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第三节 机械效率
第十一章 　简单机械
知1－讲
感悟新知
知识点
有用功、额外功和总功
1
1. 使用机械不省功
感悟新知
知1－讲
归纳总结
使用机械不省功的原因：在使用机械时，除了对物体做功外，还需要克服机械自重或机械间的摩擦而做功，所以与直接拉动物体相比，使用机械并不省功。
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方法点拨
归纳法：通过归纳杠杆、滑轮、斜面等常见的简单机械，结合原因分析，得出使用任何机械都不能省功的结论。这是物理学中常用的研究方法。
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2. 功的分类
知1－讲
有用功 W 有 对人有用的功
额外功 W 额 对人无用但不得不做的功
总功 W 总 动力对机械所做的功
关系 W 总 =W 有 +W 额
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3. 滑轮组在使用时的功的分类
知1－讲
竖直提升物体 水平拉动物体 提水中的物体 倒拉动滑轮上的物体
图例
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(续表)
知1－讲
有用功 W有=G物h W 有 =fs 物 W有=（G物-F浮） h W 有 =G 物 h
额外功 W额=G动h +W 摩 W 额 =W 摩 W 额 =G动h+W 摩 W额 = G 动 h+W 摩
总功 W=Fs =Fnh W=Fs 绳 =Fns 物 W=Fs=Fnh W=Fs= Fh
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深入思考 克服摩擦做的功一定是额外功吗？
知1－讲
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知1－讲
深度理解
如图1，使用滑轮组水平拉物体时，克服物体和桌面间的摩擦做的功是 W 有；克服轮和轴间摩擦做的功是 W 额；绳对滑轮的摩擦力等于拉力，故其做的功为W 总。
知1－练
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小明在超市从货架上拿起一个水杯并购买。到家后他用这个水杯喝水，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
例1
知1－练
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解析： 小明买水杯时，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，因此此时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。
解题秘方：从实际情境中理解有用功、额外功和总功是解答本题的关键。
答案：C
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1.两 个人 用 相 同 的 水桶从同一处提水，给同样距离处、相同的水缸注满水。其中一个人每次都将水桶装满，另一个人每次都不装满，则两个人做功的大小情况是( )
A．装满水桶者做的功多
B．不装满水桶者做的功多
C．两个人做的功一样多
D． 装满水 桶者做的有用功多
B
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知2－讲
知识点
机械效率的大小
2
1. 机械效率
(1)意义：衡量机械的好坏。
(2)定义：有用功 W 有和总功 W 总之比。
(3)公式： η = ×100％。
(4)理解： ①机械效率是一个比值，所以无单位；②任何机械的机械效率都小于 1。
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知2－讲
2. 机械效率其他表达式
η = ×100％= ×100％= ×100％
知2－讲
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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，性能好一些，做功时的利用率较高，但功率不一定大。
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3. 滑轮组的机械效率
类型 图示 机械效率
滑轮组竖直提升物体 η = ×100％= ×100％= ×100％
滑轮组水平拉物体 η = ×100％= ×100％= ×100％
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知2－讲
深入思考 滑轮组竖直提升重物时，如果不计绳重和摩擦（半
理想滑轮），其机械效率表达式是什么？
深度理解
η = ×100％= ×100％=×100％
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[ 二模·银川 ] 为了提升城市品位，银川市中心城区对部分市政道路分批次实施海绵提升改造工程，
