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(共36张PPT)
第二节　机械效率
第九讲　简单机械
1.机械效率
三种功 有用功 我们需要的、有利用价值的、必须要做的功，叫作有用功，记作W有
额外功 没有利用价值、但是又不得不做的功，叫作额外功，记作W额
总功 有用功与额外功之和，叫作总功，记作W总。W总＝ 　W有＋W
机械效率 定义 物理学中，将有用功跟总功的 　比值　 ，叫作机械效率，用符号η表示
计算公式 η＝×100％
W有＋W额
比值　
知识梳理
2.常见机械的机械效率
图示 条件 W有 W额 W总 η
杠杆 杠杆匀速提升重物，物体上升的高度为h物，杠杆上升的高度为h杆，物重为G物，杠杆自重为G杆，拉力为F，拉力移动的距离为s W有＝ G物h物 W额＝ G杆h杆 W总＝ Fs＝ G物h物＋G杆h杆 η＝×100％＝
×100％＝
×100％
图示 条件 W有 W额 W总 η
斜面 物体匀速运动，拉力为F，物重为G，斜面长为s，斜面高为h，物体与斜面之间的摩擦力为f W有＝ Gh W额＝fs W总＝ Fs＝ Gh＋fs η＝×100％＝×100％＝×100％
图示 条件 W有 W额 W总 η
动滑轮、 竖直滑轮组 物体匀速运动，拉力为F，物体上升的高度为h，绳子自由端移动的距离为s，物重为G，动滑轮重为G动，n为承担动滑轮和物重的绳子股数 W有＝ Gh W额＝ G动h W总＝ Fs＝ W有＋ W额＝ Gh＋ G动h ①η＝×100％＝×100％＝×100％
②η＝×100％＝×100％
图示 条件 W有 W额 W总 η
水平滑轮组 物体匀速运动，拉力为F，物重为G，物体与地面之间的摩擦力为f，物体移动的距离为s物，绳子自由端移动的距离为s绳 W有＝ fs物 — W总＝ Fs绳＝ Fns物 η＝×100％＝×100％＝×100％＝
×100％
说明：不计绳重及绳与滑轮之间的摩擦
3.提高机械效率的方法
杠杆 减轻杠杆自身的 　重力　 ，减小 　摩擦力　 等
竖直 滑轮组 增加 　物重　 ，减小动滑轮重、绳重，减小 　摩擦　 等
重力　
摩擦力　
物重　
摩擦　
水平 滑轮组 　增大　 物体与地面间的摩擦， 　减小　 滑轮转轴处摩擦等
斜面 　增大　 斜面的倾斜程度， 　减小　 摩擦等
增大　
减小　
增大　
减小　
　　实验突破19　测量滑轮组的机械效率
1.实验目的：测量滑轮组的机械效率。
2.实验原理：η＝×100％。
3.实验器材：刻度尺、钩码、弹簧测力计、铁架台、滑轮组、长约2 m的细绳等。
4.实验步骤：组装滑轮组，挂上钩码，用弹簧测力计拉动细绳，使钩码匀速上升，测出拉力的大小、钩码上升的高度和绳子自由端移动的距离，计算滑轮组的机械效率。
（1）钩码上升的高度h可用刻度尺测出，以钩码的下端为标准。
（2）拉力F的大小由弹簧测力计测出，要竖直向上匀速拉动弹簧测力计，弹簧不要和外壳发生摩擦。
（3）测量绳子自由端移动的距离s时，可事先在绳子自由端上做一标记，再拉弹簧测力计，用滑轮组提升重物。用刻度尺量出钩码上升的高度后，再量出绳子标记移动的距离，就是绳子自由端移动的距离s。
5.实验注意事项：
　小明在做“测量滑轮组的机械效率”的实验，用如图甲所示的装置匀速提起重物，并做了如下实验记录。
例题图
钩码重 G/N 钩码上升的 高度h/m 弹簧测力计 的拉力F/N 弹簧测力计
移动的距离s/m
2 0.1 0.4 0.3
（1）实验中应竖直向上 　匀速　 拉动弹簧测力计使钩码上升。
（2）对小明的实验记录进行分析，会发现他的实验结果是违背物理规律的，其表现在于 　使用滑轮组时做的有用功大于总功　 。
（3）小明重做实验，弹簧测力计的示数如图乙所示，该滑轮组的机械效率约为 　83.3％　 。
（4）若增加钩码，则该滑轮组的机械效率将 　变大　 （选填“变大”“变小”或“不变”）。
匀速　
使用滑轮组时做的有用功大于总功　
83.3％　
变大　
　　实验突破20　探究斜面的机械效率
1.实验目的：探究斜面的机械效率。
2.实验原理：η＝×100％＝×100％。
