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第十二章 简单机械
八年级下册 人教版
第4节 机械效率
1. 生活中我们常常会遇到“效率”这个词，例如学习效率、工作效率等。用机械帮助我们完成某项任务，也会涉及效率问题，我们称为“机械效率”，你知道它的物理含义吗？
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第4节 机械效率
2. 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？
导入新课
第4节 机械效率
1. 知道有用功、总功和额外功，了解机械效率是衡量机械性能的重要指标。
2. 结合分析具体实例和实验结果，让学生知道机械效率总是小于100%的原因，发展学生的分析综合、归纳推理能力。
3. 通过实际测量滑轮组的机械效率，让学生经历收集和分析实验数据的过程，培养学生的科学探究能力。
4. 通过理论结合实验的分析过程，让学生有合理改进机械、提高效率的意识，关注科学 技术 社会 环境方面的问题，认识到提高机械效率的重要性。
学习目标
第4节 机械效率
1. 有用功和额外功
2. 机械效率
3. 课堂总结
4. 练习与应用
5. 提升训练
学习内容
第4节 机械效率
有用功和额外功
一
第4节 机械效率
有用功和额外功
一
1. 研究使用动滑轮是否省功
【提出问题】利用动滑轮提升重物，绳端拉力所做的功与动滑轮对重物所做的功相同吗？
【设计实验】参照图所示的方法进行实验。
（1）用弹簧测力计将钩码缓慢地提升一定的高度，如图甲所示，计算拉力所做的功。
（2）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，如图乙所示，再次计算拉力所做的功。
比较两次拉力所做的功相同吗？为什么？
有用功和额外功
一
【进行实验】
（1）用弹簧测力计直接将重为2N的钩码匀速提升0.1m，记下弹簧测力计的示数F和钩码在F方向上移动的距离s1。
（2）用弹簧测力计和一个动滑轮将重2N的钩码匀速提升0.1m，记下弹簧测力计的示数F' 和绳子自由端在F' 方向上移动的距离s2。
有用功和额外功
一
做功方式 拉力 F/N 物体升高的 高度h/m 拉力移动的
距离S/m
【数据记录】
直接用弹簧测
力计提升2个钩码
用弹簧测力计和一个
动滑轮提升2个钩码
2
0.1
0.1
1.2
0.1
0.2
有用功和额外功
一
①直接用弹簧测力计提升2个钩码所做的功
W1=Fh= 2N×0.1m=0.2J
②用弹簧测力计和一个动滑轮提升2个钩码所做的功
W2=F’ s= 1.2N×0.2m=0.24J
做功方式 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
【分析论证】
0.2
0.24
③ W2＞ W1
有用功和额外功
一
【实验结论】
使用动滑轮会省一半的力，但拉力移动的距离增加了一倍，加上动滑轮的自重及摩擦等因素的影响，使用动滑轮提升重物非但不省功，还要多做功。
做功的方式 拉力做的功W/J
直接提升2个钩码
用动滑轮提升2个钩码
0.2
0.24
【实验评估】
使用动滑轮提升重物比直接用手提升重物并不省功.
有用功和额外功
一
②额外功
要提升钩码，必须将动滑轮和绳子也提升，同时还要克服摩擦做功。这些功是对人们无用但又不得不做的功叫作额外功。
①有用功
提升钩码是工作目的，动滑轮对钩码的拉力所做的功是对人们有用的功叫作有用功。
③总功
人的拉力做的功为总功 W总，
为有用功与额外功之和：
W总= W有+ W额
（1）实例分析
以使用动滑轮提升钩码进行分析机械的三种功。
2. 有用功、额外功和总功
有用功和额外功
一
（2）有用功：在第二次实验中，将钩码提升一定的高度是我们的工作目的，动滑轮对钩码的拉力所做的功叫作有用功，用W有用表示。
（3）额外功：用动滑轮提升钩码时，我们还不可避免地要克服动滑轮本身所受的重力以及摩擦力等因素的影响而多做一些功，这部分功叫作额外功，用W额外表示。
（4）总功：弹簧测力计的拉力所做的功，叫作总功，用W总表示。若使用机械提升重物，则总功指动力做的功，即W=Fs。
W总=W有用+W额外
有用功和额外功
一
想想议议
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。
有用功和额外功
一
动画讲解——《有用功和额外功》
有用功和额外功
一
