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第十二章 简 单 机 械
12.4 机械效率
引入新课
种子的发芽率
树的成活率
及格率（优秀率）
“率”=有用量/总量，表示事物某一方面的优劣。
①
做
功
1.对沙子做功
2.对桶做功
3.克服自重做功
3.克服摩擦做功
②
做
功
1.对沙子做功
2.对桶做功
1.对沙子做功
2.对桶做功
3.对动滑轮做功
4.克服摩擦做功
③
做
功
1.对沙子做功
2.对口袋做功
3.对动滑轮做功
4.克服摩擦做功
④
做
功
一共：
(100N＋20N＋400N)×6m＝3120J
(100N＋20N＋10N)×6m＝780J
(100N＋5N＋10N)×6m＝690J
目的：
100N×6m＝600J
(100N＋20N)×6m＝720J
为了达到目的必须做的功。
为了达到目的不需要但又不得不做的功。
——有用功
——额外功
一.有用功和额外功
有用功：为了达到目的必须做的功。（W有 ）
额外功：为了达到目的不需要但又不得不做的功。（W额）
产生原因：
a.克服机械自重、容器重等做的功；
b.克服摩擦力做的功。
总功：有用功和额外功的总和。（W总）
W总 = W有 + W额
哪些功是有用功？哪些功是额外功？
克服重物重力所做的功为有用功。
克服摩擦力所做的功为额外功。
克服泥土重力所做的功为有用功。
克服抓斗和机臂重力所做的功，还有克服摩擦力所做的功为额外功。
有用功
无论采取哪种方法都必须做的功（为达到工作目的所必须做的功）：
（1）举高重物时（斜面或滑轮）：
（2）在粗糙水平面上移动物体时：
W有=G物·h
W有=Fs
h
G物
克服物体重力所做的功为有用功。
F做的功
F
F拉
F拉
F
匀速时，f=F，W有=fs
额外功
并非人们需要但又不得不做的功：
（1）克服机械自重做功，使用动滑轮或滑轮组时：
（2）克服机械间的摩擦做功，使用斜面时：
W额=G动·h
W额=f·s
s
（3）在粗糙水平面上移动物体时，克服摩擦力做的功：
F1
F
F
F1
W额=fs1
s1 ：物体在水平面上移动的距离
总功
动力对机械所做的功，有用功和额外功的和等于总功：
公式（1）：
W总=W有+ W额
公式（2）：
W总=F·S
h
G物
F1
F
F
F1
W总=F·s
F
s
F
F
W总=F·s
W总=F·s2
s：物体沿着斜面向上移动的距离
s：弹簧测力计竖直向上移动的距离
s2:绳子自由端移动的距离
s1 ：物体在水平面上移动的距离
使用机械时动力做的功
G
G
F
F
h
动滑轮重为G动，不计摩擦和绳重
W总=Fs=（G+G动）h
克服滑轮重力所做的功
克服物体重力做的功
W有=Gh
人的拉力所做的功
W额=G动h
有用功
额外功
总功
每个钩码的质量是100g，将钩码提升0.1m， 此时甲图的弹簧秤示数是2N，乙图示数为1.2N，求两种情况下的有用功，额外功，总功？
G/N h/m W直/J F/N s/m W机/J
2 0.1 1.2 0.2
功的原理
使用任何机械不省功。
使用机械能够省功？
0.2
0.24
功的原理
使用任何机械不省功。
三种办法中有用功在总功中占的百分比。
1
对沙子做功：
W有=600J
对桶和克服自身重力做功：
W额=120J+2400J=2520J
总功：
W总=3120J
2
对沙子做功：
W有=600J
对桶滑轮做功：
总功：
对沙子做功：
W有=600J
对口袋和滑轮做功：
总功：
W额=60J+120J=180J
W总=780J
3
W额=60J+30J=90J
W总=690J
什么是“率”
与周围同学讨论下列短语中“率”字的含义。
种子发芽率、树的成活率、粉笔利用率、时间利用率……
上述的几个“率”=有用的量/总量
表示事物某一方面的优劣。
什么是机械效率
在使用机械工作时，有用功在总功中所占份额越多越好。它反映了机械的一种性能，物理学中表示为机械效率。
1、定义：有用功跟总功的比值。
2、物理意义：反映机械性能优劣的物理量。
3、公式：
读作yita
二、机械效率
二、机械效率
×100%　　　　　　　　　　
有
用
额
外
总功
读作yita
注：
1.百分数
2.没有单位
3.
