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11.5 机械效率
姓名：_________________ 日期：_____月______日 等第___________
【知识讲解】
一、机械效率
1、有用功：为实现一定的目的而必须做的功，叫做有用功，用符号W有用表示。
2、额外功：在做功的过程中，不需要但又不得不做的功，称之为额外功，用符号W额外表示。
3总功：在做功的过程中，简单机械整个系统消耗的能量，等于有用功与额外功之和，用符号W总表示。W总=W有用+W额外
4、机械效率：在物理学中，将有用功与总功的比值，叫做机械效率，用符号η表示（η读作yita）。机械效率=有用功/总功x100%，用字母表示：η=W有用/W总x100%
注意：机械效率是反映机械性能优劣的重要标志之一。使用任何机械都不可避免要做额外功，因而有用功只占总功的一部分，故机械效率总小于1。有用功所占比例越大，机械对总功的利用率就越高，机械的性能就越好。机械效率的高低与使用机械是省力还是费力无关。物理中，用机械效率来表示机械对总功的利用率。
5、注意事项
理解机械效率等于有用功与总功之比。对于这一个知识点，应该注意以下几点：
（1）会判断有用功、额外功和总功
知道我们需要的功叫有用功；在工作时，额外负担而不得不做的功叫额外功；总功是有用功与额外功之和。一般情况下，我们根据做功的目的来区分这三种功。
（2）知道增大机械效率的方法　　
根据公式机械效率=有用功/总功x100%可知：
①如果有用功不变，我们可以通过减小额外功来增大机械效率。例如：我们用轻便的塑料桶打水，而不用很重的铁桶打水，就是运用这个道理；
②如果额外功不变，我们可以通过增大有用功来提高机械效率。例如：在研究滑轮组的机械效率时，我们会发现同一个滑轮组，提起的重物越重，机械效率越高，就是这个道理。
典型例题：关于功、功率和机械效率，下列说法正确的是（　　）
A．通过改进机械的性能可以使机械效率达到100% B．做功多的机械，功率一定大
C．功率大的机械，做功一定快 D．做功快的机械，机械效率一定高
二、测量滑轮组机械效率
1、实验原理：η=W有用/W总=Gh/Fs
2、实验器材：滑轮组、钩码、弹簧测力计、刻度尺
3、实验步骤
①用弹簧测力计测量钩码所受重力G并填入表格；
②按下图所示安装滑轮组，分别记下钩码和绳端的位置；
③竖直向上匀速拉动弹簧测力计，使钩码升高，读出拉力F的值，用刻度尺测出钩码上升的高度h和绳端移动的距离s，将这三个量填入表格；
④按下图所示安装滑轮组，分别记下钩码和绳端的位置并重复步骤③；
⑤改变钩码的数量，重复步骤①和③；
⑥算出有用功、总功、机械效率并填入表格。
4、实验结论
同一滑轮组，物重越大，机械效率越高；
物重相同时，动滑轮越重，机械效率越低。
5、通过上面的实验可知，物重和动滑轮重力会影响滑轮组机械效率。由于绳重和摩擦力的存在，拉力也会克服绳重及摩擦力做功。故影响滑轮组机械效率的因素有：物重、动滑轮重、绳重及摩擦。
6、滑轮组机械效率的简单计算
在不计摩擦及绳重的情况下，W额外=G动h，故，滑轮组机械效率为
η=W有用/W总=W有用/（W有用+W额外）=Gh/（Gh+G动h）=G/（G+G动）
因此，增加物重G、减小动滑轮重G动（使用轻质动滑轮）可以提高滑轮组机械效率。
减小绳重（使用轻质绳）及摩擦阻力（轮与轴之间加润滑油）也可以提高滑轮组机械效率。
典型例题：如图所示为“测滑轮组机械效率”的实验。在弹簧测力
计拉力作用下，重6N的物体2s内匀速上升0.1m，弹簧测力计示数
如图示（不计绳重与摩擦）。下列说法错误的是（　　）
A．弹簧测力计的拉力是2.4N
B．物体上升的速度为0.05m/s
C．弹簧测力计拉力的功率为0.12W
D．滑轮组的机械效率约83.3%
【巩固练习】
1、以下分别是4个机械做功情况记录，其中机械效率最高的是（ ）
