资源简介

(共27张PPT)
第十二章 简单机械
12.4 机械效率
1.了解什么是有用功、额外功和总功。
2.能说出机械效率的含义，知道机械效率是小于100%的，了解机械的机械效率。
3.能利用机械效率的公式进行简计算。
4.通过探究滑轮组机械效率知道其影响因素。
要把一堆沙子运到楼上，你有哪些方法
直接提升物体做功，与使用机械提升物体做功相同吗？
知识点一：有用功和额外功
对砂子做功
对空桶做功
克服自身重力做功
并不需要做但又不得不做的功
对人们有用必须做的功
3m
3m
他的目的是：
把沙子运上三楼
用水桶提沙子上楼
有用功
额外功
（1）如图甲，用弹簧测力计将钩码缓慢地提升一定高度，计算拉力所做的功。
（2）如图乙，用弹簧测力计并借助一个动滑轮将同样的钩码缓慢地提升相同的高度，再次计算拉力所做的功。
实验：使用动滑轮是否省功
G/N h/m W直/J F/N s/m W机/J
0.49 0.1 0.049 0.37 0.2 0.074
实验结果
有用功
总功
实验结果表明，尽管使用动滑轮会省力，但由于滑轮本身所受的重力以及摩擦等因素的影响，我们要多做功。
即使用任何机械都不省功。
使用机械时，对物体所做的有用的功。
有用功
使用机械时，人们额外需要做的功。
额外功
有用功与额外功的总和。
总 功
三种功
W总=W有用+W额外
知识点二：机械效率
小明要把重100N的沙子运上三楼。
试一试：试着从做功的角度分析？
计算三种方法需要做的有用功、额外功和总功
做功方式 有用功 额外功 总功
桶状，手提上楼 100N×6m (400+20)N×6m 3120J
桶状，动滑轮吊运 100N×6m (20+10)N×6m 780J
袋装，动滑轮吊运 100N×6m (5+10)N×6m 690J
第3种方法做的额外功最少，选择第3种方法最好。
我们一定都希望额外功越少越好。
三种不同做功方式中，我们已经计算出有用功、额外功和总功。下面来算算三种不同方式的机械效率。
（一）机械效率
1.定义： 有用功跟总功的比值叫做机械效率。
2.公式：η=
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 < 1。
1.用百分数表示。总小于1，无单位。
注 意
2.物理意义：机械效率表示机械性能高低的物理量， 机械效率越高，机械性能越好。
3.机械效率和功率的区别:
机械效率指有用功占总功的比值；功率表示做功的快慢。二者没有任何内在联系性。
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%
一些机械的机械效率
汽油机机械效率22%~27%
喷气发动机50%～60%
起重机机械效40%~50%
s
h
（二）机械效率的三种类型
类型1. 滑轮组竖直提升重物
如图，利用滑轮组把重力为G的物体提高h ；F 为动力，s为绳子自由端移动的距离。
①有用功：
W有=Gh
②总 功：
W总=Fs
③机械效率：
η
=
W有
W总
=
Gh
Fs
④额外功：
W额= G动h
（不计绳重和摩擦）
类型2：滑轮组水平拉动物体（不计滑轮及绳重）
使用滑轮组用力F沿水平方向匀速拉动物体，物体与水平面的摩擦力为f， s绳为绳子自由端移动的距离，s物为物体移动的距离。
①有用功：
W有= f s物
②总 功：
W总=Fs绳
③机械效率：
η
=
W有
W总
=
f s物
Fs绳
s绳
s物
f
类型3：用斜面提升物体
如图，用力F沿斜面把重力为G的物体提高，h为斜面的高度，s为斜面的长度。f 为物体与斜面间的摩擦力。
①有用功：
W有=Gh
②总 功：
W总=Fs
③机械效率：
η
=
W有
W总
=
Gh
Fs
④额外功：
W额= f s
s
f
知识点三：测量滑轮组的机械效率
如何测量滑轮组的机械效率？
提出问题
实验原理
实验器材：刻度尺、钩码、弹簧测力计、滑轮、铁架台、长约2m的细绳
测量的物理量
G：物体的重力
h :物体升高的高度
F :绳子自由端的拉力
s :绳子自由端移动的距离
①用弹簧测力计测量钩码所受的重力G并填入表格。
②按照图甲安装滑轮组，分别记下钩码和绳端的位置。
③如图乙所示，匀速缓慢拉动弹簧测力计，使钩码升高，读出拉力F的值，用刻度尺测出钩码上升的高度h和绳端移动的距离s，将这三个量填入表格。
④算出有用功W有、总功W总、机械效率η并填入表格。
⑤改变钩码的数量，重复上面的实验。
实验步骤
甲
乙
视频：测量滑轮组的机械效率
滑轮组 钩码重/N 钩码上升高度/m 有用功/J 弹簧测力计示数/N 绳子自由端移动距离/m 总功/J 机械
效率
（a） 0.5 0.03 0.015 0.3 0.087 0.026 57.5%
（b） 1 0.03 0.03 0.4 0.091 0.036 88.7%
（c） 1.5 0.03 0.045 0.59 0.086 0.050 88.8%
实验记录表
注意事项：在提升钩码的过程中，要竖直向上，匀速提升钩码。
实验结论：用同一滑轮组提升重力不同的物体时，机械效率不同，被提升的物体越重，机械效率越高。
(1)物重：同一个滑轮组，提起的物体越重，机械效率越高。
(2)动滑轮重：提起的物重一样，动滑轮越重，机械效率越低。
(3)摩擦（轮与轴及轮与绳之间）、绳重。减小摩擦可以减少额外功，
提高机械效率。 如：加强机械运动部位的润滑、采用轻质细绳
影响滑轮组机械效率的因素：
F
F
W有
h
=
W有+W额
可知，机械效率越小。
物重一定，升高相同高度，则有用功不变，动滑轮越重时，额外功越多，根据
影响因素 分析 改进措施（提高效率）
被提升物体的重力 同一个滑轮组，被提升物体的重力越大，做的有用功越多，机械效率越大 尽可能地增加物重
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 减小动滑轮重
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 减轻绳重和滑轮转轴处的摩擦
影响滑轮组机械效率的因素和改进措施
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
机械效率的三种类型
类型1. 滑轮组竖直提升重物
类型2：滑轮组水平拉动物体（不计滑轮及绳重）
类型3：用斜面提升物体
测量滑轮组的机械效率
1.下列机械效率的说法正确的是（　　）
A．机械效率可以提高到100%
B．额外功与总功之比越小，机械效率越大
C．功率大的机械机械效率高
D．机械效率越高，有用功就越多
B
2.用 500 N 的力拉着滑轮组绳子的自由端移动 8 m，可将滑轮组悬挂的重为1 500 N 的物体匀速提高 2 m，则机械效率是（ ）
A.25% B.75%
C.15% D.85%
A

展开更多......

收起↑