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第三板块　功与能
第18课时　机械效率
一、各种功
1．有用功：为完成某项任务而________的功，用W有表
示。
2．额外功：对人们无利用价值但又________的功，用
符号W额表示。
3．总功：有用功与额外功________。W总＝W有＋W额。
必须做
不得不做
之和
二、机械效率
1．概念：_______跟_____的比值，用符号_____表示。
2．公式：___________。
3．使用任何机械都不可避免地要做额外功，总有W有　　_____W总，所以机械效率总是______1。机械效率通常用百分数表示。
有用功
总功
η
＜
小于
4．提高机械效率的方法：
(1)改进结构，使机械更合理、更轻巧(减小机械_______)；
(2)使用时要经常保养，定时加润滑油(______机械间的摩擦)；
(3)同一机械，_______载重。
机械效率是标志机械做功性能好坏的物理量，但机械效率的高低并不决定使用机械是省力还是费力。
自重
减小
增大
三、常见简单机械的机械效率
【例1】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________，对水做的功是________。(均选填“总功”“额外功”或“有用功”)
1 有用功、额外功和总功
额外功
有用功
额外功
【方法指导】要分辨有用功和额外功，就要明确做功的任务。为完成该任务需做的功就是有用功；为了完成任务不需要但又不得不做的为额外功。有用功与额外功之和叫总功。
【变式1－1】小刚将重为100 N的水提到6 m高的楼上，小刚同学体重为400 N，装水的水桶重20 N，在这个过程中，他克服自己的体重做的功是________，有用功是______，额外功是_________，总功是________。
2 400 J
600 J
2 520 J
3 120 J
【变式1－2】(2020·广东)如图所示，人向下拉绳提升重物。已知物体重400 N，动滑轮重60 N，不计绳重及摩擦，将重物匀速提升0.5 m，人需用的拉力为_____N，绳子自由端移动的距离为____m，人所做的有用功为______J。
230
1
200
【例2】(2023·英德二模)如图为塔式起重机的起重结构简化示意图，a属于____(选填“定”或“动”)滑轮，b能起到________(选填“改变力的方向”或“省力”)的作用。请你提出一个使起重机机械效率提高的方法：
______________。
2 机械效率的提高
定
省力
适当增加物重
【方法指导】机械效率是有用功与总功的比值，有用功在总功中占的比例越大，其比值越高，则机械效率就越高。提高机械效率的方法：增大有用功，减小额外功。
【变式2－1】生产生活中常常会用到各种机械设备，下列说法中不正确的是 ( )
A.任何机械设备的效率总小于1
B.减小机械内部摩擦可以提高其效率
C.提高机械设备的效率可以节能减排
D.机械设备做功越快，其效率越高
D
【变式2－2】用如图所示的动滑轮提升重物，下列措施能提高动滑轮机械效率的是 ( )
A. 减小被提升物体的高度
B. 增大动滑轮的重力
C. 减小绳子的拉力
D. 增大物体的重力
D
【例3－1】如图所示，用力F 将重力G＝10 N的物体匀速向上提升2 m，动滑轮重2 N(不计绳重及摩擦)，下列说法中正确的是 ( )
A. 绳子末端移动的距离为1 m
B. 拉力大小为5 N
C. 滑轮组所做的有用功为20 J
D. 滑轮组的机械效率为80%
C
3 有关机械效率的计算
【方法指导】解决滑轮组的有关问题，要掌握好滑轮组的5个参数、2个关系和3条公式。
【变式3－1】(2023·惠州一模)小明利用如图甲所示的滑轮组，将不同的物体匀速提升1 m，图乙所示为克服物体重力做的功和拉力做的功随物重变化的柱状图，不计绳重和摩擦。定滑轮的作用是_____________，物重为150 N时，小明做
的有用功为_____J，
动滑轮的重力为____N。
改变力的方向
150
50
【例3－2】(2023·泰州)如图所示，斜坡长L＝4 m，高
h＝2 m。小明用120 N的拉力平行于斜坡向上将重为200 N的木箱从底端匀速拉到顶端。他所做的有用功为_____J，斜坡的机械效率为_______(精确到0.1%)，木箱所受摩擦力的大小为____N。
400
83.3%
20
【方法指导】斜面机械效率的有关问题，跟滑轮组相似，但只有4个参数和3条公式。
【变式3－2】(2023·江西)如图所示，利用斜面将箱子推进车厢通常要比把箱子直接从地面搬进车厢省力多了。某同学用100 N的力沿斜面向上匀速推动箱子，已知箱子质量为20 kg，斜面长3 m，斜面高1.2 m，g取
10 N/kg。
(1)求箱子受到的重力；
(2)求箱子受到的摩擦力；
(3)求斜面的机械效率；
(4)使用斜面推箱子时有哪些更省力的方法？
解：(1)箱子受到的重力G＝mg＝20 kg×10 N/kg＝200 N
(2)推力所做的总功W总＝Fs＝100 N×3 m＝300 J
推力做的有用功W有＝Gh＝200 N×1.2 m＝240 J
