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第九章 机械和功
五、探究——使用机械是否省功
五、探究——使用机械是否省功
为什么要使用下列工具？
省力
省距离
想一想有没有机械可以省功呢？
理解什么是机械效率。 （重点）
03
了解什么是有用功、额外功和总功；（重点）
02
探究使用机械是否省功；
01
探究使用机械是否省功
猜想与假设
使用机械不能省功。
制定计划
直接用弹簧测力计吊起一个重物，弹簧测力计的拉力对重物做的功为W1。再用弹簧测力计通过一个动滑轮吊起重物，使重物上升相同的高度，弹簧测力计的拉力做的功为W2。比较W1、W2就可以知道使用机械是否省功。
收集证据
按照下图所示的过程进行实验。实验中保持重物缓慢上升。用弹簧测力计测量拉力。记录重物和绳子自由端的始、末位置。将数据与计算结果填入实验表格。
收集证据
将以上数据及计算结果填入表中。
力/N 移动距离/m 力做的功/J
由实验结果可知，W2 W1。
＞
想一想，这是为什么？
G = 3
F =
F′ =
2
h=
0.2
s=
0.4
W1 = Fh =
0.6
W2 = F's =
0.8
交流讨论
一、直接用弹簧测力计匀速提升重物，拉力要对重物做功。
二、拉动绳子使动滑轮上升时，拉力在对重物做功的同时也要对动滑轮做功，同时还要克服动滑轮上的摩擦做功。
因此使用动滑轮并不省功。
思考：使用其他机械能省功吗？
大量实验表明：使用任何机械都不能省功。
有用功和额外功
在用动滑轮提升重物时，动滑轮对物体所做的功是有用的，是必须做的，这部分功叫作 。
有用功（W有用）
提升重物时，不可避免地要对动滑轮本身做功和克服摩擦做功，这部分功叫作_______________ _。
额外功（W额外）
有用功与额外功的总和叫作________________。
总功（W总）
W总=W有用+ W额外
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。
判断有用功和额外功
判断有用功和额外功
如图所示是某地区的供水系统发生故障后，居民利用滑轮提水的情景。在这个情景中，人所做的功哪部分是有用功，哪部分是额外功？
克服水的重力做的功为有用功，克服水桶、绳子重及摩擦所做的功为额外功。
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，这种情况下哪部分是有用功，哪部分是额外功？
提水桶所做的功是有用功，提水所做的功是额外功。
思考：
练一练
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
机械效率
我们希望在总功中有用功所占的比例越大越好。有用功的比例大，说明机械的工作效率高。
我们用有用功跟总功的比值来描述机械的这种特性，称之为机械效率。机械效率（η）表示为
η＝　　　　　　　　　　
W有用
W总
有用功是总功的一部分，所以W有用注：机械效率一般用百分数表示，没有单位。
交流讨论
2. 使用滑轮组提升重物时，影响其机械效率的因素有哪些？
影响滑轮组机械效率的因素有动滑轮的自重、绳子与滑轮之间的摩擦力
3. 使用杠杆提升重物时，机械效率能达到1吗？
不能，杠杆的自重和摩擦力都会影响杠杆的机械效率
1. 怎样提高机械效率？
减小额外功的占比，增大有用功的占比
起重机的机械效率是50%，它表示什么意义？
使用起重机提升重物时所做的有用功跟总功的比值是50%，也可以说有用功在总功中占的比例是50%，另外的50％是额外功。
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
例题 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
例题 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%
＝
斜面
斜面是一个与水平面成一定夹角的平面。是简单机械的一种。
斜面：是一个费了距离但能省力的简单机械。
螺旋——特殊的斜面
螺旋可以看作是绕在圆柱上的斜面。饮料瓶瓶盖、木螺丝、螺杆、螺母等都是利用螺旋的装置。
螺旋除了省力，还可以将旋转运动与沿轴的直线运动进行相互转化。
斜面的应用
楼梯
盘山公路
立交桥
探究——使用机械是否省功
有用功
对人们有用的必须要做的功
并非我们需要但又不得不做的功
有用功与额外功的总和
有用功跟总功的比值叫做机械效率
机械效率总小于1
机械效率
额外功
总功
W有用
W总
η＝
斜面
省力的简单机械
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．如图所示，用甲、乙两个滑轮组分别将不同的物体A和B匀速提升相同的高度，滑轮完全相同且不计绳重和摩擦，若滑轮组甲的机械效率较大，则下列判断正确的是（　　）
①A物体比B物体轻
②提升A的拉力较大
③提升A所做的额外功较少
④提升B做的总功较少
A．只有①③ B．只有②④
C．只有②③ D．只有①④
B
3．一台起重机将重3600N的货物提高5m。求：
（1）起重机做的有用功是多少？
（2）如果额外功是12000J，起重机的机械效率是多少？
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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