A.总功是100 J，额外功是20 J B.有用功是100 J，额外功是20 J
C.总功是1000 J，有用功是800 J D.有用功是1000 J，额外功是1000 J
2、将一动滑轮改为定滑轮使用时，与使用该动滑轮比较，在相等时间内把同一物体匀速提高到同一高度，一定（ ）
A.提高了机械效率 B.节省了力 C.提高了功率 D.改变了动力的方向
3、如图所示，用100 N的拉力沿一斜面向上拉重为400 N的物体，刚好可使其沿斜面匀速上滑.如果此斜面的机械效率为80%，则斜面的高与长之比为（ ）
A.4∶1 B.5∶1 C.1∶5 D.以上都不对
4、如图所示，用同一滑轮组分别将物体A和物体B匀速提升相同的高度。与提升B相比，提升A的过程滑轮组的机械效率较大。若不计绳重与摩擦的影响，则提升A的过程（　　）
A．额外功较小 B．额外功较大 C．总功较小 D．总功较大
5、如图所示，用力F通过滑轮组提高重物.下述几种方法中能够提高机械效率的是（　　）
A.改变绳子的缠绕方法 B.增加重物提升高度 C.减少重物提升高度 D.增加重物质量
6、关于机械效率，下列说法中正确的是（　　）
A.机械效率越大，表示机械做功越多 B.功率越小的机械，机械效率一定越低
C.机械效率越高，一定越省力 D.无论机械效率高低，机械都不能省功
7、体重是400 N的同学用重10 N的水桶，提起重为100 N的水沿楼梯送到5 m高的宿舍里使用，完成这一次提水，做有用功和额外功分别是（　　）
A.500 J、50 J B.500 J、2050 J C.550 J、2000 J D.2500 J、50 J
8、工人用如图所示的动滑轮，将重1000N的物体在5s内匀速竖直提升了1m，人对绳自由端的拉力F为600N，不计绳重和摩擦。以下结论正确的是（　　）
A．动滑轮的有用功为600J B．动滑轮的重力为400N
C．滑轮的机械效率为83.3% D．拉力F的功率为120W
9、如图所示，用滑轮组提升重物时，重400N的物体在10s内匀速上升了1m。已知拉绳子的力F为250N，则提升重物的过程中（　　）
A．做的总功是400J B．拉力F的功率是25W
C．绳子自由端被拉下1m D．滑轮组的机械效率是80%
10、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（　　）
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，两个滑轮组机械效率一样大 D．甲滑轮组的机械效率比乙滑轮组高
11、分别用杠杆、动滑轮和滑轮组将同一物体提升到相同的高度，做的有用功（　　）
A.杠杆最多 B.动滑轮最多 C.滑轮组最多 D.一样多
12、下列有关机械效率的说法中，正确的是（　　）
A.机械做的有用功占总功的比例越大，机械效率越高 B.机械做的有用功越多，机械效率越高
C.机械效率越高越省力 D.机械的功率越大，机械效率越高
13、某同学用实验的方法测定动滑轮的机械效率，得到以下几个答案，其中有可能的是（　　）
A.0.75% B.75% C.100% D.101.5%
14、如图所示，规格完全相同的滑轮，用相同的绳子绕成甲、乙两个滑轮组，
分别提起重为G1和G2的两个物体，不计摩擦，比较它们的省力情况和机械效
率，下列说法正确的是（　　）
A.若G1=G2，则F1＜F2，甲的机械效率高
B.若G1=G2，则F1＞F2，乙的机械效率高
C.若G1＜G2，则F1＜F2，甲、乙的机械效率相同
D.若G1＜G2，则F1＜F2，乙的机械效率高
15、用一个动滑轮把重为200 N的砂子在4 s内提到6 m高的脚手架上，所用的拉力F=120 N，那么做的有用功是 ，拉力的功率是 ，机械效率是 .
16、利用斜面把重物匀速推上汽车，如果斜面的长与高之比为10∶3，物重为500 N，不计摩擦，推力应为 N.如果实际推力为250 N，则斜面的机械效率为 .
