【关键词】设计思想 教学设计 验证猜想 知识反馈 设计总结。
1.设计思想
本教学设计首先从影响滑轮组机械效率注意事项入手进行实验探究，并在此过程中理解实验在科学探究中的作用，通过分析、观察、测量、比较、收集证据，作出解释，然后提出新的课题--如何提高机械效率，鼓励学生学以致用，解决实际问题，让学生经历科学探究过程，培养了学生的探究意识，激发了他们的创新能力。
2.教学设计
总是小于1。那么产生这种现象的原因是什么？
是测量错误还是测量误差？学生讨论：有些学生认为
是读数时产生的测量误差。带着这个想法重新回到 （1）
实验发现所测机械效率还是大于100%。那么是不是测量错误呢？测量错误又是怎样产生的呢？
演示：老师将如图A所示的弹簧秤倒立过来如图B所示，同学们发现了什么？答：发现弹簧缩短了，那么弹簧缩短的原因是什么？
学生提问：既然当弹簧秤向下拉时由于弹簧及挂钩自重影响
滑轮组机械效率的测量，为了避免由于弹簧自重而带来的测量错
误，我们应将弹簧秤向上拉。随后实验小组利用如图（2）所示
通过数据分析实验小组使用同一滑轮组而且钩码重，物体被提升高度均等的情况下为什么机械效率不同呢？
探究二：拉力的方向对滑轮组机械效率的影响
通过（1）（2）两次数据比较发现，拉力F的大小不同，自由端移动的距离不同，为什么不同？让学生带着这个问题重新回到实验发现
在做第一次和第二次实验过程中拉力的方向不同，第一次
使拉力的方向竖直向上，第二次拉力方向与竖直方向成一
定角度如下图C、D所示：
那么拉力的方向不同会导致什么不同呢？学生猜想：动力臂与阻力臂的比值不同。验证猜想，如下图所示当拉力方向分别与竖直方向成00、300、450、600角的情况下此时动力臂分别是阻力臂的2倍 倍、 倍、1倍。
根据杠杆的
平衡条件：动力
×动力臂=阻力
×阻力臂可知当
拉力方向与竖直
方向成300、450、600角时拉力F分别为物重的 、 、1倍，因此当竖直向上拉时拉力F= （G+G轮）/2（忽略磨擦阻力）当斜向上拉时，拉力F的大小大于（G+G轮）/2，而且发现绳子自由端移动的距离并不等于重物上升高度的2倍而是大于2倍，因此，根据公式W总=F·S可知，W总随着α角的增大而增大，故在测量如图（C）所示滑轮组机械效率时拉力方向始终竖直向上且必须是匀速的。
通过利用上述两种滑轮组的机械效率测定发现当拉线从定滑轮出时应考虑弹簧及挂钩的自重，当拉线从动滑轮出时应注意拉力的方向和速度。
过渡：请看插图用一个重为1000N的大型动滑轮提升一个重量为10N的箱子，求该滑轮组的机械效率为多少？（g=10N/kg）
想一想：你是否愿意利用该动滑轮来提升较轻的物体，学生回答：不。因为机械效率低，那么如何提高机械效率呢？学生讨论分析得出要提高机械效率应尽可能减少滑轮自重，尽可能减少各种摩擦阻力，那么同学们的讨论结果是否正确呢？
探究三：探究滑轮自重对机械效率的影响？
通过实验数据分析滑轮自重确实是影响机械效率的一个因素，因此提高机械效率就必须减轻滑轮自重，我们知道滑轮自重不可能无限减小，那么提高机械效率是否还有其它途径呢？
探究四：探究被提升物体重量对机械效率的影响。
实验小组用同一滑轮组提升重量不同的物体分别测定滑轮组的机械效率数据列表如下：
通过数据分析：实验小组利用同一滑轮组提升重量不同的物体时，滑轮组的机械效率也不同，且机械效率随着提升物体重量的增加而增加，因此增加提升物体重量同样也是提高机械效率的途径。
教师对机械效率进行理论分析：
3.知识反馈：
某同学利用三种不同的滑轮组来提升重量不
同的物体时，测得物重与机械效率的关系如
下图所示，那么从G-？图像中可获取哪些信息？
答：1、从a、b、c三条曲线可知滑轮组的机械效率是随着重物的增加而增加，在同一滑轮组中W额不变，增加W有从而提高机械效率。
2、a、b、c三条曲线均无限接近100%，说明使用滑轮组由于W额的存在？永远不会等于1，即？
3、从图像可知在W有（即提升重物G）相同时，使用a曲线对应的滑轮组提升物体时W额最少，而使用C曲线对应的滑轮组提升物体时W额最多，因此我们在生活中应选择a曲线所对应的滑轮组。
4.设计总结
本实验设计从生活走向物理，从物理走向生活，让学生感到知识就在身边，身边蕴藏知识，设计中尤其注重让学生体验经历探究的过程，引导学生对机械效率的探究，学生通过自己的实验探究，不但加深了机械效率概念的理解，而且对"效率"概念有进一步的认识，因为在我们生产、生活中处处讲效率，处处要提高效率，带着效率的思考离开课堂，走向更大的思维空间。
1.（2021·广州模拟）如图所示，小明分别使用甲、乙、丙三种机械匀速提升物体M（绳长不变），测得物体M所受重力和各拉力如表所示，则（
）
A. 乙、丙的机械效率相等
B. 使用图丙斜面可以省力
C. 甲、乙的机械效率相等
D. 甲、丙的机械效率相等
2.（2021·历城模拟）小明在课外兴趣小组探究“影响滑轮组机械效率的因素”时，用同一套滑轮组完成了如图所示的实验。那么他想探究的是：滑轮组机械效率的高低与下列哪个因素的关系
（
）
A. 被提升物体的重力
B. 动滑轮的重力
C. 物体被提升的高度
D. 所用拉力大小
3.（2020九上·陕西月考）甲乙两台机器所做的总功之比是之3：4，机械效率之比是2：1，则它们有用功之比为（
）
A. 3：4 B. 2：3 C. 8：3 D. 3：2
4.（2020九上·陕西月考）下列关于功、功率、机械效率的说法正确的是（
）
A. 物体做功越多，功率一定越大
B. 机器的功率越小，机械效率一定越低
C. 功率不同的机器，做的功一定不相等
D. 额外功与总功之比越小，机械效率一定越大
5.（2020九上·陕西开学考）体重为60kg的工人利用如图滑轮组将一质量为80kg的重物A匀速提升1m，此时该滑轮组的机械效率为80%（不计绳重与摩擦，g取10N/kg），小明对此工作过程及装置作出了以下论断：（
）
①动滑轮重为200N
②此过程中，工人对绳的拉力做功1000J
③重物匀速上升过程中，它的机械能增大
④若增大重物A的质量，该工人用此滑轮组匀速拉起重物时，机械效率不可能达到90%
关于小明的以上论断（
）
A. 只有①③正确
B. 只有②③正确
C. 只有①②③正确
D. ①②③④都正确
6.（2020八下·迁西期末）如图所示，在斜面上将一个重
6N
的物体匀速拉到高处，沿斜面向上的拉力为
2N，斜面长
4m，高
1m。下列说法正确的是（
）
A. 运动过程中，重物共受到三个力的作用
B. 运动过程中，重物的机械能保持不变
C. 斜面的机械效率为
75%
D. 重物受到的摩擦力为
2N
7.（2020·长春模拟）如图所示，两个斜面的粗糙程度相同，现将甲乙两个物体分别从斜面的底端以相同速度匀速拉到顶端，拉力分别F1和F2，且F1=F2，这一过程中，下列说法中正确的是(
)
A. 左侧斜面的机械效率大于右侧斜面的机械效率
B. 左侧斜面的额外功大于右侧斜面的额外功
C. 拉力F1的总功率小于F2的总功率
D. 上升过程中甲物体增加的重力势能小于乙物体增加的重力势能
8.（2020·罗湖模拟）如图所示，一个重为600N的物体，通过滑轮组在25N拉力作用下匀速直线运动了2m。已知物体受到的滑动摩擦力为60N，这过程中，结果错误的是（
）
A. 绳子自由端移动了6m
B. 拉力做了150J的功
C. 滑轮组的额外功为120J
D. 该滑轮组的机械效率为80%
9.（2019九上·南丹期中）如图所示，小明分别用甲、乙两滑轮把同一桶沙从一楼地面提到二楼地面，用甲滑轮所做的总功为
W1
，机械效率为
η1
；用已滑轮所做的总功为
