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10.5 机械效率
第10章 机械与人
教师
xxx
沪科版 八年级下册
有用功、额外功、总功
实验探究机械效率
机械效率
01
03
02
CONTANTS
目 录
情景引入
引入
?用水桶从井中提水的时候，所做的功哪部分是有用功，哪部分是额外功？
提水所做的功是有用功；
提水桶所做的功是额外功。
?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。
现代社会是讲求“效率”的社会，时时、事事、处处都追求高效率，以尽可能少的消耗能源，取得尽可能多的效益。
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。
那么，怎样提高机械效率呢？
?提高学习效率
?提高机械效率
有用功、额外功、总功
01
三种方式做功的内容
1
对沙子做功
对水桶做功
克服人自身重力做功
2
对沙子做功
对水桶做功
对滑轮做功
3
对沙子做功
对口袋做功
对滑轮做功
????1=Gh
=100 N×3 m
=300 J
?
W3 =Gh + f h + G轮h
=100 N×3 m + 5 N×3 m + 20 N×3 m
= 300 J + 15 J + 60 J = 375 J
?
W2 =Gh +f h
=100 N×3 m + 5 N×3 m
=300 J +15 J = 315 J
虽然使用机械能省力或改变作用力方向，但是由于机械自重或摩擦等影响，需要做额外功。
W1 ?
有用功、额外功、总功
有用功300 J
目的
没用但不得不做
额外功75 J
克服动滑轮重做功60 J
克服物体重做功300 J
克服摩擦力做功15 J
有用功、额外功、总功
W3 = 375 J
动力对机械所做的功。
克服机械自重和摩擦力所做的无用功，
但又不得不做。
对人们有用的功；在数值上等于直接用手对物体做的功。
有用功“W有”：
额外功“W额”：
总功“W总”：
人们总希望有用功占总功的比例越大越好。
为了表示这个比例，物理学中引入了“机械效率”。
有用功、额外功、总功
W总= W有 + W额
机械效率
02
机械效率
1.定义：有用功跟总功的比值叫做机械效率。
2.公式：
3.意义：
表示机械做功时，有用功在总功中所占的比例，是机械性能的重要指标。
4.因为 W有用 < W总 ，所以， η < 1。
机械效率一般用百分数表示，没有单位
5.一些机械的机械效率
柴油机:28%～40%
起重机:40%～50%
抽水机:60%～80%
适当增大物重
①减小机械自重；
使用较轻滑轮
②减小机械摩擦；
定时润滑
③增大有用功。
6.怎样才能提高机械的效率（减少额外功）
例题：起重机把质量为0.5t的重物匀速提升了3m,而它的电动机所做功3.4×104J，起重机的机械效率是多少？g取10N/kg.
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有用功：
W有=Fh=5×103N×3m =1.5×104J
起重机的电机做的总功：
W总=3.4×104J
因此，起重机的机械效率：
有没有机械效率为100%的机械？为什么？
师生互动
1.机械效率高低只表示有用功占总功的比值大小，不能说明做有用功多少；
2.机械效率是有用功跟总功的比值，只有大小，没有单位；
3.由于额外功总是存在，有用功总是小于总功，所以机械效率总是小于1；
4.机械效率是标志机械做功性能好坏的物理量，机械效率越高，机械性能越好；
5.机械效率高低与做功多少，功率大小，是否省力，提升高度无关。
实验探究机械效率
03
实验原理
实验器材
