资源简介

(共40张PPT)
幻灯片 1：封面
标题：11.3.1 认识机械效率
副标题：探究机械做功的有效程度
学科：物理
适用年级：八年级
教材版本：人教版
幻灯片 2：学习目标
理解有用功、额外功和总功的概念，能区分机械工作中的三种功。
知道机械效率的定义，掌握机械效率的计算公式，并能进行简单计算。
了解机械效率的物理意义，知道机械效率总小于 1 的原因。
能结合实例分析影响机械效率的因素，了解提高机械效率的方法。
认识机械效率在实际生产生活中的应用，体会优化机械性能的重要性。
幻灯片 3：引入 - 实际机械的做功差异
情景对比：
情景 1：用动滑轮提升重物时，需要克服动滑轮自重和摩擦做功。
情景 2：用滑轮组搬运货物时，不仅要提升货物，还要拉动绳子、克服滑轮摩擦。
提问：我们使用机械做功时，是否所有的功都是我们需要的？为什么实际用机械做的功比直接用手做的功多？本节课我们将通过 “有用功、额外功和总功” 的概念，探究机械效率的问题。
展示图片：用动滑轮提重物、用滑轮组搬货物的示意图，标注额外做功的部分。
幻灯片 4：有用功、额外功和总功
有用功（\(W_有\)）：
定义：对我们有用的功，即我们需要机械完成的功。
实例：
用滑轮提升重物时，克服重物重力做的功（\(W_有 = Gh\)）。
用滑轮水平拉动物体时，克服物体摩擦力做的功（\(W_有 = fs\)）。
额外功（\(W_额\)）：
定义：对我们无用但不得不做的功，通常是克服机械自重、摩擦等做的功。
实例：
用动滑轮提重物时，克服动滑轮自重做的功（\(W_额 = G_动 h\)）和克服绳与滑轮摩擦做的功。
用杠杆撬物体时，克服杠杆自重和支点摩擦做的功。
总功（\(W_总\)）：
定义：动力对机械做的功，等于有用功与额外功之和。
公式：\(W_总 = W_有 + W_额\)。
实例：用滑轮组提升重物时，拉力做的功（\(W_总 = Fs\)）。
展示图片：用动滑轮提重物时三种功的示意图，标注重物、动滑轮、拉力的作用。
幻灯片 5：机械效率的概念
定义：有用功跟总功的比值叫做机械效率，用符号 “\(\eta\)” 表示。
物理意义：表示机械对总功的有效利用程度，机械效率越高，说明有用功在总功中占的比例越大，机械的性能越好。
计算公式：\(\eta = \frac{W_有}{W_总} \times 100\%\)。
单位：机械效率是比值，没有单位，用百分数表示。
规律：由于额外功不可避免（\(W_额 > 0\)），所以有用功总小于总功（\(W_有 < W_总\)），因此机械效率总小于 1（\(\eta < 100\%\)）。
示例：用某滑轮组提升重物时，有用功为 800J，总功为 1000J，机械效率\(\eta = \frac{800J}{1000J} \times 100\% = 80\%\)。
幻灯片 6：理想机械与实际机械的对比
类型
做功情况
机械效率
实例
理想机械
没有额外功（\(W_额 = 0\)），\(W_总 = W_有\)
\(\eta = 100\%\)
忽略摩擦和机械自重的滑轮组、杠杆
实际机械
存在额外功（\(W_额 > 0\)），\(W_总 = W_有 + W_额\)
\(\eta < 100\%\)
实际使用的动滑轮、起重机、抽水机
说明：理想机械是物理学中的理想化模型，实际中不存在，机械效率是衡量实际机械性能的重要指标。
展示图片：理想滑轮组和实际滑轮组的做功对比示意图。
幻灯片 7：机械效率的计算示例（一）
例题 1：用动滑轮将重为 500N 的物体匀速提升 2m，所用拉力为 300N，求动滑轮的机械效率。
解：
有用功\(W_有 = Gh = 500N \times 2m = 1000J\)。
动滑轮绳子段数\(n=2\)，绳子自由端移动距离\(s = nh = 2 \times 2m = 4m\)。
