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第十一章 机械功与机械能
第3节 如何提高机械效率
九上物理 HY
1.了解有用功、额外功和总功的含义，以及它们之间的关系.
2.知道机械效率，会用机械效率的公式进行简单的计算.
3.会测算滑轮组的机械效率.
4.知道实际机械的机械效率总小于1，知道提高机械效率的方法和意义.
1.现象探究：有用功与额外功
用滑轮组提起重物
滑轮组提起重物所做的功是我们需要的、有价值的；克服摩擦、动滑轮的重力所做的功是对我们无利用价值的，却又不得不做的
用挖掘机挖掘、搬运泥土
挖掘机挖掘、搬运泥土所做的功是我们需要的、有价值的；克服摩擦、抓斗和机械臂的重力所做的功是对我们无利用价值的，却又不得不做的
①我们需要的、有价值的功，叫做有用功，记作 ;
②对人们既无利用价值又不得不做的功，叫做额外功，记作 ;
③动力对机械做的功叫做总功，记作
2.有用功、额外功和总功
（1）有用功 上面的实例中，无论使用哪种机械，重物都
被提升了，这部分功是必须要做的，叫做有用功，用 表示,若
重物的重力为，提升的高度为,则 .
（2）额外功 当我们用机械做功时，必须克服机械部件的
重力和摩擦力多做一些功,这部分功叫做额外功,用 表示.额外功
是对人们没有用但不得不做的功.一般，额外功的产生主要有两种
情况：克服机械自重做功、克服摩擦力做功.
（3）总功 人们在达到一定目的的过程中，实际做的功等于
有用功和额外功的总和，记作，则 .总功一
般指动力对机械所做的功，所以它的值等于动力与沿着动力方向动
力作用点移动的距离的乘积，即 .
（4）总功、有用功、额外功的单位都是焦 .
教材深挖
有用功与额外功、总功的区分
1.区分有用功与额外功时关键看需要达到的目的.有用功和额外功不
是绝对的，要视情况而定，对一种情况来说是有用功，对另外一种
情况来说可能是额外功.
2.使用机械做功时，有用功与总功的区分：有用功相当于不用机械
而直接用手对物体做的功；总功是动力对机械做的功.
3.当我们使用机械做功时，由于总存在额外功，即 ，因此
总功总大于有用功，即
教材深挖
典例1 卖茶杯的人，从货架上拿起茶杯；喝茶水的人，从桌面上端
起盛茶水的茶杯，关于两人克服茶杯重力做功的下列说法正确的是
( )
D
A.都是有用功 B.都是额外功
C.对喝茶的人而言是有用功 D.对卖茶杯的人而言是有用功
[解析] 明确做功目的才能有效辨别有用功和额外功.卖茶杯的人的目的是拿茶杯，克服茶杯重力做的功是有用功；喝茶水的人的目的是喝水，克服茶杯重力做的功是额外功
在使用机械做功时，由于机械有自重，以及不可避免地存在着摩擦，
所以额外功是不可避免的.人们都希望额外功越少越好，或者说，
有用功在总功中占的比例越大越好.有用功占总功的比例越大，说
明机械工作时的效率越高.
1.机械效率
（1）定义：在物理学中，把有用功与总功 的比值，叫做
机械效率，用符号 表示.
（2）公式：.其中 表示机械效率， 表示有
用功， 表示总功.
2.对机械效率的理解
（1）机械效率的高低表示的是有用功在总功中所占比例的高低.
（2）机械效率是有用功与总功的比值，是一个纯数字，通常用百
分率表示，没有单位.
（3）使用任何机械，除了做有用功外，都不可避免地要做额外功，
所以有用功总小于总功，机械效率总小于 .
（4）机械效率是衡量机械性能的重要指标.机械效率越高，机械的
性能就越好.
（5）同一个机械的效率并不是固定不变的.如图所示，已知动滑轮
的重力，不计绳重和摩擦，若，则 ；若
，则 .
3.机械效率与功率的对比
物理量 比较内容 机械效率 功率
物理意义 衡量机械性能的重要指标 表示物体做功的快慢
定义 有用功与总功的比值 做的功与完成这些功
所用的时间之比
符号
物理量 比较内容 机械效率 功率
公式
影响因素 有用功、总功 功 、完成功所用的
时间
单位 无单位，用百分率表示 瓦
结论 机械效率与功率之间没有直接联系 典例2 在小型建筑工地，常用简易的起重设备竖直吊运建
筑材料，其工作原理相当于如图所示的滑轮组.某次将总重
为的砖块匀速吊运到高为 的楼上，卷扬机
提供的拉力为 .求在此过程中：
[解析] （1）由题知，拉力 所做的有用功 由题图知，n=2，则拉力F 移动的
（1）拉力所做的有用功；
（2）滑轮组的机械效率.
[答案]
4.三种机械的有用功、总功及机械效率的计算方法
用杠杆匀速提升物体
、
其中 为被提升物体受到的重力；
额外功为克服杠杆自重、摩擦力所做的功
滑轮和滑轮组
匀速提升物体
其中 为被提升物体受到的重力； 为动滑轮受到的重力；为拉力； 为物体上升的高度；s 为绳子自由端移动的距离；n 为承担物重的绳子的股数，s=n .