η能不能大于1？
机械效率会大于１吗？为什么？
不会。因为额外功总大于0，所以机械效率总小于1 。
4、机械效率η一般用百分数表示，总小于1，无单位。
实际：η<1
（理想： η=1）
机械效率与是否省力、功率大小、提升高度、绳子的绕法和做功的多少等都无关。
判断下面说法中是否正确？
1．有用功越多，机械效率越高（ ）
2．额外功越少，机械效率越高（ ）
3．做总功越多，机械效率越低（ ）
4．做相同的有用功，额外功越少，机械效率越高（ ）
5．做相同的总功时，有用功越多，机械效率越高（ ）
6．机械效率越高，越省力（ ）
常见机械的效率
滑轮组 50%~70%
起重机 40%~50%
抽水机 60%~80%
离心式水泵 60%~80%
1.有没有机械效率为100%的机械？为什么？
2.怎样才能提高机械的效率？
功率P
机械效率η
定义：做功与时间的比值
物理意义：做功快慢
定义:有用功与总功的比值
物理意义：机械对总功的利用率
功率与机械效率辨析
功率P：做功与时间的比值
机械效率η:有用功与总功的比值
例题: 下列说法中正确的是( )
A. 机械效率越高，机械做功一定越快　
B. 做功越多的机械，机械效率一定越高
C. 功率越大的机械，机械效率一定越高 　
D. 做功越快的机械，功率一定越大
D
因此 η与P_________（填"有"或“没有”）关系
没有
三、实验探究：测量滑轮组的机械效率
1.实验原理
2.实验器材
弹簧测力计、刻度尺
铁架台、滑轮、细线、钩码
实验时拉力的方向应尽量_____________，且应在钩码____________的过程中读取拉力的大小。
竖直向上
匀速移动
注意事项：
实验：测滑轮组的机械效率
实验1：保持动滑轮重一定，改变钩码重力。
结论：动滑轮重一定，物重越大，机械效率越高。
3
4.5
6
0.1
0.1
0.1
0.3
0.3
0.3
0.3
0.45
0.6
1.5
2
2.5
0.45
0.6
0.75
66.7%
75%
80%
实验：测滑轮组的机械效率
实验2：保持钩码重力一定，改变动滑轮重。
结论：物重一定，动滑轮越重，机械效率低。
6
6
0.1
0.1
2.5
4
0.3
0.3
0.6
0.6
0.75
1.2
80%
50%
滑轮组的机械效率
与提升的高度无关
与提升的物体重力有关
与动滑轮的重力有关
如何提高机械效率
根据刚才的实验结论，试想我们怎样提高滑轮组的机械效率呢？
1、当有用功一定时，尽量减小额外功：采取减轻机械自重和在滑轮轴处加润滑油的办法减小摩擦；
2、当额外功一定时，尽量增加有用功：在机械能承受的范围内尽可能增加物重。
测斜面的机械效率
斜面的摩擦力f的求法（注意不等于拉力F）：
例1.如图所示，斜面长5m，高3m，小明用绳子沿斜面将重为300N的木块由斜面底端匀速拉到顶端，拉力大小为240N，绳重不计．求：
（1）小明做的有用功；
（2）斜面的机械效率；
（3）木块与斜面间的摩擦力。
F
解：
(1)W有=Gh=300N×3m=900J
(2)W总=Fs=240N×5m=1200J
(3)W额=W总-W有=1200J-900J=300J
例2.用如图所示的滑轮组提升重物，已知物体重为200N，动滑轮的重为50N，5s内可使物体匀速上升2m，不计绳重和摩擦。求：
（1）拉力所做的功； （2）拉力的功率；
（3）滑轮组的机械效率。
解：
(1)有图可知 n=2
s=2h=2×2m=4m
W总=Fs=125N×4m=500J
(2)
(3)W有=Gh=200N×2m=400J
