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11.3 如何提高机械效率
第十一章 机械功与机械能
知识点
有用功、额外功、总功
知1－讲
1
为了把一袋沙子运送到高处，我们采取了下面几种方法，请找出有用的功和无用的功。
用滑轮组竖直提升物体时三种功的计算：
W有用＝G物 h。W额外＝G动 h＋fh。W总＝Fs＝Fnh。
知1－讲
提升 方法 用杠杆把沙子提升 h 用定滑轮把沙子提升h
用滑轮组把沙子提升h
有用 的功 把沙子提升h所做的功
知1－讲
无用的功 克服杠杠自身重力做的功 克服绳子与定滑轮摩擦做的功 克服动滑轮重力及绳子与滑轮摩擦做的功
总共做的功 动力对机械做的功＝有用的功＋无用的功 续表：
知1－讲
1. 有用功：我们提升物体所做的功。是我们需要的、有价值的功，符号为 W有用。
2. 额外功：使用机械时，克服机械自重和摩擦力等所做的功。是对人们既无利用价值又不得不做的功，记作 W额外。
知1－讲
3. 总功：动力对机械做的所有功叫做总功，记作W总。
在使用机械时，W总＝W有用＋W额外，W总＞ W有用。
在使用机械做功时，人们总是希望有用功越多、额外功(总功)越少越好，即有用功占的比例越大越好。
知1－讲
深度理解
额外功产生的两种情况：
(1) 提升重物时,克服机械自重、容器重力等做的功。
(2)克服机械构件之间的摩擦做的功。
知1－练
例 1
小明在超市从货架上拿起一个水杯并购买。到家他用这个水杯喝水，在水杯里倒满水后，他从桌面上拿起水杯。则他两次拿起水杯的过程中(　　)
A. 对水杯所做的功都是有用功
B. 对水杯所做的功都是额外功
C. 购买水杯时，对水杯所做的功是有用功
D. 喝水时，对水杯所做的功是有用功
知1－练
解题秘方：对有用功、额外功和总功的判断要结合情景，根据我们做功的目的进行判断。
解析：小明买水杯，从货架上拿起一个水杯，克服水杯重力做的功是有用功；他用这个水杯喝水，在水杯里倒满水后，他 从桌面上拿起水杯，目的是端水，因此对水做的功为有用功，克服水杯重力做的功是额外功，故C正确。
答案：C
知1－练
1. 小丽和小华分别用如图所示的①②两种方式将重 100 N 的沙子从一楼运上三楼。小丽将沙子
运上三楼做的有用功为______J；小
华将沙子运上三楼做的额外功是指
对___________做的功。
(不计绳重和摩擦)
600
动滑轮和桶
知2－讲
知识点
机械效率
2
1. 定义 物理学中，把有用功跟总功的比值叫做机械效率，用η表示。
2. 公式η＝×100%。
3. 特点 对于实际的机械，因额外功的存在，机械效率总小于100%。
知2－讲
概念辨析
机械效率和功率是两个完全不同的物理量，二者之间没有直接的联系，功率大的机械做功快，但机械效率不一定高；机械效率高的机械，性能好些，做功时的利用率较高，但功率不一定大。
知2－练
[中考·重庆] 如图1所示，是小智同学在劳动实践基地体验的场景。他用160 N 的拉力将
重240 N 的重物匀速提升2 m，用
时10 s，此过程中重物上升的速度
为_______m/s，滑轮组的机械效率
为_______。
例 2
0.2
75%
知2－练
解题秘方：对利用题中已知条件可先求出物理量 W有用、W总，再利用η＝×100％求机械效率。
知2－练
解析：小重物上升的速度v＝＝＝0.2 m/s；滑轮组由 2股绳子承担物重和动滑轮重，则绳子自由端移动的距离 s＝2h＝2×2 m＝4 m，拉 力做的总功 W总＝Fs＝160 N× 4 m＝640 J；拉 力做的有用功 W有用 ＝Gh＝240 N×2 m＝
480 J；滑轮组的机械效率 η＝×100％＝× 100％ ＝75％。
知2－练
2. [中考·娄底] 如图所示，重 6 N的物体在F＝2 N的水平拉力作用下，以10 cm/s的速度向左匀速运动了5 s，已知物体所受的摩擦力为3 N， 则拉力做的功为_______J，动滑轮的机械效率为_______。
