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　　　　　　　　　　　　　11．3　机械效率
学习目标
1．知道有用功、额外功和总功的含义，以及它们之间的关系。 2．理解机械效率，会用机械效率的公式进行简单的计算。 3．会测算滑轮组的机械效率。 4．知道机械效率总小于1，知道提高机械效率的方法和意义。
知识点一　机械效率的理解
1．在物理学中，把人们需要的、有价值的功叫做 ，记作 ；对人们既无利用价值又不得不做的功，叫做 ，记作 ；人们在达到一定目的的过程中，动力对机械做的功叫做 ，记作 。
2．在实际使用机械做功时，总功应等于有用功与额外功之和，即W总＝ ，由于存在额外功，即W额外>0，因此，总功必定大于有用功，即W总 W有用。
3．物理学中，把 与 之比，叫做机械效率，用 表示。
4．机械效率的公式： 。
5．使用任何机械时都不可避免地要做额外功，总有W有用 W总，所以机械效率总是 1。机械效率通常用百分数表示。(均选填“大于”“小于”或“等于”)
6．提高机械效率的方法。
(1)改进机械结构，使机械更合理、更轻巧。
(2)使用时要经常保养，定时加润滑油( 机械间的摩擦)。
知识点二　滑轮或滑轮组的机械效率
7．利用动滑轮或者滑轮组竖直向上提升物体时，所做的有用功、总功及机械效率。
(1)有用功：W有用＝ 。(G表示物体所受的重力，单位为N；h表示物体上升的高度，单位为m；W有用表示有用功，单位为J)
(2)总功：W总＝ 。(F为拉力，s为绳端沿拉力方向移动的距离，s＝nh，n为动滑轮承担物重的绳子的段数，h为物体移动的距离)
(3)机械效率：η＝×100%＝×100%＝×100%＝×100%。
重点一　功、功率、机械效率的区别
1．功率是单位时间内做功的多少，表示做功的快慢，功率大表示做功快；功率的大小与功和做功所用的时间都有关，因此做功多，不一定做功快。
2．机械效率是有用功与总功的比值，反映机械做功性能的好坏，它与功、功率之间没有直接的大小关系，即机械效率高的机械不代表做的功多，也不代表做功快，只能说明机械的有用功和总功的比值大，能量的利用率高。
【跟踪训练】 1．关于功、功率、机械效率，下列说法中正确的是(　)。
A．物体受力且运动时，力对物体就做了功
B．功率大的机器做功一定多
C．功率大的机器做功快
D．做功快的机器机械效率一定高
重点二　滑轮组机械效率相关计算
机械效 率计算 步骤 ①确定滑轮(组)承担物重的绳子段数n；②计算使物体移动的有用功[W有用＝Gh(或fL)]和拉力移动的总功(W总＝Fs)；③计算机械效率(η＝×100%)
图解 示例
机械效 率计算 η＝×100%＝×100%＝×100%(G为物重，h为物体移动的距离，F为拉力，s为绳子自由端移动的距离) η＝×100%＝×100%＝×100%(忽略绳与滑轮间的摩擦及绳重) η＝×100%＝×100%＝×100%(f为物体受到的摩擦力，L为物体移动距离，F为拉力，s为绳子自由端移动的距离)
【跟踪训练】 2．如图所示是小明用滑轮组匀速提升350 N重物时的情景，他对绳的拉力为200 N，物体在5 s内匀速上升了2 m，不计绳重和摩擦，下列说法正确的是(　)。
A．动滑轮的重力为30 N
B．此过程中拉力的功率为160 W
C．此过程滑轮组的机械效率为90%
D．减小物体的重力可以提高机械效率
重点三　斜面机械效率相关计算
【跟踪训练】 3．如图所示，斜面高2 m、长4 m，小明用平行于斜面250 N的拉力F，将重400 N的物体从斜面底端拉到顶端，下列说法正确的是(　)。
A．小明所做的有用功为1 600 J
B．小明所做的总功为1 200 J
C．斜面的机械效率为80%
D．斜面对物体的摩擦力为60 N
基础巩固
1．如图，重为G的物体在沿斜面向上的拉力作用下，从斜面的底部移到顶部，设沿斜面移动的距离为s，沿斜面上升的高度为h，拉力为F，物体受到的摩擦力为f，则斜面的机械效率为(　)。
A． B．
C． D．
2．用同一滑轮组竖直提升物体，小明提出了三种提高滑轮组机械效率的方法，可行的是(　)。
①使用轻质的动滑轮　②用滑轮组提升很轻的物体　③在滑轮的轮与轴之间注些润滑油
A．①② B．②
C．①③ D．①②③
3．如图所示，利用滑轮组匀速提升同一重物，若绳子自由端移动的距离均相等，下列选项中有用功最小的是(　)。
