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11.3 机械效率
第十一章 功与机械能
沪粤版2025-2026学年 物理九年级上册【精做课件】
授课教师：********
班 级：********
时 间：********
11.3 机械效率
教学目标
理解有用功、额外功和总功的概念，能区分这三种功。
掌握机械效率的定义和公式，知道机械效率的特点。
能进行机械效率的简单计算。（重点）
了解提高机械效率的方法，认识到研究机械效率的实际意义。
有用功、额外功和总功
有用功（W 有）
定义：对我们有用的功，也就是我们为了达到目的必须做的功。
实例：
用滑轮组提升重物时，克服重物重力所做的功是有用功，即 W 有 = Gh（G 为重物重力，h 为重物被提升的高度）。
用桶从井中打水时，克服水的重力所做的功是有用功，即 W 有 = G 水 h（G 水为水的重力，h 为打水的深度）。
额外功（W 额）
定义：虽然不需要，但又不得不做的功。
产生原因：
机械本身的重力：如使用动滑轮提升重物时，克服动滑轮重力所做的功。
机械部件之间的摩擦：如使用滑轮组时，绳子与滑轮之间的摩擦、滑轮轴与轴之间的摩擦等所做的功。
实例：
用滑轮组提升重物时，克服动滑轮重力和绳子与滑轮间的摩擦所做的功是额外功。
用桶从井中打水时，克服桶的重力和绳子与井壁间的摩擦所做的功是额外功。
总功（W 总）
定义：有用功与额外功的总和，也就是动力对机械所做的功。
公式：W 总 = W 有 + W 额
实例：
用滑轮组提升重物时，拉力对滑轮组所做的功是总功，即 W 总 = Fs（F 为拉力大小，s 为绳子自由端移动的距离）。
用桶从井中打水时，人对绳子的拉力所做的功是总功。
（此处可插入用滑轮组提升重物的示意图，标注有用功、额外功和总功的对应部分）
机械效率（η）
定义
有用功跟总功的比值叫做机械效率，通常用百分数表示。
公式
η = （W 有 / W 总）× 100%
特点
机械效率是一个比值，没有单位。
由于额外功总是存在的，有用功总小于总功，所以机械效率总小于 100%。
机械效率是衡量机械性能好坏的重要指标，机械效率越高，说明机械对能量的利用率越高。
常见机械的效率
定滑轮的机械效率约为 95% 左右。
动滑轮的机械效率约为 90% 左右。
滑轮组的机械效率约为 50% - 80%。
起重机的机械效率约为 40% - 50%。
抽水机的机械效率约为 60% - 80%。
机械效率的计算
例题解析
例题 1：用一个动滑轮将重为 100N 的物体匀速提升 2m，所用的拉力为 60N，求动滑轮的机械效率。
已知：G = 100N，h = 2m，F = 60N
求：η
解：
有用功：W 有 = Gh = 100N × 2m = 200J
绳子自由端移动的距离：s = 2h = 2 × 2m = 4m（动滑轮省力但费距离，绳子段数 n=2）
总功：W 总 = Fs = 60N × 4m = 240J
机械效率：η = （W 有 / W 总）× 100% = （200J / 240J）× 100% ≈ 83.3%
答：动滑轮的机械效率约为 83.3%。
例题 2：用滑轮组提升重物，已知重物重 800N，被提升的高度为 2m，拉力为 500N，绳子自由端移动的距离为 6m，求滑轮组的机械效率。
已知：G = 800N，h = 2m，F = 500N，s = 6m
求：η
解：
有用功：W 有 = Gh = 800N × 2m = 1600J
总功：W 总 = Fs = 500N × 6m = 3000J
机械效率：η = （W 有 / W 总）× 100% = （1600J / 3000J）× 100% ≈ 53.3%
答：滑轮组的机械效率约为 53.3%。
注意事项
计算机械效率时，要明确有用功和总功的计算方法，确保两者的单位统一。