17、用质量为1.0 kg的铁桶从井中打水，井中水面到井口距离为3 m，装满水后桶和水总质量为11.0 kg，则提起一桶水的过程中，人至少做了_______J的功，这次利用水桶提水的机械效率是_______.
18、建筑工人用滑轮组把一摞砖匀速拉到3 m高的楼上，共做功1.2×104 J，这摞砖重_______N，如果滑轮组的机械效率是80%，用500 N的力把砖拉上去，绳子要拉下_______m.
19、利用如图所示的滑轮组来拉动汽车，已知汽车与地面间的摩擦力是4.08×103 N，将汽车移动1 m，拉力做的总功是4800 J，试求此时滑轮组的机械效率.
参考答案：
1、B；2、D；3、C；4、D；5、D；6、D；7、B；8、C；
9、D；10、D；11、D；12、A；13、B；14、D；
15、1200 J；360 W；83.3%； 16、150；60%；
17、323.4；90.9%； 18、4000；30； 19、85%；11.5 机械效率
姓名：_________________ 日期：_____月______日 等第___________
【知识讲解】
一、机械效率
1、有用功：为实现一定的目的而必须做的功，叫做有用功，用符号W有用表示。
2、额外功：在做功的过程中，不需要但又不得不做的功，称之为额外功，用符号W额外表示。
3总功：在做功的过程中，简单机械整个系统消耗的能量，等于有用功与额外功之和，用符号W总表示。W总=W有用+W额外
4、机械效率：在物理学中，将有用功与总功的比值，叫做机械效率，用符号η表示（η读作yita）。机械效率=有用功/总功x100%，用字母表示：η=W有用/W总x100%
注意：机械效率是反映机械性能优劣的重要标志之一。使用任何机械都不可避免要做额外功，因而有用功只占总功的一部分，故机械效率总小于1。有用功所占比例越大，机械对总功的利用率就越高，机械的性能就越好。机械效率的高低与使用机械是省力还是费力无关。物理中，用机械效率来表示机械对总功的利用率。
5、注意事项
理解机械效率等于有用功与总功之比。对于这一个知识点，应该注意以下几点：
（1）会判断有用功、额外功和总功
知道我们需要的功叫有用功；在工作时，额外负担而不得不做的功叫额外功；总功是有用功与额外功之和。一般情况下，我们根据做功的目的来区分这三种功。
（2）知道增大机械效率的方法　　
根据公式机械效率=有用功/总功x100%可知：
①如果有用功不变，我们可以通过减小额外功来增大机械效率。例如：我们用轻便的塑料桶打水，而不用很重的铁桶打水，就是运用这个道理；
②如果额外功不变，我们可以通过增大有用功来提高机械效率。例如：在研究滑轮组的机械效率时，我们会发现同一个滑轮组，提起的重物越重，机械效率越高，就是这个道理。
典型例题：关于功、功率和机械效率，下列说法正确的是（　　）
A．通过改进机械的性能可以使机械效率达到100% B．做功多的机械，功率一定大
C．功率大的机械，做功一定快 D．做功快的机械，机械效率一定高
【分析】（1）机械效率反映了机械的性能优劣，是有用功与总功的比值，与做功快慢没有关系；使用任何机械不可避免地做额外功，所以机械效率一定小于100%；
（2）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。
【解答】解：A、使用任何机械都要做额外功，所以总功一定大于有用功，即有用功与总功的比值一定小于1，也就是机械效率小于100%．故A错误；
B、功率是做功多少与所用时间的比值。做功多，时间不确定，功率大小不能确定。故B错误；
C、功率反映做功的快慢，功率大则做功快，功率小，则做功慢。故C正确；
D、机械效率与做功快慢没有关系。故D错误。故选：C。
【点评】正确理解功率和机械效率的概念是解决此题的关键；还要充分考虑选项中的条件，必要时可运用公式分析。
二、测量滑轮组机械效率
1、实验原理：η=W有用/W总=Gh/Fs