　　　　　　　 A　　　　B　　　　　C　　　　　D
4．清晨，湖边聚集了很多钓鱼爱好者，某人不小心把水桶掉进水里，捞水桶时发现桶里带了些水，则在打捞水桶的过程中(　)。
A．把水桶提高所做的功是有用功
B．把水桶中的水提高所做的功是总功
C.把水桶和水桶中的水提高所做的功是额外功
D．把水桶和水桶中的水提高所做的功是有用功
5．如图显示的是甲、乙两机械的参数。甲、乙相比，甲的(　)。
A．有用功较小 B．总功较大
C．额外功较大 D．机械效率较低
能力达标
6．如图所示，用滑轮组匀速提升重为200 N的物体，拉力F为125 N，物体升高的高度为4 m，不计绳重和摩擦，则在此过程中，下列说法中正确的是(　)。
A．总功为800 J
B．动滑轮重为5 N
C．绳端移动的距离为4 m
D．滑轮组的机械效率为80%
7．如图所示，物体重100 N，动滑轮重10 N，小明用60 N的拉力(方向不变)将物体匀速提升2 m，则此过程中有用功是__________J，额外功是________J，其机械效率是________(结果保留至0.1%)。
8．如图所示，在测定杠杆机械效率的实验中，竖直向上拉动弹簧测力计，使挂在杠杆OB下面的物块缓慢上升至虚线位置，物块上升的高度为30 cm，弹簧测力计上升的高度为20 cm，这一过程中杠杆的机械效率为90%，弹簧测力计的示数如图所示，则物块的重力为________N。
9．某探究小组为探究影响滑轮组的机械效率的因素，设计的实验装置如图所示，数据如表所示。
次数 钩码重 力/N 提升高 度/cm 有用 功/J 拉力 /N 总功 /J 机械 效率
1 1.0 40 0.4 1.1 0.88 45%
2 1.5 40 0.6 1.4 1.12 54%
3 2.0 30 1.7
4 2.5 40 1.0 2.0 1.60 63%
(1)请把表格中三个未完成的空补充完整。
(2)甲同学根据表格数据可以得出钩码重力逐渐增大，滑轮组机械效率________(选填“增大”“减小”或“不变”)。请你解释出现这种现象的原因： ______________________________________________________________________
__________________________________________________________________。
(3)乙同学进一步研究，测出动滑轮的质量为100 g，根据表格中的数据得出：总功总是大于有用功与克服动滑轮重力的功之和，即W总>W有用＋W轮。他猜测还有____________影响机械效率。(答一种因素即可)
素养提升
10．在“测量滑轮组的机械效率”的实验中，某实验小组用同样的滑轮安装了如图甲、乙所示的滑轮组。实验测得的数据如表所示。
次 数 物体的重 力G/N 提升高 度h/m 拉力 F/N 绳端移动的 距离s/m 机械 效率η
1 2 0.1 1 0.3 66.7%
2 3 0.1 1.4 0.3 71.4%
3 4 0.1 1.8 0.3 74.1%
4 2 0.1 1.5 0.2
(1)把表格内的第4次实验数据补充完整(结果精确到0.1%)。这次数据是用________(选填“甲”或“乙”)图中所示的滑轮组测得的。
(2)分析比较第1、2、3次实验数据可以判定，增加物重可使滑轮组的机械效率________(选填“变大”“变小”或“不变”)。在第1次实验中，拉力F所做的额外功为________J。
(3)某同学认为，由相同的滑轮所组成的不同的滑轮组提升同一个重物时，越省力的滑轮组机械效率越大，他的想法正确吗？请你利用补充完整后的表格中的数据说明你的判断：
_________________________________________________________________
__________________________________________________________________。
(4)若不计摩擦和绳重，用第1次实验的装置以0.1 m/s的速度匀速提起5 N的物体，拉力的功率是________W。　　　　　　　　　　　　　11．3　机械效率
学习目标
1．知道有用功、额外功和总功的含义，以及它们之间的关系。 2．理解机械效率，会用机械效率的公式进行简单的计算。 3．会测算滑轮组的机械效率。 4．知道机械效率总小于1，知道提高机械效率的方法和意义。
