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第4节 机械效率
第十二章 简单机械
R·八年级物理下册
第1课时 认识机械效率
预习检测
1. 为了达到某一目的而必须做的功是________，并非需要但又不得不做的功是________，实际做的所有功是________。
2. _______和______的比值叫作机械效率，用字母_____表示。机械效率一般用________表示。
3. 有用功总是______总功，所以任何机械的机械效率总是______1。
有用功
额外功
总功
有用功
总功
η
百分数
小于
小于
情境导入
工人通过滑轮组、定滑轮和轮轴提升竖井中的重物。工人为什么不直接提起重物，而是将这么多的简单机械进行组合呢？
使用这些简单机械的优势是什么？
探究新知
　 利用滑轮组提升重物，绳端拉力所做的功与滑轮组对重物所做的功相同吗？
知识点1 有用功和额外功
1. 研究使用动滑轮是否省功
【提出问题】
利用动滑轮提升重物，绳端拉力所做的功与动滑轮对重物所做的功相同吗？
【猜想假设】
猜想一：拉力做得功多；
猜想二：动滑轮对重物做的功多；
猜想三：一样多。
【进行实验】
a. 如图甲所示，用弹簧测力计将钩码缓慢地提升一定的高度，计算拉力所做的功。
b. 如图乙所示，用弹簧测力计并借助一个动滑轮将同样的钩码缓慢地提升相同的高度，计算弹簧测力计的拉力所做的功。
拉力F/N 重物移动的距离h/m 拉力F做的功W1/J
拉力F'/N 绳子自由端移动的距离h/m 拉力F'做的功W2/J
由表中记录的实验数据可知，W2___W1
2
【收集数据】
＞
0.1
0.2
1.2
0.2
0.24
实验结果说明：_______________________________。
动滑轮可以省力，但不能省功
想一想，这是为什么？
为什么借助动滑轮提升重物做功，拉力做的功要更多一些
克服摩擦力所做的功
提升动滑轮所做的功
提升绳子所做的功
使用机械做功时，由于机械本身的自重以及摩擦等因素的影响，需要额外多做一些功。
【分析讨论】
大量实验表明：
使用任何机械都不能省功
练习
工人师傅把重 500 N 的货物用绳子直接匀速提升到 2 m 高的工作台上，拉力对货物做的功为______J。若他用如图所示的滑轮组提升此货物到 2 m 高的工作台上，所用拉力为 200 N，拉力做的功为______J。两种情况对比，说明使用机械______（选填“能或“不能”）省功。
1 000
1 200
不能
用动滑轮提升钩码
目的：把钩码提升一定的高度
对钩码做功 Gh：
提升绳子所做的功
提升动滑轮所做的功
克服摩擦力所做的功
拉力所做的功
不可避免地多做的功
有用、必须做的功
有用功
额外功
总功
2. 有用功、额外功和总功
(1)有用功(W有)：为了达到目的，必须做的功。
(2)额外功(W额)：为了达到目的，并非我们所需
要但又不得不做的功。
(3)总功(W总) ：有用功与额外功之和。
W总= W有用+ W额外
产生原因：①克服机械自重、容器重等做的功；
②克服摩擦力做的功等
指出图中杠杆的有用功、额外功和总功
有用功
总功
额外功：克服杠杆自重及摩擦所做的功
W额外 = G杠杆 h杠杆
指出图中斜面的有用功、额外功和总功
有用功
总功
额外功：克服斜面与物体之间的摩擦所做的功
W额外 = fs
练习
甲用桶从井中提水，其中对______做的功是有用功，对______做的功是额外功。乙从井中捞水桶，桶中带有部分水，则对______做的功是有用功，对______做的功是额外功。（均选填“水”或“桶” ）
水
桶
桶
水
知识点2 机械效率
在使用机械工作时，我们希望有用功在总功中所占的比例越大越好。它反映了机械的一种性能，物理学中表示为机械效率。
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定义：有用功跟总功的比值，通常用符号η表示。
机械效率
η ：机械效率
W有用：有用功
W总：总功
不会，因为有用功总是小于总功，所以机械效率总是小于1。机械效率通常用百分数表示。
η会大于1吗？
起重机把质量为 0.5 t 的重物匀速提升了 3 m，而它的电动机所做的功是 3.4×104J，起重机的机械效率是多少？g 取 10 N/kg。
解：起重机匀速提升重物所用的力与物体所受的重力大小相等：
F = G = m g =0.5×103 kg×10 N/kg = 5×103 N
起重机提升重物所做的功是有用功：
W有用=Fh = 5×103 N×3 m = 1.5×104 J
起重机的电动机所做的功是总功：W总 = 3.4×104 J
因此，起重机的机械效率
这台起重机的机械效率为44%。
练习
建筑工地上，起重机吊臂上的滑轮组如图所示。在匀速吊起重为 4.8×103 N 的物体时，物体 4 s 内上升了 6 m，在此过程中，拉力 F 为 2×103 N。则滑轮组的机械效率为______，拉力 F 的功率为________W。
80%
9×103
生活中的机械效率
生产生活中，人们利用多种方式提高机械效率，但都不能使其达到100%，如起重机
的机械效率一般为 40%~50%，皮带
传动的机械效率一般为 90%~98%。
指出图中杠杆的机械效率
指出图中斜面的机械效率
练习
如图所示，在斜面上，用与斜面平行的拉力将质量为 2 kg 的物块由斜面底端匀速拉到顶端，拉力大小为 8 N，斜面长 1.2 m、高 0.3 m，斜面的机械效率为_______，斜面间的摩擦力为_____N。（g 取 10 N/kg）
62.5%
3
练习与应用
1. 用滑轮组匀速提升重物的过程中，哪个是有用功？哪些是额外功？
动滑轮对重物的拉力做的功为有用功；克服动滑轮本身所受的重力、绳的重力以及摩擦力所做的功为额外功。
2. 一台起重机将重 3600 N 的货物匀速提高 4 m，起重机做的有用功是多少？如果额外功是 9600 J，总功是多少？机械效率是多少？起重机所做的额外功是由哪些因素引起的？
解：起重机做的有用功
W有用 = Gh = 3600 N×4 m = 14400 J
总功 W总=W有用+W额外=14400 J + 9600 J = 24000 J。
机械效率
起重机所做的额外功是由动滑轮、起重臂和钢丝绳所受的重力以及摩擦力引起的。
3. 用一个动滑轮在 5 s 内将一个重 200 N 的物体向上匀速提起 3 m，拉力为 150 N。这个动滑轮的机械效率是多少？拉力的功率是多少？
解：由题可知，n = 2，
则绳端移动的距离 s = nh = 2×3 m = 6 m，
动滑轮的机械效率
拉力的功率
课堂小结
1.有用功(W有用)：为了达到目的，必须做的功。
2.额外功(W额外)：并非我们所需要但又不得不做的功。
3.总功(W总) ：有用功和额外功之和。
W总= W有用+ W额外
4.机械效率
　 有用功跟总功的比值，通常用百分数表示，且总小于1。

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