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第3节 机械效率
第1课时 机械效率
第十二章 简单机械
学习目标
1.知道什么是有用功、额外功和总功；
2.理解机械效率的概念；
3.会进行有关机械效率的计算。
讨论：直接提升物体做功，与使用机械提升物体做功相同吗？
分析与思考
把重100N沙子运到6米高三楼，比较三种不同方法。
比较三种不同方式的做功
1. 有用功：
使用机械时所做的功
2. 额外功：
人们不需要但又不得不做的功
3. 总功：
有用功与额外功的总和
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
分析与思考
计算各个功，并填入下面表格
做功方式 有用功 额外功 总功/J
桶装，手提上楼
桶装，动滑轮吊运
袋装，动滑轮吊运
3120
780
690
总结：完成相同任务，不同工作方式工作效率不同。
100N×6m
（400+20）N×6m
100N×6m
100N×6m
（20+10）N×12m
（5+10）N×12m
使用机械时，对物体所做的有用的功。
有用功
使用机械时，人们额外需要做的功。
额外功
有用功与额外功的总和。
总 功
W总=W有用+W额外
使用机械会省功吗？
如图，甲直接提升物体做功，乙使用动滑轮提升物体做功相同吗？
提出问题
结论：使用动滑轮比直接提升物体不省功。
（把重物提升一定高度，甲乙所做有用功相同，但乙的拉力的功还包含克服动滑轮自身重力和摩擦的功）
实验结论
公 式
η表示机械效率，机械效率常用百分数表示。
三种机械效率
有用功与总功的比值。
总结：有用功一定时，额外功越小，机械效率越高越好。
机械效率
滑轮组分为竖直方向提升物体和水平方向拉动物体两种。
如图，G为物重，h为物体提升高度，F为拉力，S为绳子
自由端走的距离。
有用功：W有=Gh，
总功：W总=WF=FS,
1. 竖直提升物体
如图，f为摩擦力，L为物体移动距离，F为拉力，S为绳端距离。
有用功：W有=fL
总功：W总=WF=FS,
2. 水平拉动物体
如图，h为斜面高，S为斜面长，G为物重，F为沿斜面对物体的拉力。
3. 斜面机械效率
有用功：W有=Gh
总功：W总=WF=FS,
知识点1 有用功和额外功
1.【核心素养·物理观念】卖茶杯的人从货架上拿起茶杯,喝茶水的人从桌面上端起茶杯,就两人克服茶杯重力做功的说法中正确的是(　　)
A.都是有用功
B.都是额外功
C.对喝茶水的人来说是有用功
D.对卖茶杯的人来说是有用功
基础通关
D
5
4
3
2
1
知识点2 对机械效率的认识
2.关于功、功率、机械效率说法正确的是(　　)
A.功率越大,做功越快,机械效率越大
B.做功越少,功率越小,机械效率越小
C.功率越大,做功越快,与机械效率无关
D.机械效率越大,表明它做的功越多
C
5
4
3
2
1
3.【核心素养·物理观念】【教材第85页演示改编】利用如图所示的装置分别用10 s的时间将重为100 N的物体竖直匀速提升1 m,已知每个滑轮重20 N,不计绳重和摩擦。
(1)利用三个装置做的有用功均为W有=　　　J,有用功的功率均为
P有=　　　　W。
(2)利用三个装置提升物体时,做的总功分别为W甲=　　J,W乙=　 J,
W丙=　　　　J;拉力的功率分别为P甲=　　　　W,P乙=　　　　W,
P丙=　　　　W。
100
10
100
120
120
10
12
12
5
4
3
2
1
(3)利用甲、乙、丙三个装置提升物体时,分别做的额外功为
W额甲=　　　　J,W额乙=　　　　J,W额丙=　　　　J
(4)利用三个装置提升物体时的机械效率分别为η甲=　　　　,
η乙=　　　　,η丙=　　　　。
100%
0
20
20
83.3%
83.3%
5
4
3
2
1
知识点3 机械效率的简单计算
4.【2022·湖北武汉】用一个动滑轮在8 s内将一重为300 N的物体匀速向上提起2 m,拉力为200 N。这个动滑轮的机械效率和拉力的功率分别是(　　)
A. 66.7%　50 W　　　B. 66.7%　100 W
C. 75%　50 W D. 75%　100 W
D
5
4
3
2
1
5.如图所示,斜面长1 m、高0.4 m,用5 N的拉力F，将重8 N的铁块沿斜面从底端拉到顶端,斜面的机械效率为　　　　。
64%
5
4
3
2
1