沿斜面推动箱子，克服斜面对箱子的摩擦力做的功是额外功，则W额＝W总－W有＝300 J－240 J＝60 J
由W额＝fs可得箱子受到的摩擦力f＝
(4)减小斜面的坡度、减小斜面的粗糙程度都可以省力。
答：略。
(3)斜面的机械效率 η＝
D
1 功、功率和机械效率易混
【例1】(2023·连云港)下列关于机械效率的说法中正确的是 ( )
A. 越省力的机械，机械效率越高
B. 做功越快的机械，机械效率越高
C. 所做有用功越多的机械，机械效率越高
D. 有用功与总功的比值越大的机械，机械效率越高
【举一反三1】下列有关功率与机械效率的说法中正确的是 ( )
A. 机械效率越高，机械做功的功率越大
B. 做功越多的机械，机械效率一定越高
C. 功率越大的机械，机械效率一定越高
D. 做功越快的机械，功率一定越大
D
【方法指导】做功必须满足的两个条件：有力作用在物体上、物体在力的方向上移动了距离；功率是描述物体做功快慢的物理量，它等于单位时间内所做的功，功率大则做功快；机械效率反映机械的性能优劣，是有用功与总功的比值；功率与机械效率是两个完全不同的物理量，它们之间没有必然的联系。
【例2】一位同学用如图所示的滑轮组拉着重500 N的物体，使物体以0.1 m/s的速度沿水平地面向右匀速直线运动10 s，已知物体与地面间的滑动摩擦力为150 N，滑轮组的机械效率为60%，在此过程中下列选项中说法正确的是 ( )
A. 绳子自由端移动的距离为3 m
B. 拉力做的有用功为500 J
C. 拉力做的额外功为150 J
D. 拉力做功的功率为25 W
D
2 滑轮组机械效率的计算
【举一反三2】(2023·鄂州)小刚用如图所示的滑轮组，将重为10 N的物体匀速提升0.5 m，已知动滑轮重2 N，不计绳重和摩擦。下列说法中正确的是 ( )
A. 拉力F为5 N
B. 有用功为10 J
C. 绳子自由端移动的距离为1.5 m
D. 该滑轮组的机械效率为83.3%
D
【方法指导】用公式η＝ ×100%变形进行相关计算。水平放置的滑轮组克服摩擦力做的功是有用功。
实验18　测量滑轮组的机械效率
【例题】用如图所示的装置测量滑轮组的机械效率，部分实验数据如下表：
(1)实验过程中，缓慢竖直拉动弹簧测力计，使钩码向上做__________运动。第1次实验时，钩码上升的时间为3 s，此过程中，绳子自由端上升的速度为______m/s。
(2)第4次实验时所做的有用功为____J，滑轮组的机械效率是____%。
匀速直线
0.05
0.3
80
(3)分析第1、2、4次实验的数据可知，使用同一滑轮组提升重物时，重物重力越____(选填“大”或“小”)，滑轮组的机械效率越高；分析第2、3次实验的数据可知，滑轮组的机械效率与钩码上升的高度______(选填“有关”或“无关”)。
大
无关
(4)用滑轮组提升重物时，下列选项中也可提高机械效率的是____。
A. 换用更轻的动滑轮 B. 加快提升重物的速度
【拓展提问】
(5)在第2次实验中，拉力做的额外功为____J。
(6)小琪同学在仅改变提升物体速度的情况下，又做了上述第3次实验，结果会发现滑轮组的机械效率______(选填“变大”“变小”或“不变”)。
0.07
不变
A
C
1．用相同的滑轮和绳子分别组成如图所示的甲、乙两个滑轮组，把相同的物体匀速提升相同的高度，在不计绳重及摩擦的情况下，下列选项正确的是 ( )A．F甲＞F乙，η甲>η乙
B．F甲＜F乙，η甲<η乙C．F甲＞F乙，η甲＝η乙
D．F甲＜F乙，η甲＝η乙
2．如图所示，将重力为10 N的物体沿斜面向上从底端匀速拉到顶端。若斜面长L为1 m，斜面高h为0.3 m，拉力F为4 N，拉力的功率为2 W，则此过程中，拉力做的功为____J，斜面的机械效率是____%，物体从斜面底端运动到斜面顶端所用的时间是____s。
4
75
2
3．(2023·怀化)提高机械效率能够充分发挥机械设备的作用，一组同学在“测量滑轮组的机械效率”实验中，实验测得的数据如表所示：
(1)实验中应尽量竖直向上______(选填“匀速”或“加速”)拉动弹簧测力计。
(2)计算出第 3 次实验的有用功是____J，机械效率是______(结果精确到0.1%)。
(3)分析比较第1、2、3次实验数据可以判定，使用同一个滑轮组提升物体时，被提升的物体越重，滑轮组的机械效率_______(选填“越高”“越低”或“不变”)；分析比较第3、4次实验数据可得，机械效率与物体上升的高度______(选填“有关”或“无关”)。
匀速
0.4
74.1%
越高
无关
4．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。(1)在这段时间内起重机提起重物做功的功率是多少？(2)机械效率是多少？(g取10 N/kg)
解：(1)起重机对重物的拉力F＝G＝mg＝1×103 kg×10 N/kg＝1×104 N
对重物做的功W机械＝Fs＝1×104 N×24 m＝2.4×105 J
起重机电动机做的功
W电＝P电t＝3×103 W×100 s＝3×105 J
(2)提起重物做功的功率P＝
起重机的机械效率η＝
答：略。

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