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(共44张PPT)
苏科版2025
第5节 机械效率
学习目标
温故知新
活动11.4 再探动滑轮
当堂评价
机械效率
探究滑轮组的机械效率
有用功、额外功、总功
斜面
影响滑轮组机械效率的因素
提高滑轮组机械效率的方法
第十一章
简单机械与功
1.通过探究动滑轮，知道有用功、总功、额外功及它们之间的关系。
2.理解机械效率的概念，知道机械效率的计算公式 ，会计算某种简单机械的机械效率。
3.知道机械效率的物理意义，知道实际机械效率不可能达到100%。
4.能设计实验，测定某种简单机械的机械效率。
5.知道提高机械效率的实际意义和方法，有合理改进机械，提高机械效率的意识，增强将科学服务于人类的责任感。
答案
利用机械帮助我们工作，会给我们带来极大的方便。有的机械可以省力，有的机械可以省距离。如图所示，某工人利用滑轮组将一个重900 N的货箱匀速提升3 m。此过程中，绳子自由端所受的拉力F＝400 N。通过计算说明工人所做的功和滑轮组对重物所做的功相同吗？并探讨产生这样结果的原因是什么？
解：工人所做的功即绳端拉力所做的功
W1＝Fs＝400 N×9 m＝3 600 J；
由于重物匀速上升，滑轮组对重物施加的力FT＝G＝900 N；
滑轮组对重物做的功W2＝Gh＝900 N×3 m＝2 700 J。
通过计算可以得到：利用滑轮组对重物做功时，工人所做的功大于滑轮组对重物做的功。
可见，利用滑轮组提升重物，虽然省力但费了距离，并且多做了一部分功。
原因分析：利用滑轮组提升重物时，要克服动滑轮以及绳子所受的重力以及摩擦力等因素的影响而多做一部分功。
再探动滑轮
11.4
1.测量物理量：_________________________________________________
_______。
2.测量工具：___________________。
绳端拉力F、绳端移动距离s、钩码所受重力G、钩码上升
高度h
刻度尺、弹簧测力计
(1)如图所示，用弹簧测力计沿_____________拉动绳的一端，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。
11.4
再探动滑轮
3. 探究过程
竖直方向匀速
实验次数 钩码重G/N 钩码上升的高度h/cm 测力计的示数F/N 测力计移动的距离s/cm
1 3 0.1 2.0 0.2
2 6 0.1 3.6 0.2
3 8 0.1 4.7 0.2
想一想
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。
11.4
再探动滑轮
11.4
再探动滑轮
实验1：手拉绳做的功：
动滑轮对钩码做的功：
实验2：手拉绳做的功：
动滑轮对钩码做的功：
实验3：手拉绳做的功：
动滑轮对钩码做的功：
通过计算可以发现，手拉绳做的功大于动滑轮对钩码做的功。
利用动滑轮提升重物时，要克服动滑轮以及绳子所受的重力以及摩擦力等因素的影响而多做一部分功。
一、有用功、额外功、总功
练习
1.有用功：为了达到目的，在做功的过程中，必须做的，对我们有用的功。
2.额外功：不需要但又_________的功。
3.总功：人们在使用机械时，实际施加在机械上的动力所做的功。
4.关系： 。
不得不做
W有
(克服摩擦、机械自重等所做的功)
W额外
W总
W总＝W有用＋W额外
1
2
学以致用
1.一个人用水桶从井里打水，有用功是什么，额外功是什么？若一个人从井里捞水桶，有用功是什么，额外功是什么？
答案　有用功和额外功是相对于做功目的而言的，做功目的不同，功的类型不同。用水桶从井里打水，目的是打水，所以对水做的功是有用功，对水桶做的功是额外功；从井里捞水桶，目的是捞水桶，所以对水桶做的功是有用功，对水做的功是额外功。
1
2
功的原理
2.使用机械对物体做功时，可以省力或省距离，能省功吗？有没有既省力又省距离的机械？
答案　使用任何机械对物体做功时，都不可避免地要做一些额外功，所以使用任何机械都不能省功。不存在既省力又省距离的机械。
二、机械效率
机械效率总小于1.理想情况下，机械效率等于1.
