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第十一章 简单机械
机械效率
第3节
02
知道机械效率，知道机械效率总小于100%，能利用机械效率的公式进行简单计算。
03
认识提高机械效率的意义和途径。
01
知道有用功、额外功、总功的含义及三者的关系。
直接提升物体做的功，与使用机械提升物体做的功相同吗？使用机械能省功吗？
不相同　不能省功
有用功、额外功和总功
一
1.用弹簧测力计将勾码匀速提升一定高度，记录弹簧测力计示数。
2.用弹簧测力计并借助一只动滑轮将同样的勾码匀速提升相同高度，记录弹簧测力计示数。
3.并将记录下的弹簧测力计示数填入表格中，并完成表格该表格。
物理量 G/N h/m F/N s/m W非动 W动
1
2
3
实验证明，使用机械做功时，尽管它会给我们带来如省力、方便等有利因素，但是，由于机械本身的自重，以及摩擦等因素的影响，需要额外做一些功。
有用功300 J
目的
没用但不得不做
额外功75 J
克服动滑轮重做功60 J
克服物体重做功300 J
克服摩擦力做功15 J
W3 = 375 J
动力对机械所做的功。例如：弹簧测力计的拉力所做的功为总功。
克服机械自重和摩擦力所做的无用功，但又不得不做。例如：克服滑轮的重力及摩擦力等做的功。
对人们有用的功；例如：直接用弹测力计提升钩码，其拉力克服钩码的重力做的功。
有用功“W有”：
额外功“W额”：
总功“W总”：
人们总希望有用功占总功的比例越大越好。
为了表示这个比例，物理学中引入了“机械效率”。
W总= W有 + W额
如图所示，物体重180 N，动滑轮重10 N，小明用100 N的拉力(方向不变)将物体匀速提升2 m，则此过程中有用功是　　　 J，额外功是　　 J，总功是　　　 J。
360
40
400
解析　根据图中滑轮组的连接方式可知，n=2，因而绳子自由端移动的距离s=2h=2×2 m=4 m；有用功W有用=Gh=180 N×2 m=360 J，总功W总=Fs=100 N×4 m=400 J，W额外=W总-W有用=400 J-360 J=40 J。
机械效率的大小
二
1.定义：有用功和总功之比叫做机械效率。
2.公式：
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.因为 W有 < W总 ，所以， η < 1。
机械效率一般用百分数表示，没有单位
η=×100%
5.一些机械的机械效率
起重机:40%～50%
抽水机:60%～80%
柴油机:28%～40%
适当增大物重
①减小机械自重；
使用较轻滑轮
②减小机械摩擦；
定时润滑
③增大有用功。
怎样才能提高机械的效率（减少额外功）
机械效率的理解
(1)当总功一定时，机械做的有用功越多，机械效率就越高。
(2)当有用功一定时，额外功越少，总功就越少，机械效率就越高。
(3)当额外功一定时，有用功越多，有用功在总功中所占的比例就越大，机械效率就越高。
分为竖直方向提升物体和水平方向拉动物体两种类型
如图，G为物重，h为物体提升高度，F为拉力，S为绳子自由端走的距离
W有=Gh，W总=WF=FS,
1.竖直提升物体
分为竖直方向提升物体和水平方向拉动物体两种类型
如图，f为摩擦力，L为物体移动距离，F为拉力，S为绳子自由端走的距离
W有=fL，W总=WF=FS,
2.水平拉动物体
如图，h为斜面高，S为斜面长，G为物重，F为沿斜面对物体的拉力
3.斜面机械效率
W有=Gh，W总=WF=FS,
1.如图所示，物理兴趣小组分别用甲、乙两个滑轮组匀速提起质量相同的物体，不计绳重及摩擦，若每个滑轮质量相同，对比两个滑轮组，下列说法正确的是(　　)
A.甲更省力，甲的机械效率大
B.乙更省力，机械效率一样大
C.乙更省力，乙的机械效率大
D.甲更省力，机械效率一样大
B