对于不同的机械，有用功和总功的表达式可能不同，要根据具体情况分析。例如，对于斜面，有用功 W 有 = Gh（G 为物体重力，h 为斜面高度），总功 W 总 = Fs（F 为沿斜面的拉力，s 为斜面长度）。
机械效率的结果要用百分数表示，且一般保留一位小数。
提高机械效率的方法
减小额外功：
减轻机械自身的重力：如选用轻质材料制作动滑轮、杠杆等机械部件。
减小机械部件之间的摩擦：如给滑轮轴加润滑油，减小绳子与滑轮之间的摩擦。
增大有用功：
在机械承载能力允许的范围内，尽量增加被提升物体的重力或增加被移动物体的重量。例如，用同一滑轮组提升更重的物体时，机械效率会提高。
研究机械效率的实际意义
机械效率反映了机械对能量的利用效率，提高机械效率可以节约能源，降低生产成本。在工农业生产和日常生活中，人们总是希望使用机械效率高的机械，以提高工作效率和经济效益。例如，在建筑工地上，选用机械效率高的起重机可以更快地完成吊装任务，节省能源；在交通运输中，提高汽车发动机的机械效率可以降低油耗，减少环境污染。
课堂练习
有用功是（ ）的功，额外功是（ ）的功，总功等于（ ）和（ ）之和。
机械效率是（ ）与（ ）的比值，公式是（ ），机械效率总是（ ）（填 “大于”“小于” 或 “等于”）100%。
用一个定滑轮将重为 50N 的物体匀速提升 3m，所用的拉力为 55N，那么有用功是（ ）J，总功是（ ）J，机械效率是（ ）。
下列方法中，能提高机械效率的是（ ）
A. 增加物体的提升高度
B. 减小物体的提升高度
C. 减小机械部件之间的摩擦
D. 减小被提升物体的重力
课堂总结
有用功是对我们有用的功，额外功是不得不做的功，总功是有用功与额外功的总和。
机械效率是有用功与总功的比值，用 η 表示，η = （W 有 / W 总）× 100%，机械效率总小于 100%。
计算机械效率时，要准确区分有用功和总功，按照公式进行计算，并注意结果用百分数表示。
提高机械效率的方法主要有减小额外功和增大有用功，研究机械效率对节约能源、提高效益具有重要意义。
课后作业
用一个滑轮组将重为 600N 的物体匀速提升 5m，绳子自由端的拉力为 250N，绳子自由端移动的距离为 18m，求该滑轮组的机械效率。
一辆汽车在平直的公路上行驶，发动机的牵引力为 1000N，汽车行驶了 500m，消耗汽油的能量相当于做了 8×10 J 的功，求汽车发动机的机械效率。
举例说明在日常生活中，人们是如何提高机械效率的，这些方法利用了哪些原理。
5
课堂检测
4
新知讲解
6
变式训练
7
中考考法
8
小结梳理
学习目录
1
复习引入
2
新知讲解
3
典例讲解
学习和工作要讲究效率，使用机械也要讲效率。那么，什么是机械效率呢？
观察与思考
1.知道有用功、额外功、总功的概念，以及它们之间的关系 。
2.理解机械效率的定义，会用机械效率的公式进行简单计算。
3.会测算滑轮组的机械效率。知道提高机械效率的方法。
学习目标
日常生活中，人们搬移物体，不是将物体平移到另一个地方，就是将物体从低处搬到高处（或从高处搬到低处）。
一、有用功与额外功
实验1：用手将一重物直接从低处匀速搬到高处。
实验2：利用斜面将该重物从低处匀速搬到高处。
实验3：用动滑轮将该重物从低处匀速移到高处。
实验与探究
思考：利用机械时，所做的功为何多一些？
观察与思考
如图所示的两种机械做功的情况中，哪些功是我们需要的有用功？哪些功是不得不做的功？
(a)用滑轮组提起重物
(b)利用挖掘机挖掘、搬运泥土
归纳与小结
1．有用功（W有用）：是我们需要的、有价值的功
2．额外功（W额外）：无利用价值却不得不做的功
3．总功（W总）：动力对机械做的功
4．总功等于有用功与额外功之和，即W总=W有用+W额外
5. W总＞W有用
（1）当你用水桶提水时，有两只大小相同的水桶可供
选择，一只是轻质塑料桶，另一只是厚铁皮桶，
你选择哪一只水桶？为什么？
（2）当你用滑轮提升一个重物时，你选择哪一种滑轮？