练习
(一)机械效率
1.物理意义：表示机械对总功________高低的物理量。
2.定义：_________与______的比值。
3.公式： 。
思考：机械效率能等于或大于1吗？
利用率
有用功
总功
答案　不能，使用机械时，由于额外功的存在，总有W有用η＝×100%
学以致用
利用“活动11.4　再探动滑轮”所获得的数据，计算不同情况下，动滑轮的机械效率大小。你能从中发现什么规律？
根据计算结果可以发现，
(1)利用同一动滑轮提升物体时，物体越重，滑轮的机械效率越大，满载时机械效率最大；
(2)对于同一滑轮的机械效率不是定值，与使用情况有关。
解: 钩码重3N时，
钩码重6N时，
钩码重8N时，
(二) 斜面
斜面是生活中常见的一种简单机械，认真学习教材P22“生活·物理·社会　斜面及其应用”，完成以下内容。
如图所示，设斜面的长为s，高为h，用力F将重为G的物体，
从斜面底端沿斜面推到斜面的顶端。假设斜面的机械效率等于1。
根据功的原理，可得：Fs＝Gh，即F＝，因为s>h，所以F二、机械效率
省力
费距离
省力
摩擦力
盘山公路
轮椅斜坡
(1)特点：①使用斜面可以_____，但_______；斜面高度相同时，斜面越长越______；
②由于物体在斜面上运动时会受到________，要做额外功，因而斜面的机械效率小于100%。
(2)生活中的斜面：__________、___________、螺丝钉等。
※ (三)探究滑轮组的机械效率
二、机械效率
1.实验原理：
探究滑轮组的机械效率
2.实验器材：
刻度尺、弹簧测力计、钩码、滑轮组(2套)、铁架台、长约2米的细绳。
3.实验装置：(如图甲所示)
探究滑轮组的机械效率
(1)按照实验探究要求，组装滑轮组；
(2)用弹簧测力计测出钩码的重力；
(3)匀速拉动弹簧测力计使钩码升高，拉力F的大小由弹簧测力计上的示数读出；
(4)钩码上升的高度(h)，细绳自由端通过的距离(s)可用竖直放置在钩码旁的刻度尺读出。(如图乙所示)
4.探究过程
探究滑轮组的机械效率
5.交流与讨论
根据滑轮组组装示意图及实验数据记录表格，交流讨论。
实验次数 钩码 重G/N 钩码上升高度h/m 拉力F/N 绳端移动距离s/m 机械
效率η
1 1 0.1 0.6 0.3 55.6%
2 2 0.1 1.0 0.3
3 3 0.1 1.2 0.3
结论：同一滑轮组，所提升的物体越重，机械效率越_____。
高
66.7%
83.3%
使用同一滑轮组提升不同物重的物体
(1)实验探究一：
探究滑轮组的机械效率
83.3
83.3
83.3
83.3
实验 次数 钩码 重G/N 钩码上升 的高度h/cm 测力计 的示数F/N 测力计移动 的距离s/cm 机械效
率η/%
1 3 2 1.2 6
2 3 5 1.2 15
3 3 8 1.2 24
4 3 10 1.2 30
结论：使用同一滑轮组提升物体时，滑轮组的机械效率与提升的高度_____。
无关
使用同一滑轮组将物体提升不同的高度
(2)实验探究二：
探究滑轮组的机械效率
使用不同滑轮组提升相同物重的物体
(3)实验探究三：
结论：不同的滑轮组提升同一物体，动滑轮的重越小，机械效率越_____。
实验小组 钩码重G(N) 动滑轮G'(N) 拉力 F(N) 滑轮组的机械效率η(%)
1 1 0.6 0.62 53.8
2 1 0.8 0.71 46.9
3 2 0.6 0.98 68.0
4 2 0.8 1.06 62.9
高
探究滑轮组的机械效率
