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第5节 机械效率
第十一章 简单机械和功
苏科版（2024）九年级上册同步备课
1.由动滑轮提升钩码活动引出有用功、额外功、总功的概念。
2.知道机械效率的概念，并学会计算机械效率。
3.了解一些常用机械的机械效率；知道如何提高动滑轮的机械效率。
1. 想一想
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，你知道它们的含义吗？
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？
现在将一箱书搬上三楼，小明和小华分别提供了两种方法：小明的方案是把所有的书一起搬上楼；小华的方案是先搬一部分书上楼，再搬剩下的部分。
则用这两种方案搬书的效率有什么不同 你搬的话，选用哪种方案？
2. 议一议
用动滑轮把木料拉上三楼时，手拉绳所做的功与动滑轮对木料做的功相等吗
思考
不相等。
动滑轮对木料做功：将钩码提升一定的高度。
手拉绳所做功：①将钩码提升一定的高度；②克服摩擦力做功；③克服动滑轮所受的重力做功。
所以手拉绳所做功除了包含动滑轮对木料做功外，还包含了以上②、③。
知识点一：有用功、额外功、总功
做一做
1. 如图所示，用弹簧测力计沿竖直方向匀速拉绳的一端，使挂在动滑轮下面的钩码缓缓上升。 测量绳受到的拉力F 、 绳端移动的距离s 、钩码所受的重力G 和钩码上升的高度h。
2. 改变钩码的数量，重复上述步骤。
3. 将实验数据填入自己设计的表格中。
用动滑轮提升钩码
4. 分别计算手拉绳做的功和动滑轮对钩码做的功。比较两者的大小，你有什么发现 请说明其中的原因。
活动1: 再探动滑轮
钩码所受的重力G/N 钩码上升的高度h/m 绳受到的拉力F/N 绳端移动的距离s/m 动滑轮对钩码做的功W1=Gh/J 手拉绳做的
功W2=Fs/J
①
②
③
实验数据
2.0
1.3
0.05
0.1
0.1
0.13
4.0
0.05
0.1
2.3
0.2
0.23
实验结论
3.0
0.05
1.8
0.1
0.15
0.18
手拉绳做的功总大于动滑轮对钩码做的功；
原因：手拉绳所做功除了包含动动滑轮对钩码做的功外，还包含了克服摩擦力做功，克服动滑轮所受的重力做功。
在上面的活动中，将钩码提升一定的高度是我们的目的，所做的功叫作有用功，记为 W 有用。我们在使用动滑轮提升重物时，除需克服摩擦力做功外，还要克服动滑轮所受的重力做功，这两部分功虽然并非我们所需要的，但又不得不做，我们将它叫作额外功，记为 W 额外。手拉绳所做的功叫作总功，记为 W 总。
用动滑轮提升钩码
总功等于有用功与额外功之和，即
W 总 = W 有用 +W 额外
W有用= 300 J
目的
没用但不得不做
W额外= 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
W总= 375 J
举例
动力对机械所做的功。
克服机械自重和摩擦力所做的无用功，
但又不得不做。
对人们有用的功；在数值上等于直接用手对物体做的功。
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”。
有用功、额外功、总功
W总= W有 + W额
实际情况下，使用任何机械都不可避免地要做一些额外功，有用功只是总功的一部分，有用功在总功中所占比例越大，也就是机械工作的效率越高。
物理学中，将有用功与总功的比叫作机械效率 。
械效率通常用百分数的形式表示。若用希腊字母η表示机械效率，则
知识点二：机械效率
η= ×100%
机械效率
1.定义：有用功与总功的比叫作机械效率。
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.使用机械时，由于额外功的存在，总有 W有用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%
柴油机:28%～40%
滑轮组:60%～80%
动滑轮对钩码做的功W1=Gh/J 手拉绳做的功W2=Fs/J 机械效率η
①
②
③
0.1
0.13
0.2
0.23
实验结论
0.15
0.18
请计算“活动1 再探动滑轮”中不同情况下动滑轮的机械效率。 你有什么发现
77.0%
