí)才能省功D．可以省距離，同時(shí)也可以省功
做功快慢與機(jī)械效率無關(guān)
水桶掉進(jìn)水里，打撈時(shí)桶里帶了些水，下列關(guān)于該過程做功的說法中正確的是（　?。〢．對桶所做的功是有用功B．對桶所做的功是額外功C．對水所做的功是有用功D．對水所做的功是總功
目的需求，即使克服水和桶的重力做功，也是有用功
如圖所示，在的水平拉力作用下，使的物塊沿水平地面勻速直線向左運(yùn)動(dòng)。已知拉力做的額外功為12J，滑輪組的機(jī)械效率為80%，，不計(jì)繩子和滑輪的重量。則在上述過程中，拉力做的總功為_______J，物塊與水平地面的滑動(dòng)摩擦力大小為_______N。
注意功率與機(jī)械效率無關(guān)

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第五節(jié) 探究使用機(jī)械是否省功

版本： 北師大版（2024）

年級： 八年級下冊（2024）

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