测量滑轮组机械效率
测量的物理量
G ---- 物体的重力
h ---- 物体升高的高度
F ---- 绳子自由端的拉力
s ---- 绳子自由端移动的距离
刻度尺、弹簧测力计、钩码、铁架台、“一定一动”的滑轮组、“二定二动”的滑轮组和长约2 m的细绳．
实验探究
1.测出钩码的重力G，并记录表中
2.先后按如图所示的三种情况，将实验器材安装好。
3.匀速拉动弹簧测力计，使钩码G匀速上升，读出弹簧测力计所示拉力F的值 ，从刻度尺读出钩码升高的距离h和绳子自由端移动的距离S，记录数据在表格中。
实验步骤
{5C22544A-7EE6-4342-B048-85BDC9FD1C3A}滑轮组
钩码重/N
钩码上升高度/m
有用功/J
弹簧测力计示数/N
绳子自由端移动距离/m
总功/J
机械
效率
（a）
1
0.1
0.1
0.4
0.3
0.12
83%
（b）
1
0.1
0.1
0.3
0.5
0.15
67%
（c）
1.5
0.1
0.15
0.4
0.5
0.20
75%
实验记录表
注意事项：
在提升钩码的过程中，要竖直向上，匀速提升钩码。
(2).b、c为同一个滑轮组,挂的钩码数量不同时，它的机械效率有什么变化？
b、c为同一个滑轮组， c装置挂的钩码质量越大，机械效率越高。因为提起的物体越重，做的有用功越多，机械效率越大。
分析讨论
(1).a、b两个滑轮组,挂的钩码数量相同时,机械效率有什么不相同？
a、b两个装置，提起相同的物重，做相同的有用功，但b装置动滑轮多，需要做的额外功多，机械效率低。
实验结论
(1)物重：同一个滑轮组，提起的物体越重，机械效率越高。
影响滑轮组机械效率的因素：
(2)动滑轮重：提起的物重一样，动滑轮越重，机械效率越低。
(3)摩擦（轮与轴及轮与绳之间）、绳重。
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
{5940675A-B579-460E-94D1-54222C63F5DA}影响因素
分析
改进措施（提高效率）
被提升物体的重力
同一个滑轮组，被提升物体的重力越大，做的有用功越多，机械效率越大
尽可能增加被提升物体的重力
动滑轮的自重
有用功不变时，减小提升动滑轮时做的额外功，可提高机械效率
改进滑轮结构，减轻滑轮自重
滑轮组自身部件的摩擦
机械自身部件的摩擦力越大，机械效率越低
对机械进行保养，保持良 好的润滑，减小摩擦
影响滑轮组机械效率的因素和改进措施
测量斜面的机械效率
实验探究
实验原理：
1.测量木块的重力，记录数据；
3.改变斜面的倾斜程度，重复步2。
2.把木块用弹簧测力计沿斜面匀速向上拉；分别记录拉力F、小车沿斜面移动的距离S、木块上升的高度h。
实验步骤：
4.斜面倾斜程度不变，在斜面上分别铺白布、毛巾.重复步2。
斜面的倾斜程度
木块重
G/N
斜面高度h/m
沿斜面拉力F/N
斜面长
s/m
有用功
W有/J
(Gh)
总功
W总/J
(Fs)
机械效率η
较缓
较陡
最陡

0.06
1.7
1.7
1.7
0.1
0.14
0.4
0.5
0.6
0.82
0.82
0.82
0.1
0.17
0.24
0.33
0.41
0.49
30 ％
41％
49 ％
机械效率与倾斜程度的关系
斜面的粗糙程度一定，倾斜程度越大，机械效率越高
实验记录：
实验结论：
机械效率与斜面粗糙程度的关系
斜面材料
小车重力G/N
斜面高度 h/m
拉力
F/N
斜面长 s/m
有用功W有/J
总功W总/J
机械
效率
木板
2
0.1
0.8
0.82
0.2
0.66
30.3 ％
棉布
2
0.1
1.2
0.82
0.2
0.98
20.4 ％
毛巾
2
0.1
1.6
0.82
0.2
1.32