2、实验器材：滑轮组、钩码、弹簧测力计、刻度尺
3、实验步骤
①用弹簧测力计测量钩码所受重力G并填入表格；
②按下图所示安装滑轮组，分别记下钩码和绳端的位置；
③竖直向上匀速拉动弹簧测力计，使钩码升高，读出拉力F的值，用刻度尺测出钩码上升的高度h和绳端移动的距离s，将这三个量填入表格；
④按下图所示安装滑轮组，分别记下钩码和绳端的位置并重复步骤③；
⑤改变钩码的数量，重复步骤①和③；
⑥算出有用功、总功、机械效率并填入表格。
4、实验结论
同一滑轮组，物重越大，机械效率越高；
物重相同时，动滑轮越重，机械效率越低。
5、通过上面的实验可知，物重和动滑轮重力会影响滑轮组机械效率。由于绳重和摩擦力的存在，拉力也会克服绳重及摩擦力做功。故影响滑轮组机械效率的因素有：物重、动滑轮重、绳重及摩擦。
6、滑轮组机械效率的简单计算
在不计摩擦及绳重的情况下，W额外=G动h，故，滑轮组机械效率为
η=W有用/W总=W有用/（W有用+W额外）=Gh/（Gh+G动h）=G/（G+G动）
因此，增加物重G、减小动滑轮重G动（使用轻质动滑轮）可以提高滑轮组机械效率。
减小绳重（使用轻质绳）及摩擦阻力（轮与轴之间加润滑油）也可以提高滑轮组机械效率。
典型例题：如图所示为“测滑轮组机械效率”的实验。在弹簧测力计拉力作用下，重6N的物体2s内匀速上升0.1m，弹簧测力计示数如图示（不计绳重与摩擦）。下列说法错误的是（　　）
A．弹簧测力计的拉力是2.4N
B．物体上升的速度为0.05m/s
C．弹簧测力计拉力的功率为0.12W
D．滑轮组的机械效率约83.3%
【分析】
（1）先确定弹簧测力计的分度值，再根据指针位置读数；
（2）利用速度公式求物体上升速度；
（3）由图知，n=3，重物上升h，则拉力端移动的距离s=3h，利用
W总=Fs求出拉力做的功；利用P=W/t求拉力做功功率；
（4）知道物体重，利用W=Gh求出有用功，滑轮组的机械效率等于有用功与总功之比。
【解答】解：A、由图可知，弹簧测力计的分度值为0.2N，弹簧测力计的示数为2.4N，故A正确；B、物体上升速度v=s/t=0.1m/2s=0.05m/s，故B正确；C、由图知，n=3，拉力端移动距离s=3h=3×0.1m=0.3m，拉力做功W总=Fs=2.4N×0.3m=0.72J，拉力做功的功率：P=W总/t=0.72J/2s=0.36W，故C错误；D、有用功W有用=Gh=6N×0.1m=0.6J；滑轮组的机械效率：η=W有用/W总=0.6J/0.72J×100%≈83.3%，故D正确。故选：C。
【点评】滑轮组做的有用功是提升物体重力做的功，额外功是克服动滑轮重力和绳子重力及摩擦做的功，总功是拉力做的功，机械效率等于有用功和总功的比值。
【巩固练习】
1、以下分别是4个机械做功情况记录，其中机械效率最高的是（ ）
A.总功是100 J，额外功是20 J B.有用功是100 J，额外功是20 J
C.总功是1000 J，有用功是800 J D.有用功是1000 J，额外功是1000 J
2、将一动滑轮改为定滑轮使用时，与使用该动滑轮比较，在相等时间内把同一物体匀速提高到同一高度，一定（ ）
A.提高了机械效率 B.节省了力 C.提高了功率 D.改变了动力的方向
3、如图所示，用100 N的拉力沿一斜面向上拉重为400 N的物体，刚好可使其沿斜面匀速上滑.如果此斜面的机械效率为80%，则斜面的高与长之比为（ ）
A.4∶1 B.5∶1 C.1∶5 D.以上都不对
4、如图所示，用同一滑轮组分别将物体A和物体B匀速提升相同的高度。与提升B相比，提升A的过程滑轮组的机械效率较大。若不计绳重与摩擦的影响，则提升A的过程（　　）
A．额外功较小 B．额外功较大 C．总功较小 D．总功较大
5、如图所示，用力F通过滑轮组提高重物.下述几种方法中能够提高机械效率的是（　　）
A.改变绳子的缠绕方法 B.增加重物提升高度 C.减少重物提升高度 D.增加重物质量