工人师傅常用如图 2 所示的简易滑轮组提升建筑材料。在某次提升重物时，用 F=250 N 的拉力，把 G=400 N的物体在 10 s 内匀速提升 2 m，不计绳重和摩擦，拉力做的有用功为 _______J，滑轮组的机械效率为______ 。
例2
800
80％
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解 题 秘方： 明确本题中的有用功和总功，再结合机械效率的公式进行计算。
解析： 拉力做的有用功 W 有=Gh=400 N×2 m=800 J；由图知，n=2，滑 轮 组 的 机 械 效 率
η = ×100 ％ = ×100 ％ = ×100％ =
×100％ = ×100％ =80％。
知2－练
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2.如 图 所 示，用 8 N的 拉 力 F 将 重 60 N的 物 体 匀 速 向 左 拉 动0.1 m，已 知 物 体 与 地面 间 的 摩 擦 力为 物 重的 0.3 倍，此 过 程中，绳 子自由 端 移 动 的 距离 为 ________m， 此时滑轮组的机 械 效率为________ 。
0.3
75%
知3－讲
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知识点
影响滑轮组机械效率大小的因素
3
1. 测量滑轮组的机械效率
实验原理 η = ×100％ = ×100％
实验装置
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(续表)
知3－讲
实验步骤 (1)用弹簧测力计测量出钩码的重力 G；
(2)按装置图把滑轮组安装好，并记下钩码和绳子末端的位置；
(3)竖直向上匀速拉动弹簧测力计，使钩码上升，读出弹簧测力计的示数 F，并用刻度尺测出钩码上升的高度 h和绳子末端移动的距离 s；
(4)分别算出有用功 W 有、总功 W 总和机械效率 η，将各项数据填入下表；
(5)增加被提升钩码的个数，重复步骤(2)( 3)(4)
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知3－讲
序号 钩码重G/N 钩码上升的高度h/m 有用功W有/J 绳端的拉力F/N 绳端移动的距离 s/m 总功W总 / J 机械效率
1 10 0.1 1 4.2 0.3 1.26 79.4％
2 15 0.1 1.5 6.0 0.3 1.8 83.3％
3 20 0.1 2 7.5 0.3 2.25 88.9％
数据记录
实验结论 使用同一滑轮组提升不同的重物时，重物越重，滑轮组的机械效率越大
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深度思考 为什么要缓慢匀速拉动弹簧测力计？
知3－讲
深度理解
只有匀速直线拉动绳子时对物体的拉力才等于物体重力，有用功才满足 W 有= G 物h。
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2. 提高滑轮组机械效率的方法
小结 提高滑轮组机械效率的方法：（1）减轻动滑轮质量、
加润滑油减小摩擦，这些方法可以减少额外功，提高机械
效率；（2）增加提升物体的重力，在额外功不变的情况下，
增大有用功， 从而提高机械效率。
知3－讲
感悟新知
知3－讲
深度理解
同一滑轮组，G动相同，G 物越大， η 越大，不计绳重加摩擦：
η = ×100％= ×100％ = ×100％ =×100％
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感悟新知
小文为探究滑轮组的机械效率，设计了如图 4 甲、乙所示的创新实验装置(每个动滑轮重力相同)，整个装置固定在带有刻度的支撑背景板上，带绕线轮的电机可通过转动拉起重物，压力传感器可测出绳子自由端的拉力。
例3
知3－练
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实验步骤：①在图甲中动滑轮下方挂上钩码，
记录重力 G 物，标记物体的位置；
②闭合电机开关，匀速提升重物 0.05 m，断开开关，记录拉力F 和绳子自由端移动的距离 s；
③改变 G 物重复以上操作，并记录数据；
④在图乙中动滑轮下方挂上相同钩码，重复步骤①②③；
⑤根据实验记录的数据，计算出总动和机械效率，将结果记录在表格中。
知3－练
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解 题 秘方： 实验操作中的注意事项：
(1)明确测量原理：η = ×100％。
(2)注意测量过程中要匀速直线拉动绳子自由端。
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解析： 第一次实 验中，滑轮 组机 械 效率
η1 = ×100 ％ = ×100 ％ = ×100％ = ×100％ = ×100％≈ 81.7％ 。
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不同物重、滑轮组对应的部分实验数据和计算结果：