15.2 ％
斜面的倾斜程度一定，斜面越光滑，机械效率越高
实验记录：
实验结论：
1．下列做法中不能提高滑轮组机械效率的是（　　）
A．增加物体提升的高度 B．使用轻质动滑轮
C．增加物体的质量 　　　D．在轴上加润滑油
A
课堂练习
2．建筑工地上，工人用如图所示的滑轮组，将500N的重物在5s内匀速提升3m，所用拉力F为300N，不计绳重和摩擦，下列说法正确的是（　　）
A．工人做的总功为1800J
B．动滑轮的重力为50N
C．滑轮组的机械效率为91.7%
D．提升更重的物体，滑轮组的机械效率会变小
A
3．如图所示，用F1的力将物体B匀速提升h，F1做功为300J，若借助滑轮组用F2的力把物体B匀速提升相同高度，F2做功为500J．下列说法正确的是（　　）
A．滑轮组的机械效率为60%
B．F2做功的功率比F1做功的功率大
C．使用滑轮组中，绳子移动距离是物体的上升高度的两倍
D．两个过程物体B都匀速运动，机械能不变
A
4．如图所示，甲、乙两个滑轮组，其中每个滑轮的质量都相同、分别用拉力F1、F2将重物G1、G2提升相同高度，不计绳重和摩擦，下列说法正确的是（　　）
A．若G1＝G2，则拉力F1、F2做的总功相同
B．若G1＝G2，则拉力F2做的有用功多
C．若G1＞G2，则甲的机械效率大于乙的机械效率
D．若G1＞G2，则甲、乙两个滑轮组的机械效率相等
Ｃ
5．用一个动滑轮和一个定滑轮组成滑轮组甲和乙，分别匀速提升同一重物时，滑轮组甲和乙的机械效率分别为80%和75%，不计绳重和摩擦，滑轮组甲和乙中的动滑轮重力之比为（　　）
A．4：3 B．3：4
C．5：4 D．4：5
Ｂ
6．两个滑轮按图所示的方式组合，用5N的拉力F拉动绳端，使物体在5s内水平向左匀速滑动1m，物体与地面间的摩擦力为9N．下列选项正确的是（　　）
A．A是定滑轮，B是动滑轮
B．拉力F做的功为5J
C．拉力F的功率为1.8W
D．滑轮组的机械效率为90%
Ｄ
7．如图所示，小聪用滑轮组拉动水平地面上重为500N的物体A，使它匀速前进2m，地面对它的摩擦力为150N，小聪施加的拉力F＝100N（忽略绳重和滑轮重），则滑轮组做的有用功为　 　J，滑轮组的机械效率为　 　。
300
75%
8．如图，用动滑轮和杠杆，把同一个钩码分别提升相同的高度，以下判断一定正确的是（　　）
A．两个测力计的示数相同
B．两套机械做的有用功相等
C．测力计的拉力做的总功相等
D．两套机械的机械效率相等
B
9．利用质量相等的滑轮，组装成如图所示的两种方式，将同一重物提升相等高度。若绳重和摩擦不计，下列分析中正确是（　　）
A．甲图中绳自由端移动距离较小
B．乙图中绳自由端作用力较小
C．两种方式所做的额外功相等
D．增大提升高度，机械效率都会变大
Ｃ
10．如图所示，用一个重为8N的动滑轮来提升物体，在实际工作中竖直向上的拉力为20N，则动滑轮的机械效率（　　）
A．一定等于80% B．一定大于80%
C．一定小于80% D．以上情况都有可能
Ｃ
11．如图所示，用甲、乙滑轮组在相同时间内分别将A、B物体匀速提升相同高度，已知物体受到的重力GA＞GB，滑轮组的机械效率”η甲＜η乙（忽略绳重和摩擦）。下列判断正确的是（　　）
A．两滑轮组绳端移动的距离相等
B．甲滑轮组的有用功比乙的少
C．甲滑轮组的总功率比乙的小
D．甲滑轮组的动滑轮比乙的重
Ｄ
机械效率
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
额外功
总功
W有
W总
η＝
测量滑轮组的机械效率
影响因素：G物、G轮、G绳、f
课堂小结
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