例3：如图所示, 重1000N的物体与地面间的滑动摩擦力为 f=300N,为了使物体以v=0.2m/s匀速前进，必须在绳端施加F=120N的水平拉力。求： （1）60s内拉力做功 （2）拉力的功率
（3）则滑轮组的机械效率
解：
(1)
由图知n=3
则s=3s物=3×12m=36m
W总=Fs=120N×36m=4320J
(2)
(3)W有=f s物=300N×12m=3600J
例4.质量为60kg的工人用如图甲所示的滑轮组运送货物上楼，滑轮组的机械效率随货物重力变化的图象如图乙，机械中摩擦力及绳重忽略不计。
(1)影响滑轮组机械效率的因素之一是_______________。
(2)若工人在1min内将货物匀速向上提高了6m，作用在钢绳上的拉力为400N，求拉力的功率。
(3)求动滑轮受到的重力。
(4)该工人竖直向下拉绳子自由端运送货物时，此滑轮组的机械效率最大值是多少？
物重或动滑轮重
解：(2)n=3 s=nh=3×6m=18m
W=Fs=400N×18m=7200J
例题4.质量为60kg的工人用如图甲所示的滑轮组运送货物上楼，滑轮组的机械效率随货物重力变化的图象如图乙，机械中摩擦力及绳重忽略不计。
(3)求动滑轮受到的重力。
(4)该工人竖直向下拉绳子自由端运送货物时，此滑轮组的机械效率最大值是多少？
(3)
解得 G动=200N
(4)
练习1．(2019·眉山)在一次车辆故障处置过程中，拖车所用装置简化为如图所示的滑轮组．为了尽快疏通道路，交警指挥拖车只用了30 s时间，将水平路面上质量是1.5t的故障车匀速拖离了现场．若故障车被拖离的速度是5 m/s，绳子自由端的拉力F是500 N，地面对故障车的摩擦力为其重力的0.08倍。求：
(1)拉力F在30 s内所做的功； (2)整个装置的机械效率。
解：
(1)s车＝v车t＝5 m/s×30 s＝150 m
由图知，n＝3，s＝3s车＝3×150 m＝450 m
W总＝Fs＝500 N×450 m＝2.25×105 J
(2)f＝0.08G＝0.08mg＝0.08×1500kg×10N/kg＝1200N
W有＝f s车＝1 200 N×150 m＝1.8×105 J
练习2．(2019·襄阳改编)工人师傅用如图所示的滑轮组将重为600N的货物匀速提升了2m，做了1500J的功．求：
(1)滑轮组的机械效率；
(2)当他用400N的拉力匀速提升其它货物时，额外功占总功的15%，求提升货物的重。
解：
(1)W有＝Gh＝600 N×2 m＝1200 J,W总＝1 500 J
(2)额外功占总功的15%，则有用功占总功的为85%，即η′＝85%，
由图知，n＝3，滑轮组的机械效率：
练习3： 如图所示,用滑轮组拉着重600N的物体A沿着水平方向匀速移动,在40s内物体移动了8m , 拉力F做的功为1280J 。求:
(1)拉力F的大小及拉力的功率 ;
(2)若动滑轮的重力为12N(不计绳重及摩擦),计算滑轮组的机械效率。
解：
(2)
(1)
总结
一、机械的三种功：
二、机械效率：
1、定义：
2、公式：
3、机械效率η一般用________表示，总_______，无______。
三、测滑轮组的机械效率：
有用功、额外功、总功
W总=
W有+ W额
有用功与总功的比值。
百分数
小于1
单位
总有
S=nh
V绳=nV物
不计绳重与摩擦
课堂小结
机械效率
功
有用功
额外功
总功
机械效率
理解
计算
提高机械效率的方法
减小额外功
增大有用功
下 课
Thanks!
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