W2
，机械效率为
η2
，若不计绳重与摩擦，则（
）
A. W1=W2
η1=η2
B. W1
η1>η2
C. W1=W2
η1
D. W1>W2
η1
10.（2019·广州）如图所示，把重为G的物体甲从A点竖直向上匀速拉至B点，过程绳的拉力对甲做的功为WAB:用平行于斜面的拉力把重也为G的物体乙沿面从C点匀速拉至B等高的D点，在此过程中的拉力对乙做的功为WCD,斜面的机械效率为（
）
A. WABWCD B. WCDWAB C. GHWCD-WAB D. GHWCD+WAB
11.（2018九上·庐江期末）如图所示，规格完全相同的滑轮组用相同的绳子绕成甲、乙两个滑轮组，分别提起重为G1、G2两个物体，比较它们的省力情况和机械效率（不计摩擦），下列说法中正确的是（
）
A. 若G1=G2，
则F1＜F2，
甲的机械效率较高
B. 若G1=G2，
则F1＞F2，
乙的机械效率较高
C. 若G1＜G2，
则F1＞F2，
甲的机械效率较高
D. 若G1＜G2，
则F1＜F2，
乙的机械效率较高
12.（2018九上·雁塔期中）如图，为了提升重物，我们选用了粗细均匀重为G的杠杆，不计杠杆支点处的摩擦，先后把同一个重物挂在A.B两处，每次用力让重物上升同样的高度，下列说法正确的是（
）
A. 重物在A点处人做的有用功多
B. 重物在B点处人做的有用功多
C. 重物在A点处杠杆的机械效率高
D. 重物在B点处杠杆的机械效率高
13.（2018·常州模拟）用如图甲所示的装置来探究滑轮组的机械效率η与物重G物的关系，改变G物，
竖直向上匀速拉动弹簧测力计，计算并绘出η与G物关系如图乙所示，若不计绳重和摩擦，则下列说法正确的是（
）
A. 同一滑轮组机械效率η随G物的增大而增大，最终将超过100%
B. G物不变，改变图甲中的绕绳方式，滑轮组机械效率将改变
C. 此滑轮组动滑轮的重力为2
N
D. 当G物=6
N时，机械效率η≈
66.7%
14.为模拟盘山公路，现将连接了重1N小球的细线穿入一根长1m的细管，如图，将细管从竖直放置的圆柱体底部a点开始斜向上缠绕5圈后，恰好绕至顶部b点，相邻细管间的高度均为12cm，在b点处通过细线用0.8N的拉力（与管的轴线平行）将管口的小球从a点匀速拉至b点，则缠绕在圆柱体上的细管（模拟的盘山公路）的机械效率为（
）
A. 83.3% B. 80% C. 75% D. 60%
15.（2021·道里模拟）小明利用如图所示的装置沿水平方向匀速拉动一个重2000N，底面积为0.5m2的物体A时，A受到地面的摩擦力为600N，作用在绳端的拉力为250N，则A对地面的压强是________Pa；该装置的机械效率是________。
16.（2021·昆明模拟）如图所示，在左侧A处，利用滑轮组把同一物体（重为G）从水平地面匀速直线拉到高为h的过程中绳端移动距离为________；绳端拉力所做的功为WA
，
右侧B的物体从水平地面匀速直线拉到同一高度，此过程中绳的拉力对物体所做的功为WB
，
该滑轮组机械效率为________；如果其他条件不变，仅增加物体的重量，则滑轮组的机械效率________（选填“增大”、
“不变”或“减小”）。
17.（2020九上·涡阳月考）用如图所示的滑轮将重为60N的物体A匀速提升1m，已知该滑轮的效率为75%，克服机械摩擦所做的功为8J，绳重不计，则动滑轮重为________N。
18.（2020九上·五华月考）如图所示，小明的爸爸用600N的拉力使重1140N的物体在10s内匀速上升了2m（不计摩擦及绳重），此时滑轮组的械效率为________。体重为450N的小明也用此滑轮组来提升同一物体，但物体没有被拉动，当小明对地面的压力为0N时，物体对水平地面的压力为________N。
19.（2020九上·常熟期中）如图甲所示，小明利用滑轮组提升重物，己知重为500N的小明臂力为600N，动滑轮重50N，绳子能承受的最大拉力为800N，随着货物重量的增加，小明绘制了滑轮组的机械效率η和物重G的关系图如图乙所示，请你从滑轮组的使用价值和实际使用情况出发计算ηA=________%、ηB=________%（不计绳重及摩擦、若结果不是整数则保留一位小数）。
20.（2020·百色）如图所示，分别用甲、乙两个滑轮将同一个物体G匀速提升相同的高度h，已知两次拉力之比F甲∶F乙＝5∶3，则这两个过程中有用功之比W甲∶W乙＝________，两个滑轮的机械效率之比η甲∶η乙＝________。
21.（2019九上·安徽月考）小明在探究杠杆机械效率的实验中，将重为30N的物体G挂在一粗细相同质量均匀的长硬棒的中点，在棒的另一端用竖直向上的拉力将物体缓慢匀速提升时效率是75%，若不计摩擦，杠杆自重为________N。
22.（2018八下·汉阳期末）用如图甲所示的装置将实心物体A从深井中吊出来，拉力的功率随时间的变化如图乙所示，已知动滑轮的重力为60
N，物体匀速上升的速度始终为1
m/s(不计绳重、摩擦及阻力，ρ水＝1×103
kg/m3
，
g＝10
N/kg)．则物体浸没在水中时受到的浮力为________N；物体浸没在水中时滑轮组的机械效率为________；
23.（2021·自贡模拟）在探究“滑轮组的机械效率”时，小强利用两组滑轮组进行了4次测量，用一个动滑轮和一个定滑轮测得前3组数据，用两个动滑轮和两个定滑轮测得笫4组数据，如下表所示：
（1）根据表中前3次实验数据，画出甲图中滑轮组的绕绳方法；
（2）某次实验中，竖直向上匀速拉动弹簧测力计时，弹簧测力计示数如图乙所示，为________N。第3次实验时滑轮组的机械效率为________（结果精确到0.1%）；
（3）由表中第________组数据可知，同一滑轮组的机械效率与物重有关；
（4）由表中第3、4组数据可知，不同滑轮组的机械效率与摩擦和________有关；第3组实验中克服摩擦所做的额外功为________J。
24.（2021·眉山模拟）对“斜面的机械效率与什么因素有关”这一课题，小明提出了如下一些值得探究的猜想：
①斜面的机械效率与斜面的倾斜程度有关；
②斜面的机械效率与斜面的粗糙程度有关；
③斜面的机械效率与斜面的长度有关；
④斜面的机械效率与物体的重力有关。
如图所示，小明用弹簧测力计沿同一斜面匀速向上拉动物块，收集了下表中的实验数据。
（1）小明探究的是猜想________（填序号）。分析表中的数据可得出：在其他条件一定时，斜面越缓越________（选填“省”或“费”）力；斜面越陡，机械效率越________（选填“高”或“低”）。
（2）小明又进行了第4次实验，他在斜面上铺上棉布，使斜面变粗糙，保持斜面高和长分别是0.5m和1m，用弹簧测力计拉动同一物块沿斜面向上做匀速直线运动，读出此时弹簧测力计的示数为4.5N，小明测得这种情况下斜面的机械效率为________（保留一位小数），把第4次与第________次测量结果相比较，还能得出：在其他条件一定时，斜面越粗糙，斜面的机械效率越低。
（3）当用弹簧测力计沿斜面匀速向上拉动物块时，物块所受的拉力________（选填“大于”“小于”或“等于”）物块所受的摩擦力。
25.（2021·乐山模拟）如图所示是用滑轮组将一个沉在水中、质量为10kg、体积为5dm3的实心物体吊起的过程。物体没有露出水面前，5s内被匀速吊起1m，已知此时绳子拉力为F＝20N。求：（g取10N/kg）
（1）水对容器底部的压强；
（2）物体受到的浮力；
（3）拉力的功率及滑轮组的机械效率。（结果精确到0.1%）