二、机械效率
观察与思考
在物理学中，把有用功W有用与总功W总的比叫做机械效率。
用η 表示机械效率
机械效率是体现机械性能的重要指标。
思考：
（1）机械效率的单位是什么？
（2）为什么机械效率总小于1？能不能等于1？
机械效率是一个比值，没有单位
不能。因为使用机械总有额外功
功率与机械效率的区别
1.功率是指物体在单位时间内所做的功，即功率是表示做功快慢的物理量。
2.有用功与总功的比，叫做机械效率。
3.功率和机械效率是描述机械的两种不同性能，两者间没有必然联系。
选择器材，组装一个如图所示的滑轮组，并用它来提升重物G
实验目的：
测量滑轮组的机械效率
实验原理：
实验内容：
三、测量滑轮组的机械效率
思考：
（1）滑轮组工作时的有用功怎样计算？需要测量哪些物理量？
（2）滑轮组的额外功是怎样产生的，是否便于测量？
（3）有其他简便的方法测算总功吗？需要测量哪些物理量？
（4）为了求出滑轮组的有用功和总功，从而计算滑轮组工作时
的机械效率，除滑轮组外，实验中还需要哪些测量器材？
注意事项
（1）钩码上升的高度h，可用竖直放置在钩码旁的刻度尺读出，以钩码的下端为标准读数。
（2）拉力F 的大小由弹簧测力计的示数读出，在竖直向上匀速拉动弹簧测力计时读数，弹簧不要和外壳摩擦。
（3）测量细绳自由端通过的距离s 时，可事先在细绳自由端上作一标记，再拉弹簧测力计，用滑轮组提升钩码。用刻度尺量出钩码上升的高度后，再量出细绳标记移动的距离，就是细绳自由端通过的距离s。
实验 序号 钩码 所受 重力 G/N 弹簧测力计示数 F/N 钩码 上升的高度 h/m 绳子自由端移动的距离 s/m 动力对滑轮组 做的功 W总/J 滑轮组对钩码做的功 W有用/J 机械效率η
1
2
3
4
记录数据表
同一个滑轮组，在提升不同的重物时，其机械效率是不同的。
实验结论
思考：还有什么因素会影响滑轮组的机械效率？
起重机：40%~50%
滑轮组：50%~70%
一些机械的机械效率
水泵：60%~80%
思考:
如何提高机械效率？
（2）减少机械的摩擦等来减小额外功。
（1）减少机械自重。
（3）在额外功一定时，增大有用功。
（4）改进结构，使它更合理、更轻巧。
（5）在使用中按照技术规程经常保养，定时润滑，
使机械处于良好的运转态。
2
3
4
5
6
7
8
1
10
11
12
9
1．如图所示，在升旗过程中，克服旗的重力做的功是________，人对绳子的拉力做的功是________。
(均填“有用功” “额外功”或“总功”)
[变式]如图所示，工人用135 N的拉力将重240 N的货物匀速提升2 m，此过程中有用功是________J，
总功是________J，额外功是________J。
有用功
知识点1
有用功、额外功和总功
总功
480
540
60
2．判断下列关于机械效率说法的正误。
(1)做有用功越多，机械效率越高。(　　)
(2)做功快的机械，机械效率高。(　　)
(3)有用功占总功的比例越大，机械效率越高。(　　)
(4)额外功越少，机械效率越高。(　　)
(5)任何机械额外功不可避免，机械效率总小于1。(　　)
×
知识点2
机械效率
×
√
×
√
2
3
4
5
6
7
8
1
10
11
12
9
3.[跨学科·数学　2025年1月六安期末]如图所示的是甲、乙两机械在某次使用时的参数，其中“900 J”和“720 J”为所做的有用功，“75%”和“70%”表示额外功所占的比例，甲的机械效率为η甲，乙的机械效率为η乙，则η甲________(填“大于”“等于”或“小于”)η乙。
小于
2
3
4
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6
7
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1
10