【例题1】如图所示，物体重180N，动滑轮重10N，小明用100N的拉力（方向不变）将物体匀速提升2m，则此过程中有用功是______J，额外功是____J，总功是_____J 。
400
360
40
滑轮组提升重物所做的有用功为W有＝Gh＝180N×2m＝360J
由图知有2段绳子拉着物体，拉力端移动距离
s＝2h＝2×2m＝4m
拉力所做的总功W总＝Fs＝100N×4m＝400J
则额外功为 W额外＝W总-W有＝400J-360J＝40J
机械效率
二
第4节 机械效率
机械效率
二
1. 比较机械做功的效率
想一想：
要把重100N的大米运上三楼。甲、乙两位同学用了二种方法，怎样比较哪种方法好？
大米重100 N 动滑轮重10 N
桶重 20 N 口袋重 5 N
地面到三楼高度 6 m
桶
口袋
机械效率
二
（1）甲用动滑轮和桶提大米做功情况
W总= W米 + W桶 + W动
=600J+120J +60J =780J
对桶做功
对动滑轮做功
W桶 = Gh=20N×6m= 120 J
W动 = Gh=10N×6m= 60 J
W米 = Gh=100N×6m=600 J
对大米做功
总功
大米重100 N 动滑轮重10 N
桶重 20 N 口袋重 5 N
机械效率
二
W总= W米 + W口袋 + W动
=600J+30J +60J =690J
对口袋做功
对动滑轮做功
W口袋 = Gh=5N×6m= 30 J
W动 = Gh=10N×6m= 60 J
W米 = Gh=100N×6m=600 J
对大米做功
总功
（2）乙用动滑轮和口袋提大米做功情况
大米重100 N 动滑轮重10 N
桶重 20 N 口袋重 5 N
机械效率
二
做功形式 有用功W有 额外功W额 总功W总 结论
W滑轮与桶
=G总h
=30N×6m
=180J
W滑轮与口袋
=G总h
=15N×6m
=90J
780J
690J
77%
87%
对大米做的
有用功
W有用=Gh
=100N×6m
=600J
机械效率
二
2. 机械效率
机械效率
二
②机械效率只有大小，没有单位。
③机械效率总小于1。由于有用功总小于总功，所以机械效率总小于1。机械效率通常用百分数表示。
④机械效率的高低与省力情况无关。
机械效率的高低与机械省力多少无关，不要认为机械越省力其机械效率越高。
机械效率
二
3. 一些机械（机器）的机械效率
纽科门蒸汽机最初的机械效率约1%
瓦特蒸汽机的机械效率提高至6% ~ 15%
起重机的机械
效率40%~50%
机械效率
二
汽油机
22～27%
离心式水泵
60～80%
喷气发动机
50～60%
一些机械（机器）的机械效率
机械效率
二
想一想:
一台起重机的机械效率是60% ，它表示什么意义？
机械效率
二
【例题2】起重机把质量为0.5t的重物匀速提升了3m，而它的电动机所做的功是3.4×104J，起重机的机械效率是多少？g取10N/kg。
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 =0.5×103kg×10N/kg = 5×103 N
起重机提升重物所做的功是有用功
W有用 = Fh = 5×103N×3m = 1.5×104J
起重机的电动机所做的功是总功 W总 = 3.4×104J
因此，起重机的机械效率
这台起重机的机械效率为44%。
机械效率
二
4. 一些简单机械的机械效率的计算
（1）滑轮组的机械效率
①滑轮组竖直提升物体
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，n为承担重物的绳子股数。
由公式可知：当动滑轮的重力一定时，物重越大，机械效率越高。
机械效率
二
f摩擦力
f摩擦力
机械效率
二
（2）斜面的机械效率
如图所示，用力F沿斜面把重力为G的物体提高，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。
机械效率
二
（3）杠杆的机械效率
如图所示，利用杠杆把重力为G的物体提高h，F 为动力，s为动力作用点移动的距离。
机械效率
二
5. 测量滑轮组的机械效率
测量的物理量有：物体的重力G及升高的高度h；拉力F及移动的距离s。
机械效率
二
【实验过程】
（1）用弹簧测力计测量钩码所受的重力G并填入后面的表格中 。
（2）按照图安装滑轮组，分别记下钩码和绳端（弹簧测力计挂钩底部）的位置。
（3）缓慢拉动弹簧测力计，使钩码升高，读出拉力F，用刻度尺测出钩码提升的高度h和绳端移动的距离s，将这三个量填入下表。
机械效率
二
次数 钩码所受的 重力G/N 提升的 高度h/m 有用功 W有用/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
