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第4节 机械效率
第11章 机械与功
教科·八年级物理下册
第1课时
认识机械效率
情境导入
每过一段时间，要给自行车的车轴和链条上机油，汽车也需要定期更换润滑油。
这样做的目的是什么？
润滑油能够减少摩擦力，提高运动部件的灵活性和运行效率
探究新知
任何机械都不省功，那么会有机械“费功”吗？
　 通过一动滑轮用 60 N 的拉力提起重为100 N 的重物，使重物提高 2 m。
（1）拉力做多少功？
（2）如用手直接提起做功多少？
s = 2h = 2×2 m = 4 m
W拉 = Fs = 60 N×4 m = 240 J
你发现了什么？
W手 = Gh = 100 N×2 m = 200 J
讨论
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。
思考：为什么利用动滑轮做的功大于直接用手做的功呢？
知识点1 有用功和额外功
1. 做功的不同办法
要把重 100 N 的沙子运上三楼。图中画了三种方法，如果是你，你会选择哪种方法？为什么？
3m
3m
3m
沙子重 100 N
体重 400 N
动滑轮重 10 N
桶重 20 N
口袋重 50 N
3m
3m
3m
沙子重 100 N
体重 400 N
动滑轮重 10 N
桶重 20 N
口袋重 50 N
人提沙子做功
对沙子做功
对桶做功
克服自重做功
人拉滑轮做功
对沙子做功
对桶做功
对动滑轮做功
人拉滑轮做功
对沙子做功
对口袋做功
对动滑轮做功
目的：把沙子运上楼
无论采取哪种方法都必须做的功
方式：沙子装在桶或口袋里，桶或口袋由人或通过动滑轮提上楼
不需要，但要把沙子运上楼不得不做的功
有用功
额外功
(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) ：有用功加上额外功是总共做的功。
W总= W有用+ W额外
2. 有用功、额外功和总功
完成下表的空白部分：
做功方式 有用功 额外功 总功
桶装，手提上楼 100N×6m (400+20)N×6m
桶装，动滑轮吊运 100N×6m ×(20+10)N×12m
袋装，动滑轮吊运 100N×6m ×(5+10)N×12m
3120J
780J
690J
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
指出图中动滑轮的有用功、额外功和总功
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
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，符号η。
1. 机械效率
η：机械效率
W有用：有用功
W总：总功
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。
注意：
1. 机械效率不是固定不变的，同一机械在不同的做功过程中，机械效率可能会发生变化。
2. 机械效率反映的是有用功在总功中所占比例的大小，与具体做功多少、是否省力无关。
练习
[宜昌中考]下列有关机械做功、功率、机械效率的说法，正确的是（ ）
效率越高的机械，功率越大
做功越多的机械，功率越大
做有用功越多的机械，效率越高
功率越大的机械，做功越快
D
2. 计算机械效率
活 动
3m
3m
3m
沙子重 100 N
体重 400 N
动滑轮重 10 N
桶重 20 N
口袋重 50 N
在图中三种不同做功方法中，我们已经计算出有用功、额外功和总功。下面计算三种不同方法的机械效率。
做功方式 有用功 额外功 总功
桶+手提 600 J 2520 J 3120 J
桶+动滑轮 600 J 180 J 780 J
袋+动滑轮 600 J 90 J 690 J
19.2%
76.9%
88.2%
均未考虑与摩擦力有关的额外功
例 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 = mg = 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
指出图中杠杆的机械效率
指出图中滑轮组的机械效率
指出图中滑轮组的机械效率
f 为物体与接触面间的滑动摩擦力
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通常为 40%~50%，抽水机的机械效率是 60%~80%。
练习与应用
1. 用一个动滑轮把重 100 N 的沙袋从地面提到 9 m 高的脚手架上，所用的力是 60 N，那么这一过程所做的总功和有用功分别是多少？这个动滑轮的机械效率是多少？
解：这一过程所做的有用功
W有用 = Gh = 100 N×9 m = 900 J
绳端移动的距离 s = 2h = 2×9 m = 18 m，
则总功 W总= Fs =600 N×18 m = 1080 J。
这个动滑轮的机械效率
2. 用滑轮组把重 720 N 的货物匀速提高 10 m，滑轮组做的有用功是多少？若此时滑轮组的机械效率为60%，则总功和额外功各是多少
解：滑轮组做的有用功
W有用 = Gh = 720 N×10 m = 7200 J
因为
所以总功
额外功W额外=W总 – W有用
= 1.2×104 J – 7200 J = 4800 J。
3. 用如图所示的滑轮组将重为 300 N 的物体以 0.1 m/s的速度匀速向上提升 10 s。
（1）若不计动滑轮重、绳重和滑轮与轴间的摩擦，求人对绳的拉力 F。
解：由图可知，动滑轮上承担物重的绳子共有2段，即 n = 2，若不计动滑轮重、绳重和滑轮与轴间的摩擦，则人对绳的拉力
3. 用如图所示的滑轮组将重为 300 N 的物体以 0.1 m/s的速度匀速向上提升 10 s。
（2）实际中动滑轮重为 40 N，人的拉力做功 400 J ，求滑轮组的机械效率及克服绳重和摩擦所做的额外功。
解：物体提升的高度 h = vt = 0.1 m/s×10 s = 1 m
绳端移动的距离 s = nh = 2×1 m = 2 m
滑轮组做的有用功W有用 = G物h = 300 N×1 m = 300 J
克服动滑轮的重力做的功
W动 = G动h = 40 N×1 m = 40 J
则滑轮组的机械效率
克服绳重和摩擦做的额外功
W摩擦=W总 – W有用 – W动 = 400 J – 300 J – 40 J = 60 J
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) ：实际做的所有功。
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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