总功\(W_总 = Fs = 300N \times 4m = 1200J\)。
机械效率\(\eta = \frac{W_有}{W_总} \times 100\% = \frac{1000J}{1200J} \times 100\% \approx 83.3\%\)。
答：动滑轮的机械效率约为 83.3%。
例题 2：用杠杆将重为 120N 的物体举高 0.2m，动力作用点下降 0.5m，动力为 50N，求杠杆的机械效率。
解：
有用功\(W_有 = Gh = 120N \times 0.2m = 24J\)。
总功\(W_总 = Fs = 50N \times 0.5m = 25J\)。
机械效率\(\eta = \frac{24J}{25J} \times 100\% = 96\%\)。
答：杠杆的机械效率为 96%。
幻灯片 8：机械效率的计算示例（二）
例题 3：用滑轮组提升重物，已知物重\(G=800N\)，动滑轮总重\(G_动=200N\)，不计绳重和摩擦，求滑轮组的机械效率。
解：
理想情况下（仅考虑动滑轮自重），拉力\(F = \frac{1}{n}(G + G_动)\)，但机械效率与\(n\)无关（推导见备注）。
有用功\(W_有 = Gh\)。
总功\(W_总 = W_有 + W_额 = Gh + G_动 h\)。
机械效率\(\eta = \frac{Gh}{Gh + G_动 h} \times 100\% = \frac{G}{G + G_动} \times 100\% = \frac{800N}{800N + 200N} \times 100\% = 80\%\)。
答：滑轮组的机械效率为 80%。
备注：不计摩擦时，\(\eta = \frac{G}{G + G_动}\)，与绳子段数\(n\)无关，说明机械自重是影响效率的关键因素。
幻灯片 9：影响机械效率的因素
主要因素：
机械自重：动滑轮、杠杆等机械自身越重，额外功越多，机械效率越低（如轻质滑轮比 heavy 滑轮效率高）。
摩擦阻力：机械部件间的摩擦越大，额外功越多，效率越低（如润滑后的机械效率更高）。
被提升物体的重力：对同一机械，提升的物体越重，有用功占总功的比例越大，效率越高（如用同一滑轮组提重物，物重越大效率越高）。
次要因素：绳重（绳子自身有重力时，会增加额外功）、机械结构复杂度（结构越复杂，摩擦点越多，额外功越多）。
展示图片：不同自重滑轮组的效率对比、润滑前后机械的效率对比示意图。
幻灯片 10：提高机械效率的方法
减小额外功：
减轻机械自重：选用轻质材料制作动滑轮、杠杆等（如用铝合金替代钢铁）。
减小摩擦：对机械转动部分加润滑油，用滚动摩擦代替滑动摩擦（如给滑轮轴加润滑油）。
简化机械结构：减少不必要的部件，降低额外功产生的可能性。
增大有用功：
合理使用机械：在机械承载范围内，尽量提升更重的物体（如用同一起重机吊更重的货物）。
优化工作方式：使机械在高效区间工作，避免轻载运行（如满载运输比空载运输效率高）。
注意：提高效率需平衡成本与效果，不能为了减小自重而牺牲机械强度，也不能过度润滑导致安全隐患。
幻灯片 11：生活中常见机械的效率
实例 1：滑轮组：
实验室小型滑轮组：效率约 70%-85%（摩擦和自重影响较大）。
起重机滑轮组：效率约 80%-90%（经过优化设计，自重轻、摩擦小）。
实例 2：杠杆：
理想杠杆（不计自重和摩擦）：效率 100%（实际中约 90%-95%）。
复杂杠杆（如剪板机）：效率约 85%-95%。
实例 3：汽车发动机：
汽油机：效率约 20%-30%（额外功主要来自散热、摩擦和废气）。
柴油机：效率约 30%-45%（比汽油机效率高，因燃烧更充分）。
展示图片：不同机械的效率范围示意图，标注影响因素。
幻灯片 12：课堂小练习 1 - 三种功的判断
