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第十二章 简单机械
第3节 机械效率
人教版 物理 八年级下册
1、有用功、额外功和总功。
2、机械效率。
学习目标
1. 使用动滑轮是否省功
(1)实验过程：
①如图1 甲所示，用弹簧测力计将钩码缓慢
地提升一定的高度，将实验数据填入表
格中。
新知一 有用功、额外功和总功
探究新知
②如图乙所示，用弹簧测力计和动滑轮将同样的钩码缓慢地提升相同的高度，将实验数据填入表格中。
③计算并比较两次实验中拉力所做的功。
实验次序 钩码重G/N 钩码上升高度h/m 手的拉力F/N 手移动的距离s/m
1 2 0.1 2.1 0.1
2 2 0.1 1.1 0.2
(2)实验结论：使钩码上升相同的高度，利用动滑轮提升钩码时做的功大于直接提升钩码所做的功；这表明：使用动滑轮不但不省功，反而要多做功。
温馨提示:
1. 实验中，应竖直向上匀速提升钩码。
2. 图乙实验中，手移动的距离可以不用刻度尺测量，直接利用关系式s=nh=2×0.1 m=0.2 m 得到。
3. 使用动滑轮不能省功的原因：动滑轮本身有一定的重力；绳子和动滑轮之间存在摩擦力。
2. 有用功
(1)上述实验中，克服钩码重力做的功，对我们来说是有用的，是无论采用何种方式都必须做的功，叫有用功，用W 有表示。
(2)有用功相当于不用机械而直接用手对物体做的功。
3. 额外功 上述实验中，克服滑轮重和摩擦力做的功，对我们来说没有必要但又不得不做，这部分功叫额外功，用W额表示。
4. 总功
(1)上述实验中，拉力总共所做的功叫总功，用W 总表示；总功等于有用功和额外功之和，即W总=W有+W额。
(2)总功就是人们利用机械所做的功。
深度理解:
●有用功是一种“ 目的功”。为了实现做功的目的，有用功W有等于直接用手做的功，总功W总等于作用在机械上的力与这个力通过距离的乘积。
●由于机械存在自重，且部件之间存在摩擦，故利用机械实现做功的目的，额外功不可避免。
例 1
人用铁桶从井中打水，则此过程中( )
A. 人对铁桶做的功是额外功
B. 人对水做的功是额外功
C. 人对水和铁桶做的功都是额外功
D. 人对水和铁桶做的功都是有用功
A
解题秘方：判断有用功、额外功要看做功的目的，实现做功的目的所做的功是有用功，所做的其余部分的功为额外功。
解析：用铁桶打水，做功的目的是提水，故对水做的功是有用功，对铁桶做的功是额外功。
特别提醒：若是打捞掉到水中的桶，则对桶做的功为有用功，对水做的功为额外功。
1-1. 小明用桶把一些沙子运上三楼。在此过程中( )
A. 小明克服自身重力所做的功是总功
B. 小明克服沙子重力所做的功是有用功
C. 小明克服沙子重力所做的功是额外功
D. 小明克服桶的重力所做的功是有用功
B
1. 定义 物理学中，把有用功跟总功的比值叫做机械效率，用η 表示。
2. 公式 η= 。
机械效率越高，做的有用功与总功的比值就越大，这个机械的性能就越好。
新知二 机械效率
3. 可变性 机械效率不是固定不变的，同一机械在不同的做功过程中，机械效率可能会发生改变。
4. 特点 任何机械的机械效率都小于1，只有在理想情况下机械效率才等于1。
5. 注意 机械效率的高低与机械是否省力、滑轮组上绳子的绕法、物体提升的高度、物体被提升的速度等因素无关。
6. 机械效率的计算归类
图示 做功目的 有用功 总功 机械效率
杠杆 竖直 提升 物体 W有= Gh W 总= FsF η =
斜面
续表
图示 做功目的 有用功 总功 机械效率
滑轮(组) 竖直 提升 物体 W有= Gh W 总= FsF η =
水平移 动物体 W 有= fs物 η =
深度理解:
1. 像速度、密度和功率一样，机械效率也是利用比值法来定义的。
2. 由机械效率的计算公式知，式中分子和分母的单位相同，故算出的机械效率没有单位。机械效率是一个比值，一般用百分数表示。
3. 影响机械效率的因素：机械效率是由机械自身因素(如机械自重、摩擦等)和做功对象(如提起的重物) 决定的。
4. 机械效率、功率和功是三个不同的物理量，机械效率与功和功率之间没有直接关系。
[中考·南京] 如图2 所示，物体重180 N，动滑轮重10N，小明用100 N 的拉力(方向不变)将物
体匀速提升2 m，用了10 s，则此过程中有
用功是______ J，额外功是_____ J，拉力
的功率是_____ W，滑轮组的机械效率是
_____%。
例2
是多余条件，是干扰条件。
360
40
40
90
解题秘方：利用题中条件可直接求出的物理量有W有、s、W总，再利用求出的物理量和已知量进一步分析求解。
解析：滑轮组提升物体时所做的有用功W 有=Gh=180 N×
2 m=360 J。
由图知n=2，则绳子末端移动的距离s=2 h=2×2 m= 4 m，
拉力所做的总功W总=Fs=100 N×4 m=400 J，
拉力的功率P= = =40 W。
额外功W额=W总－W有=400 J－360 J=40 J。
滑轮组的机械效率η= = =90%。
又解：机械效率η= == ==90%。
2-1. [中考·黑龙江] 利用如图3所示的滑轮组，小宇在10 s 内用500 N的拉力将重800 N 的物体匀速提升2 m 的高度，则所做的有用功为_______J，滑轮
组的机械效率为_______。
1 600
80%
如图4 所示，甲工人用水平推力F甲推动重为750 N 的货物，在水平路面上匀速移动2 m 至仓库门口A 处，用时10 s，此过程中甲工人做功的功率P甲＝ 30 W；乙工人接着使用滑轮组拉动该货物在同样的路面上匀速移动3 m 到达指定位置B，拉力F乙为80 N。求：
例 3
解题秘方：用公式W=Pt 计算出甲工人做的功，进而利用公式W=Fs 计算出甲工人的推力，可得货物所受的摩擦力f，则可利用公式η= = 计算滑轮组的机械效率。
(1)甲工人做的功。
解：甲工人做的功W甲=P甲t=30 W×10 s=300 J。
(2)该滑轮组的机械效率。
解：甲工人的推力F甲= = =150 N。因货物在水平路面上被匀速推动，则货物受到的推力、摩擦力是一对平衡力，故货物受到的摩擦力f=F甲=150 N。乙工人使用滑轮组拉动货物在同样的路面上匀速移动s2=3 m，由图知，n=3，拉力端移动的距离s乙=3s2，则滑轮组的机械效率η= = = = = =62.5%。
3-1. [中考·广西] 如图5 是利用滑轮组帮助汽车脱困的情景。匀速拉动车的过程中，车相对树木是______(填“静止”或“运动”)的，动滑轮上有_____段绳子承担对车的拉力，若对车的拉力为2 400 N，F 为1 500 N， 则该滑轮组的机械效率是______。
运动
2
80%
第3节 机械效率
机械
效率
公式
η=
无单位
有用功
总功＝有用功＋额外功
特点
总小于1
影响因素
归纳新知
再 见

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