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第17课时
机械效率
一、三种功
1．有用功：为了达到某个目的而 的功，用W有表示．
2．额外功：对我们无利用价值但又 的功，用W额表示．
3．总功：有用功和额外功 ．W总＝W有＋W额．
二、机械效率
4．定义：有用功跟总功的比值，用符号η表示．
5．公式；η＝×100%.
注意：(1)因使用机械都不可避免地要做额外功(主要指克服机械自重和摩擦所做的功)，所以有用功总 总功，故机械效率总 1，机械效率通常用百分数表示．
(2)机械效率是衡量机械做功性能好坏的物理量，但机械效率的高低与使用机械是省力还是费力 关．
必须做
不得不做
之和
小于
无
小于
G物h
fs物
G物h
Fs
Fs绳
Fs
三、几种简单机械的机械效率
如图，沿斜面把一个重50 N的物体拉上去，
所用拉力F＝40 N，斜面长5 m，高3 m，
物体向上运动的速度为0.1 m/s.
(1)拉力F所做的有用功为 J；
(2)拉力F的功率为 W；
(3)斜面的机械效率为 ．
150
4
75%
额外功、有用功和总功的理解(10年5考)
1．(2022·江城区一模)当你用桶从井中提水时，你对桶做的功是 ；如果桶掉进井里，从井中捞桶时，桶里带着一些水，这时你对桶做的功是 ，对桶中的水做的功是 (均选填“总功”“额外功”或“有用功”)．
额外功
有用功
额外功
2．(2022·武昌区模拟)如图所示，小明用三种方法把重170 N的沙子匀速提到三楼．根据图中所提供的信息可知以下说法错误的是(绳与滑轮的摩擦不计，不考虑滑轮和桶、滑轮和口袋的间距)( )
A．三种方法所做的有用功相同
B．第②种情况下所做的额外功最大
C．第②种情况下的机械效率是85%
D．第③种情况下人对绳的拉力最小
B
方法点拨
(1)使用机械时，人们为完成某项任务必须做的功叫有用功；对完成任务没有用，但不得不做的功叫额外功．
(2)有用功是用来提升沙子所做的功；额外功体现在克服人自身重力做功，提升动滑轮、口袋、桶所做的功．
机械效率大小的比较(10年1考)
3．(2022·越秀区)如图分别使用甲、乙、丙三种方式把同一物体M匀速竖直提升，绳长不变，测得各拉力F大小如图，已知拉力F的作用点移动距离相等，则以下说法正确的是( )
A．F乙和F丙两个力所做的功不同
B．机械乙的有用功比机械丙的有用功大
C．机械丙的滑轮重一定为12 N
D．机械乙的机械效率小于机械丙的机械效率
B
方法点拨
注意题中是拉力F 的作用点移动距离相等，不是物体上升的高度相同，图丙中滑轮为动滑轮，根据动滑轮的省力公式进行分析，但绳重和摩擦是实际存在的．
机械效率的计算(10年5考)
4．(2022·隆回)用如图所示的滑轮组，将重为20 N的物体匀速提升0.1 m，拉力F＝12 N，在这一过程中，下列说法错误的是( )
A．所做的有用功为2 J
B．所做的额外功为0.4 J
C．所做的总功为2.4 J
D．此滑轮组的机械效率为50%
D
5．(2022·黄山)如图所示，对滑轮组绳子的自由端施加水平向左的大小为10 N的拉力，将重为50 N的物体A向左匀速拉动1 m的距离，物体A受到的摩擦力为25 N，求：(1)拉力做的总功；(2)额外功；
(3)该滑轮组的机械效率(结果保留1位小数)．
方法点拨
(1)根据W＝Gh求出所做的有用功；根据s＝nh 求出绳子自由端移动的距离，利用W＝Fs 求出所做的总功，再利用W总＝W有＋W额求出所做的额外功．
(2)根据s绳＝ns物求出绳子自由端通过的距离，利用W总＝Fs绳求出拉力做的总功；W有＝fs物求出拉力做的有用功，拉力做的额外功等于总功减去有用功．
功、功率和机械效率关系易混
6．(2022·西平)关于功、功率和效率，下列说法正确的是( )
A．越省力的机械，其机械效率越高
B．功率大的机械，效率一定很高
C．做功少的机器，功率一定小
D．功率大的机器做功一定快
7．(2022·沙坪坝区)关于机械效率，下列说法正确的是( )
A．减小摩擦，可使机械效率等于100%
B．机械做功的功率越大，机械效率越高
C．机械所做的有用功越多，机械效率就越高
D．机械效率越高，有用功和额外功的比值越大
D
D
方法点拨
(1)机械效率是衡量机械做功性能好坏的物理量，与机械是省力还是费力、功率大小均无关，只与有用功在总功的占比有关；功率描述物体做功快慢，功率大，做功一定快．
(2)使用机械不可避免做额外功，故不会有机械效率为100%．
机械效率公式的利用
8．(2022·朝阳区模拟)如图所示是某建筑工地上使用的起重机，在一次操作过程中起重机将质量为500 kg的建筑材料竖直提升了12 m，用时15 s(取g＝10 N/kg)．求：
(1)所提建筑材料受到的重力；
(2)起重机提起建筑材料所做的有用功；
(3)提升过程中该起重机的电动机功率为8 kW，那么提升过程中塔式起重机的机械效率是多大？
方法点拨
测量滑轮组的机械效率(常规实验)
【设计和实验】
1．(1)实验原理：η＝W总(W有)×100%.