6、关于机械效率，下列说法中正确的是（　　）
A.机械效率越大，表示机械做功越多 B.功率越小的机械，机械效率一定越低
C.机械效率越高，一定越省力 D.无论机械效率高低，机械都不能省功
7、体重是400 N的同学用重10 N的水桶，提起重为100 N的水沿楼梯送到5 m高的宿舍里使用，完成这一次提水，做有用功和额外功分别是（　　）
A.500 J、50 J B.500 J、2050 J C.550 J、2000 J D.2500 J、50 J
8、工人用如图所示的动滑轮，将重1000N的物体在5s内匀速竖直提升了1m，人对绳自由端的拉力F为600N，不计绳重和摩擦。以下结论正确的是（　　）
A．动滑轮的有用功为600J B．动滑轮的重力为400N
C．滑轮的机械效率为83.3% D．拉力F的功率为120W
9、如图所示，用滑轮组提升重物时，重400N的物体在10s内匀速上升了1m。已知拉绳子的力F为250N，则提升重物的过程中（　　）
A．做的总功是400J B．拉力F的功率是25W
C．绳子自由端被拉下1m D．滑轮组的机械效率是80%
10、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（　　）
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，两个滑轮组机械效率一样大 D．甲滑轮组的机械效率比乙滑轮组高
11、分别用杠杆、动滑轮和滑轮组将同一物体提升到相同的高度，做的有用功（　　）
A.杠杆最多 B.动滑轮最多 C.滑轮组最多 D.一样多
12、下列有关机械效率的说法中，正确的是（　　）
A.机械做的有用功占总功的比例越大，机械效率越高 B.机械做的有用功越多，机械效率越高
C.机械效率越高越省力 D.机械的功率越大，机械效率越高
13、某同学用实验的方法测定动滑轮的机械效率，得到以下几个答案，其中有可能的是（　　）
A.0.75% B.75% C.100% D.101.5%
14、如图所示，规格完全相同的滑轮，用相同的绳子绕成甲、乙两个滑轮组，
分别提起重为G1和G2的两个物体，不计摩擦，比较它们的省力情况和机械效
率，下列说法正确的是（　　）
A.若G1=G2，则F1＜F2，甲的机械效率高
B.若G1=G2，则F1＞F2，乙的机械效率高
C.若G1＜G2，则F1＜F2，甲、乙的机械效率相同
D.若G1＜G2，则F1＜F2，乙的机械效率高
15、用一个动滑轮把重为200 N的砂子在4 s内提到6 m高的脚手架上，所用的拉力F=120 N，那么做的有用功是 ，拉力的功率是 ，机械效率是 .
16、利用斜面把重物匀速推上汽车，如果斜面的长与高之比为10∶3，物重为500 N，不计摩擦，推力应为 N.如果实际推力为250 N，则斜面的机械效率为 .
17、用质量为1.0 kg的铁桶从井中打水，井中水面到井口距离为3 m，装满水后桶和水总质量为11.0 kg，则提起一桶水的过程中，人至少做了_______J的功，这次利用水桶提水的机械效率是_______.
18、建筑工人用滑轮组把一摞砖匀速拉到3 m高的楼上，共做功1.2×104 J，这摞砖重_______N，如果滑轮组的机械效率是80%，用500 N的力把砖拉上去，绳子要拉下_______m.
19、利用如图所示的滑轮组来拉动汽车，已知汽车与地面间的摩擦力是4.08×103 N，将汽车移动1 m，拉力做的总功是4800 J，试求此时滑轮组的机械效率.
参考答案：
1、B；2、D；3、C；4、D；5、D；6、D；7、B；8、C；
9、D；10、D；11、D；12、A；13、B；14、D；
15、1200 J；360 W；83.3%； 16、150；60%；
17、323.4；90.9%； 18、4000；30； 19、85%；

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