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第十二章 简单机械
第3节 机械效率
新课引入
生活中我们常常会遇到“效率”这个词，例如学习效率、工作效率等。利用机械帮助我们完成某项任务，也会涉及效率问题，我们称为机械效率。要研究机械效率，就要先研究使用机械做功的情况。
学习目标
理解有用功、额外功和总功的含义。
理解机械效率的定义及物理意义，会进行相关的计算。
知道提高机械效率的意义和主要方法。
有用功和额外功
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？
有用功和额外功
实验探究：使用动滑轮是否省功
（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，计算拉力所做的功。
（2）如图乙，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，再次计算拉力所做的功。
（3）思考这两次拉力所做的功一样吗？为什么？
有用功和额外功
实验小结：
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，但第二次拉力做的功要多一些。这说明，尽管使用动滑轮会省力，但由于滑轮本身要受到重力的作用以及摩擦等因素的影响，使我们多做了功。
有用功和额外功
在上面的实验中，我们直接把钩码提升，这部分功是必须要做的，叫做有用功，用表示。若用滑轮组提升钩码，我们还不得不克服动滑轮本身的重力和摩擦力等因素的影响而做功，这部分功叫做额外功，用表示。有用功加额外功是总共做的功，叫做总功，用表示。总功、有用功和额外功之间的关系为 =+。
有用功和额外功
思考:
如图所示，假如用斜面推沙子，有用功，额外功，总功各是多少？
【解析】
有用功
机械效率
假如我们用下面三种方法搬运沙子，你认为哪一种方法最好？为什么？
【解析】
第三种方法最好，因为第三种方法做的额外功最少。
机械效率
在保证所做有用功一定的情况下，人们总是希望额外功越少越好。即额外功在总功中所占的比例越少越好。物理学中，将有用功跟总功的比值叫做机械效率。如果用（读作aita）表示机械效率，那么有。使用任何机械都不可避免地要做额外功，有用功总是小于总功，所以机械效率总是小于1的。机械效率通常用百分数表示。
机械效率
起重机把质量为的重物匀速提升了，而它的电动机所做的功是J，起重机的机械效率是多少？g取。
【解析】
起重机匀速提升重物所用的力的大小等于物体所受的重力的大小起重机提升重物所做的功是有用功；起重机的电动机所做的功是总功因此，起重机的机械效率这台起重机的机械效率为44。起重机的机械效率一般为40 ~50，抽水机的机械效率一般为60 ~80。
机械效率
实验探究:测量滑轮组的机械效率
（1）如图所示，安装滑轮组，记下钩码所受的重力以及钩码和弹簧测力计的位置。
（2）缓慢拉动弹簧测力计，使钩码升高，读出拉力的值，用刻度尺测出钩码上升的高度和弹簧测力计移动的距离，记录下来。
（3）算出有用功、总功、机械效率，并记录下来。
（4）改变钩码的数量，再做两次上面的实验。
机械效率
提高机械效率可以充分地发挥机械设备的作用，对节能减排，提高经济效益有重要的意义。提高机械效率的主要办法是改进结构，使它更合理、更轻巧。在使用中按照技术规程经常保养，使机械处于良好的状态，对于保持和提高机械效率也有重要作用。
机械效率
有用功与额外功：有用功是指对人们有用的功。用符号表示。额外功是指人们不需要但又不得不做的功，比如物体本身受的重力以及摩擦力等因素造成的不得不做的功。用符号表示。总功指的是有用功与额外功之和。即。
机械效率：有用功跟总功的比值叫做机械效率。用符号表示。即。
注意：有用功总小于总功，所以机械效率总是小于1的。机械效率通常用百分数表示。
知识点
提高机械效率的方法：通常是减少额外功，如做好润滑，减轻机械自重；在无法减小额外功的情况下，采用增大有用功来提高机械效率。
机械效率的测量：（1）原理：
（2）结论：影响滑轮组机械效率高低的主要因素有①动滑轮质量越大，个数越多则额外功相对就多；②提升重物越重，做的有用功相对就多；③摩擦，若各种摩擦越大做的额外功就多；④绕线方法和重物提升高度不影响滑轮机械效率。
机械效率
课堂练习
例题1：关于机械效率的问题，下列说法中正确的是（ ）
A. 做功越多，机械效率一定越高
B. 单位时间内做功越多，机械效率一定越高
C. 省力越多的机械，机械效率一定越高
D. 额外功在总功中所占比例越小，机械效率一定越高
D
知识点：机械效率的理解
课堂练习
【解析】
做功多，有用功不一定多，有用功占总功的比例不一定高，所以机械效率不一定高，故A错误；有用功占总功的比例与单位时间内做功多少无关，故B错误；省力多的机械的机械效率往往偏低，故C错误；额外功在总功中所占比例越小，说明有用功在总功中所占的比例越大，机械效率就越高，故D正确；故选D。
实战演练
例1：关于机械效率，下面说法正确的是（ ）
B
A. 功率越大的机械效率越高
B. 由于有用功总小于总功，机械效率总小于1
C. 机械效率越低的机械，做的功就越少
D. 机械效率越高的机械越省力
实战演练
【解析】
A选项，机械效率等于有用功和总功的比值，与功率无关，该选项说法不正确；B选项，任何机械都不可避免做额外功，因此机械效率总小于1，该选项说法正确；C选项，机械效率的高低与做功的多少无关，等于有用功和总功的比值，该选项说法不正确；D选项，机械效率的高低与机械的省力情况无关，该选项说法不正确。故选B。
实战演练
例2：______________________叫机械效率； 。某机械的机械效率为75%，表示物理意义是 。用60N的沿斜面向上的推力能将重200N的物件推上长6m，高1.2m的斜面，则有用功为 ，总功为 ，斜面的机械效率是 。
有用功与总功的比值
有用功占总功的
240J
360J
知识要点
有用功：我们所需要的功。
额外功：工作时，对于额外负担所不得不做的功。
总功：有用功与额外功之和。
知识要点
机械效率：物理学中，有用功在总功中所占的比例表示机械效率；表示有用功；表示总功。那么，机械效率表示为：。任何机械的机械效率都小于1。
知识要点
提高机械效率：改进机械结构，使机械更合理更轻巧。经常保养，定时润滑。

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