2
75%
知3－讲
知识点
测算滑轮组的机械效率
3
1. 探究滑轮组机械效率的影响因素
(1)实验原理：η＝×100％＝
×100％。
(2)测量装置：如图2甲、乙、丙所示。
知3－讲
(3)进行实验
① 探究滑轮组机械效率与所提升物体重力的关系：如图甲、乙，用相同的滑轮组提升重力不同的物体。
②探究滑轮组机械效率与动滑轮重力的关系：如图乙、丙，用不同的滑轮组提升相同的物体。
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(4)数据记录
实验 序号 物体重力 G物/N 物体上升的 高度h/m 绳的自由端的 拉力 F/N 绳的自由端移动的距离s/m 机械
效率
η
甲 4 0.1 1.6 0.3 83.3%
乙 8 0.1 3.1 0.3 86.0%
丙 8 0.1 2.5 0.4 80%
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(5)实验结论：滑轮组的机械效率与所提升物体的重力、动滑轮的重力有关。在滑轮组相同时，所提升物体越重，机械效率越大；在提升的物重相同时，动滑轮越轻，机械效率越大。
知3－讲
实验点拨
测量原理，要细化到能够直接测量的物理量：机械效率等于有用功和总功的比值，但是有用功和总功，是不能直接测量的。我们根据功的计算公式，推导出W有用＝G物h、 W总＝Fs，从而把不能直接测量的功，转化为可以直接测量的力和距离。
知3－讲
2. 提高机械效率的方法
(1)增加有用功：对于滑轮组而言，适当增大物重。同一滑轮组，提起的物体越重，它的机械效率越高。
(2)减小额外功：(对于滑轮组而言)
①减小摩擦：减小滑轮的轮与轴间的摩擦，主要采用加润滑油的方法。②减轻机械自身的重力：一是减小动滑轮的重力，二是减小绳子的重力。采取的主要措施是选用轻质材料制成的动滑轮和绳子。
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知识扩展
与滑轮组机械效率无关的因素：
由η＝×100% ＝×100%＝×100%可知，滑轮组的机械效率与物体被提升的高度无关。
由此可见没有刻度尺测量距离时，可根据绕绳股数计算滑轮组机械效率。
知3－练
如图3所示，用同一滑轮(G滑＜G物)按甲、乙两种方式匀速提升同一物体到相同的
高度，绳重和摩擦均忽略不计，
两种方式所做的有用功 W有用甲
________ W有用乙，机 械效率
η甲______η乙。（均填“＞”
“=”或“＞”)
例 3
=
＞
知3－练
解题秘方：由公式η＝＝可知，当 额外功一定时，机械做的有用功越多 , 机械效率越高。当机械所做的有用功一定时 , 机械做的额外功越少 , 机械效率越高。
知3－练
解析：甲、乙两种方式所做的有用功是克服同一物体重力做的功，物体被提升的高度相同时，有用功是相同的，但乙方式中还要克服动滑轮的重力做额外功，绳重和摩擦忽略不计，则乙方式比甲方式做的总功要多，结合机械效率公式η＝×100%可知，有用功相同时，总功越大的，机械效率越小，所以η甲＞η乙。
知3－练
3. [鹤壁期末] 如图，在测滑轮组机械效率实验中，每个钩码完全相同，用同一滑轮组分别将钩码(组)匀速提升相同高度，不计绳重和摩擦，对动滑轮重
力做的功是_______(填“有用功”或
“额外功”)，滑轮组机械效率η甲______
(填“＜”“＞”或“＝”)η乙，由此可
知，可以采用_____________________
的方法来提高滑轮组的机械效率。
额外功
＜
增加所提升物体的重力
如何提高机械效率
机械
效率
有用功
特点
无单位
影响因素
总小于1
公式
η＝×100%
总功＝有用功＋额外功

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