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(共25张PPT)
初中物理苏科版（2024）九年级上册
第十一章 简单机械和功
第5节 机械效率
“振华30”正在吊装物体，吊装中使用了非常复杂的滑轮组。
机械手能模仿人类手部的动作用以抓取、搬运物件或操作工具。
机械工作的过程中，是否做的功越多，能量利用的效率也越高呢？
1. 通过实验探究，知道有用功、额外功和总功的概念。
2.理解机械效率的概念，会计算简单机械的机械效率。
知识点一：有用功和额外功
1. 再探动滑轮
【活动目的】探究动力拉绳所做的功与动滑轮拉钩码所做的功之间的大小关系。
【测量器材】弹簧测力计、刻度尺。
【实验步骤】（1）如图所示，用弹簧测力计沿竖直方向匀速拉一个动滑轮，使挂在它下面重为G的钩码缓缓上升。分别测量绳受到的拉力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。
F
h
s
（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。
实验 次数 拉力 F/N 绳子移动 距离s/m 钩码重力 G/N 钩码上升 高度h/m 拉力做功 W拉/J 动滑轮对钩码做功W动/J
1 1.3 0.2 2.0 0.1
2 2.5 0.4 4.0 0.2
3 3.5 0.6 6.0 0.3
0.26
1.0
2.1
0.2
0.8
1.8
【分析论证】手拉绳子所做的功和动滑轮对物体所做的功相等吗？若不相等，则哪一个大？你能找出其中的原因吗？
结论
不相等，手拉绳子所做的功多。原因是在提升钩码的过程中，不仅要克服钩码的重力做功，还要克服动滑轮的重力、绳的重力及摩擦力做功。
2. 有用功、额外功和总功
（1）有用功：将钩码提升一定的高度是我们的目的，所做的功叫做有用功，记为W有用.
（2）额外功：在使用动滑轮提升钩码时，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，叫作额外功，记为W额外.
（3）总功：手拉绳所做的功叫作总功，记为W总.总功等于有用功与额外功之和 W总= W有用+ W额外
②额外功
①有用功
③总功
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。
【想想议议】
视频欣赏：有用功和额外功
知识点二：机械效率
（1）定义：物理学中，将有用功跟总功的比值叫作机械效率。
（2）计算公式：机械效率 η= ×100%
（3）变形公式： W有= W总η =
（4）理解机械效率
①机械效率只有大小，没有单位。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。
②机械效率是标志机械做功性能好坏的重要指标，机械效率越高，机械的性能越好。
1. 机械效率
（5）理解有用功和总功
总功W总：动力(人或电动机)对机械所做的功是总功。
有用功W有：机械对物体所做的功是有用功，或者说如果没有使用机械，直接用手移动物体所做的功是有用功。
例如：在水力发电站中，水从高处流下来带动发电机，水的重力所做的功（W有=Gh）是总功，发电机发出的电能是有用功。
在电动抽水机把水提升某一高度时，抽水机消耗的电能（电流所做的功）是总功，水的势能的增加量 Gh 是有用功。
（6）计算“再探动滑轮”中不同情况下动滑轮的机械效率。
机械效率
=
=
=
实验 次数 拉力 F/N 绳子移动 距离s/m 钩码重力 G/N 钩码上升 高度h/m 拉力做功 W拉/J 动滑轮对钩码做功W动/J
1 1.3 0.2 2.0 0.1
2 2.5 0.4 4.0 0.2
3 3.5 0.6 6.0 0.3
0.26
1.0
2.1
0.2
0.8
1.8
【例题】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。
如图所示，斜面的长度为l，其高度h=0.5l，斜面的机械效率
×100%= ×100%= 80%
斜面与地面夹角和货物质量不变，即有用功保持不变，可通过减少额外功来提高斜面的机械效率。所以可通过减小接触面的粗糙程度来减小摩擦，来提高机械效率。
80%
使接触面光滑
【解析】
2. 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40%~50%
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
第一，是减小额外功。方法有：保持良好的润滑、减小滑轮的轮与轴之间的摩擦、减小动滑轮的自重等都能减小额外功，从而提高机械效率。
第二，是增加有用功。当额外功不变时，有用功越大，则机械效率越高。以滑轮组提升重物为例，当动滑轮重和摩擦不变时，提起的货物越重，机械效率越高。
3. 提高机械效率的方法
归纳：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.
对机械按技术规程经常保养，使之处于良好的状态.
（1）被提升
物体的重力
（2）机械
自身的重力
（3）机械转动
部件间的摩擦
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
分析斜面：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。
=
则有用功为：
总功为拉力所做的功：
额外功为克服斜面与物体之间的摩擦力做的功：
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
①有用功：提升重物时，将重物提升一定高度所做的功.
②额外功：克服机械的自重和摩擦力等因素而做的功.
③总功：人拉绳所做的功.W总= W有+ W额.
有用功和
额外功
机械效率
提高机械效率的方法
机械效率
①定义：有用功与总功的比值叫作机械效率.
②计算公式：机械效率 η= ； η＜1，用百分数表示.
①在机械承受的范围内，尽可能增加被提升物体的重力.
②改进机械结构，使其更合理、更轻巧.
③对机械按技术规程经常保养，使之处于良好的状态.
1 ．工地上，一个滑轮组经改进后机械效率提高了，用它把同一物体匀速提高相同的高度，改进后和改进前相比较，下列说法正确的 ( )
A ．总功变大 B ．总功变小
C ．有用功变大 D ．额外功不变
B
2 ．下列提高滑轮组机械效率的方法中，不可行的是 ( )
A ．增加物体的质量
B ．减小动滑轮的重力
C ．增大提升物体的高度
D ．减小滑轮转动的摩擦力
C
3．有一批花盆需要运送到 3 楼办公室，花盆总重 200N，有三种方案（如图所示）可供选择：
方案一：人直接提上去
方案二：用轻质绳、5N 的动滑轮以及 10N 的铁桶吊上去
方案三：用轻质绳、5N 的动滑轮以及 2N 的布袋吊上
三种方法中有用功最少的是 ( )
A ．方案一 B ．方案二
C ．方案三 D ．三种方案都相同
D
4. 两台机械所做的总功之比为2：1，它们的机械效率之比为3：4，则它们所做的有用功之比为（　　）
A．2：1 B．3：4
C．8：2 D．3：2
D
5．如图所示，工人在斜面上将一个重为 400N 的物体匀速从斜面底端拉到顶端，沿斜面向上的拉力 F＝200N ，斜面长s=5m 、高 h=2m ，关于该过程，下列说法正确的是 ( )
A ．有用功为 1000J
B ．额外功为 400J
C ．物体受到的摩擦力为 200N
D ．斜面的机械效率为 80%
D

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