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12.4 机械效率
第十二章 简单机械
1. 了解什么是有用功、额外功和总功。
2. 理解什么是机械效率；
3.知道机械效率总小于100%，能认识提高机械效率的意义和途径。
4.会利用机械效率的公式进行简计算。
5.会测量滑轮组的机械效率，知道影响滑轮组机械效率的因素。
生活中我们常会强调提高效率，如学习效率、工作效率等。利用机械帮助我们完成某项任务，也会涉及效率问题。那么，机械做功与效率有怎样的关系呢？
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知识点一：有用功和额外功
如图所示，在使用动滑轮提升物体时，尽管省力，但需要移动更长的距离。使用滑轮提升物体做的功与不使用滑轮直接提升物体做的功相同吗？
如图乙所示，利用动滑轮把同一个重为G的物体，提高 h 的高度。动力所做的功：W2=F′·s
实验：研究使用动滑轮是否省功
甲 乙
【实验设计】
如图甲所示，用弹簧测力计将重物缓慢地提升一定的高度，计算拉力所做的功。设物重为G ，提高的高度为h。所做的功：W1=G·h （ 此时 F=G ）
甲 乙
所以：W1= W2
结论：使用机械做的功和直接用手做的功相等.
【理论分析】
如果忽略动滑轮重和滑轮与绳子间的摩擦：F′=G s=2h
但实际上，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。
大量实验表明：使用任何机械都不能省功。
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。
判断有用功和额外功，一定要弄清楚目的。
想想议议
如图，物体重100N，滑轮重20N，用70N的拉力F将物体提高10m。问总功、有用功、额外功分别为多少？
解：
有用功W有=Gh=100N×10m=1000J
总功W总=Fs=70N×10m×2=1400J
额外功W额外=W总-W有=1400J-1000J=400J
在保证所做有用功一定的情况下，人们总是希望额外功越少越好。即额外功在总功中所占的比例越少越好。物理学中，将有用功跟总功的比值叫做机械效率。
1. 定义：有用功跟总功的比值叫做机械效率。
3. 意义：
表示机械做功时，有用功在总功中所占的比例，是机械性能的重要指标。
4. 特点：因为 W有用 < W总，所以，η < 100%。
机械效率一般用百分数表示，没有单位。
2. 公式：
知识点二：机械效率
起重机的机械效率是45%，它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45%，也可以说有用功在总功中占的比例是45%，另外的55％是额外功。
起重机的机械效率是45%，它表示什么意义？
5. 一些机械的机械效率
柴油机：28%～40%
起重机：40%～50%
抽水机：60%～80%
6. 怎样才能提高机械的效率
减少额外功
改进结构，使其合理、轻巧
经常保养、定时润滑，减小摩擦
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%
实验：测量滑轮组的机械效率
实验原理：
η
实验器材：
实验步骤：
实验1：用同一滑轮组拉动不同钩码至同一高度，计算机械效率；
实验2：用不同滑轮组拉动同一钩码至同一高度，计算机械效率。
实验数据：
次数 钩码所受的重力G/N 提升高度h/m 有用功 W有/J 拉力F/N 绳端移动的距离s/m 总功 W总/J 机械效率η
1
2
3
1.动滑轮重一定时，物重越大，机械效率越高。
实验结论：
滑轮组的机械效率与提升重物的重力有关，不同的滑轮组机械效率不同。
2.物重一定时，动滑轮越重，机械效率越低。
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
有用功跟总功的比值叫做机械效率
机械效率
有用功
对人们有用的必须要做的功
并非我们需要但又不得不做的功
有用功与额外功的总和
机械效率总小于100%
机械效率
额外功
总功
测量滑轮组的机械效率
1.一个水桶掉到了井里，在打捞水桶的过程中，则对水桶做的功叫做__________功，对水做的功叫________功，对水桶和水一共做的功叫_________功。
有用
额外
总
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，则机械效率一定越高
D．做功越快的机械，机械效率越高
C
3．如图所示，用滑轮组拉动重70N的物体A，在10s内使A在水平方向上移动5m，所用拉力F为20N，地面对A的摩擦力为30N，则A运动速度是　 　m/s，滑轮组所做的有用功是　 　J，滑轮组的机械效率是　 　。
0.5
150
75%
4．在“测滑轮组机械效率”的实验中，用同一滑轮组进行两次实验，实验数据如下表：
⑴此实验所用滑轮的个数至少是____个，其中动滑轮有_____个。
⑵第一次实验测得滑轮组的机械效率为________，第二次实验时滑轮组的机械效率______第一次的机械效率（填“大于”“小于”或“等于”）
次数 钩码重/N 钩码上升高度/cm 弹簧测力计示数/N 弹簧测力计移动距离/cm
1 2 10 0.8 40
2 5 5 1.5 20
3
2
62.5%
大于

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