②不计绳重、摩擦，只计动滑轮重时
额外功为克服动滑轮重力以及摩擦所做的功，①②若不计摩擦
滑轮和滑轮组
水平匀速拉物体
、
其中 为物体与水平面间的摩擦力； 为拉力； 为物体移动的距离； 为绳子自由端移动的距离；为承担物体所受摩擦力的绳子的股数， .
缓慢将物体推至斜面顶部
、
其中 为被提升物体受到的重力； 为斜面高度；为斜面高度，F 为拉力；f 为物体与斜面之间额摩擦力.
①
典例3 某施工现场用小型载重汽车向高处运送砂石，将质量为
的砂石从坡底运送到高的坡顶，用时 .汽车的输出
功率是.取 则：（1）汽车运送砂石所做的有用
功是多少？（2）汽车运送砂石的机械效率是多少？
[答案]
[解析] （1）砂石的重力 ，汽车运送砂石所做的有用功 .（2）汽车做的总功 ，汽车运送砂石的机械效率 .
1.实验：测算滑轮组的机械效率
实验目的：测算滑轮组的机械效率.
实验原理：
..，实验需测量的物理量：重物的重力，重物上升的高度 ，绳子自由端受到的拉力，绳子自由端移动的距离
实验器材：弹簧测力计、刻度尺、铁架台、细绳、钩码、滑轮组
实验步骤：（1）用弹簧测力计测出若干个钩码的重力 .
（2）按照实验装置图组装好滑轮组.
（3）把这些钩码吊在滑轮组下，用弹簧测力计匀速拉动绳子的自由端，使钩码匀速上升.同时用刻度尺测出钩码上升的高度 和绳子的自由端移动的距离 ，并读出弹簧测力计的示数 .
（4）将以上测量的数据填入表格中.
（5）改变钩码的个数（物重），多次重复实验.
实验数据记录表格
通过比较四次机械效率的大小，可以得出：用同一滑轮组提升不同重物时的机械效率并不相同.被提升的物体越重，机械效率越高.这是因为使用同一滑轮组提升不同重物时，在提升相同高度时，物体越重,人所做的有用功越多，而所做的额外功几乎不变.
2.实验操作与思考：怎样在无刻度尺时求机械效率
对于某一滑轮组来说，、与绳子股数之间存在的关系为 ，
代入机械效率公式后有
，
可以看出求机械效率可不测和 .
典例4 在测“滑轮组机械效率”的活动中，瑞瑞同学在
与动滑轮相切的细绳上作一标记 （如图甲所示），
然后用大小为的拉力匀速竖直向上提升总重为 的
钩码，当钩码上升的高度为 时，瑞瑞同学在与动滑
A.拉力做的功 B.拉力做的有用功
C.滑轮组的机械效率 D.滑轮组的机械效率
轮相切的细绳上作另一标记，并测得、两点间的距离为
（如图乙所示），则以下所求物理量不正确的是( )
A
[解析] 、图中A、B两点间的距离为 ，这并不是绳子自由端移动的距离，由图可知，物重由三段绳子承担，钩码升高 ，则绳子自由端移动的距离，有用功 ，总功. 因为使用滑轮组要克服摩擦和动滑轮、绳子的重而做额外功，有用功小于总功，故滑轮组的机械效率小于1.该滑轮组的机械效率 .故选A.
3.提高滑轮组机械效率的方法
方法 分析
增加被提升物体的 重力大小 同一个滑轮组，被提升物体的重力越大，做
的有用功越多，机械效率越高
减轻动滑轮的自重 有用功不变时，减小提升动滑轮时做的额外
功，可提高机械效率
减小滑轮组自身部 件的摩擦 机械自身部件的摩擦力越大，机械效率越低
教材深挖
探究斜面的机械效率与斜面倾斜程度的关系
实验器材：斜面、小车、弹簧测力计、刻度尺、细线.
实验原理： .
实验方法：控制变量法.
实验步骤：
（1）如图所示，将一长木板用一木块垫起，使其倾斜程度较小.
（2）用弹簧测力计测出小车的重力 .
（3）用弹簧测力计匀速沿斜面向上拉动小车，使小车沿斜面匀速
向上运动，并读出弹簧测力计的示数 .
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（4）用刻度尺测出小车上升的高度和小车沿斜面移动的距离 .
（5）根据 ，计算出此次的机械效率.
（6）改变斜面的倾斜程度,重复测量.
实验结论：斜面的机械效率与斜面的倾斜程度有关，斜面越陡，机
械效率就越高.
教材深挖
典例5 小华对他的自行车进行维护，其中不
是提高机械效率的措施的是( )
D
A.给轴承加润滑油 B.调节传动链条的松紧度
C.给轮胎打足气 D.更换车把手的塑料套
[解析] 给轴承加润滑油、调节传动链条的松紧度和给轮胎打足气，都能减少额外功，在有用功一定时，能提高机械效率；而更换车把手的塑料套不能减少额外功，不能提高机械效率.

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