26.（2021·成都模拟）用如图甲所示的滑轮组提升水中的物体M1，
动滑轮A所受重力为G1，
物体M1完全在水面下以速度v匀速竖直上升的过程中，卷扬机加在绳子自由端的拉力为F1，
拉力F1做功的功率为P1，
滑轮组的机械效率为η1；为了提高滑轮组的机械效率，用所受重力为G2的动滑轮B替换动滑轮A，如图乙所示用替换动滑轮后的滑轮组提升水中的物体M2，
物体M2完全在水面下以相同的速度v匀速竖直上升的过程中，卷扬机加在绳子自由端的拉力为F2，
拉力F2做功的功率为P2，
滑轮组的机械效率为η2。已知G1-G2=30N，η2-η1=5%，
P1P2=1615
，M1、M2两物体的质量相等，体积V均为
4×10-2m3
，g取10N/kg，绳重、轮与轴的摩擦及水的阻力均可忽略不计。求：
（1）物体M1受到的浮力F浮；
（2）拉力F1与F2之比；
（3）物体M1受到的重力G。
27.（2020·南岗模拟）一辆质量是3.5×103kg的汽车不慎陷入泥泞地面，汽车司机组织人们用如图所示的滑轮组将汽车拖出。已知整个过程中，水平拉力F是1×103N，汽车沿水平方向匀速移动了2m，滑轮组的机械效率为90%．求：
（1）拉力F做的总功和有用功为多大？
（2）汽车沿水平匀速移动时，受到的阻力大小？
（3）利用学过的知识，你还有什么办法可以使汽车从泥泞中开出来？（要求体现出所用方法和涉及的物理知识）
28.（2020·高邑模拟）如图甲所示是小型建筑工地上使用的“罐笼式”提升机，用它能将放在罐笼A中的建筑材料提升到高处。已知罐笼的底面积是1.6m2
，
被提升的建筑材料重为2800N，拉力F将它以0.5m/s的速度匀速提升了20s，拉力做的功W随时间t的变化图象如图乙所示。不计动滑轮和钢丝绳的重及摩擦。求：
（1）拉力F的大小：
（2）提升机在提升建筑材料时的机械效率
（3）当装有建筑材料的罐笼静止在水平地面上时，对地面的压强。
29.（2020·达州模拟）如图甲所示，斜面的夹角为30°，在水平路面上行驶的汽车通过滑轮组拉着浸入水中的重9×104N，底面积为100dm3的柱形货物A向上匀速运动。如图乙所示，将A拉至斜面后，物体A以2m/s的速度运动时，汽车对绳的拉力的功率为180kW。不计绳、滑轮的质量和摩擦，g=10N/kg。求：
（1）将A置于水平地面时对地面的压强；
关键词： 机械效率 典例 剖析 归类
简单机械的机械效率是力学中的重点和难点，也是中考几乎每年必考的一个知识点。人们应用机械的目的是为了省力或省距离，为了充分发挥机械的作用，就要涉及机械的效率问题。不少学生在学了本知识点之后应用公式解题时仍经常出错，只是死套公式，缺乏灵活应用。本文结合教学和学生常见错误，通过例题加以分析，剖析错误产生的原因，进行防错提示，避免陷入误区。
一、常见错误及例题
问题一：概念理解不完整。
这种错误常见于概念辨析题，原因是片面理解概念，缺乏深入认识。
【案例1】下列关于机械效率的说法中，正确的是（）。
A.越省力的机械，机械效率越高
B.做的有用功多，机械效率越高
C.做的总功越少，机械效率越高
D.额外功在总功中占的比例越小，机械效率越高
错解A认为越省力，即人做的总功就越少，机械效率越多。
错解B、C都只从η= 片面分析，未控制另一个变量。
【解析】机械效率的高低是由有用功和总功两个因素共同决定的，机械效率的高低与机械是否省力、是否省距离无关，所以A错；由η= 可知，有用功多额外功也可能多，所以B错；总功少，有用功也可能少，C错；额外功在总功中的比例越小，那么有用功在总功中所占比例就越大，由η= 可知，机械效率就越高，D正确。
【感悟】正确理解机械效率的概念是解题的关键，机械效率表示的是有用功跟总功的比值，与是否受力，做功多少无关，与机械自身（如机械的自重，摩擦）和做功现象（如被提起的重物）有关。
【拓展】有一个滑轮组经过改进后机械效率提高了，把同一个重物提高相同高度，问改进后与改进前对比（）。
A.做的有用功减少了
B.有用功不变，额外功减少了
C.总功不变，有用功增大了
D.总功不变，额外功减少了
问题二：对滑轮组特点理解不完整。
引起原因是对滑轮组认识不清，不能准确判断滑轮组绕线n，或对滑轮组的省力公式F= （G 指动滑轮重量，忽略摩擦）和公式s=nh应用不熟练，从而导致计算W 和W 出错，使η计算错误.
【案例2】如图所示，用同一滑轮组两次提升同一重物时的情景，不计滑轮组及绳间的摩擦，比较两滑轮组机械效率的大小（）。
A.η ＞η B.η =η C.η ＜η D.缺少条件，无法比较
错解A认为甲比乙省力，F = ，F = ，由η= = 知，η ＞η 。错解C认为甲图中n=3，乙图中n=2，由η= = = 知，η ＜η 。
【解析】由η= = = = 知，因G相同，G 也相同，所以η =η ，选B。
【感悟】本题考查了运用观察、比较法分析问题的能力，分别正确算出η 和η 是解题之关键。对同一滑轮组，若提升同样重的物体，无论绳子的绕法如何，机械效率都是相同的。
【拓展】甲、乙两位工人分别用下图所示的A、B两种方式，将同样重的物体提高到高处，滑轮的重力小于沙子的重力，不计摩擦阻力和绳子的重力， 工人用力较小，两人所用的机械效率η η （填“＞”、“=”或“＜”）。
问题三：对滑轮组及所拉物体之方向判断错误。
此类问题在于学生不能正确理解谁做有用功，一律死套公式η= = = 。特别是针对水平放置的滑轮组和滑轮组竖直而被拉物体方向改为水平的题目最易出错或无从下手。
【案例3】：某人站在岸上，利用滑轮组通过拉绳使停泊在水中的船匀速靠岸，如图所示，船重1.02×10 N，船移动时受到水的阻力是船重的0.01倍，船受到滑轮组的拉力始终沿水平方向。此人水平拉绳的力为240N，求该滑轮组的机械效率？
错解：由η= = = = =85
解到此，有些学生会认识到η为百分数，不能大于1。上题中结果明显错误，而束手无策，就认为不会而放弃，缺乏深入思考进而对此种题失去信心。
【解析】动滑轮对船的拉力作的功是有用功，该拉力等于船前进所受的阻力。阻力为船重的0.01倍，即f=0.01G=0.01×1.02×10 N=1.02×10 N，船前进的距离（S ）是绳子自由端前进距离（S）的 ，滑轮组的机械效率为
η= = = = =85%
【感悟】滑轮组可将重物提起，也可拉动物体水平前进，两种情况的原理完全相同，只是力的方向、大小不同，拉起重物时克服重力做功，水平拉物体时克服阻力做功。分析哪个力做的是有用功是解决这类问题的关键。
【拓展】如下图所示，用滑轮组拉着重600N的物体A沿水平方向移动，40s内物体移动了8m，拉力F作的功为1280J。求：
（1）拉力F的大小和拉力的功率；
（2）若动滑轮的重为12N（不计绳重及摩擦），计算滑轮组的机械效率。
问题四：结构固定的同一滑轮组机械效率认为不变。
【案例4】用滑轮组匀速提升重为2×10 N的物体，作用在绳子自由端的拉为625N，拉力所作的功为1.25×10 J，滑轮组的机械效率η=80%，若不计绳重及摩擦，将提升的重物改为重3×10 N的物体，求作用在绳子自由端的拉力。
错解：由η= 得W =ηW =0.8×1.25×10 J=1×10 J
【解析】本题错误在于在解题过程中认为用同一滑轮组提升重力不同的物体时，滑轮组的机械效率是不变的。事实上，同一滑轮组提升较重物体，机械效率较大，其正确解法是：由η= 得，
W =ηW J=0.8×1.25×10 J
由W=Fs得，s= = =20m,h= = =5m。
所以承担总重量绳子的段数n= = =4(段)，
由F = (G +G )得G =nF -G =4×625N-2×10 N=500N。
