Biles:首先很抱歉,这章有很多图片没导过来,我懒了(导来导去真的麻烦)所以这个知识点不是很完整。抱歉,#不喜勿喷无图致歉
以后会补,谢谢大家了。
下次更9年级的了,明天,歇一天,后天更,有时间我会出一个八年级物理总结,没想好咋弄呢,各位可以提提建议。
就这样,晚安。
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1.能结合实例分析什么是有用功、额外功和总功。
2.能说出机械效率的含义,知道机械效率总是小于1。能利用机械效率的公式进行简单的计算。
3.通过实验了解滑轮组机械效率的高低与物体重力的大小有关。
相关知识链接
1.弹簧测力计的使用方法:使用前要先调零,看好量程和分度值;使用时应让力的方向沿着弹簧的中心轴线方向。
2.功的计算公式:W=Fs。
3.省力杠杆的特点:省力但费距离;费力杠杆的特点:费力但省距离。
4.使用滑轮组时,不计摩擦和绳重,拉力F=
1
n
(G+G动);绳子自由端移动的距离s=nh。
知识点一 有用功和额外功
1.使用机械做功与不使用机械直接做功是否相同
提出问题:不使用机械直接提升物体做的功,与使用机械提升物体时做的功相同吗?
制订计划与设计实验:参照如图12-3-1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)用弹簧测力计并借助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。比较弹簧测力计拉力两次所做的功,你能发现什么?找出原因。
实验器材:弹簧测力计、钩码2个、动滑轮1个、细绳1条、铁架台。
实验过程:(1)用弹簧测力计直接将重为4N的钩码匀速提升0.5m,记下弹簧测力计的示数F1和钩码在F1方向上移动的距离s1。
(2)用弹簧测力计并借助一个动滑轮将重4N的钩码匀速提升0.5m,记下弹簧测力计的示数F2和绳子自由端在F2方向上移动的距离s2。
实验记录:如下表所示
注意
实验中保持重物匀速缓慢上升,弹簧测力计应做勾速运动;实验中用弹簧测力计通过一个动滑轮使重物匀速上升相同的高度h,拉力经过的距离s=2h。
分析论证:(1)用弹簧测力计直接将钩码提升0.5m,拉力F1所做的功为W1=F1s1=4N×0.5m=2J。
(2)用弹簧测力计借助一个动滑轮将钩码提升0.5m,拉力F2所做的功为W2=F2s2=3N×1m=3J。
(3)W2>W1。
实验结论:利用动滑轮提升重物与直接用手提升重物相比并不省功。
注意
评估:利用动滑轮提升重物多做的功源于哪里?
使用动滑轮有一半的力,但拉力移动的距高增加了一倍,加上动滑轮的自重、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.有用功、额外功和总功
(1)有用功:用滑轮提起重物时,将重物提升一定高度所做的功,叫做有用功,用W有表示。有用功是为了达到某一目的而必须做的功。
(2)额外功:使用滑轮组提升钩码,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不得不做的功。
(3)总功:有用功与额外功之和是总共做的功,叫做总功,用W总表示, W总=W有+W额。总功指拉力做的功,即动力做的功,即W总=Fs。
拓展
功的原理
使用任何机械都不省功。“不省功”有两层含义:其一是对于理想机械,使用机械所做的功跟不用机械所做的功相等;其二是对于非理想机械,使用机械要费功,费功是指使用机械时,人们所做的功要大于不用机械而直接用手所做的功,多做的那一部分功,就是克服机械自重和摩擦所做的功。
3.三种简单机械的有用功、额外功、总功的比较
方法技巧
判断有用功和额外功的方法
判断有用功和额外功,必须抓住做功的目的,为完成目的必须做的功就是有用功;而为达到目的,在过程中不得不做,但对我们没用的功就是额外功。在判断时,要注意如果目的改变了,有用功和额外功也要发生变化。
点拨
有用功可理解为一种“目的”功。在用动滑轮或滑轮组提升重物时,使用机械的目的是提升重物,那么克服重物的重力做的功是有用功,即W有=Gh;用滑轮组拉动重物在水平面上匀速移动时,使用机械的目的是水平移动重物,那么克服物体与水平面间的摩擦力做的功是有用功,即W有=F摩s。有用功、额外功和总功的关系是W总=W有+W额。
知识点二 机械效率
1.定义:有用功跟总功的比值叫做机械效率。
2.公式:η=
W有
W总
。
3.物理意义:机械效率是标志机械做功性能好坏的物理量,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。
注意
(1)机械效率是有用功与总功之比,它只有大小,没有单位。
(2)使用机械做功,不可避免地存在摩擦等,因此额外功是不可避免的。机械效率通常用百分数表示,所以有用功总小于总功,机械效率总是小于1。
4.机械效率的计算
机械效率表达式为η=
W有
W总
,对于三种简单机械的机械效率的计算总结如下:
规律总结
一般情况下,使用各种机械的目的若是将物体举高,则人们克服物体重力所做的功是有用功,克服其他力所做的功是额外功。对有用功与额外功的确定,要从使用机械的目的出发,视情况具体分析,但无论使用哪种简单机械,拉力(动力)所做的功一定是总功。
知识点三 测量滑轮组的机械效率
1.测量滑轮组的机械效率
【实验目的】会组装滑轮组并测量滑轮组的机械效率,探究影响滑轮组机械效率的因素。
【实验原理】η=
W有
W总
=