6.【核心素养·物理观念】如图所示,某同学分别用甲、乙两套滑轮把同一桶沙子从一楼地面匀速提升到二楼。用甲滑轮所做的总功为W1,机械效率为η1;用乙滑轮所做的总功为W2,机械效率为η2。不计绳重和滑轮的摩擦,下列说法中正确的是(　　)
A. W1η2 B. W1C. W1=W2，η1=η2 D. W1=W2，η1<η2
能力突破
A
12
11
10
9
8
7
6
7.某实验小组分别用如图所示的甲、乙两个滑轮组(每个滑轮等重),在相同时间内把相同重物提升相同高度,F1和F2大小相等,不计绳重及摩擦,下列说法正确的是(　　)
A.力F1和F2做功的功率相同
B.力F1和F2做的总功相同
C.乙滑轮组更省力,两个滑轮组的机械效率一样大
D.甲滑轮组的机械效率比乙滑轮组高
D
12
11
10
9
8
7
6
8.【2022·新疆】如图所示,斜面的长为高的4倍,物体恰能在斜面上匀速下滑,下滑一段距离的过程中,该物体重力做的功和克服阻力做的功相等。若用平行于斜面向上的拉力F将物体匀速拉上斜面时,则斜面的机械效率为(　　)
A. 20%　　B. 25%　　C. 50%　　D. 75%
C
12
11
10
9
8
7
6
9.(多选)小摩同学家里正在修建楼房,他通过调查了解到工人利用如图所示的装置,将重力为900 N的物体匀速提升了6 m,工人对绳子施加的拉力F为475 N。忽略绳重和机械之间的一切摩擦。下列说法中正确的是(　　)
A.拉力F做的功为2 850 J
B.动滑轮的重力为50 N
C.拉力F做的额外功为600 J
D.若用该装置匀速提升重力为950 N的物体,则该滑轮组的机械效率为95%
BD
12
11
10
9
8
7
6
10.【易错题】如图所示,有人利用该滑轮将G=100 N的物体匀速提升了20 cm(不计绳重和摩擦),此过程克服物体重力做的功为　　　　J,若动滑轮重10 N,则F=　　　　N,滑轮的机械效率为　　　　。
20
200
90.9%
12
11
10
9
8
7
6
11.如图所示,斜面与水平地面的夹角为30°,某快递员用500 N的力,将重800 N的货物沿斜面匀速推上车厢,不考虑斜面形变,货物所受摩擦力的方向沿斜面向　　　　;斜面的机械效率为　　　　。
下
80%
12
11
10
9
8
7
6
12.小武用如图所示的滑轮组匀速提升重500 N的物体,10 s内物体上升了1 m,大滑轮重 20 N,每个小滑轮重10 N,滑轮组的绕绳能承受的最大拉力为200 N,不计绳重及滑轮与轴之间的摩擦。求:
(1)动滑轮对物体做的功和所能提升物体的最大重力各多大
解：受力分析可知,动滑轮对物体的拉力F拉等于物体的重力G,即F拉=G=500 N,物体上升的高度h=1 m,由W=Fs可得,动滑轮对物体做的功W=Gh=500 N×1 m=500 J;由题图可知,滑轮组中有3段绳子承重,滑轮组的绕绳能承受的最大拉力F最大=200 N,由F=(G+G动)得,物体的最大重力G最大=3F最大-G动=3×200 N-20 N=580 N。
12
11
10
9
8
7
6
12.小武用如图所示的滑轮组匀速提升重500 N的物体,10 s内物体上升了1 m,大滑轮重 20 N,每个小滑轮重10 N,滑轮组的绕绳能承受的最大拉力为200 N,不计绳重及滑轮与轴之间的摩擦。求:
(2)小武施加的拉力的功率多大
解：绳端拉力F=(G+G动)=×(500 N+20 N)= N,绳自由端移动的距离s=3h=3×1 m=3 m,拉力做的功W'=Fs= N×3 m=520 J,拉力的功率P===52 W。
12
11
10
9
8
7
6
12.小武用如图所示的滑轮组匀速提升重500 N的物体,10 s内物体上升了1 m,大滑轮重 20 N,每个小滑轮重10 N,滑轮组的绕绳能承受的最大拉力为200 N,不计绳重及滑轮与轴之间的摩擦。求:
(3)若滑轮组的机械效率为80%,则提升的物体的重力多大
解：根据机械效率的公式可得,η=====80%,解得此时物体的重力G'=80 N。
12
11
10
9
8
7
6
13.用滑轮组进行“一瓶水提升一个人”活动,如图所示,水瓶匀速直线下降10 m,使人匀速升高0.5 m,水瓶对绳a的拉力F1=30 N,绳b对人的拉力F2=480 N。此过程中(　　)
A.有用功为300 J
B.F1做的功等于F2做的功
C.F1做的功小于F2做的功
D.滑轮组的机械效率为80%
素养达标
D
13
完成本课时相关练习

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