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第十二章 简单机械
第三节 机械效率
初中物理八下（人教版）
学
习
目
标
了解有用功、额外功和总功
了解机械效率并会进行简单的计算
了解如何提高机械效率
课程导入
某次装修，工人师傅设想三种方法向三楼运送沙子，如图所示，哪种方式运送效率更高？帮工人师傅想一想。
生活中我们常常会遇到“效率”这个词，利用机械帮助我们完成某项任务，也会涉及效率问题，这节课，我们就来学习机械效率。
一、有用功、额外功和总功
思考：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？
实验探究：使用动滑轮是否省功
实验步骤：①如图甲所示，用弹簧测力计将钩码缓慢地提升一定的高度，所做的功为：W1=G.h。将数据填入表格。
②如图乙所示，用弹簧测力计和一个动滑轮将同样的钩码缓慢地提升相同的高度，动力所做的功为：W2=F.S。
并记录实验数据。
甲
乙
{5C22544A-7EE6-4342-B048-85BDC9FD1C3A}做功的方式
拉力
F/N
物体升高的
高度h/m
拉力移动的
距离S/m
拉力做的
功W/J
直接用弹簧测力计
提升2个钩码
2
0.1
0.1
用弹簧测力计和一个
动滑轮提升2个钩码
1.2
0.1
0.2
0.2
0.24
实验数据
实验结论：实验结果表明，虽然在两次实验中钩码被提升了相同的高度，但使用动滑轮时拉力做的功要多一些。这说明，尽管使用动滑轮会省力，在使用动滑轮的时候，还得克服动滑轮的重力，以及绳子与滑轮之间的摩擦做功。所以，使用机械不能省功，还需要额外多做一部分功。
一、有用功、额外功和总功
有用功( W有用):
为了达到目的,人们必须做的对人们有用的功.
在上面的实验中，克服钩码的重力所做的功就是有用功：
W有用=G.h
若用滑轮组提升钩码，不得不克服动滑轮本身所受的重力以及摩擦力等因素的影响而多做一些功， 而做的功（对目的没有用，但不得不做的功）。
额外功(W额外) :人们并不需要但为了达到目的又不得不做的功.
总功（W总）：有用功跟额外功的总和叫总功。（使用机械时。动力所做的功）。W总=W有+W额
总功、有用功、额外功的单位都是焦（J）
思考：用水桶从井中提水的时候，所做的功哪部分是有用功，哪部分是额外功？
提水所做的功是有用功；提水桶所做的功是额外功。
利用杠杆和斜面做功
二、机械效率
日常生活中中，我们总是希望额外功越少越好，也就是有用功在总功中所占的比例越大越好。在物理学中，用机械效率表示有用功在总功中所占的比例。
机械效率＝有用功总功。
计算公式：η＝????有????总
?
W有用
W有用+W额外
注意：对于实际机械，由于总是有额外功存在，一定有η＜1。
＝
物理意义：机械效率是标志机械做功性能好坏的重要指标，机械效率越高，机械的性能越好。
一些机械的机械效率
抽水机 60%～80%
起重机 40%～50%
喷气发动机
50～60%
柴油机:
28%～40%
滑轮或滑轮组竖直提升重物的机械效率
机械效率??????=????有?????总=?????????????= ????????????
?
不计绳重、摩擦力
?
机械效率??????=????有?????总=??????????+????动?= ????????+????动 = 11+????动????
?
????总=????????
?
????有用=?????
?
斜面的机械效率
机械效率????=????有?????总=?????????????= ??????????+????????
?
其中G为物体的重力，h为斜面的高度，L为斜面的长度。f 为物体与斜面间的摩擦力。
三、测量机械效率
1. 测量滑轮组的机械效率
如何测量滑轮组的机械效率？
提出问题
实验原理
实验器材：刻度尺、钩码、弹簧测力计、滑轮、铁架台、长约2m的细绳
测量的物理量
G：物体的重力
h :物体升高的高度
F :绳子自由端的拉力
s :绳子自由端移动的距离
①用弹簧测力计测量钩码所受的重力G并填入表格。
②按照图甲安装滑轮组，分别记下钩码和绳端的位置。
③如图乙所示，匀速缓慢拉动弹簧测力计，使钩码升高，读出拉力F的值，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。④算出有用功W有、总功W总、机械效率η并填入表格。
⑤改变钩码的数量，重复上面的实验。
实验步骤
甲
乙
{5C22544A-7EE6-4342-B048-85BDC9FD1C3A}滑轮组
钩码重/N
钩码上升高度/m
有用功/J
弹簧测力计示数/N
绳子自由端移动距离/m
总功/J
机械
效率
（a）
0.5
0.03
0.015
0.3
0.087
0.026
57.5%
（b）
1
0.03
0.03
0.4
0.091
0.036
88.7%
（c）
1.5
0.03
0.045
0.59
0.086
0.050
88.8%
实验记录表
注意事项：
在提升钩码的过程中，要竖直向上，匀速提升钩码。