3.实验器材：弹簧测力计、刻度尺、1 m长的木板、带钩的长方体木块、长方体木垫、长毛巾、1 m 长的玻璃板、砝码一盒等。
4.实验步骤：
实验一：探究斜面的机械效率与斜面的倾斜程度的关系
控制斜面的粗糙程度和木块的重力不变，改变斜面的倾斜程度，分别就较缓、较陡、很陡做三次实验。每次实验都要沿斜面方向匀速拉动长方体木块，分别测出拉力的大小F、长方体木块通过的距离s、长方体木块所受的重力G、长方体木块上升的高度h，记录在表格中。
实验二：探究斜面的机械效率与斜面的粗糙程度的关系
控制斜面的倾斜程度和木块的重力不变，改变斜面的粗糙程度，分别在毛巾、木板、玻璃斜面上做三次实验。每次实验都要沿斜面方向匀速拉动长方体木块，分别测出拉力的大小F、长方体木块通过的距离s、长方体木块所受的重力G、长方体木块上升的高度h，记录在表格中。
实验三：探究斜面的机械效率与物体的重力的关系
控制斜面的倾斜程度和斜面的粗糙程度不变，改变木块的重力，分别用较轻、较重、最重的木块做三次实验。每次实验都要沿斜面方向匀速拉动物块，分别测出拉力的大小F、木块通过的距离s、木块所受的重力G、木块上升的高度h，记录在表格中。
实验次数 1 2 3 4 5
斜面倾斜程度 最陡 较陡 较缓 较缓 较缓
接触面 木块与木板 木块与木板 木块与木板 木块与毛巾 木块与玻璃
木块的重力 G/N
斜面的高度 h/m
拉力F/N
斜面长s/m
机械效率η
　　5.实验注意事项：
①要匀速拉动物体。
②拉力要与斜面平行。
③及时记录数据。
6.实验结论：斜面的粗糙程度一定时，斜面的倾斜程度越大，机械效率越高；斜面的倾斜程度一定时，斜面越光滑，机械效率越高；斜面的机械效率与物体的重力无关。
　小敏在利用斜面搬运物体A的过程中，提出了一个问题：斜面的机械效率与斜面的倾斜程度有没有关系？针对这个问题，她通过在斜面上匀速直线拉动物体进行了实验探究（如图所示），测得的实验数据如表所示：
例题图
实验序号 ① ② ③
斜面的倾斜程度 较缓 较陡 最陡
物体的重力G/N 5.0 5.0 5.0
物体上升的高度h/m 0.10 0.15 0.25
沿斜面的拉力F/N 1.6 2.2 3.1
物体移动的距离s/m 0.50 0.50 0.50
有用功W有/J 0.50 0.75 1.25
总功W总/J 0.80 1.10 1.55
机械效率η 62.5％ 68.2％
　　（1）根据表中的数据可求出第③次实验中斜面的机械效率是 　80.6％　 。
（2）通过对上述实验数据的分析可知，斜面的省力情况与斜面的倾斜程度的关系：斜面越陡，越 　费力　 。
（3）通过对上述实验数据的分析，对斜面的机械效率的问题可获得初步结论：在其他条件不变的情况下，斜面越陡，机械效率越 　高　 。
80.6％　
费力　
高　
【拓展设问】
（4）【实验器材选取】实验中用到的测量器材有 　刻度尺　 和 　弹簧测力计　 。
（5）【实验原理分析】在实验中，克服物体自身重力所做的功是 　有用功　 ，沿斜面拉力所做的功是 　总功　 。
（6）【实验结论应用】斜面在生活中的应用有 　盘山公路　 、 　残疾人通道　 等。
刻度尺　
弹簧测力
计　
有用功　
总功　
盘山公路　
残疾人通
道　
1.小文同学用桶从井中提水，在此过程中，人对水所做的功为 　有用功　 ，人对桶所做的功为 　额外功　 。（均选填“有用功”“额外功”或“总功”）
2.小强用如图所示的装置做“测量滑轮的机械效率”的实验。要得出机械效率，必须要测量的两个物理量是 　人的拉力F　 和 　物体的重力G　 。
第2题图
有用功　
额外功　
人的拉力F　
物体的重力G　
考点　简单机械的功、功率、机械效率
基础提升　
3.如图所示，将一个重为40 N的小车从斜面底端匀速拉到斜面顶端，沿斜面向上的拉力F的大小为25 N，小车沿斜面移动的距离s为2 m，上升的高度h为0.8 m。在上述过程中，该斜面的机械效率为 　64％　 。
第3题图
4.小东用100 N的力沿竖直方向将杠杆的一端拉下20 cm时，杠杆的另一端把320 N的重物提高了5 cm，他做的有用功是 　16　 J，总功是 　20　 J，杠杆的机械效率是 　80％　 。
64％　
16　
20　
80
％　