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12
9
4．[2025·马鞍山月考]如图所示，某建筑工人用大小为400 N的拉力F，通过定滑轮将重为300 N的重物匀速提升2 m，此过程中该滑轮的机械效率是________。
75%
2
3
4
5
6
7
8
1
10
11
12
9
5．如图所示，小明将一个重为3 N的小车从斜面底端匀速拉到斜面顶端，沿斜面向上的拉力为1.25 N。小车沿斜面移动的距离s＝1.6 m，提升高度h＝0.6 m。则小明对小车做的有用功是______J，斜面的机械效率是______。
1.8
90%
2
3
4
5
6
7
8
1
10
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12
9
6．[2024·镇江中考改编]如图所示，用重为2 N的动滑轮将重力为5 N的木块匀速提升1 m，所用拉力F为4 N。求：
(1)此过程中的总功。
(2)该动滑轮的机械效率。
解：拉力做的总功W总＝Fs＝Fnh＝4 N×2×1 m＝8 J，
此过程中的有用功W有用＝Gh＝5 N×1 m＝5 J。该动滑轮的
机械效率η＝ ×100%＝ ×100 %＝62.5%。
2
3
4
5
6
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1
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9
7.[原创题]在讨论使用机械的目的时，小萌进行如图所示的实验，用力F1将物体B匀速提升0.5 m，F1做功为3 J，若借助滑轮组用力F2把物体B匀速提升相同高度，F2做功为4.5 J，则F1＝______N，F2＝______N，滑轮组的机械效率η＝________(保留1位小数)。
6
3
66.7%
2
3
4
5
6
7
8
1
10
11
12
9
8．[2024·西安模拟]在一次车辆故障处置过程中，拖车所用装置简化图如图所示。交警指挥拖车在水平路面上将质量为1.5×103 kg的故障车以2 m/s的速度匀速拖动了12 m。绳子自由端的拉力F为125 N，故障车受到的阻力是车重的2%。则拉力F做功是______J，拉力做功的功率是______W，有用功是________J，装置的机械效率是________。(g取10 N/kg)
4 500
750
3 600
80%
2
3
4
5
6
7
8
1
10
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12
9
9．[2024·池州模拟改编]如图甲所示，工人用250 N的拉力将质量为40 kg的物体从地面运到高10 m的楼上。物体上升高度h与时间t的关系如图乙所示，则物体上升的速度为________m/s，整个过程中工人所做的功为________J，工人做功的功率为______W，此装置的机械效率为________。(g取10 N/kg)
0.25
5 000
125
80%
2
3
4
5
6
7
8
1
10
11
12
9
10．[2025年1月亳州期末改编]某建筑工人用如图所示的滑轮组提升重物，已知重物和动滑轮的总重力为200 N，当绳子自由端移动的距离为4 m时，重物上升的高度为______m，若滑轮组的机械效率为80%，则动滑轮重为________N。(绳子的重力、绳子与滑轮各处的摩擦均忽略不计)
2
40
2
3
4
5
6
7
8
1
10
11
12
9
11.3 机械效率
一、有用功与额外功
1.有用功; 2.额外功;3.总功。
二、机械效率
1.概念：有用功与总功的比值。
2.公式：
三、测量滑轮组的机械效率
课堂小结
谢谢观看！

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