解析　F甲=(G物+G轮)，F乙=(G物+G轮)，F甲>F乙，乙滑轮组更省力；动滑轮重相同，提升的物体重和高度相同，W额=G轮h，W有用=G物h，利用滑轮组做的有用功相同、额外功相同，总功相同，由η=×100%知，两滑轮组机械效率一样大。
2.如图所示，已知斜面倾角为30°，斜面长4 m，高2 m，小明沿斜面将重为400 N的货物由底端匀速拉到顶端，用时10 s。已知拉力大小为300 N，绳重不计，则下列说法中正确的是(　　)
A.小明对货物做的有用功是1 200 J
B.小明对绳的拉力的功率是80 W
C.斜面的机械效率是66.7%
D.物体受到斜面的摩擦力是300 N
C
1.下列可能存在的事实是(　　)
A.某机械的效率为105%
B.某机械既可省力，又可省功
C.某机械做功很多，但功率可能很小
D.某机械做的有用功越多，机械效率越高
C
2.2024年2月，贵州多地突发山火，紧急启动直升飞机取水灭火。直升飞机每次尽可能取更多水其目的是(　　)
A.增大有用功 B.减小额外功
C.增大总功 D.增大功率
A
解析　取水灭火过程中，使水上升距离一定，每次取水越多，克服水的重力做功越多，有用功越多，则有用功在总功中所占的比例越高，能提高取水效率，故A符合题意。
3.(2024·齐齐哈尔)如图所示，小宇用动滑轮把重400 N的物体匀速提升了3 m，作用在绳子自由端的拉力F为250 N，方向竖直向上。不计绳重和摩擦，则下列选项正确的是(　　)
A.绳子自由端移动的距离为3 m
B.动滑轮受到的重力为150 N
C.拉力F做的功为1 200 J
D.该动滑轮的机械效率为80%
D
解析　由图可知n=2，绳子自由端移动的距离：s=nh=2×3 m=6 m，故A错误；
因为不计绳重和摩擦时F=(G+G动)，
所以动滑轮的重力：G动=nF-G=2×250 N-400 N=100 N，
故B错误；
拉力做的总功：W总=Fs=250 N×6 m=1 500 J，故C错误；
拉力做的有用功：W有=Gh=400 N×3 m=1 200 J，滑轮组的机械效率：η=×100%=×100%=80%，故D正确。
4.如图甲所示，用大小为450 N的拉力F竖直向上匀速提升重720 N的货物，货物移动的距离与时间的关系如图乙所示，滑轮重、绳重、摩擦不可忽略，绳子不可伸长，则(　　)
A.绳子自由端移动的速度为0.5 m/s
B.动滑轮受到的重力为180 N
C.拉力F的功率为225 W
D.动滑轮的机械效率为80%
D
解析　由题图乙可知，
货物上升的速度为v物===0.5 m/s
由题图甲可知，有两根绳子承担货物，
故绳子自由端移动的速度为v绳=nv物=2×0.5 m/s=1 m/s，
故A不符合题意；
若不计绳重和摩擦，动滑轮受到的重力为G动=nF-G物=2×450 N-720 N=180 N，由于绳重和摩擦不可忽略，故动滑轮的重力小于180 N，故B不符合题意；
拉力F的功率为P=Fv绳=450 N×1 m/s=450 W，故C不符合题意；
动滑轮的机械效率为η=====×100%=80%，故D符合题意。
5.不计绳重及摩擦，用如图所示的滑轮组将重80 N的物体匀速提升2 m，拉力F为50 N。此过程中拉力F做的有用功为　　　 J，滑轮组机械效率为　　　，若匀速提升重为50 N的物体，则这个滑轮组的机械效率将______(选填“增大”“减小”或“不变”)。
160
80%
减小
解析　此过程中拉力F做的有用功为W有=Gh=80 N×2 m=160 J
题图中有2根绳子承担总重，
拉力F做的总功为W总=Fs=F×2h=50 N×2×2 m=200 J
滑轮组机械效率为η=×100%=×100%=80%
根据机械效率的定义，忽略绳重及摩擦，
滑轮组的效率为η===
动滑轮的重力一定，当提升的物重减小时，滑轮组机械效率减小。

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