当改为重3×10 N的物体时，绳子自由端的拉力为F = (G +G )= (3×10 N+500N)=875N。
【感悟】本题之所以易错，关键在于部分学生认为同一机械中额外功不变，机械效率就不变，而忽略了重物变化，有用功和总功随之改变，从而导致机械效率变化。实际上，根据η= = = = 可知，滑轮组机械效率大小与G和G 都有关，G 不变，G变化时，η也是变化的。所以，提高机械效率的方法之一就是尽量减少额外功，采取减轻机械自重（G ）和加油来减小摩擦；另一种方法就是对于G 不变时，尽量让机械满载（即增大G），就能充分发挥机械的作用，即提高机械效率。
【拓展】如图所示，用40N的拉力，使物体G匀速上升，不计绳重和摩擦，整个装置的机械效率为75%。求：
（1）物体G和动滑轮重各是多少？
（2）若绳能承受的最大拉力为50N，此装置的机械效率可提高到多少？
二、概念与公式分类
以上几例都是学生在解决机械效率时常见错误，为避免错误，本文现对有关概念和公式归类如下，以供在解决实际问题时选择。
（一）有关三种功。
1.有用功：机械对物体所做的功。常用计算方法有：
A.竖直拉物体时W =Gh，此公式对沿斜面上拉物体和杠杆提升物体也适用。
B.对于水平滑轮组拉物体前进，W =fs，题中一般都是物体水平方向匀速运动，拉物体的力与物体克服阻力互为平衡力，大小相等。
C.W =W -W
D.W =ηW
2.总功：人（动力F）对机械做的功，用W =Fs或W =W /η来计算。
3.额外功：不需要但又不得不做的功，一般用W =W -W 计算。
(二)机械效率。
有用功与总功的比值。定义η= ×100%，它只有大小，无单位，且η＜100%，即η＜1。
对于滑轮组的机械效率的计算，分为竖直拉物体和水平方向拉物体两种情况：
A.竖直拉物体时η= = = = ，其中大多数题目中以应用η= 和η= 解题较易。
B.水平方向拉物体前进时η= ×100%= = 。（f指物体受水平方向阻力，s指物体移动距离，F指绳子自由端所受拉力，S指绳子自由端移动距离。）
另外，对于斜面的机械效率也可用η= = 计算；对于杠杆提升重物的机械效率也用η= = 来计算。
结合以上公式分类，希望同学们能联系具体题目加以练习，减少错误，真正理解公式的含义，学好用好公式，去解决物理中的各种实际问题。
参考文献：
［1］九年级物理上册（苏科版）.
［2］九年级物理（上）同步讲解与测评（江苏版）.天津人民出版社.
［3］中学物理教学参考（2007/7）.
例1 如图1所示,重2540牛的货物,滑轮组把它提升17米。若不考虑摩擦,也不考虑滑轮和绳子的物重,则:
(1)绳端拉力F是多少牛?
(2)绳端移动的距离是多少米?
(3)若考虑摩擦、滑轮和绳子的物重,需在绳端施力800牛,滑轮组的机械效率是多少?
解析:使用滑轮组时,重物G由n段绳子承担,提起重物G所用的力F就是重物G的n分之一;由于重物G是由n段绳子承担,当重物升高h米时,绳末端移动的距离s=nh米;若考虑摩擦、滑轮和绳子的物重,滑轮组的机械效率等于有用功和总功的比值。
(1)绳端拉力为:
F===635牛。
(2)绳端移动的距离为s=nh=4×17米=68米。
(3)滑轮组的机械效率为:
η=×100%=×100%=×100%=×100%=×100%≈79%。
点拨:如何判断有用功、额外功、总功,是解机械效率有关问题的关键,解题时可以用机械做功的目的来分析。凡是用机械来升高物体的,使物体升高所做的功为有用功;且有W=Gh,即有用功等于被升高的物体的重力与其提升高度的乘积。凡是动力做的功就是总功,且有W=Fs,它等于力与机械在动力作用下移动的距离的乘积。而用来克服摩擦和机械自身重力所估的功为额外功:W=W-W。
2.水平使用的滑轮组机械效率
例2 如图2所示,物体重15000牛,物体与水平地面的滑动摩擦力为物体重的02倍,滑轮组的机械效率为80%,求物体向左匀速运动时绳的自由端的拉力是多大?
解析:本题我们仍然用机械率的公式来解决,但不知道物体移动的距离就无法表示出有用功和总功,因此我们可以把它当做参变量引入,以帮助我们解题。
设物体向左移动的距离为s,直接拉物体向左移动的力的大小等于物体所受的摩擦力,则
W=02Gs
W=F•3s
η=×100%=
所以F===1250(牛)。
即绳子的自由端的拉力为1250牛。
点拨:从本题的解答可以看出题目的结果与我们引入的参变量无关,但引入参变量有助于我们顺利求出题目的结果。
3.机械效率与功率的综合
例3 有甲、乙两台机械,功率P>P,效率η
A.在相同的时间内,乙机械做的功多
B.做相同的有用功,甲用的时间少
C.甲机械中的摩擦比较大
D.甲机械的输出功率和输入功率之比小于乙机械的输出功率和输入功率之比
解析:①根据P=W/t和η=W/W可知:时间相同时,甲机械做功W=Pt,乙做功W=Pt。因为P>P,t相同,有W>W,甲做功多。②做相同的有用功,输入甲机械的功应当多,因为P>P,W=Pt,做功相同时,甲时间短些,要做相同有用功只知道ηP,无法求出t,t谁大。③甲的机械效率低,由于不知道总功大小,也就不能确定哪个机械额外功多;即使总功相同时,甲机械所做的额外功比较多,机械所做的额外功与很多因素有关,克服摩擦所做的功是额外功,但额外功不只是克服摩擦所做的功。④对机械来说:W=W,机械输出的功是对物体的有用功,由功与功率关系知W=W=Pt,W=Pt,输入功时间与输出功的时间相同,则η=P/P,即机械效率等于机械输入功率与输出功率的比值。
在初中物理课堂教学中实施科学探究式教学，这对提高学生的科学素养具有重要的作用.美国《国家科学教育标准》认为，科学探究是指学生用以获取知识、领悟科学家研究自然界所用的方法而进行的种种活动.只有让学生经历物理学家类似研究、探索物理规律的过程，才能让学生体验和感知其中的物理思想和方法，从中获得经验，并能够更好地理解知识和提高能力.在中国《全日制义务教育物理课程标准》中，对探究过程的七个要素对应的学生科学探究能力提出了具体要求，教师在物理课堂教学中应把科学探究能力目标进一步分解细化，结合教学内容，转化为具体的教学目标和教学设计.
苏科版九年级物理第十一章第五节“机械效率”是第十一章“简单机械和功”的最后一节.机械效率与我们的生活息息相关，已广泛应用于人们的工作、学习和生活中.本节课的教学设计秉持“从生活走向物理，从物理走向社会”的理念，以科学探究为手段，让学生经历有用功、额外功、总功和机械效率概念的形成过程，加深对物理概念内涵的理解；通过学生的科学探究活动，使学生受到思维训练、领悟物理思想方法、发展创新能力，提高学生学科综合素质；同时，通过学生小组之间的合作与交流，培养学生的团队意识，发展学生的学习力.
2教学设计
2.1教学目标
2.1.1知识与技能
(1)结合科学探究活动了解有用功、额外功、总功及它们之间的联系;
(2)知道机械效率，了解提高机械效率的途径和意义.
2.1.2过程与方法
(1)通过实验，体验使用机械做功的过程，加深对有用功、额外功、总功的理解;
(2)通过参与科学探究活动，使学生学会设计实验、能根据实验数据分析归纳简单的科学规律.
2.1.3情感态度与价值观
(1)在科学探究活动中，培养学生团队精神，养成事实求是、尊重实验结果的科学态度;
(2)通过实验探究活动，激发学生学习物理的兴趣.
2.2重点、难点及教学资源
重点：有用功、总功、额外功及机械效率的概念.
难点：额外功判断、提高机械效率的途径.
教学资源：PPT课件；铁架台，动滑轮，细绳，钩码，弹簧测力计，刻度尺.