实验结论：用同一滑轮组提升重力不同的物体时，机械效率不同，被提升的物体越重，机械效率越高。
(1)物重：同一个滑轮组，提起的物体越重，机械效率越高。
(2)动滑轮重：提起的物重一样，动滑轮越重，机械效率越低。
(3)摩擦（轮与轴及轮与绳之间）、绳重。减小摩擦可以减少额外功，
提高机械效率。 如：加强机械运动部位的润滑、采用轻质细绳
影响滑轮组机械效率的因素：
F
F
W有
h
=
W有+W额
可知，机械效率越小。
物重一定，升高相同高度，则有用功不变，动滑轮越重时，额外功越多，根据
{5940675A-B579-460E-94D1-54222C63F5DA}影响因素
分析
改进措施（提高效率）
被提升物体的重力
同一个滑轮组，被提升物体的重力越大，做的有用功越多，机械效率越大
尽可能地增加物重
动滑轮的自重
有用功不变时，减小提升动滑轮时做的额外功，可提高机械效率
减小动滑轮重
滑轮组自身部件的摩擦
机械自身部件的摩擦力越大，机械效率越低
减轻绳重和滑轮转轴处的摩擦
影响滑轮组机械效率的因素和改进措施
例题.一台起重机将重3600 N的货物提高5 m。求：
(1) 起重机做的有用功是多少？
(2) 如果额外功是12000 J，起重机的机械效率是多少？
解：(1) W有＝Gh＝3600 N×5 m＝18000 J；
(2) 如果额外功是12000 J，则总功为：
W总＝W有+W额＝18000 J+12000 J＝30000 J；
起重机的机械效率：
W有用
W总
×100%＝
η＝　　　　　　　　　　
1.8×104 J
3×104 J
×100%＝60%。
2. 测量斜面的机械效率
斜面的机械效率与哪些因素有关？
提出问题
实验猜想：
①斜面的机械效率可能和斜面的倾斜程度有关；
②斜面的机械效率可能和斜面的粗糙程度有关。
实验原理：
斜面机械效率
W有＝Gh
W总 ＝Fs
W有用
W总
η＝ ×100%
实验步骤：
1.测量木块的重力，记录数据；
2.把木块用弹簧测力计沿斜面匀速向上拉；分别记录拉力F、
小车沿斜面移动的距离S、木块上升的高度h。
3.改变斜面的倾斜程度，重复步2。
4.斜面倾斜程度不变，在斜面上分别铺棉布、毛巾。重复步2。
实验器材：弹簧测力计、木块、木板、斜面、白布、毛巾
实验记录：机械效率与倾斜程度的关系
斜面材料
斜面的倾斜程度
木块重
G/N
斜面高度h/m
沿斜面拉力F/N
斜面长
s/m
有用功
W有/J
(Gh)
总功
W总/J
(Fs)
机械效率η
木板
较缓
1.5
0.058
0.5
0.3
0.087
0.15
58.0%
木板
较陡
1.5
0.075
0.6
0.3
0.1135
0.18
62.9%
木板
陡
1.5
0.086
0.65
0.3
0.1298
0.195
66.6%
棉布
陡
1.5
0.086
1.0
0.3
0.1298
0.30
43.4%
毛巾
陡
1.5
0.086
1.18
0.3
0.1298
0.35
36.7%
斜面的机械效率：η＝????有????总＝????????????????。
?
实验结论：斜面的倾斜程度和斜面的粗糙程度都影响了机械效率。
斜面的倾斜程度（光滑程度一样的斜面，斜面越陡，倾斜程度越大，越不省力 ，机械效率越高）；
斜面的粗糙程度（倾斜程度一样的斜面，斜面越光滑，越省力，机械效率越高）。
课堂总结
有用功：为达到目的必须要做的功
额外功：我们不需要但又不得不做的功
总功：有用功和额外功的总和
定义：有用功与总功的比值
机械效率
η<1
η＝????有????总=????????????????
?
测量机械效率
测量滑轮组的机械效率
测量斜面的机械效率
功
机械
效率
课堂训练
1．施工工地上一个滑轮组经过改进后提高了机械效率，用它把同一物体提升到相同的高度，改进后和改进前相比较（　　）
A．总功不变，有用功增加了
B．总功不变，额外功增加了
C．有用功减少了
D．有用功不变，总功减少了
D
2.小华对他的自行车进行维护，其中不能提高机械效率的措施是（ ）
A.给轴承加润滑油 B.调节传动链条的松紧度
C.给轮胎打足气 D.更换车把手的塑料套
D
3.工人用如图所示的机械将物体匀速提升到某一高度，若物体的重力与滑轮的重力之比G物:G滑轮=9:1，忽略绳重与摩擦的影响，则该机械的机械效率为（ ）
A.10% B.45% C.80% D.90%
D
4. 用一个动滑轮在5s内将一重为200N的物体向上提起3m，拉力为150N，这个动滑轮的机械效率是多少？拉力的功率有多大？
解析：由公式W有=Gh W总=FS
????=????有?????总=????????????? = 200N×3????150N×6???? = 66.7%
?
????=????总?????=???????????? = 200N×6????5s = 180W
?
答：这个动滑轮的机械效率是66.7%，拉力的功率为180W。
谢谢

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