课程内容
第十二章《简单机械》第3节 机械效率
为了帮助我们做功,我们制造了很多机械。比如:杠杆、滑轮等。
这些机械有的省力,有的省距离。
使用这些机械,做的功都一样多吗?
下面我们就以动滑轮为例进行研究。
做功目的:提升两个钩码0.1m,钩码重2N。
做功方式:直接做功和使用动滑轮
直接做功:W直=Gh=2N×0.1m=0.2J
使用动滑轮做功:W机=Fs=1.2N×0.2m=0.24J
分析:
W机-W直=0.04J
使用机械多做了0.04J的功,这些功用于克服摩擦。
而在使用机械时,摩擦又是不可避免的。
结论:使用机械做功时,都要额外做功。
有用功:满足我们做功目的。
总功:使用机械实际做的功。
额外功:由于机械自重和摩擦等因素影响,而不得不做的功(无用付出)。
一、功的类型(根据做功的目的来分类)
有用功:满足我们做功的目的,对我们有价值的功
计作:W有(一般是指提升重物时,克服物体重力做的功)
额外功:对我们既无利用价值而又不得不做的功
计作:W额(一般是指克服摩擦或动滑轮重力做的功)
总功:有用功加额外功。(一般是指拉力做的功)
计作:W总
W总=W有+W额
你能区分哪些是有用功,哪些是额外功吗?
1、用水桶从井中提水时,所做的功中哪些是有用功?哪些是额外功?
2、如果桶掉到井里,从井里捞桶时,捞上的桶里带了些水。所做的功中哪些是有用功?哪些是额外功?
二、机械效率
在使用机械工作时,有用功在总功中所占份额越多越好。它反映了机械的一种性能,物理学中表示为机械效率。
1、定义:有用功跟总功的比值。(η)
2、公式:η=W有/W总
3、用百分数表示,没有单位。
4、由于W额必然存在,机械效率总小于1。
思考:某机器的机械效率为70%是什么意思?
练一练
1、关于机械效率的说法中正确的是( )
A、越省力的机械,效率越高
B、做有用功越多的机械,效率越高
C、做相同的功,额外功的值越小,效率越高
D、做功越快的机械,效率越高
2、如图,忽略绳重和摩擦,用拉力F拉着10N的重物匀速上升,绳子自由端移动1m,动滑轮重力2N,
求:(1)拉力F;
(2)物体上升的距离;
(3)有用功,总功,机械效率。
三、测量滑轮组的机械效率
实验原理:W有=Gh W总=Fs
η=W有/W总=Gh/Fs
实验器材:G、h、F、s
弹簧测力计、刻度尺、铁架台、滑轮、细线、钩码。
注意事项:竖直向上,缓慢匀速拉动测力计。
测量滑轮组机械效率
|
G轮/N |
G钩/N |
h/m |
F/N |
s/m |
W有/J |
W总/J |
η |
1 |
0.5 |
4 |
0.2 |
2.3 |
0.4 |
0.8 |
0.92 |
87% |
2 |
0.5 |
4 |
0.4 |
2.3 |
0.8 |
0.8 |
0.92 |
87% |
3 |
0.9 |
4 |
0.2 |
2.5 |
0.4 |
0.8 |
1 |
80% |
4 |
0.5 |
6 |
0.2 |
3.3 |
0.4 |
1.2 |
1.32 |
91% |
比较1、2两组数据可得到的结论:滑轮组的机械效率与提升高度无关。
比较1、3两组数据可得到的结论:动滑轮越重,滑轮组的机械效率越低。
比较1、4两组数据可得到的结论:提升物体越重,滑轮组的机械效率越高。
影响滑轮组机械效率的因素
滑轮组的机械效率与物体重力和动滑轮重力有关,与提升高度无关。
物重越大,效率越高;
动滑轮越重,效率越低。
那么怎样提高滑轮组的机械效率呢?
·减小摩擦;
·减小动滑轮和绳重;
·增加提升物体的重力。
练一练
1、图为测量滑轮组机械效率的实验装置,钩码总重6N。
(1)实验时要竖直向上______拉动弹簧测力计,由图可知拉力大小为______N,若钩码上升的高度为8cm,则弹簧测力计向上移动______cm,该滑轮组的机械效率为______。
(2)若仅增加钩码的个数,该滑轮组的机械效率将______(选填:“增大”、“减小”或“不变”)
2、在“测滑轮组机械效率”的实验中,用同一滑轮组进行两次实验,实验数据如下表:
(1)此实验所用滑轮组中,承担物重的绳子段数是______。
(2)第一次实验测得滑轮组的机械效率为______,第二次实验时滑轮组的机械效率______第一次的机械效率(选填“大于”、“小于”或“等于”)
次数 |
钩码重/N |
钩码上升高度/cm |
弹簧测力计示数/N |
弹簧测力计移动距离/cm |
1 |
2 |
10 |
0.8 |
40 |
2 |
5 |
5 |
1.5 |
20 |