题目：用滑轮组提升重物时，下列属于有用功的是（ ），属于额外功的是（ ）
A. 克服重物重力做的功 B. 克服动滑轮重力做的功 C. 克服绳重和摩擦做的功 D. 拉力对滑轮组做的功
答案：有用功：A；额外功：B、C。
解析：A 是我们需要的功（有用功）；B、C 是无用但不得不做的功（额外功）；D 是总功。
幻灯片 13：课堂小练习 2 - 机械效率计算
题目：用一个动滑轮将重 600N 的物体匀速提升 1m，所用拉力为 350N，求动滑轮的机械效率。
答案：85.7%
解析：\(W_有 = Gh = 600N \times 1m = 600J\)；\(s = 2h = 2m\)，\(W_总 = Fs = 350N \times 2m = 700J\)；\(\eta = \frac{600J}{700J} \times 100\% \approx 85.7\%\)。
幻灯片 14：课堂小练习 3 - 效率影响因素分析
题目：为什么用同一滑轮组提升更重的物体时，机械效率会提高？
答案：同一滑轮组的额外功（克服动滑轮自重和摩擦）基本不变，提升更重的物体时，有用功增大，有用功在总功中的比例提高，因此机械效率增大。
幻灯片 15：机械效率与节能
节能意义：机械效率越高，完成相同有用功消耗的总功越少，节约能源（如高效率发动机更省油）。
实际应用：
工业生产中，通过优化机械设计提高效率，降低能耗（如高效起重机比低效起重机省电）。
家用设备中，选择高性价比的高效机械（如一级能效的家电比三级能效更节能）。
展示图片：高效节能机械的能效标识、节能设备与普通设备的能耗对比图。
幻灯片 16：课堂总结
核心概念：
有用功（\(W_有\)）：对我们有用的功。
额外功（\(W_额\)）：无用但不得不做的功。
总功（\(W_总\)）：\(W_总 = W_有 + W_额\)。
机械效率（\(\eta\)）：\(\eta = \frac{W_有}{W_总} \times 100\%\)，\(\eta < 100\%\)。
影响因素：机械自重、摩擦阻力、被提升物体的重力。
提高方法：减轻机械自重、减小摩擦、增大有用功比例。
物理意义：机械效率反映机械做功的有效程度，是衡量机械性能的重要指标。
幻灯片 17：课后作业布置
完成课本上关于机械效率的练习题。
用所学知识分析：为什么用湿布擦黑板比干布更费力？这与额外功有什么关系？
设计一个实验，测量滑轮组的机械效率（写出实验器材、步骤和数据记录表格）。
思考：为什么汽车在满载时比空载时更省油？结合机械效率知识解释。
2024沪科版物理八年级全册
11.3.1认识机械效率
第十一章 简单机械
授课教师： . 班 级： . 时 间： .
学习目标
掌握机械效率的概念以及计算公式。(重点）
02
知道有用功、额外功、总功的概念。（重点）
01
会测定某种简单机械的机械效率。（重点）
03
了解如何提高机械效率。（重点）
04
小明家住在二楼，买了一批木料，可以直接用手拉到二楼，也可以使用动滑轮，使用动滑轮的作用是为了 。
省力
思考：用手直接对木料做功与手对机械做功相等吗？
观察与思考
有的机械可以省力，有的机械可以改变作用力的方向或达到“省距离”的效果。
有用功、额外功和总功
知识点一
怎样判断使用机械是否省功呢
那么，使用机械能省功吗
如图所示，直接用弹簧测力计将钩码匀速提升一定高度。再借助一个动滑轮用弹簧测力计将同样的钩码匀速提升相同高度。比较两次拉力所做的功，你发现了什么 你能找出其中的原因吗
探究使用动滑轮是否省功
做
中
学
钩码所受的重力G/N 钩码上升的高度h/m 未用动滑轮时拉力做的功W直/J 使用动滑轮时弹簧测力计的F/N 动滑轮绳子端移动的距离s/m 使用动滑轮时拉力做的功W滑轮/J
2 0.1 0.2 1.2 0.2 0.24