知识点一　机械效率的理解
1．在物理学中，把人们需要的、有价值的功叫做有用功，记作W有用；对人们既无利用价值又不得不做的功，叫做额外功，记作W额外；人们在达到一定目的的过程中，动力对机械做的功叫做总功，记作W总。
2．在实际使用机械做功时，总功应等于有用功与额外功之和，即W总＝W有用＋W额外，由于存在额外功，即W额外>0，因此，总功必定大于有用功，即W总>W有用。
3．物理学中，把有用功W有用与总功W总之比，叫做机械效率，用η表示。
4．机械效率的公式：η＝×100%。
5．使用任何机械时都不可避免地要做额外功，总有W有用小于W总，所以机械效率总是小于1。机械效率通常用百分数表示。(均选填“大于”“小于”或“等于”)
6．提高机械效率的方法。
(1)改进机械结构，使机械更合理、更轻巧。
(2)使用时要经常保养，定时加润滑油(减小机械间的摩擦)。
知识点二　滑轮或滑轮组的机械效率
7．利用动滑轮或者滑轮组竖直向上提升物体时，所做的有用功、总功及机械效率。
(1)有用功：W有用＝Gh。(G表示物体所受的重力，单位为N；h表示物体上升的高度，单位为m；W有用表示有用功，单位为J)
(2)总功：W总＝Fs。(F为拉力，s为绳端沿拉力方向移动的距离，s＝nh，n为动滑轮承担物重的绳子的段数，h为物体移动的距离)
(3)机械效率：η＝×100%＝×100%＝×100%＝×100%。
重点一　功、功率、机械效率的区别
1．功率是单位时间内做功的多少，表示做功的快慢，功率大表示做功快；功率的大小与功和做功所用的时间都有关，因此做功多，不一定做功快。
2．机械效率是有用功与总功的比值，反映机械做功性能的好坏，它与功、功率之间没有直接的大小关系，即机械效率高的机械不代表做的功多，也不代表做功快，只能说明机械的有用功和总功的比值大，能量的利用率高。
【跟踪训练】 1．关于功、功率、机械效率，下列说法中正确的是(　C　)。
A．物体受力且运动时，力对物体就做了功
B．功率大的机器做功一定多
C．功率大的机器做功快
D．做功快的机器机械效率一定高
重点二　滑轮组机械效率相关计算
机械效 率计算 步骤 ①确定滑轮(组)承担物重的绳子段数n；②计算使物体移动的有用功[W有用＝Gh(或fL)]和拉力移动的总功(W总＝Fs)；③计算机械效率(η＝×100%)
图解 示例
机械效 率计算 η＝×100%＝×100%＝×100%(G为物重，h为物体移动的距离，F为拉力，s为绳子自由端移动的距离) η＝×100%＝×100%＝×100%(忽略绳与滑轮间的摩擦及绳重) η＝×100%＝×100%＝×100%(f为物体受到的摩擦力，L为物体移动距离，F为拉力，s为绳子自由端移动的距离)
【跟踪训练】 2．如图所示是小明用滑轮组匀速提升350 N重物时的情景，他对绳的拉力为200 N，物体在5 s内匀速上升了2 m，不计绳重和摩擦，下列说法正确的是(　B　)。
A．动滑轮的重力为30 N
B．此过程中拉力的功率为160 W
C．此过程滑轮组的机械效率为90%
D．减小物体的重力可以提高机械效率
重点三　斜面机械效率相关计算
【跟踪训练】 3．如图所示，斜面高2 m、长4 m，小明用平行于斜面250 N的拉力F，将重400 N的物体从斜面底端拉到顶端，下列说法正确的是(　C　)。
A．小明所做的有用功为1 600 J
B．小明所做的总功为1 200 J
C．斜面的机械效率为80%
D．斜面对物体的摩擦力为60 N
基础巩固
1．如图，重为G的物体在沿斜面向上的拉力作用下，从斜面的底部移到顶部，设沿斜面移动的距离为s，沿斜面上升的高度为h，拉力为F，物体受到的摩擦力为f，则斜面的机械效率为(　B　)。
A． B．
C． D．
2．用同一滑轮组竖直提升物体，小明提出了三种提高滑轮组机械效率的方法，可行的是(　C　)。
①使用轻质的动滑轮　②用滑轮组提升很轻的物体　③在滑轮的轮与轴之间注些润滑油
A．①② B．②
C．①③ D．①②③
3．如图所示，利用滑轮组匀速提升同一重物，若绳子自由端移动的距离均相等，下列选项中有用功最小的是(　B　)。
　　　　　　　 A　　　　B　　　　　C　　　　　D
4．清晨，湖边聚集了很多钓鱼爱好者，某人不小心把水桶掉进水里，捞水桶时发现桶里带了些水，则在打捞水桶的过程中(　A　)。
A．把水桶提高所做的功是有用功
B．把水桶中的水提高所做的功是总功