(1) 请将表格中的数据补充完整。（结果保留到 0.1％）
组别 承担物重的绳子段数 G 物/N F/N W 总/J η
1 n=3 1.96 0.80 0.120 ______
2 3.92 1.51 0.227 86.5％
3 5.88 2.20 0.330 89.1％
4 n=4 1.96 0.63 0.126 77.8％
5 3.92 1.22 0.244 80.3％
6 5.88 1.75 0.350 84.0％
81.7％
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解析： （2）由实验 1、2、3 或实验 4、5、6 可知，同一滑轮组， 提升重物越重，机械效率越高；由实验 1、4 或实验2、5 或实验 3、6 可知，提升物重相同时，动滑轮重力越小，机械效率越高；综合得出：滑轮组机械效率与动滑轮重力及提升物体的重力有关，动滑轮重力越小，提升物重越重，滑轮组机械效率越大。（3）与图丙相比，该创新实验装置的优点是板上有刻度，方便直接读出物体升高高度；电机可匀速提升物体；
压力传感器可精确测出拉力大小且读数方便。
知3－练
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(2) 根据表中数据可得出的结论是_______________________________________________________________________________________________。
(3) 与 图 丙 装 置 相 比，该 创 新 实 验 装 置 的 优 点是 ______________________________________________________________________________________________（写出两点）。
滑轮组机械效率与动滑轮重力及提升物体的重力有关，动滑轮重力越小，提升的物重越重，滑轮组机械效率越大
板上有刻度，方便直接读出物体升高高度，电机可匀速提升物体（或压力传感器可精确测出拉力大小且读数方便）
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3.[二模·肇庆 ] 学了机械效率之后，小新用滑轮组研究影响机械效率大小的因素。现有动滑轮、定滑轮各一 个，两个相同的重物，细线若干。如图是小新设计的一组滑轮组。
(1)请你帮助小新设计第二组滑轮组，并在下图绕上线。
解：如图所示。
知3－练
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(2)实验中要____________________拉 动 弹 簧 测 力 计，使重物升高。
(3)下表是小新的实验数据记录，请将空格补充完整：
匀速竖直
序号 1 2 3
物重G/N 20 20 40
重物升高高度h/cm 1 1 1
______________________ 10 12 22
绳子自由端移动距离s/cm 3 2 2
机械效率η 66.7% _____ 90.9%
拉力的大小F/N
83.3%
知3－练
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(4)分析数据，小新发现：同一滑轮组，提升的重物越重，滑轮组机械效率越_______ 。
高
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感悟新知
[ 一模·泰州海陵区 ] 如图 5 所示，用
相同的滑轮安装成甲、乙两种装置，分别用 FA、FB 匀速提升重力为 GA、 GB 的 A、 B 两物体，不计绳重和摩擦。若 GA ＞ GB，则η甲 ______η 乙；若 FA=FB，则 GA_____ GB。（均填“＞”“＜” 或“=”）
例4
＞
＜
知3－练
感悟新知
解题秘方：用控制变量的思想比较机械效率大小：
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解析： 不计绳重和摩擦，克服物体重力做的功为有用功，克 服物 体重力和动 滑轮重力做的功为总功，则滑轮 组的 机械 效 率 η = ×100 ％ = ×100 ％ = ×100％ = ×100％， 动滑轮的重力相等， 因物体的重力G 越大， 1+ 越小，越大，所以 GA ＞ GB 时， η 甲＞η 乙。 由图可知， n 甲 =2， n 乙 =3，由 F= （G +G 动）可得，提升物体的重力 G =nF - G 动，则 FA=F B 时，提升物体的重力关系为GA ＜ GB。
知3－练
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4.如图所 示，甲、乙两套装置的动滑轮质量相等，用它们分别将质量相等的物体竖直向上匀速提升相同的高度，所用向上的拉力分别为 F1和 F2，两 装 置 的 机 械效率分别为 η 甲和 η 乙，不计绳重及摩擦。则 η 甲_____η 乙， F 1 _____F2。（均 填“ > ”“ < ”或 “ = ”）
＝
＞
机械效率
η=×100％
永远
小于1
η=×100％
机械效率
提高
方法
增加有用功
减少额外功

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