2.3教学过程
2.3.1提出问题
教师提出问题：学校买来了一批物理实验器材，要将实验器材从一楼运到三楼物理实验室.请问：你如何较省力地把这些器材运到三楼？
(说明：该设问体现“从生活走向物理”的教学理念)
学生：可用简单机械，如滑轮组，或杠杆，或斜面，或轮轴.
教师：今天，我们首先从最简单的动滑轮提升物理实验器材开始学习讨论相关问题(如图1).
教师提出问题：动滑轮对货物做功与手通过细绳对机械做功相等吗？请各位同学猜想，并说出猜想的依据.
2.3.2猜想与假设
学生提出猜想及依据：动滑轮对货物做功与手对货物做功不相等，使用机械做功大小可能比手对货物做功大，因为使用机械做功不仅包括提升货物所做的功，还包括提动滑轮所做的功及克服绳与滑轮间的摩擦所做的功.
(说明：在科学探究的猜想与假设阶段，教师要引导学生依据一定的经验和事实，或在观察实验的基础上，根据科学原理和科学事实进行理性的思考，利用发散思维对未知的现象及其规律作出科学预见.教师在让学生提出合理猜想的同时，也要求学生说出猜想的依据，以此教育学生猜想与假设不是异想天开，要有一定的科学依据.)
2.3.3设计实验
教师：为了验证猜想是否正确，应通过实验来验证.下面我们共同来设计实验探究方案.请问：这个实验的实验目的是什么？ 学生：为了比较使用动滑轮对货物做功与手对货物做功是否相等.
教师：需要测量哪些物理量？
学生：需测出物体的重力和物体上升的高度，手对绳端的拉力和绳子末端移动的距离.
教师：需要哪些测量工具？
学生：弹簧测力计，刻度尺.
教师：测量时应注意哪些问题呢？请同学们小组讨论后回答.
学生：测量前，弹簧测力计应调零；测手对绳子的拉力时，应匀速竖直向上拉动弹簧测力计；测距离时，刻度尺应竖直放置；为了排除实验的偶然性，应改变物体的重力，多次采集实验数据.
教师：实验数据的记录表格怎样设计？表格中应包括哪些物理量？
学生：应包括实验次数、物体的重力G、物体上升的高度h、手对绳端的拉力F、绳子末端移动的距离S、动滑轮对货物所做的功W1、手对机械所做的功W2.
教师：请同学们自己设计实验数据的记录表格.
实验次数G/Nh/mF/NS/mW1/JW2/J123(说明：设计实验探究方案是科学探究的核心环节，教师要让学生参与方案设计的全过程，发展创新思维，体验合作的乐趣，锻炼语言表达和交流能力，形成严谨的科学态度，提高自身的科学素养.探究方案的设计过程是学生主动建构、主动思维的过程，教师不能包办代替，应根据学生的认知特点和思维水平，循序渐进地引导学生完成探究方案的设计.通过全班学生的合作，教师要让每个学生明确实验的目的、原理、操作程序和操作技巧，决不能急于求成.)
2.3.4学生小组实验及物理概念的建构
表格设计好后，学生两个人一组，进行实验操作，将实验数据填入表中，并计算出表格中的W1和W2.
(说明：学生以两人为一组展开实验，在提高学生实验器材使用技能的同时，锻炼学生的交流与合作能力.教师在巡视中注意指导个别动手能力差的学生进行实验.)
教师：动滑轮对货物做功与手对货物做功相等吗？想想：什么功对我们有用？什么功对我们没有用？
学生：两者不相等.使用动滑轮对货物做的功对我们是有用的，提动滑轮所做的功和克服绳与滑轮间的摩擦做功对我们是没有用的.
教师：我们将对人们有用的功称为有用功；对人们无用但又不得不做的功(如：克服机械自重、克服摩擦力做的功)称为额外功；动力对机械所做的功称为总功，即总功为有用功与额外功之和.(教师板书：有用功、额外功、总功及其定义)
教师：为了表示有用功在总功中所占的比值，从而引入机械效率.
机械效率定义：有用功与总功的比值.计算公式：η=W有W总×100%(教师板书)
教师引导学生注意：(1)机械效率一般用百分数表示，没有单位；(2)由于额外功总是存在的，所以机械效率小于1.
教师：若某起重机的机械效率是60%，是什么意思呢？
学生：使用起重机提升重物时所做的有用功跟总功的比值是60%，也可以说有用功在总功中占有60%，另外的40％是额外功.
教师：小常识介绍：起重机的机械效率一般为40%～60；抽水机的机械效率一般为60%～80%.
2.3.5分析归纳
教师：请同学们算一算刚才所测的动滑轮的机械效率.议议：三次实验机械效率相等吗？你认为机械效率大小与什么因素有关？如何提高机械效率？
学生：三次实验动滑轮机械效率不相等，从实验数据可知，用同一个动滑轮提升重物时，物体的重力越大，提高相同高度时，有用功越大，动滑轮的机械效率越大.可知，动滑轮的机械效率与物体的重力有关.由此可推知：动滑轮的机械效率还应与动滑轮重力和绳与滑轮间的摩擦有关，即与额外功有关.当有用功一定，动滑轮重力越大、绳与滑轮间的摩擦越大，额外功越大，机械效率越低.因此，为了提高机械效率，可增大有用功和减小额外功(教师板书).
(说明：科学探究中分析与论证环节，要求学生具备较强的分析归纳能力，但初中生的分析归纳能力并不成熟，教师要给以适当的引导和点拨甚至是讲解，逐步提升学生的分析归纳能力.)
2.3.6生活物理社会
教师：请同学们再议一议我们课堂教学开始时提出的问题，使用滑轮组搬运学校的物理实验器材到三楼，如何做到既能省力又有较高的机械效率？
学生：应尽量增大实验器材的重力，使用轻质的滑轮组提升器材，使用表面光滑且轻质的细绳绕滑轮组.
2.3.7课堂小结
(1)有用功、额外功、总功的定义;
(2)机械效率定义、提高的意义及途径.
2.3.8课后作业
若用杠杆、斜面或轮轴搬运物理实验器材，又如何做到既能省力又能提高机械效率呢？哪一种简单机械效率较高？
1.功
（1）在物理学中，作用在物体上的力使物体在力的方向上通过一段距离，这个力就对物体做了功.
（2）做功的两个必要因素是：一是作用在物体上的力F；二是物体在力的方向上通过的距离s.
（3）力学中规定：功等于力跟物体在力的方向上通过的距离的乘积，公式：W=Fs.
应用公式时应注意：
①在公式W=Fs中，F是作用在物体上的力，单位用牛顿（N）；s是物体在力的方向上移动的距离，单位用米（m）；W是力对物体做的功，单位用焦（J）.
②分清哪个力对物体做了功或者物体克服哪个力做了功，计算时F就是这个力.
③公式W=Fs只适用于恒力做功，恒力即力的大小和方向都不能变.
（4）做功的多少只由W=Fs决定，与物体的质量、速度、运动方向、是否有摩擦等无关.
2.功率
（1）物理学中，引入功率表示做功的快慢.功率大，表示做功快；功率小，表示做功慢.
（2）功率的定义：单位时间所做的功.
（3）功率的定义式：.其中W表示功，单位用焦（J）；t表示做功时间，单位用秒（s）；P表示功率，单位用瓦（W）.
（4）物体在拉力F的作用下，以速度v沿拉力的方向做匀速直线运动，则拉力做功的功率等于力与物体速度的乘积，其中F表示力，单位用牛顿（N）；v表示物体的速度，单位用米/秒（m/s）.
3.机械效率
（1）有用功W有：为实现某种目的（如将重为G的物体搬到高为h的位置）而对物体所做的功（Gh）.有用功包括：机械克服有用阻力所做的功、机械输出功、人们不用机械直接用手做的功.
（2）额外功W额：在通过机械对物体做功的过程中，常常需要克服机械的摩擦、机械的自重等因素做功（如克服斜面摩擦所做的功fs；又如克服动滑轮的自重所做的功G动h），这部分功有时是我们不需要，但又不得不做的功.
（3）总功W总：有用功与额外功的总和.一般指动力对机械所做的功.
（5）根据功的原理，使用机械时，人们所做的功都不会少于直接用手所做的功，即：使用任何机械都不省功.在实际使用机械的过程中，由于克服机械自重、机件间的摩擦等做额外功不可避免，所以机械效率总小于100%.