Gh
Fs
。
【实验器材】定滑轮和动滑轮组成的滑轮组、弹簧测力计、钩码、刻度尺。
【实验步骤】(1)按照图12-3-8甲所示安装滑轮组,用弹簧测力计测出钩码所受的重力G,分别记下钩码和绳端的位置。
注意
静止时读数。
目的是测量h和s,h和s可分别用刻度尺测出,也可用刻度尺测出h,由s=nh求出s。
要竖直匀速拉动弹簧测力计,不能倾斜。读弹簧测力计的示数时不能静止读数,因为匀速拉动时,需克服摩擦力,而静止时无摩擦力,弹簧测力计示数偏小。
(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。
注意
这种情况下弹簧测力计示数稳定易读数。
(3)应用公式W有=Gh、W总=Fs、η=
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。
注意
改变物重是为了研究滑轮组的机械效率与物重是否有关。
(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。
注意
换用不同滑轮组是为了改变动滑轮的重力,研究滑轮组的机械效率与动滑轮重力是否有关。
【实验表格】
规律总结
不考虑摩擦和绳重,不同滑轮组提升同一重物时,动滑轮个数越多,η越小;同一滑轮组提升不同的重物时,重物越重,η越大。
【实验分析】由1、2、3次实验可知,提升的钩码重力增加时,有用功增加,额外功基本不变(克服摩擦力及动滑轮重力做的功基本不变),由η=
W有
W总
=
W有
W有+W额
可知,机械效率会升高。同一装置的机械效率与被提升的物重有关,物重增大,机械效率升高。
由1、4两次实验可知,使用两个滑轮组提升相同的钩码,做的有用功相同,但滑轮组丙的动滑轮个数多,所做的额外功多,由η=
W有
W有+W额
可知,当有用功相同时,额外功越多,机械效率越低,故滑轮组丙的机械效率小于滑轮组甲的机械效率。
【探究归纳】①同一装置的机械效率并不是固定不变的,与被提升的物重有关,物重增大,机械效率升高;②机械效率还与机械装置本身有关,与其结构、轻巧程度以及润滑程度都有关系。
注意
若用同一滑轮组提升相同的重物,在不计绳重和摩擦的情况下,只改变绕绳方式,由η=
G
G+G动
可知,机械效率大小不变。
拓展
理论推导:由η=
W有
W总
=
W有
W有+W额
可知,有用功不变时,额外功越小,机械效率越高;在额外功一定时,有用功越大,有用功占总功的比例就越大,机械效率越高。提高滑轮组机械效率的具体做法:减小动滑轮的重力,减小绳与滑轮间的摩擦,增加物重等。
拓展
探究影响斜面机械效率的因素
制订计划与设计实验:在影响机械效率的许多因素中,摩擦是一个重要因素。例如:把物体拉上斜面时,就要克服物体与斜面之间的摩擦做额外功。做实验时,应该选择光滑程度一样的斜面,如图12-3-10所示,用弹簧测力计匀速拉动小车运动,比较斜面的倾斜程度不同时,斜面的机械效率是否相同。
实验器材:桌面、木块、木板、小车、刻度尺、弹簧测力计、细线等。
实验过程:①将木板用一木块垫起,使其倾斜程度较小,用弹簧测力计沿斜面将小车从斜面底端匀速拉到斜面顶端,记下小车移动的距离s,并测出斜面的高度h,拉力F。②改变木板一端垫起的高度两次,使斜面较陡和最陡,重复实验过程①。
实验记录:将数据记录在下表中,并计算后填入相关值,以下为某次实验的记录。
易误点一 不能正确理解机械效率的概念。
【易误点辨析】在进行浮力的计算时,首先要根据密度关系,判断物体静止时所处的状态是漂浮还是沉底,不然会把V排和V物混为一谈,影响对浮力的计算。
【例】(多选)关于机械效率,下列说法正确的是( )
A.功率越大的机械,机械效率越高
B.机械效率高低与功率大小无关
C.机械效率越低的机械做的功就越少
D.由于有用功总小于总功,故机械效率总小于1
【解析】功率与机械效率是两个截然不同的概念,两者不存在联系,功率大的机械,其机械效率不一定高,故A选项错误,B选项正确;机械效率反映了有用功在总功中所占的比例的大小,机械效率越高,说明有用功在总功中所占的比例越大,不能由此判断出所做功的多少,故C选项错误;由于机械自重及摩擦等因素,使用机械做功时必然存在额外功,即有用功总小于总功,故机械效率总小于1,D选项正确。
【答案】BD
易误点二 在解题时容易忽略机械效率的变化。
【易误点辨析】对于同一机械,机械效率并不是固定不变的,它反映的是机械在某次做功过程中有用功跟总功的比值。同一机械在不同的做功过程中,提起的物重不同,机械效率往往不同。在做题时,容易忽略这一点,造成错解。我们在解题时要注意下一问和上一问之间提升的物重是否发生变化,若提升的物重发生变化,则机械效率就要发生变化。这样,就要重新考虑问题的求解方法,计算时就不能再用原来的机械效率了。
【例】一个工人用滑轮组提升2000N的货物,所用拉力为600N,绳子自由端4s内拉下4m,不考虑绳重和摩擦,求:
(1)此时该滑轮组的机械效率;
(2)若用此滑轮组提升3200N的货物,所需的拉力为多少?
【答案】(1)提升2000N货物时做的有用功
W有=Gh=2000N×
4
4
m=2000J,
总功W总=Fs=600N×4m=2400J,
机械效率η=
W有
W总
=
2000J
2400J
≈83.3%。
(2)动滑轮的重力G动=nF-G=4×600N-2000N=400N,
由于使用同一滑轮组,动滑轮重力不变,则提升3200N的货物时,所需拉力F=
G货+G动
n
=
3200N+400N
4
=900N。