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第十二章 简单机械
第3节 机械效率
义务教育教科书 物理 八年级 下册
你知道生活中的率吗？
工作效率
树的成活率
油烟净化率
种子的发芽率
“率”=，表示事物某一方面的优劣。
学习效率
小红奋笔疾书学习3h
但期间偷偷玩手机1h
有用学习时长2h
学习效率=2h/3h
机械做功有没有效率呢？
额外功
在做有用功的同时，
人们不需要但又不
得不做的功，叫做
额外功。
有用功
我们要做的，
必须做的功，
叫做有用功。
总 功
W
W
W
＋
＝
有用功加额外功是总共做的功，叫总功。
小红奋笔疾书学习3h
有用学习时长2h
但期间偷偷玩手机1h
小红没法百分百专注
提升重物，要克服滑轮重力和摩擦而额外做功，否则不能完成任务。这个功不是目的而又不得不做，是额外功。
要达到目的，完成有用功，必须施加力 F 对滑轮做功，是总功。
提升重物是目的，是有用功。
1.用水桶从井中提水的时候，
提水所做的功是有用功，提水桶所做的功是额外功。
2.如果桶掉到井里，从井里捞桶的时候，捞上的桶里
带了一些水，这种情况下，
提水桶所做的功是有用功，提水所做的功是额外功。
卖茶杯的人，从货架上拿起茶杯；喝茶水的人，从桌面上端起盛茶水的茶杯，就两人克服茶杯重力做功的下列说法中正确的是（　　）
A．都是有用功
B．都是额外功
C．对喝茶的人而言是有用功
D．对卖茶杯的人而言是有用功
D
要把重100N的沙子运上三楼。下图画了三种办法。
一、有用功和额外功
沙子重100N
人体重400N
动滑轮重10N
桶重20N
麻袋重5N
地面到三楼高6m
人提沙子做功
对沙子做功
对 桶 做 功
W1 =F1S= 600 J
克服自重做功
总功 3120J
额外功
2520 J
W2 =F2S= 120 J
W3 =F3S= 2400 J
有用功
600 J
【方法1】
人拉滑轮利用桶做功
对沙子做功
对 桶 做 功
W1 =F1S= 600 J
对滑轮做功
总功 780J
额外功
180 J
W2 =F2S= 120 J
W3 =F3S= 60 J
有用功
600 J
【方法2】
人拉滑轮利用麻袋做功
对沙子做功
对麻袋做功
W1 =F1S= 600 J
对动滑轮做功
总功 690J
额外功
90 J
W2 =F2S= 30 J
W3 =F3S= 60 J
有用功
600 J
【方法3】
额外功
在做有用功的同时，
人们不需要但又不
得不做的功，叫做
额外功。
有用功
我们要做的，
必须做的功，
叫做有用功。
实现目的而做的功
克服机械自身（如动滑轮、绳子）的重力和摩擦等而做的功
总 功
W
W
W
＋
＝
有用功加额外功是总共做的功，叫总功。
动力对机械所做的功
要把重100N的沙子运上三楼。下图画了三种办法。
哪种办法最好？
有用功和额外功
有用功600 J
总功 3120J
有用功600 J
总功 780J
有用功600 J
总功 690J
① ② ③
③
【机械效率】——有用功跟总功的比值。
注：机械效率一般用百分数表示，没有单位。
我们总希望，有用功占总功的份额越大越好。
公式：η＝　　　　　　　　　　
W有用
W总
W有用
W有用+W额外
＝
二、机械效率
W额外＞0，W总＞W有用　所以η＜1
W额外＝0，W总＝W有用 所以η＝1
分析公式
理想状态，忽略机械自重和摩擦等因素。
常见机械的效率
滑轮组 50%～70%
起重机 40%～50%
请谈谈我们可以采取哪些措施来提高机械效率
减小摩擦
减小机械本身的重力
抽水机 60%～80%
离心式水泵 60%～80%
关于机械效率的说法中正确的是（ ）
A．越省力的机械，效率越高
B．做有用功越多的机械，效率越高
C．做相同的功，额外功的值越小，效率越高
D．做功越快的机械，效率越高
C
练一练
起重机把质量为0.5t的重物匀速提升了3m，而它的电动机所做的功是3.4×104J，起重机的效率是多少？（g 取10N/kg）
机械效率的计算
解：
起重机匀速提升重物所用的力与物体所受的重力大小相等：
F＝G＝mg＝0.5×103kg×10N/kg＝5×103N
起重机提升重物所做的功是有用功：
W有＝Fh＝5×103N×3m＝1.5×104J
起重机把质量为0.5t的重物匀速提升了3m，而它的电动机所做的功是3.4×104J，起重机的效率是多少？（g 取10N/kg）。
起重机提升重物所做的功是有用功：
W有＝Fh＝5×103N×3m＝1.5×104J
因此，起重机的机械效率：
起重机的电动机所做的功是总功：
W总＝3.4×104J
W有用
W总
＝
η＝　　　　　　　　　　
1.5×104J
3.4×104J
＝
0.44
44%
＝
实验原理
实验器材
注意事项
弹簧测力计、刻度尺、
铁架台、滑轮、细线、钩码。
竖直向上，缓慢拉动测力计。
测量滑轮组的机械效率
W有用
W总
Gh
Fs
＝
η＝　　　　　　　　　　
演示：测量滑轮组机械效率
钩码重G/N 钩码升高h/m 拉力F/N 拉力移动s/m 有用功 W有/J 总功W总/J 机械效率η
1
2
3
实验1:保持动滑轮重一定，改变钩码重。
结论：
动滑轮重一定，物重越大，机械效率越高。
F
1 0.1 0.5 0.3 0.1 0.15 66.7%
1.5 0.1 0.7 0.3 0.15 0.21 71.4%
2 0.1 0.8 0.3 0.2 0.24 83.3%
结论：
物重一定，动滑轮越重，机械效率越低。
实验2:保持钩码重一定，改变动滑轮重。
钩码重G/N 钩码升高h/m 拉力F/N 拉力移动s/m 有用功 W有/J 总功W总/J 机械效率η
1
2
2 0.1 0.8 0.3 0.2 0.24 83.3%
2 0.1 0.7 0.4 0.2 0.28 71.4%
关于测量滑轮组机械效率的几点说明：
1.在测滑轮组的机械效率时，可以不测量 s 和 h；
2.若不考虑绳重和摩擦，只计动滑轮重力时：
即：
η=
G+G动
G
Gh
Fs
＝
η＝　　　　　　　　　　
Gh
Fnh
＝
G
Fn
即：
η＝　　　　　　　　　　
G
Fn
η＝　　　　　　　　　　
G
Fn
＝
G＋G动
G
F=
G+G动
n
与滑轮组绕线方式无关
影响滑轮组机械效率的因素
1.摩擦、绳重（轮与轴及轮与绳之间）
（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
2.物重
（物重增加，机械效率提高）
3.动滑轮重
（动滑轮重减小，机械效率提高）
η= =
G+G动
G
D
有用功不变
η=W有/W总
A．只有①③ B．只有②④
C．只有②③ D．只有①④
B
η=
解：（1）W有＝Gh＝3600N×5m＝18000J；
（2）如果额外功是12000J，则总功为：
W总＝W有+W额＝18000J+12000J＝30000J；
起重机的机械效率：
W有用
W总
×100%＝
η＝　　　　　　　　　　
1.8×104J
3×104J
＝60%
×100%

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