（6）机械效率是表示机械对物体做功有效程度的物理量.机械效率高，表示所做总功中，有用功的比例就越大.
（7）机械效率的高低反映了机械的性能，但机械效率的高低与功率没有必然的联系.效率高的机械，不一定功率大.
（8）影响机械效率的因素：机械自重、机件间的摩擦、提升重物的重力.
（9）提高机械效率的方法：减小机械自重，减小机件间的摩擦来减小额外功；在无法减小额外功的情况下，采用增大物重以增大有用功的方法来提高机械效率.
4.机械能
（1）能：一个物体能够对外做功，我们就说这个物体具有能.一切能量的单位都是焦耳（J）.
理解：①能量是表示物体做功本领大小的物理量；物体能够做多少功，它就具有多少能；②一个物体“能够做功”并不是一定“要做功”，也不是“正在做功”或者“已经做功”.如山上静止的石块它具有能量，但它没有做功，也不一定要做功.
（2）机械能
机械能动能定义：物体由于运动而具有的能量影响因素：物体质量与物体速度势能重力势能定义：物体由于被举高而具有的能量影响因素：物体质量与被举高度弹性势能定义：物体由于发生弹性形变而具有的能量影响因素：物体弹性形变的程度
（3）动能与势能的相互转化
①动能与势能之间可以相互转化.如果忽略一切阻力，机械能总量保持不变，即机械能守恒.
②动能与势能转化问题的分析：
A.首先分析影响动能或势能大小的因素――看动能或势能如何变化.
B.还要注意动能与势能相互转化过程中是否有能量损失或能量补充――如果除重力和弹力外没有其他外力做功（即没有其他形式的能量补充或能量损失），则动能与势能转化过程中机械能总量不变.
考点扫描
考点1 判断物体是否做功
例1 下列如图3所示的过程中，人对物体做功的是（ ）.
解析 A.踢出去的足球在地面滚动时，人不再对球施加力的作用，人对球没有做功.
B.运动员举起杠铃时，给杠铃一个向上的力，杠铃向上移动了一段距离，运动员对杠铃做功.
C.小孩用力推车，小孩给车一个向前的力，但车没有移动距离，小孩对车没有做功.
D.学生背着书包在水平路面上匀速前进时，人对书包一个向上的力，书包向上没有移动距离，人对书包没有做功.
答案 B.
考点2 理解功率的概念
例2 下列说法中正确的是（ ）.
A.物体做的功越多，则功率就越大
B.物体做功的时间越短，则功率越大
C.在相同的时间内做的功越多，功率越大
D.功率越大，则做功越多
解析 功率是表示物体做功快慢的物理量.功率和功是两个不同的概念，做功多，不一定做功快；反之，做功快不一定做功多.功率大，表示单位时间内做功多，做功快.功率是由物体所做的功和完成这个功所用的时间两个因素决定的.从公式P
=可知，相同时间内做功多的，功率大；做相同的功，所用时间少的，功率大.
答案 C.
考点3 功、功率的简单计算
例3 在水平地面上，工人用100N的水平推力推动重150N的箱子，4s内前进了6m，推力撤销后，箱子由于惯性又前进了2m，在这个过程中，箱子所受重力对箱子做功为 J；重力做功的功率为 W；工人对箱子做功为 J；工人做功的功率为 W.
考点4 机械效率相关计算
考点5 判断机械能（动能和势能）如何变化
例5 小红在学习中收集了一些与机械能有关的实例，如图5所示，其中机械能增大的是（ ）.
解析 要判断机械能如何变化，一般先判断动能和势能分别如何变化，然后根据动能和势能的总和是机械能，判断机械能的变化情况.而要判断动能和势能分别如何变化时，先明确它们分别与什么因素有关，这些因素如何变化.
A.汽车匀速行驶，速度、质量不变，所以汽车动能不变；汽车水平行驶，高度、质量不变，所以势能不变；机械能不变.
B.小孩从滑梯上滑下，速度增大，高度减小，小孩质量不变，所以动能增大，势能减小.机械能=动能+势能，大小如何变化不好判断.从另一角度思考：由于小孩受到摩擦阻力，可以判断机械能减小.
C.火箭升空时，速度增大，高度增大，质量不变（质量变化可以忽略），火箭动能增大，势能增大，所以机械能增大.
D.滚摆上下滚动时，由于存在空气阻力，滚摆机械能减小.
答案 C.
考点6 动能和势能的转化
例6 如图6所示的4幅图中属于动能转化为重力势能的是（ ）.
解析 A.形变的橡皮条将“子弹”射出，橡皮筋的弹性势能转化为“子弹”的动能.
B.小刚脚踩滑板从高处滑下，动能增大，重力势能减小，重力势能转化为动能.
C.轻轨车无动力滑上站台，动能减小，重力势能增大，动能转化为重力势能.
D.乘客乘坐观光电梯匀速上升，动能不变，势能增大，但增大的势能不是由动能转化来的，因为动能是不变的.
特别提醒 分析动能、势能到底如何转化，首先要明确研究的是哪个过程（如：滚摆上升和下降的过程，能量转化的情况完全不同），然后可以根据动能、势能的变化情况，判断到底动能和势能是如何转化的.
答案 C.
实验探究
例1 在“探究影响滑轮组机械效率的因素”实验中，小明和小华用如图7甲所示的同一滑轮组分别做了三次实验，实验数据记录如下：
（1）在表中①②③处填上适当的数据（机械效率用百分数表示，保留一位小数）；
（2）在实验操作中应竖直向上
拉动弹簧测力计；
（3）从实验数据分析得出：使用同一滑轮组， 可以提高滑轮组的机械效率；
（4）得出结论后小明进一步猜想：滑轮组的机械效率可能还与其他因素有关，于是用另一滑轮组做了第四次实验（如图7乙）并将数据记录如下：
比较实验1和实验4，小明发现虽然所挂钩码相同，但弹簧测力计的读数不同，这是因为两次实验所用滑轮的重力不同，于是小明得出另一结论：滑轮组的机械效率还与动滑轮的重力有关.但小华认为小明得出这一结论的过程还不够合理，请简要说明小华的理由： .
（2）为了能快速准确地测出拉力的大小，必须匀速拉动弹簧测力计，才能使拉力大小不变.
（3）在实验1、2、3中，根据实验数据看出：随着滑轮组所挂钩码的重量增加，机械效率也升高，所以增加物重可以提高滑轮组的机械效率.
（4）通过实验的对比，虽然可以得出机械效率高低与动滑轮重力有关，但仅凭一次对比实验得出的结论可能具有偶然性，所以不可靠.
答案 （1）①2.2 ②30 ③88.9% （2）匀速 （3）增加物重 （4）仅根据一次对比实验所得结论是不可靠的.
例2 图8是探究“物体动能的大小与什么因素有关？”的实验示意图.
（1）该实验要探究的是物体动能的大小与物体 和 的关系.
（2）该实验物体的动能是指物体
（选填“A”或“B”）的动能.
（3）该实验物体动能的大小是通过
来反映的.
（4）该实验物体的速度是指物体A从斜面上静止滚下与物体B碰撞时
（选填“碰前A”“碰后A”“碰前B”或“碰后B”）的速度，它是通过 （选填“高度”或“质量”）来改变的.
（5）实验中多次让物体从斜面同一高度上静止滚下时，应改变 （选填“物体A”或“物体B”）的质量，这是为了研究物体动能与物体质量的关系.
解析 本题通过对实验细节的考查来检测同学们对该实验的理解.
（1）动能的大小与物体的质量和速度都有关系，因此探究“物体动能的大小与什么因素有关？”的实验中，要探究的是物体动能的大小与物体质量和速度的关系.
（2）该实验研究的主体是小球A，研究的是小球A动能的大小与速度和质量的关系.
（3）该实验中小球动能的大小是通过木块B被撞距离的远近体现的，木块B被撞得越远，说明小球A的动能越大，被撞得越近，说明小球A的动能越小，这里采用的是转换法.
（4）该实验物体的速度是指物体A从斜面上静止滚下与物体B碰撞时碰撞前A的速度，这个速度的大小是通过改变小球A从在斜面上滑下的高度来改变的.