(2)表格设计与实验装置．
(3)实验器材：滑轮组、铁架台、细绳、 、 、钩码．
(4)滑轮组绕线：先确定承担对动滑轮及物体拉力的绳子段数，用 确定绕线方式．
【实验结论】
2．滑轮组的机械效率与 及动 有关．
(1)同一滑轮组，提升 ，机械效率 ；
(2)不同滑轮组提升 ，动滑轮 ，机械效率 ．
(3)滑轮组的机械效率与提升物体的高度和速度，绳子的 ，省、费力情况
均 关．
弹簧测力计
刻度尺
奇动偶定法
物体重力
越轻
越高
段数
无
动滑轮的重力
同一重物
越高
物体越重
【交流与反思】
3．(1)实验中要缓慢、 向上拉动物体，这样才能使弹簧测力计的示数稳定，方便读数．
(2)影响滑轮组机械效率的因素：
．
(3)提高滑轮组机械效率的方法：① ；② ；③ ．
匀速
①提升物体的重力；②动滑轮的重力；③绳重、摩擦
增加提升物体的重力
减小动滑轮的重力
减小绳重和摩擦等
【实验过关】
例1　(2022·子洲县)如图为小明测量滑轮组机械效率的实验，实验中每个钩码重2 N，测得的数据如表：
(1)在实验中，应竖直向上 拉动弹簧测力计，读出拉力的大小．
(2)第2次测量中，测力计示数如图乙，则拉力的大小为 N，第2次实验测得的机械效率为 .(结果保留整数)
匀速
2.6
77%
(3)分析第1、3次实验数据可知：使用不同的滑轮组，提升相同的重物，动滑轮个数越多(即动滑轮总重越重)，滑轮组的机械效率越 ．
(4)分析第3、4次实验数据可知，滑轮组的机械效率与物体 无关．
(5)如果不计绳重及摩擦，由第4组数据可求出一个动滑轮的重力为 N.
低
上升高度
1.5
(2018·广东节选)如图是建筑工地上的起重机示意图，起重机的电动机的输出功率为3×103 W，当它把质量为1 t的重物匀速提起24 m时，用时100 s．(取g＝10 N/kg)求：在这段时间内起重机提起重物做功的功率是多少？机械效率是多少？
(2020·陕西)登山缆车主要由缆绳、轿厢、大轮及控制系统等组成，工作时，电动机提供动力驱动大轮匀速转动．从而带动缆绳使轿厢匀速运动，某风景区登山电车在相距1 080 m的低点和高点之间运行，可将前客提升540 m的高度，如图所示，每个轿厢从低点到高点的运行时间为9 min，上行、下行的缆绳上分别固定着5个轿厢，每个轿厢满额运载4人．当上行轿厢满额且下行空载时，电动机输出功率为40 kW，每个人质量按60 kg计算．(g取10 N/kg)
(1)轿厢在低点绕大轮匀速转动时，它的运动状态 (选填“不变”或“改变”)．
(2)轿厢的运行速度是多少？
(3)若始终保持上行轿厢满额且下行空载，相当于每9 min将5个轿厢内全部人员从低点提升到高点，则该登山缆车9 min内完成的有用功是多少？机械效率是多少？
改变
方法点拨
(1)运动状态的改变包括速度大小的变化和运动方向的变化；
(2)根据速度公式求出速度的大小；
(3)根据W有＝Gh求出有用功，根据W总＝Pt求出总功，然后根据机械效率公式求出机械效率的大小．

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