结论：滑轮组的机械效率与物体的速度______。
钩码重G/N 弹簧测力计读数F/N 机械效率η
较小速度提升 3 1.5 67%
较大速度提升 3 1.5 67%
无关
使用同一滑轮组以不同的速度提升物体
(4)实验探究四：
探究滑轮组的机械效率
结论：滑轮组的机械效率与滑轮组的绕线方法______。
实验 次数 滑轮组 物重 G/N 物块上升的高度h/m 有用功 W有/J 拉力 F/N 弹簧测力计移动的距离s/m 总功 W总/J 机械
效率
1 甲 1 0.2 0.2 0.6 0.4 0.24 83.3%
2 乙 1 0.2 0.2 0.4 0.6 0.24 83.3%
无关
探究滑轮组的机械效率与绕线方法的关系
(5)实验探究五：
探究滑轮组的机械效率
绕线方法、重物提升的高度和物体的速度等不影响滑轮组的机械效率
同一滑轮组，所提升的物体越重，机械效率越高
③不同的滑轮组提升同一物体，动滑轮的重越小，机械效率越高
影响滑轮组机械效率的因素
探究滑轮组的机械效率
提高滑轮组机械效率的方法
1.尽量减小额外功，采用减轻机械本身的重量或加润滑油减小摩擦的方法；
2.当额外功一定时，在机械承受的范围内尽可能增加每次提升物体的重力，充分发挥机械的作用。
（减小额外功）
（增大有用功）
练习
1.工人用滑轮组把一箱货物从一楼提升到五楼，在滑轮组上加润滑油后，机械效率提高了，则加润滑油后工人将同样重的货物从一楼提升到五楼时，做的（　　）
A．有用功不变，总功减少 B．有用功增加，总功增加
C．有用功不变，总功增加 D．有用功减小，总功减小
A
2.如图所示，工人用30N的拉力将重150N的重物匀速向左移动20cm，物体与地面间摩擦力为50N，时间为10s。则此过程中有用功是 J，总功 J，额外功是 J，滑轮组的机械效率是 。（结果保留整数）
10
12
2
83%
3.如图所示，用4N的拉力将重为30N的物体匀速向左拉动0.2m，此时滑轮组的机械效率为75%，此过程中物体与地面的摩擦力为 N。
9
4.(2025·广东广州·模拟预测)某小组在“测滑轮组机械效率的实验”中得到的数据如表所示，实验装置如图所示。
次数 钩码重/N 钩码上升的距离/cm 弹簧测力计的示数/N 绳端上升的距离/cm 机械效率/%
1 2 5 1 15 66.7
2 3 5 1.4 15 71.4
3 4 5 15
(1)在实验操作中应该 拉动弹簧测力计；
(2)进行第3次测量时，弹簧测力计示数为 N，机械效率约为 %
(保留到0.1%)；
竖直匀速
1.8
74.1
次数 钩码重/N 钩码上升的距离/cm 弹簧测力计的示数/N 绳端上升的距离/cm 机械效率/%
1 2 5 1 15 66.7
2 3 5 1.4 15 71.4
3 4 5 15
(4)为提高滑轮组的机械效率，可减小轮与轴间的摩擦。若忽略摩擦，也不考虑绳重，下列方法中，还能提高滑轮组的机械效率的是 (填字母)。
A．增加滑轮的个数 B．换质量小的动滑轮
C．减小钩码升高的高度 D．增大钩码升高的速度
次数 钩码重/N 钩码上升的距离/cm 弹簧测力计的示数/N 绳端上升的距离/cm 机械效率/%
1 2 5 1 15 66.7
2 3 5 1.4 15 71.4
3 4 5 15
B
(3)通过分析上述3组数据，使用同一滑轮组提升重物时， ，滑轮组的机械效率越高；克服动滑轮的重力所做的额外功 ；
增加物重
相同
5/1
1.下列有关机械做功、功率、机械效率的说法，正确的是(　　)
A.效率越高的机械，功率越大