（5）为了研究物体动能与物体质量的关系，实验中多次让小球从斜面同一高度静止滚下（保证小球到达水平面时速度相同），而改变小球（物体A）的质量.
答案 （1）质量 速度 （2）A （3）木块B被撞距离的远近 （4）碰前A 高度 （5）物体A
仿真测试
一、选择题
1.下图的几种情景中，人做了功的是（ ）.
2.如图所示，用大小相等的拉力F1、F2、F3使同一物体分别沿着水平面、斜面和竖直方向移动相同的距离s，拉力F1、F2、F3所做的功分别是W1、W2、W3.下列判断正确的是（ ）.
A.W1>W2>W3 B.W1
C.W1=W2
3.下列关于机械效率说法正确的是（ ）.
A.机械做功越快，机械效率就越高
B.省力越多的机械，机械功率越高
C.单位时间做功越多的机械，机械效率越高
D.额外功在总功中占的比例越小的机械，机械效率越高
4.某人骑着一辆普通自行车，在平直公路上以5m/s的速度匀速行驶.若人和车所受的阻力为20N，则骑车人消耗的功率最接近（ ）
A.1W B.10W C.100W D.1000W
5.如图所示，粗略测量小明同学引体向上运动的功率时，下列物理量不需要测量的是（ ）.
A.小明的质量
B.单杠的高度
C.每次身体上升的高度
D.做引体向上的时间
6.举重是我国的优势体育项目.一位身高180cm的运动员和一位身高160cm的运动员，在挺举项目中用相同时间把同样重的杠铃举起，如果他们对杠铃所做的功分别为W1和W2，功率分别为P1和P2，则下列关系式正确的是（ ）.
A.W1=W2，P1=P2
B.W1>W2，P1>P2
C.W1>W2，P1=P2
D.W1
7.李玲同学值日时用水桶提水从一楼上到三楼，她做的有用功是（ ）.
A.对桶所做的功
B.对水所做的功
C.对水和桶所做的功
D.对水、桶和人所做的功
8.滑雪运动员从山顶加速下滑的过程中，他的（ ）.
A.重力势能增加，动能增加
B.重力势能减少，动能减少
C.重力势能增加，动能减少
D.重力势能减少，动能增加
二、填空题
9.重20N的物体在5N的水平拉力作用下，10s内沿水平地面前进2m，则拉力做的功为 J，功率为 W；重力对物体做的功为 J.
10.某同学质量是40kg，在2011年体育中考“1min跳绳”测试中，她每次起跳的高度约5cm，测试成绩是150次，1min内该同学克服自身重力做功约为 J，平均功率约为 W.（g=10N/kg）
11.如图所示，货物重400N，工人用滑轮组5s内将货物匀速提升2m，拉力F为250N，则此过程货物上升的速度为
m/s，有用功为 J，滑轮组的机械效率为 ，拉力的功率为 W.
12.一个滑轮组经改进后提高了机械效率，用它把同一物体匀速提升同样的高度，改进后与改进前相比较，所做的有用功 ，额外功 ，总功 .（选填“增大”“减小”或“不变”）
13.如图所示，滑轮重小于物重（绳重、摩擦不计）.若使用图中甲、乙两个滑轮匀速提升相同的重物，则拉力F甲 F乙，机械效率η甲 η乙（选填“”）.
14.一跳伞运动员跳离飞机，当降落伞张开后，他将匀速下降，此时他的重力势能将 ，他的动能将 ，机械能 .（选填“增大”“减小”或“不变”）
15.高空抛物现象被称为“悬在城市上空的痛”.据报道：一个30g的鸡蛋从18楼抛下来就可以砸破行人的头骨，从25楼抛下可使人当场死亡.由此可知，鸡蛋的重力势能与 有关，下落过程是将重力势能转化为 .
三、解答题
16.小华为了探究物体动能的大小与质量、速度的关系，设计了如图甲、乙所示的实验.
实验甲：质量相同的两个小球，沿同一光滑弧形轨道分别从A处和B处开始向下运动，然后与放在水平面上的木块相碰，木块在水平面上移动一段距离后静止，如图甲所示.
实验乙：质量不同的两个小球，沿同一光滑弧形轨道分别从A处开始向下运动，然后与放在水平面上的木块相碰，木块在水平面上移动一段距离后静止，如图乙所示.
（1）要探究物体动能的大小与速度的关系应选用 图.（选填“甲”或“乙”）
（2）甲、乙两组实验分别可以得出的结论是① ；② .
（3）这个实验中，利用 来比较物体的动能大小.下列实例中与此实验方法相同的是 .（填编号）
A.认识电流大小时，用水流进行类比
B.用红墨水在水中的扩散现象来认识分子是运动的
C.探究滑动摩擦力与压力的关系时，控制接触面粗糙程度不变
D.在研究光的传播路径和方向时，引入光线
（4）实验乙中将质量不同的两个小球沿同一光滑弧形轨道分别从A处开始向下运动，目的是保证 相同.若水平面绝对光滑，木块将 .
17.桑塔纳汽车的质量是1.6t，它以108km/h的速度在水平路面上匀速行驶20min，轿车受到的阻力是车重的0.1倍.求：（1）发动机的牵引力；（2）发动机所做的功；（3）发动机的功率.
关键词：教具 组合 传动 机构
中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）02（c）-0139-03
Abstract： Aiming at the problem that the traditional teaching aids were single in functions， and could not show the process of the movement， a combined transmission innovativeteaching aidsused for the course of Basis？of Mechanical Designinghad been introduced. The basicmechanisms including belt gearsmechanism， gears transmission mechanism， planetary gearssystem， crank slider mechanism， screw mechanism， turbo and worn mechanism， cam mechanism which related to the course were combined by the teaching aid， and achieved the function that the mechanisms were running simultaneously by driven by a same motor. The transmission mechanisms could run bydifferent speeds because of the controlling action of the circuit board， at last the teaching needs were satisfied.