使用动滑轮会省力，但由于滑轮的自重以及摩擦等因素的影响，需要额外多做一些功，即使用动滑轮不省功。
【实验结论】
功的原理：使用任何机械都不省功
认识有用功、额外功和总功
用动滑轮提升重物
目的：把重物提升一段距离
对重物做功 Gh:
提升绳子所做的功
提升动滑轮所做的功
克服摩擦力所做的功
动力所做的功Fs
对人们无用
但又不得不做的功
对人们有用必须做的功
有用功
额外功
总功
认识有用功、额外功和总功
(1)有用功(W有)：为了达到目的，必须做的功。
(2)额外功(W额)：为了达到目的，并非我们所需
要但又不得不做的功。
(3)总功(W总) ：动力所做的所有功。
三种功之间的关系: W总= W额+ W有
例1 我们用水桶从井中汲水，那么对桶中的水做的功是_______，拉力所做的功是________，对水桶做的功是_______。假如水桶掉进了井中，打捞起水桶的过程中，对桶中的水做的功是_______，对水桶做的功是_______。(均选填“有用功”“额外功”或“总功”)
有用功
总功
额外功
额外功
有用功
机械效率的大小
知识点二
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。
点击图片观看
定义：有用功跟总功的比值，通常用百分率表示。
机械效率
使用任何机械时，都不可避免地要做额外功，有用功总是小于总功，因此机械效率总小于100%。
物理意义：表示有用功占总功的百分比。有用功占总功的比例越大，机械效率越高。
η＜1
焦耳( J )
机械效率是一个比值，没有单位
η ：机械效率
W有：有用功
W总：总功
(1)机械效率可以提高到100% 。( )
(2)机械效率高的机械，做的有用功多。( )
(3)做功慢的机械，机械效率不一定低。 ( )
(4)机械越省力，其机械效率越高。( )
(5)有用功一定时，减少额外功能提高机械效率。( )
概念辨析
×
×
×
机械效率与功率的对比
机械效率 功率
定义 有用功与总功的比值 功与做功时间的比值
物理意义 反映机械做功性能的好坏 表示物体做功的快慢
公式
影响因素 有用功W有、总功W总 功W、完成此功所用的时间t
单位 无单位，用百分数表示 瓦(W）
说明 机械效率和功率是两个不同的物理量， 它们之间没有直接关系 例2 关于机械效率的说法中正确的是 （ ）
A．越省力的机械，效率越高
B．做有用功越多的机械，效率越高
C．做相同的功，额外功的值越小，效率越高
D．做功越快的机械，效率越高
C
生产生活中常见机械的机械效率
起重机
（40%~50%）
皮带传动
（90%~98%）
离心式水泵
（60%~80%）
喷气发动机
（50%~60%）
例 题
如图所示，工人用滑轮将 45 kg 建筑材料沿竖直方向匀速提升3m，所用的拉力为 250 N。此滑轮的机械效率是多少 ( g取 10 N/kg )
工人用滑轮提升建筑材料的过程中，有用功是不用滑轮直接把物体提升3m做的功；总功是拉力做的功，两者的比即为机械效率。
分 析
由题意，建筑材料的质量 m= 45 kg，建筑材料提升的高度 h = 3 m，拉力 F = 250 N，工人用手拉起的实际绳长s = 2h = 6 m。
滑轮做的有用功为
W有=Gh=mgh= 45 kg×10 N/kg×3 m= 1 350 J
拉力做的总功为
W总=Fs=250N×6 m=1 500J
解
此滑轮的机械效率为
机械效率变小了。原因是物重发生了变化，物重变小了，有用功就变小了，在总功的占比也变小了，所以机械效率也变小了。
机械效率不是固定不变的，同一机械在不同的做功过程中，机械效率可能会发生改变。
如果用上述滑轮匀速提起 30 kg 的物体，那么机械效率还是 90%吗 同一机械的机械效率是否会发生变化 为什么
讨 论
1星题 知识过关
有用功和额外功
1.甲用桶从井中提水，其中对____做的功是有用功，对____