83.3%
87.0%
其他条件相同时，钩码重力越大，机械效率越高。
【思考】你认为如何才能提高动滑轮的机械效率？
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。
6.怎样才能提高机械的效率
例题：起重机把质量为0.5t的重物匀速提升了3m,而它的电动机所做功3.4×104J，起重机的机械效率是多少？g取10N/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 =0.5×103kg×10N/kg=5×103N
起重机提升重物所做的有用功：
W有=Fh=5×103N×3m =1.5×104J
起重机的电机做的总功：
W总=3.4×104J
因此，起重机的机械效率：
欲将重物从地面移到高台上，可以在地面和高台间架一块长木板，沿斜面将重物拉到高台上，如图所示。这里的斜面就是一种省力的简单机械。使用斜面时可以省力，但要费距离。由于物体在斜面上运动时会受到摩擦力，要做额外功，因而斜面的机械效率小于100%。
用斜面提升重物
生活 物理 社会 斜面及其应用
斜面在生产、生活中应用广泛。如图(a) 所示，在一些建筑物的入口处设置了供轮椅等上下的斜坡，将轮椅沿着这种斜坡推上去比直接抬上去要省力，这体现了社会对残障人士的人文关怀。如图(b) 所示，高山上的公路修得弯弯曲曲，宛如盘龙，也是利用了同样的道理。
(a) 斜坡
(b) 盘山公路
生活中常见的斜面
试着分析一下杠杆和斜面的总功、有用功、额外功
分析杠杆和斜面的总功、有用功、额外功
有用功：
额外功：克服杠杆自重及摩擦力所做的功
总功：
有用功：
总功：
额外功：克服斜面与物体之间的摩擦力所做的功
实验原理：
1.测量木块的重力，记录数据；
3.改变斜面的倾斜程度，重复步骤2。
2.把木块用弹簧测力计沿斜面匀速向上拉；分别记录拉力F、小车沿斜面移动的距离s、木块上升的高度h。
实验步骤：
4.斜面倾斜程度不变，在斜面上分别铺棉布、毛巾，重复步骤2。
实验：测量斜面的机械效率
斜面的倾斜程度 木块重 G/N 斜面高度h/m 沿斜面拉力F/N 斜面长 s/m 有用功 W有/J (Gh) 总功 W总/J (Fs) 机械效率η
较缓
较陡
最陡
0.06
1.7
1.7
1.7
0.1
0.14
0.4
0.5
0.6
0.82
0.82
0.82
0.1
0.17
0.24
0.33
0.41
0.49
30 ％
41％
49 ％
机械效率与倾斜程度的关系
斜面的粗糙程度一定，倾斜程度越大，机械效率越高。
实验记录：
实验结论：
机械效率与斜面粗糙程度的关系
斜面材料 小车重力G/N 斜面高度 h/m 拉力 F/N 斜面长 s/m 有用功 W有/J 总功 W总/J 机械
效率η
木板 2 0.1 0.8 0.82 0.2 0.66 30.3 ％
棉布 2 0.1 1.2 0.82 0.2 0.98 20.4 ％
毛巾 2 0.1 1.6 0.82 0.2 1.32 15.2 ％
斜面的倾斜程度一定，斜面越光滑，机械效率越高。
实验记录：
实验结论：
机械效率总是小于100%
机
械
效
率
有用功、额外功、总功
机械效率
再探动滑轮——手拉绳做的功总大于动滑轮对钩码做的功
有用功、额外功、总功的概念
斜面及其在机械效率中的应用
分析斜面是一种省力的简单机械
分析斜面的有用功、额外功、总功
实验:测量斜面的机械效率
怎样提高动滑轮的机械效率
概念:物理学中，将有用功与总功的比叫作机械效率
减小动滑轮的自身动力、减小摩擦增大物体的重力
通常用百分数的形式表示
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　
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
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
4. 如图所示的斜面高为h=2m，长为L=5m，现用平行于斜面的拉力F=200N，将一个G=400N的重物从斜面底端匀速拉到斜面顶端，拉力做的总功是________ ，斜面的机械效率是______ 。
1000J
80%

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