Key Words： Teaching Aids； Combined； Transmission； Mechanism
机械设计基础是机械类专业的一门重要的必修基础课，它的教学目的是使学生掌握常用机构和通用零件的基本理论和基本知识，初步具有这方面的分析、设计能力，并获得必要的基本技能训练，同时注意培养学生正确的设计思想和严谨的工作作风。该课程涉及到的机械结构有很多，有平面连杆机构、齿轮传动、带传动、涡轮蜗杆机构、螺纹传动等，在课堂教学中，单靠传统的说教式教学的话学生很难理解各个机构的运动原理，也就无法达到预期的教学目的。
所以该课程的教学通常会采用一些表_机构运动的教具来辅助教学，但是传统的教具一般结构比较简单，功能也比较单一，往往运动性也比较差，辅助教学的效果一般。针对以上情况，该文设计了一种专门用于机械设计基础课程的组合传动机构创新教具。该教具把多种功能单一的传统教具通过特定的组合方式组合在一起，不但减小了体积便于携带，而且让多种机构同时运行帮助学生拓展思维，温故知新，也激发了学生的学习兴趣。
1 结构
该组合传动机构创新教具包含带轮机构、齿轮传动机构、行星轮系、曲柄滑块机构、螺旋机构、蜗轮蜗杆机构、凸轮机构等传动结构以及安装的底座框架，如图1所示。
组合教具由电机驱动，电机旋转驱动带传动的主动轮，再通过同步带的传动作用驱动被动轮。同步带传动时，传动比准确，对轴作用力小，结构紧凑，耐油、耐磨性好，抗老化性能好。为了得到合适的传动速度，组合教教具中采用了大小带轮组合传动，可实现对电机的有效减速，如图2所示。对于同步带来说，带轮之间的中心距极为重要，中心距过小，将导致张紧力不够，摩擦力也会不够，则有可能发生打滑的情况，从而加重对同步带的磨损，降低其载荷能力，甚至造成传动失稳失去传动能力；而中心距过大，则会导致同步带所承受的张力增大，产生较严重的形变，降低同步带的使用年限。因此，带传动需要设置合理的中心距，目前普遍采用张紧轮来调节中心距。该教具为了简化机构并未使用张紧轮，而是通过中心距可调的电机座来实现，如图3所示。
带轮传动的被动轮和齿轮传动机构的主动轮是同轴齿轮，前者的运动则会转化为齿轮传动机构的运动。齿轮传动具有传动平稳、传动比精确、工作可靠、结构紧凑、效率高、寿命长，使用的功率、速度和尺寸范围大等优点。教具中使用的齿轮传动机构有直齿啮合传动、锥齿啮合传动，齿轮齿条传动。这些齿轮的巧妙应用，极大程度上减少了机械干涉，很好地实现了机构的组合传动，部分的传动齿轮示意图如图4所示。
行星轮系是只具有一个自由度的轮系，一个原动件即可确定执行件（行星齿轮）的运动，它是一种先进的齿轮传动机构，具有结构紧凑、体积小、质量小、承载能力大、传递功率范围大、传动范围大、运行噪声小、效率高及寿命长等优点。
曲柄滑块机构是用曲柄和滑块来实现转动和移动相互转换的平面连杆机构，也称曲柄连杆机构，广泛应用于往复活塞式发动机、压缩机、冲床等的主机构中。
在教具中，运用行星轮系的原动件与从动件的中心距作为曲柄长度，通过这种方式就将行星轮系和曲柄滑块组合在一起，如图5所示。动力来源是齿轮传动机构的被动轮。
螺旋传动是利用螺杆与螺母组成的螺旋副来实现传动要求，它主要用于将回转运动转变为直线运动，同时传递运动和动力。此教具中，将齿条固定在曲柄滑块上，在螺杆的一端安装齿轮，齿轮与齿条啮合。当滑块做来回往复运动时，带动齿条也做来回往复运动，齿条带动齿轮正转和反转，于是，就实现了螺杆的正反转，使悬合在螺杆上的螺母出现一张一合，螺旋机构如图6所示。
该教具中的凸轮传动机构结合了凸轮机构、齿轮齿条、可移动画板，可升降画笔，可实时地绘制出凸轮的运动轨迹，加深学生对凸轮工作原理的理解。凸轮传动机构如图7所示。在凸轮绘图机构中，凸轮、齿轮、涡轮同轴，在蜗杆的驱动下，涡轮带动齿轮和凸轮同速转动，齿轮带动与装在画板上的齿条水平移动，画笔随着凸轮上下移动，两者运动相互结合，就很好地实现了凸轮的运动轨迹的绘制。
2 控制系统
该教具中，组合机构的控制和教具箱的控制均采用24 V直流电机，直流电机的正反转由三态开关控制，为了达到最佳的演示效果，还需要调节合理的电机转速，因此，对此电机增加了调速系统，调速系统的电路控制板如图8所示。
经过估算，电机所需最大负载T=3.5 kg・cm，取安全系数K=1.5。计算后取电机转速n=150 r/min，最终确定电机型号如表1所示。
3 结论
该组合传动机构创新教具将传统零散的机械设计基础教具组合在一起，包含了带轮机构、齿轮传动机构、行星轮系、曲柄滑块机构、螺旋机构、蜗轮蜗杆机构、凸轮机构等传动机构，更加系统化，功能更加齐全，满足机械设计基础课程的理论及实践教学需求；机械结构新颖，容易引起学生对机械结构设计的兴趣，激发学生的创造性思维；机构的创新性主要体现在以下几个方面。
（1）凸轮绘图机构：巧妙地结合涡轮蜗杆、齿轮齿条等机构，实现凸轮实时运动轨迹的绘制功能，有利于学生理解凸轮的原理及设计。
（2）行星轮系与曲柄滑块：把行星轮与太阳轮的中心距作为曲柄滑块中曲柄的长度，使行星轮与曲柄滑块机构巧妙结合。
（3）螺旋机构：曲柄滑块、齿轮齿条、丝杆组合在一起，实现了丝杆的往复运动。
该组合传动机构创新教具由电机驱动，电机可调速以及正反转控制，可实现机构不同速度和不同方向的运转，可以很好地实现教学的实际需要，为各专业创新教具的开发提供了参考和选择。
参考文献
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20. 妈妈在做菜时问小刚，你知道花生油的密度是多大?(1)小刚想，花生油是油类，它的密度应该比水小，于是他滴了一滴油在水中，发现油浮在水面上，由此可以证明他的猜想是 的。(2)到学校后，他做了如下实验:先用调好的天平测出烧杯和花生油的总质量150g，然后将一部分花生油倒入量筒中，再测出剩余花生油和烧杯的质量为107.6g，读出量筒中花生油的体积，如图7甲所示，最后算出花生油的密度，请你将测得的结果填入下表。烧杯和花生油的总质量(g) 烧杯和剩余花生油的质量(g) 量筒中花生油的质量(g) 量筒中花生油的体积(cm3) 花生油的密度(g/ cm3)150 107.6(3)图7乙是他在实验结束后整理器材的情景，其中操作不规范的是____________。21.小明和小华合作做“研究杠杆平衡条件”的实验(1)实验时，小明先调节杠杆在水平位置平衡，你认为这样做的好处是 ______ 。(2)小华将四个重力均为0.5N的钩码挂在杠杆左端后，又将弹簧测力计钩在杠杆A处的细线上(如图8所示)。要使杠杆在水平位置平衡，且弹簧测力计的示数最小，则小华应沿 _________ 方向拉弹簧测力计.在此情况下，小华读出弹簧测力计示数为4.2N.小明和小华对实验数据分析后得到的结论是:在误差允许的范围内，动力×动力臂 = 阻力×阻力臂。你认为他们这样就得出结论是否合理? ____________ ;简述理由: __________________________________________________________。22.某同学用如图9装置测定滑轮组机械效率，在实验前，请你帮他猜想该装置中可能影响其效率高低的主要因素有哪些?(要求写出两种即可)猜想(1)猜想(2)四、计算题(23题9分，24题10分，共19分)23. 如图10所示，某工人利用滑轮组提升矿井中质量为42kg的重物，用250N的水平力匀速拉动绳子，在10s内将重物提升5m至井口(取g=10N/kg)。求:⑴ 工人做功的功率。⑵ 该滑轮组的机械效率。24.小亮在学习了“浮力”之后，做了一个观察鸡蛋悬浮的实验，主要操作步骤如下:如图11所示，先在水平桌面上放置一个底面积为100cm2的圆筒形容器(厚度可忽略)，向容器中注入10cm深的水，再取一个鸡蛋，称得其质量为55g,将它轻轻放入水中，发现鸡蛋沉至容器底部，此时测得水面升高了5mm，然后，向容器中加食盐并不停地搅动，直到鸡蛋恰好悬浮起来为止，请计算:(1)容器中放入鸡蛋时，水对容器底部的压强是多大(g=10N/kg)。(2)当鸡蛋悬浮起来时，盐水的密度是多少?参考答案一、选择题(每题3分，共33分)题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11答案 D A B D B C D D C B B二、填空题(每空2分，共30分)12.压强。13. 600，向南。14.引，斥，间隙。15.长，大，小，上。16.定，300。17.300N。18.180，0.三、作图实验题(19题3分，20题7分，3题5分，4题4分，共19分。)19.说明:全对得3分，只画对1处得1分。20.(1)正确或对(2)42.4;53;0.8(3)用手直接拿砝码21.(1)便于测量力臂。(2)竖直向下，不合理，仅依据一次测量数据得出结论没有说服力。22. (1)动滑轮重力可能影响滑轮组的机械效率。(2)摩擦及绳重可能影响滑轮组的机械效率。(3)提升物体的重力可能影响滑轮组的机械效率。四、计算题(23题9分，24题10分，共19分)23. 解:⑴ 工人做功的功率: = 250W┄┄┄4分⑵ 滑轮组的机械效率: 84%┄5分答:工人做功的功率为250W;滑轮组的机械效率为84%。24. 解:(1)P=ρ水gh=1.0×103㎏/m3×10N/㎏×0.15m=1.5×104Ρa┄┄┄3分(2)V蛋=Sh=100㎝2×5㎝=5×10-4m3┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄2分鸡蛋恰好悬浮┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄1分V排=V蛋=5×10-4m3┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄1分由F=ρ盐水g V排得┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄1分ρ盐水=F/g V排=G/ g V排=m/ V排=0.055㎏/5×10-4m3=1.1×103㎏/m3┄┄┄┄┄┄2分答:容器中放入鸡蛋时，水对容器底部的压强是1.5×104Ρa. 当鸡蛋悬浮起来时，盐水的密度是1.1×103㎏/m3.
