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第十二章 简单机械
12.4 机械效率
1.了解有用功、额外功和总功；
2.了解机械效率并会利用机械效率的公式进行简计算；
3.会测量滑轮组的机械效率，知道影响机械效率的因素。
效率
1.单位时间完成的工作量。
2.指最有效地使用社会资源以满足人类的愿望和需要。
工作效率
学习效率
那机械做功有效率吗？
利用机械帮助我们工作，会给我们带来极大的方便。有的机械可以省力，有的机械可以省距离。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
问 题
实验探究：使用动滑轮是否省功
实验步骤：
①如图甲所示，用弹簧测力计将钩码缓慢地提升一定的高度，所做的功为：W1=G.h。将数据填入表格。
②如图乙所示，用弹簧测力计和一个动滑轮将同样的钩码缓慢地提升相同的高度，动力所做的功为：W2=F.S。并记录实验数据。
甲
乙
01 有用功和额外功
做功的方式 拉力 F/N 物体升高的 高度h/m 拉力移动的 距离S/m 拉力做的
功W/J
直接用弹簧测力计 提升2个钩码 2 0.1 0.1
用弹簧测力计和一个 动滑轮提升2个钩码 1.2 0.1 0.2
0.2
0.24
实验数据
实验结论：
实验结果表明，虽然在两次实验中钩码被提升了相同的高度，但使用动滑轮时拉力做的功要多一些。这说明，尽管使用动滑轮会省力，在使用动滑轮的时候，还得克服动滑轮的重力，以及绳子与滑轮之间的摩擦做功。所以，使用机械不能省功，还需要额外多做一部分功。
1.有用功 ：我们必须要做的功，叫做有用功。是为了实现目的而做的功。用W有表示。
2.额外功：在做有用功的同时，人们不需要但又不得不做的功，叫做额外功。克服机械自身（如动滑轮、绳子）的重力和摩擦等而做的功。用W额外表示。
3.总功：有用功与额外功的总和。力对机械做的所有功。用W总表示。
W总= W有+W额外
用水桶从井中提水的时候,所做的功哪部分是有用功,哪部分是额外功
提水所做的功是有用功;提水桶所做的功是额外功。
如果桶掉到井里,从井里捞桶的时候,捞上的桶里带了一些水,这种情况下哪部分是有用功,哪部分是额外功
提水桶所做的功是有用功;提水所做的功是额外功。
想想议议
02 机械效率
1.定义：有用功跟总功的比值叫做机械效率。
2.符号：η
3.公式：η =
机械效率是有用功在总功中所占的百分比，所以没有单位。
有用功总是小于总功，所以机械效率总是小于1的；机械效率通常用百分数表示。
使用起重机提升重物时所做的有用功跟总功的比值是50%，也可以说有用功在总功中占的比例是50%，另外的50％是额外功。
起重机的机械效率是50%，它表示什么意义？
物理意义：机械效率是标志机械做功性能好坏的重要指标，机械效率越高，机械的性能越好。
一些机械的机械效率
抽水机 60%～80%
起重机 40%～50%
喷气发动机
50～60%
柴油机:
28%～40%
滑轮或滑轮组竖直提升重物的机械效率
机械效率=
不计绳重、摩擦力
机械效率= =
斜面的机械效率
机械效率=
其中G为物体的重力，h为斜面的高度，L为斜面的长度。f 为物体与斜面间的摩擦力。
例题 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3.4×104 J，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 = 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
η===0.44=44%
03 测量滑轮组的机械效率
实验步骤：
1.如图组装滑轮组，测出钩码的重力G，并记下钩码和绳端的位置。
2.匀速竖直缓慢拉动弹簧测力计，使钩码缓慢上升，测出拉力F，并用刻度尺测出钩码上升的高度h和绳端移动的距离s。
3.算出有用功W有、总功W总、机械效率 并填入表格。
4.改变钩码数量，再做两次上面的实验。
演示：测量滑轮组机械效率
钩码重G/N 钩码升高h/m 拉力F/N 拉力移动s/m 有用功 W有/J 总功W总/J 机械效率η
1
2
3
实验1:保持动滑轮重一定，改变钩码重。
结论：动滑轮重一定，物重越大，机械效率越高。
F
1 0.1 0.5 0.3 0.1 0.15 66.7%
1.5 0.1 0.7 0.3 0.15 0.21 71.4%
2 0.1 0.8 0.3 0.2 0.24 83.3%
关于测量滑轮组机械效率的几点说明：
1.在测滑轮组的机械效率时，可以不测量 s 和 h；
2.若不考虑绳重和摩擦，只计动滑轮重力时：
即：
η=
G+G动
G
Gh
Fs
＝
η＝　　　　　　　　　　
Gh
Fnh
＝
G
Fn
即：
η＝　　　　　　　　　　
G
Fn
η＝　　　　　　　　　　
G
Fn
＝
G＋G动
G
F=
G+G动
n
与滑轮组绕线方式无关
影响滑轮组机械效率的因素：
1.摩擦、绳重（轮与轴及轮与绳之间）：减小摩擦可以减少额外功，提高机械效率
2.物重：物重增加，机械效率提高
3.动滑轮重：动滑轮重减小，机械效率提高
拓展
如何提高机械效率？
1. 改进机械的结构，使它更合理，更轻巧。
例如：动滑轮太重，使得滑轮组机械效率很低，换用较轻滑轮就可提高其机械效率。
2. 减小机械间的摩擦力。
例如：加强机械运动部位的润滑。
3. 增大物体的重量。
在额外功不变的情况下增大有用功。
机械效率
机械效率
有用功和额外功
额外功：为了达到工作目的，不得不做的功
定义：有用功跟总功的比值
有用功：为了达到工作目的，必须做的功
总功：动力所做的所有功
W总 = W有 + W额
公式： 总小于 1
测量滑轮组的机械效率
1.如图，用滑轮组将一重物竖直向上匀速提升 2m，所用拉力 F=100N，若该过程中滑轮组的机械效率为 80%，则滑轮组对重物做的有用功为______J。
320
2.关于机械效率的说法中正确的是（ ）
A．越省力的机械，效率越高
B．做有用功越多的机械，效率越高
C．做相同的功，额外功的值越小，效率越高
D．做功越快的机械，效率越高
C
2. 如图甲所示，用弹簧秤将重为3.9 N的物块从斜面的底端匀速拉至顶端，则物块所受拉力为_________N，已知斜面的高为2 m，长为4 m，则拉力做功为__________J，斜面的机械效率为_______。若用图乙所示装置匀速提升该重物上升0.5 m，当其机械效率与斜面相同时，竖直向上的拉力为_______N，该过程所做的额外功为_______J。
2.6
10.4
75%
1.73
0.65

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