做的功是额外功；乙从井中捞水桶，桶中带有半桶水，则对
____做的功是有用功，对____做的功是额外功。(均填“桶”或
“水”)
水
桶
桶
水
2.简单机械在我们生活中应用非常广泛，爱好实践的小明同
学分别用杠杆、斜面和滑轮组将同一物体移动到相同高度，
做有用功最多的是( )
D
A.杠杆 B.斜面 C.滑轮组 D.一样多
机械效率的理解
3. [2024·芜湖月考]
如图显示的是甲、乙两机械的参
数。甲的机械效率为 ，乙的机
械效率为，则 ______
(填“大于”“等于”或“小于”) 。
小于
机械甲的额外功与总功的
比值为 ；甲的机械效率为：
；
同理，乙的机械效率为，故小于 。
4.[2024·天津一模改编] 用如图所示的剪刀剪纸时的
机械效率为 ，这表示若作用在剪刀上的动力做
功，则有_____ 的功用于剪纸。
5.关于机械效率，下列说法正确的是( )
C
A.机械越省力，机械效率越高
B.做功越多的机械，机械效率一定越高
C.额外功在总功中所占比例越小，机械效率越高
D.机械效率可以大于1
机械效率的计算
6.如图所示，某建筑工人用大小为的拉力 ，
通过定滑轮将重为的重物匀速提升 ，此有
用功是_____，总功是_____ ，机械效率是______。
600
800
7.[2024·镇江中考节选] 如图所示，用动滑轮将重力
为的木块匀速提升，所用拉力为 。求：
(1)此过程中的有用功。
解：此过程中的有用功 。
(2)该动滑轮的机械效率。
拉力做的总功 ，该
动滑轮的机械效率
。
2星题 情境应用
8.用如图所示的滑轮组使物体 在水平面上做匀速直线运动，
若物体重力为，物体移动的距离为，所用拉力为 ，物
体受到的摩擦力为，则拉力做的有用功 ____，拉力
做的总功 _____。
9.如图所示，利用斜面将箱子推进车厢，通常要比把箱子直
接从地面搬进车厢省力多了，某同学用 的力沿斜面向
上匀速推动箱子，已知箱子质量为，斜面长 ，斜面
高，有用功为_____，斜面的机械效率为______。
取
240
10.[2024·安徽三模改编] 如图所示，重
力 的物体挂在粗细均匀的杠杆
的中点处。在力 作用下使物
体匀速上升，已知 点沿竖
直方向上升距离 ，不计摩擦，此杠杆的机械效率
________。
竖直向上拉物体时，克
服物体重力所做的功是有用功，拉
力所做的功为总功，机械效率根据
进行计算。
11.[2024·合肥三模改编] 重力为
的建筑材料，放在工地的水
平地面上，动滑轮重 ，用滑轮
组将其提升高度 ，滑轮组的机械效
率是______(忽略绳重和摩擦)。
竖直向上拉物体时，不计绳
重和摩擦，， ,机械效
率可推导为：
, 与提
升高度无关。
12.[2024·合肥期末] 如图所示，用甲、乙两套装
置将质量相同的物体匀速竖直提升，相同时间内
物体移动的距离相同。所用的滑轮质量相等，忽
略绳重和摩擦，在此过程中 ( )
D
A.两滑轮组绳端的拉力相等
B.甲滑轮组做的总功比乙多
C.甲装置中拉力做功的功率比乙小
D.两装置的机械效率相等
13.[2024·合肥二模] 如图所示，某人用单个重为
的滑轮组成的滑轮组匀速提升材料，此时机械
效率为，绳的自由端移动了 。(不计绳重和
摩擦)求：
(1) 做的额外功。
解：由图可知，由3段绳子吊着动滑轮，材料及动
滑轮升高的高度 ，
不计绳重和摩擦，所以对动滑轮做的功为额外功，
额外功 。
(2)人的拉力 。
拉力做的总功 ，人的拉
力为 。
使用机械是否省功
功的原理
三种功
使用任何机械都不省功
有用功(W有)
额外功(W额)
总功(W总)
机械效率
W总= W额+ W有
η总小于100%
有用功跟总功的比值
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