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第十一章 机械与功
第4节 机械效率
第1课时 认识机械效率
1.知道有用功、额外功和总功的含义，指出他们之间的关系。
2.能结合实例认识什么是有用功是、额外功、总功。（重点）
3.理解机械效率的概念，知道机械效率小于1及没有单位的原因。（难点）　　
1. 使用杠杆、滑轮各有什么好处？
2. 什么是功？做功满足什么条件？
明明家最近买了一处楼新房，是一单元三楼。他们想把洗手间装修一下，需把沙子运上三楼。请同学们根据需要，解决这个问题，看看哪个小组想的方法最多。
讨论图中三种不同的方法，哪种方法最好？
人提沙子做功
1.对沙子做功
2.对桶做功
3.克服自重做功
1.对沙子做功
2.对桶做功
3.对动滑轮做功
1.对沙子做功
2.对袋子做功
3.对动滑轮做功
有利用价值的功
人拉滑轮做功
人拉滑轮做功
无利用价值，但又不得不做的功
阅读课本P86找出有用功、额外功、总功的定义
试着找出三种方法中的有用功和额外功
沙子重 100 N 桶 重 20 N
体 重 400 N 口袋重 5 N
动滑轮重 10 N
计算有用功和额外功
W有 = G沙·h =100N×6m=600J
W额=(G人+G桶）h
= 2520J
W额=(G轮+G桶）h
= 180 J
W额=(G轮+G袋）h
= 90 J
计算总功，填入课本86页表格，找一找有什么发现？
发现一：
总功=有用功+额外功
发现二：有用功是总功的一部分，有用功总小于总功
物理学中把有用功与总功的比值叫做机械效率
机械效率常用百分数表示，是一个没有单位的物理量。
有用功总小于总功，所以机械效率总小于1
计算三种方法的机械效率
19.2%
76.9%
87%
提问1，人用水桶从井中提水，有用功、额外功、总功各是什么？
提问2：如果水桶掉入井中，用带钩子的绳子打捞水桶，有用功、额外功、总功又各是什么？
三种功你能区分吗？
例题：如图利用一个动滑轮把重为400N的货物匀速提高2m，所用的拉力 F 是250N，求总功、有用功、额外功和动滑轮的机械效率。
总功：1000J
有用功：800J
额外功：200J
机械效率：80%
知识点1 有用功和额外功
基础通关
1. 买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.对买茶杯的人来说是有用功
D
3
2
1
4
2.【教材第86页图11-4-2改编】如图用三种方法把沙子运上三楼,根据图中数据算出三种方法所做有用功的大小均为 J,其中第 种方法做的总功最少,等于 J。
600
三
3
2
1
4
690
3.关于功、功率、机械效率的说法正确的是(　　)
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,反映做功越快,与机械效率无关
D.机械效率越大,表明它做的功越多
C
知识点2 机械效率
3
2
1
4
4.如图所示,工人用250 N的力F将重为400 N的物体在10 s内匀速提升2 m,则此过程中(　　)
A.工人做的有用功为800 J
B.工人做的总功为500 J
C.滑轮组的机械效率为60%
D.拉力做功的功率为20 W
A
3
2
1
4
5.利用如图所示的杠杆将重为3 N的物体缓慢匀速提高10 cm,手的拉力F为2 N,手移动的距离s为30 cm,则杠杆的机械效率为(　　)
A. 22%　　 B. 33%　　
C. 50%　　 D. 67%
C
能力突破
5
6
10
9
8
11
7
6.【2023·广东广州】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的拉力为 F1=30 N,绳b对人的拉力为F2=480 N。此过程( )
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%
5
6
10
9
8
11
7
D
7.小明利用如图所示的滑轮组,在10 s内将重为360 N的物体匀速提升2 m,作用在绳端竖直向上的拉力F为140 N。则动滑轮重为 N,该滑轮组的机械效率是 ,拉力F做功的功率是 W。(不计绳重和摩擦)