C.把水桶和水桶中的水提高所做的功是额外功
D．把水桶和水桶中的水提高所做的功是有用功
5．如图显示的是甲、乙两机械的参数。甲、乙相比，甲的(　A　)。
A．有用功较小 B．总功较大
C．额外功较大 D．机械效率较低
能力达标
6．如图所示，用滑轮组匀速提升重为200 N的物体，拉力F为125 N，物体升高的高度为4 m，不计绳重和摩擦，则在此过程中，下列说法中正确的是(　D　)。
A．总功为800 J
B．动滑轮重为5 N
C．绳端移动的距离为4 m
D．滑轮组的机械效率为80%
7．如图所示，物体重100 N，动滑轮重10 N，小明用60 N的拉力(方向不变)将物体匀速提升2 m，则此过程中有用功是__________J，额外功是________J，其机械效率是________(结果保留至0.1%)。
【答案】200　40　83.3%
8．如图所示，在测定杠杆机械效率的实验中，竖直向上拉动弹簧测力计，使挂在杠杆OB下面的物块缓慢上升至虚线位置，物块上升的高度为30 cm，弹簧测力计上升的高度为20 cm，这一过程中杠杆的机械效率为90%，弹簧测力计的示数如图所示，则物块的重力为________N。
【答案】1.5
9．某探究小组为探究影响滑轮组的机械效率的因素，设计的实验装置如图所示，数据如表所示。
次数 钩码重 力/N 提升高 度/cm 有用 功/J 拉力 /N 总功 /J 机械 效率
1 1.0 40 0.4 1.1 0.88 45%
2 1.5 40 0.6 1.4 1.12 54%
3 2.0 30 1.7
4 2.5 40 1.0 2.0 1.60 63%
(1)请把表格中三个未完成的空补充完整。
(2)甲同学根据表格数据可以得出钩码重力逐渐增大，滑轮组机械效率________(选填“增大”“减小”或“不变”)。请你解释出现这种现象的原因： ______________________________________________________________________
__________________________________________________________________。
(3)乙同学进一步研究，测出动滑轮的质量为100 g，根据表格中的数据得出：总功总是大于有用功与克服动滑轮重力的功之和，即W总>W有用＋W轮。他猜测还有____________影响机械效率。(答一种因素即可)
【答案】(1)0.6　1.02　59%
(2)增大　动滑轮重力不变，随着钩码重力增大，有用功在总功中所占的比例增大，机械效率增大
(3)绳重
素养提升
10．在“测量滑轮组的机械效率”的实验中，某实验小组用同样的滑轮安装了如图甲、乙所示的滑轮组。实验测得的数据如表所示。
次 数 物体的重 力G/N 提升高 度h/m 拉力 F/N 绳端移动的 距离s/m 机械 效率η
1 2 0.1 1 0.3 66.7%
2 3 0.1 1.4 0.3 71.4%
3 4 0.1 1.8 0.3 74.1%
4 2 0.1 1.5 0.2
(1)把表格内的第4次实验数据补充完整(结果精确到0.1%)。这次数据是用________(选填“甲”或“乙”)图中所示的滑轮组测得的。
(2)分析比较第1、2、3次实验数据可以判定，增加物重可使滑轮组的机械效率________(选填“变大”“变小”或“不变”)。在第1次实验中，拉力F所做的额外功为________J。
(3)某同学认为，由相同的滑轮所组成的不同的滑轮组提升同一个重物时，越省力的滑轮组机械效率越大，他的想法正确吗？请你利用补充完整后的表格中的数据说明你的判断：
_________________________________________________________________
__________________________________________________________________。
(4)若不计摩擦和绳重，用第1次实验的装置以0.1 m/s的速度匀速提起5 N的物体，拉力的功率是________W。
【答案】(1)66.7%　乙　(2)变大　0.1
(3)不正确。第1次比第4次省力，但两次实验时滑轮组的机械效率相同
(4)0.6

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