5.如图甲所示，滑轮组在竖直向上的拉力F的作用下，将重为105 N的物体匀速提起，在 5 s 内绳子自由端移动的距离s＝3 m。图乙是滑轮组工作时拉力F与绳子自由端移动的距离s的关系图。图乙中阴影部分的面积表示的物理量是 　拉力做的功　 ，滑轮组提升该重物时的机械效率为 　70％　 ，拉力做功的功率为 　30　 W。
第5题图
拉力做的功　
70％　
30　
6.（科学探究）小明在做“测量滑轮组的机械效率”的实验，所用装置如图所示，实验中每个钩码重 2 N，测得的数据如表所示。
第6题图
实验 次数 钩码的 总重 G/N 钩码上 升的高 度h/m 弹簧测 力计的 示数 F/N 弹簧测 力计移 动的距 离s/m 机械效
率η
1 4 0.1 1.8 0.3 ？
2 6 0.1 2.4 0.3 83％
3 4 0.1 1.4 0.5 57％
4 4 0.2 1.4 1.0 57％
（1）测绳子自由端的拉力F时，应尽量竖直向上 　匀速　 拉动弹簧测力计。
（2）第1次实验测得的机械效率为 　74％　 。
（3）分析表中数据可知，第2次实验是用图 　乙　 做的，第4次实验是用图 　丙　 做的。（均选填“甲”“乙”或“丙”）
匀速　
74％　
乙　
丙　
（4）由第1次和第2次实验数据可知，使用同一滑轮组，物体越重，机械效率 　越高
　 。由第1次和第3次实验数据可知，使用不同的滑轮组，提升相同的重物，动滑轮的个数越多（动滑轮的总重越重），滑轮组的机械效率 　越低　 。（均选填“越高”“越低”或“不变”）
越
高　
越低　
7.（2023·安徽）如图所示，一固定斜面的顶端装有定滑轮，为测量该装置提升物体时的机械效率，用弹簧测力计连接细绳，跨过定滑轮将重为6 N的物体沿斜面向上匀速拉动0.6 m，物体上升的高度为0.3 m，弹簧测力计的示数为4 N。求此过程中：
（1）做的有用功。
解：（1）有用功W有＝Gh＝6 N×0.3 m＝1.8 J。
第7题图
答：（1）做的有用功为1.8 J。
（2）该装置的机械效率。
解：（2）总功为W总＝Fs＝4 N×0.6 m＝2.4 J，
滑轮组的机械效率
η＝×100％＝×100％＝75％。
第7题图
答：（2）该装置的机械效率为75％。
8.如图所示，工人沿斜面用一定大小的力F把一个重为600 N的物体从斜面底端匀速推到顶端（不考虑物体的大小）。已知斜面长L＝3 m，高h＝1.5 m。若该过程中斜面的机械效率为60％，则力F所做的功为 　1500　 J。
第8题图
1500　
9.（2021·安徽）如图所示，用滑轮组将一个重物竖直向上匀速提升2 m， 所用拉力F＝100 N。若该过程中滑轮组的机械效率为80％，则滑轮组对重物做的有用功为
　320　 J。
第9题图
320　
10.（2022·安徽）用如图所示的滑轮组将重为3.6 N的物体竖直向上匀速提升0.5 m，拉力F的大小为1.5 N，则该滑轮组的机械效率为 　80％　 。
第10题图
80％　
【变式设问】
（1）此过程中做的额外功为 　0.45　 J。
（2）不计绳重和摩擦，则动滑轮的重力为 　0.9　 N。
（3）不计绳重和摩擦，若被匀速提升的物体的重力为8.1 N，则该滑轮组的机械效率为 　90％　 。
0.45　
0.9　
90％　
11.如图所示，用10 N的拉力F拉动绳端，使物体在5 s内水平向左匀速滑动1.5 m，物体与地面间的摩擦力为18 N。下列说法正确的是（　B　）
A.拉力F做功为15 J
B.拉力F的功率为6 W
C.绳子自由端移动的速度为0.3 m/s
D.滑轮组的机械效率为80％
第11题图
B
12.（2023·阿坝）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），在相同时间内把重物G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（　D　）
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
第12题图
D

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