60
5
6
10
9
8
11
7
85.7%
84
8. 如图所示,在 20 N的水平拉力F作用下,重200 N的物体沿水平地面向左做匀速直线运动,物体与地面间的滑动摩擦力为48 N,则滑轮组的机械效率为 ；若物体的速度为0.2 m/s,则1 min内拉力做的功 J。
80%
5
6
10
9
8
11
7
720
9.如图所示,用滑轮组帮助汽车脱困时,滑轮B的作用是 ;汽车被匀速拉动时,作用在绳子上的拉力F为1 000 N,滑轮组的机械效率为80%,则汽车受到的摩擦力为 N。
改变力的方向
5
6
10
9
8
11
7
1 600
10.用如图所示的滑轮组在5 s时间内,将重为G=400 N的物体匀速竖直提升了1 m,已知该滑轮组的机械效率为80%,在此过程中做的有用功为 J,拉力F的功率为 W,拉力F的大小为 N。
400
5
6
10
9
8
11
7
100
250
11.【2023·广东深圳】如图甲所示,A、B是两个完全相同的物体,琴琴同学分别将A、B两物体拉到斜面顶端,对物体的做功情况如图乙所示,请问对物体A做的有用功是 J,对物体B做的额外功是 J。
2
5
6
10
9
8
11
7
0.5
12.(多选)如图所示,重为G的物体在拉力F的作用下,以v的速度匀速运动s。已知物体在水平桌面上运动时受到的摩擦阻力为物重的n分之一,不计绳重、轮与轴间的摩擦。下列说法正确的是( )
A.使用该滑轮组一定省力
B.拉力的功率为2Fv
C.额外功为(2nF-G)s
D.滑轮组的机械效率为是
BC
12
14
13
素养达标
13.如图所示,质量为60 kg 的工人用滑轮组提升重物,每个滑轮的重力均为50 N。求:
(1)用滑轮组让重力为250 N的物体匀速上升2 m的过程中,人做的有用功。
12
14
13
解：人做的有用功W有用=Gh=250 N×2 m=500 J。
(2)若绳子能够承受的最大拉力为400 N,重物提升过程中绳子重和摩擦对应的额外功始终占总功的10%,求滑轮组的最大机械效率。
12
14
13
解：当以绳子能够承受的最大拉力提升物体时,滑轮组的机械效率最大,由图可知n=2,s=nh,拉力做的总功W总=Fs=2Fh,克服动滑轮重力做的额外功W动=G动h,因重物提升过程中绳子重和摩擦对应的额外功始终占总功的10%,所以重物提升过程中绳子重和摩擦对应的额外功W绳摩=10%W总=10%×2Fh=0.2Fh,滑轮组做的有用功W有用=W总-W动-W绳摩=2Fh-G动h-0.2Fh=1.8Fh-G动h,滑轮组的最大机械效率η=×100%= × 100% =×100%=×100%=83.75%。
14.如图甲所示,重为16 N的物体A在拉力F的作用下,5 s内匀速运动了0.5 m。拉力F做的功随时间变化的图像如图乙所示。已知动滑轮重0.5 N,物体A在水平桌面上运动时受到的摩擦阻力为物重G的0.25倍。求:
(1)拉力F的功率。
12
14
13
解：由题图乙可知,5 s内拉力F做的功为2.5 J,拉力的功率P==0.5 W。
(2)拉力F的大小。
(3)克服绳重及摩擦所做的额外功占总功的比例。
解：绳子移动的距离s=2h=2×0.5 m=1 m,由W=Fs可得,作用在绳子上的拉力F==2.5 N。
12
14
13
解：拉动物体做的有用功W有用=fs1=0.25×16 N×0.5 m=2 J,拉力做的总功W总=Fs2=2.5 N×2×0.5 m=2.5 J,额外功W额外=W总-W有用=2.5 J-2 J=0.5 J,对动滑轮做的功 W动=G动h=0.5 N×0.5 m=0.25 J,克服绳重及摩擦所做的额外功W'=W额外-W动=0.5 J-0.25 J=0.25 J,克服绳重及摩擦所做的额外功占总功的比例为=。
有用功：对人们有用的，无论采用哪种办法都必须要做的功
额外功：对人们不需要但又不得不做的功
总功：有用功与额外功的和，
即：W总=W有用+W额外
定义：有用功与总功的比值叫机械效率
定义式：
机械效率总小于1
作业：完成教材相关练习题。
谢 谢，同学们再见！

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