B.越省力的机械，其功率就越大
C.做有用功越多的机械，效率越高
D.功率越大的机械，做功越快
D
解析　机械效率与功率无关，功率越大的机械，机械效率不一定越高，故A错误；
功率是描述物体做功快慢的物理量，功率与机械的省力情况无关，故B错误；
总功大小未知，做有用功越多的机械，机械效率不一定越高，故C错误；
功率是反映做功快慢的物理量，做功越快的机械，功率越大，故D正确。
5/2
2.工人用滑轮组把一箱货物从一楼提升到五楼，在滑轮组上加润滑油后，机械效率提高了，则加润滑油后工人将同样重的货物从一楼提升到五楼时，做的(　　)
A.有用功不变，总功减小
B.有用功增加，总功增加
C.有用功不变，总功增加
D.有用功减小，总功减小
A
解析　加润滑油后工人将同样重的货物从一楼提升到五楼时，货物的重力和提升的高度不变，由W有＝Gh可知，工人所做的有用功不变，在滑轮组上加润滑油后，摩擦力减小，克服摩擦力所做的额外功减少，由W总＝W有＋W额可知，总功减小，故A符合题意，B、C、D不符合题意。
5/3
3.如图所示，为方便残疾人上下台阶，一些公共场所设计了专用通道。某人和他的电动轮椅总重600 N，他乘坐电动轮椅，沿6 m长的专用通道匀速直线行驶到0.5 m高的平台处，该过程中，电动轮椅的牵引力恒为80 N。下列说法正确的是(　　)
A.该专用通道相当于斜面，可以省功
B.电动轮椅牵引力做的功为4 800 J
C.电动轮椅行驶时受到的摩擦力为30 N
D.该专用通道的机械效率为65%
C
解析　专用通道相当于斜面，斜面可以省力不能省功，故A错误；
电动轮椅牵引力做的功为W总＝Fs＝80 N×6 m＝480 J，故B错误；
有用功为W有＝Gh＝600 N×0.5 m＝300 J
额外功为W额＝W总－W有＝480 J－300 J＝180 J
则电动轮椅行驶时受到的摩擦力为f＝＝30 N，故C正确；
该专用通道的机械效率为η＝×100%＝×100%＝62.5%，故D错误。
5/4
4.(2025·营口二模)如图所示，装卸工人用如图所示的滑轮组匀速提升质量为100 kg的货物，所用的拉力F为550 N，绳子自由端在50 s内被拉下2 m，在此过程中拉力F所做的功率为　　　，滑轮组的机械效率是　　　。(保留整数，g取10 N/kg)
22 W
91%
解析　拉力做的功W总＝Fs＝550 N×2 m＝1 100 J
在此过程中拉力F做功的功率为P＝＝22 W
货物重力G＝mg＝100 kg×10 N/kg＝1 000 N
滑轮组的动滑轮绕绳子的段数为2段，货物上升的高度h＝s＝×2 m＝1 m
克服货物重力所做的有用功W有＝Gh＝1 000 N×1 m＝1 000 J
滑轮组的机械效率η＝×100%＝×100%≈91%。
5/5
5.(2024·茂名期中)如图所示，用竖直向上的力F匀速拉动杠杆的右端，使重力为50 N的物体缓慢升高0.1 m，测得拉力大小F＝24 N，A端移动的距离为0.25 m，在这一过程中，有用功为　　J，额外功为　　　J，机械效率为　　　。(保留小数点后1位)
5
1
83.3%
解析　该过程中做的有用功是克服物体的重力做功，则有用功为
W有＝Gh＝50 N×0.1 m＝5 J
该过程中做的总功为
W总＝FhA＝24 N×0.25 m＝6 J
则做的额外功为
W额＝W总－W有＝6 J－5 J＝1 J
机械效率为
η＝×100%＝×100%≈83.3%
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