4
5
【实验表格】
机械效率
二
（1）由1、2、3次实验可知，对同一个滑轮组来说，物重越大，机械效率越高；
次数 钩码所受的 重力G/N 提升的 高度h/m 有用功 W有用/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 1.5 0.4 0.6 0.7 1.2 0.84 71%
2 3 0.4 1.2 1.2 1.2 1.44 83%
3 4.5 0.4 1.8 1.7 1.2 2.04 88%
4 1.5 0.3 0.45 0.7 0.9 0.63 71%
5 1.5 0.3 0.45 0.8 0.9 0.72 62.5%
【分析论证】
（2）由1、4次实验可知，物重相同时，提升高度不同，机械效率大致相同。
（3）由4、5两次实验可知，在物重相同时，动滑轮重越大，机械效率越低。
注意：第5次实验增大了动滑轮的重力
机械效率
二
大量的实验表明：
【实验结论】 滑轮组的机械效率跟物重、动滑轮重、绳重和摩擦有关；对同一个滑轮组来说物重越大，机械效率越高；在物重相同时，动滑轮重越大，机械效率越低；在物重相同时，机械摩擦和绳重越大，机械效率越低。
机械效率
二
（1）实验时拉力的方向应尽量__________，应在钩码__________的过程中读取拉力的大小。
（2）确定绕线方式与承担重物绳子的段数n：
与动滑轮连接的段数即为承担重物绳子的段数，如图所示，n=3，用“奇动偶定法”确定绕线方式。
（3）影响滑轮组机械效率的因素：
物体的 、动滑轮的_____、绳子与滑轮之间的摩擦力。与绳子的绕法、提升的高度、绳子段数____。
竖直向上
匀速移动
重力
重力
无关
【交流与评估 】
机械效率
二
摩擦
【交流与评估 】
机械效率
二
视频演示——《测量滑轮组的机械效率》
机械效率
二
5. 提高机械效率的方法
影响因素 分析 改进措施（提高效率）
同一机械，被提升物体的重力越大，做的有用功越多，机械效率越大.
在机械承受的范围内，尽可能增加被提升物体的重力.
有用功不变时，减小提升机械时做的额外功，可提高机械效率.
机械自身部件的摩擦力越大，机械效率越低.
改进机械结构，使其更合理、更轻巧.
对机械按照技术规程经常保养，使机械处于良好的状态.
被提升
物体的重力
机械自身
的重力
机械转动
部件间的摩擦
机械效率
二
【例题3】如图所示，用滑轮组竖直向上匀速提升重物，不计绳重和摩擦，下列措施能提高滑轮组机械效率的是
（　　）
A．适当增大重物上升的高度
B．换用质量较小的动滑轮
C．增大绳子自由端移动的距离
D．增大绳子自由端的拉力
B
机械效率
二
所以选B.
ACD．用滑轮组竖直向上匀速提升重物时，有用功为
W有用 = G物h ，不计绳重和摩擦，额外功为：W额 = G动h，
总功为W总=W有用+W额= G物h+ G动h
则滑轮组的机械效率为
由此可知，滑轮组机械效率的高低与重物上升的高度、增大绳子自由端移动的距离和增大绳子自由端的拉力无关，故ACD不符合题意；
B．由以上分析可知，减小动滑轮的重力，可减小额外功，能提高滑轮组的机械效率，故B符合题意。
机械效率
二
【例题4】如图所示，斜面与水平地面夹角为30°，某快递员用500N的力，将重800N的货物沿斜面匀速推上车厢，斜面的机械效率为 _____。不改变斜面与地面夹角和货物质量，采用 ______________的方法可以提高斜面的机械效率。
80%
使接触面光滑
机械效率
二
【例题5】小明测量滑轮组的机械效率的实验过程如图所示，他匀速拉动弹簧测力计时，弹簧测力计的示数如图丁所示。
（1）根据图中的实验数据，使用该滑轮组时做的有用功、总功、机械效率分别是____、_______、_______；
（2）若增加提升钩码的个数，该滑轮组的机械效率将______（选填“增大”“不变”或“减小”）。影响滑轮组机械效率的因素还有_______________________________ 。
动滑轮重等（或绳重、绳与滑轮摩擦等）
83.3%
0.2J
0.24J
增大
机械效率
二
三
课 堂 总 结
第4节 机械效率
课堂总结
三
有用功和
额外功
滑轮组的
机械效率
机械效率
四
练习与应用
第4节 机械效率
练习与应用
四
1. 用滑轮组匀速提升重物的过程中，哪个是有用功？哪些是额外功？
对重物所做的功是有用功；克服动滑轮本身所受的重力、摩擦力、绳重等所做的功是额外功。
练习与应用
四
2．一台起重机将重3600N的货物提高4m，起重机做的有用功是多少 如果额外功是9600J，总功是多少？机械效率是多少？起重机所做的额外功是由哪些因素引起的？
练习与应用
四
3. 两位同学根据图分别用自己的器材测量滑轮组的机械效率，下表是他们实验中的一组数据。请将表格中的数据补充完整并说明机械效率不同的原因可能是什么。
如表所示；机械效率不同的原因可能可能是使用的动滑轮所受的重力不同、摩擦力不同等。
练习与应用
四
练习与应用
四
4. 有没有机械效率为100%的机械 为什么 举例说明，通过什么途径可以提高机械效率。
没有。因为使用机械做功时，必然要克服机械受到的重力、摩擦等做额外功，即有用功一定小于总功，机械效率一定小于100%。
使用滑轮组提升重物时，尽量使用轻质的动滑轮和绳子，尽量减小滑轮和轴间的摩擦，增大重物的质量，这样可以减小额外功，增大有用功，提高机械效率。
练习与应用
四
5. 用一个动滑轮在5s内将一重为200N的物体向上匀速提起3m，拉力为150N。这个动滑轮的机械效率是多少？拉力的功率是多少？
W有=Gh W总=FS
五
提 升 训 练
第4节 机械效率
提升训练
六
1．用绳子将钩码提升至一定的高度，如图所示，此过程所做的有用功是（ ）
A．提升钩码所做的功　　　　　　　
B．克服摩擦力所做的功
C．提高绳子所做的功　　　　　　　
D．克服动滑轮重力所做的功
A　
用绳子将钩码提升至一定的高度，此过程所做的有用功是提升钩码所做的功。
所以选A。
提升训练
六
2．下列办法中，能提高如图滑轮组机械效率的是（　 ）
A．增大摩擦 B．增大定滑轮重力
C．增大动滑轮重力 D．增大被提升物体重力
D
A．增大摩擦，会增大额外功在总功所占比值，使机械效率降低，故A不符合题意；
B．增大定滑轮重力，不会改变额外功和有用功，即机械效率不变，故B不符合题意；
C．增大动滑轮重力，会增大额外功在总功所占比值，使机械效率降低，故C不符合题意；
D．增大被提升物体重力，增大有用功在总功所占比值，使机械效率增大，故D符合题意。
所以选D.
提升训练
六
3. 实验时，小芳用图所示的滑轮组，将重为8N的物体匀速提升0.5m。已知动滑轮的重为2N，不计绳重和摩擦，则（　　）
A．拉力F为4N
B．有用功为5J
C．绳子自由端移动距离为1.5m
D．该滑轮组的机械效率为80%
D
提升训练
六
所以选D.
提升训练
六
4. 如图用同一滑轮组分别将两个不同的物体A和B匀速提升相同的高度，不计绳重和摩擦的影响，提升A的过程滑轮组的机械效率较大，则下列判断正确的是（ ）
①A物体比B物体轻； ②提升A的拉力较大； ③提升A所做的额外功较少；④提升A做的有用功较多
A．只有①③ B．只有②④
C．只有②③ D．只有①④
B
提升训练
六
因为额外功相同，提升A物体时滑轮组的机械效率较大，所以提升A物体所做的有用功较大，由于提升物体高度一样，所以A物体较重，提升A物体用的拉力较大，故ACD错误，B正确．所以选B。
提升训练
六
5．工人利用如图所示的滑轮组将重900N的物体竖直向上匀速提升0.5m，工人所用的拉力F为600N，(不计摩擦和绳重)，求：
①人的拉力做的功为多少J？
②此滑轮组的机械效率为多少？
③若用此滑轮组提升重为1 500 N的物体，绳上的拉力是多少N？
600 J
75%
900 N
提升训练
六
③由于不计摩擦和绳重，拉力F＝（G物＋G动）/2
所用动滑轮的重G动＝2F-G＝2×600 N-900 N＝300 N
若用此滑轮组提升1500N的重物，
此时拉力F′＝(G物′＋G动)/2＝(1500N＋300 N)/2＝900 N.
①由图知n＝2，拉力端移动距离s=2h=2×0.5m=1m
拉力做的总功W总＝Fs＝600 N×1m＝600 J.
②工人做的有用功W有＝Gh＝900 N×0.5 m＝450 J
滑轮组的机械效率η=W有/W总=450J/600J×100%=75%.
提升训练
六
6．小华用图示装置探究滑轮组的机械效率，实验数据记录如下：
次数 物重G/N 物体上升高度h/m 拉力F/N 机械效率η
1 1.0 0.1 0.5 66.7%
2 1.5 0.1 0.7 71.4%
3 2.0 0.1 0.8
（1）实验中应竖直向上 拉动弹簧测力计；
（2）第3次实验的机械效率为 %；
（3）分析数据可知，提高同一滑轮组的机械效率，可以采用的措施是 物重 _______（填“增大”或“减小”）；
（4）在一次测量中，小华斜向上拉弹簧测力计，其他条件不变，这个滑轮组的机械效率将 （填“变大”“变小”或“不变”）。
解析见下页
匀速
增大
变小
提升训练
六
下 课
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