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第十一章 功与机械能
11.3 机械效率
从水井中提水，目的是将水从井中提起，从而对水做功。同时我们还不得不额外地对桶和绳子做一部分功。
情境导入
（a）用滑轮组提起重物
（b）利用挖掘机挖掘、搬运泥土
有用功与额外功
活动1
分析有用功与额外功
（a）用滑轮组提起重物
1.用滑轮组提升重物的过程中哪些物体被一并提升？
2.动力对哪些物体做了功？
重物、动滑轮、绳子
重物、动滑轮、绳子以及克服各部分
之间的摩擦做功
3.哪些功是我们需要的、有价值的？
对动滑轮、绳子以及克服摩擦所做的功
4.哪些功无利用价值又不得不做？
提升重物所做的功
（b）利用挖掘机搬运泥土
1.挖掘机搬运泥土时随泥土一同被抬升的物体有哪些？
泥土、抓斗、机械臂
2.动力对哪些物体做了功？
泥土、抓斗、机械臂以及克服各部分
之间的摩擦做功
3.哪些功是我们需要的、有价值的？
对泥土所做的功
4.哪些功无利用价值又不得不做？
对机器（抓斗、机械臂）以及克服摩擦所做的功
我们需要的有价值的功（W有）；
克服机械部件自身的重力和摩擦力等做一定量的功，这部分无利用价值又不得不做的功（W额）；
动力对机械做的功（W总）。
=
有用功：
额外功
总功：
在实际使用机械做功时，总功应等于有用功与额外功之和
W总=W有用+W额外
W额外>0
W总>W有用
提水
事例 目的 有用功 额外功 总功
1、用桶从井中提水
2、水桶掉进井里 要把桶捞起来
3、用书包把书背上楼
分析下列事例中的有用功、额外功、总功（不考虑绳重和摩擦）。
捞桶
背书
G水h
G桶h
G书h
G桶h
G水h
(G包+G人)h
=
= W总
+
= W总
+
= W总
+
分析利用常见机械做功时的有用功、额外功、总功。
机械
功
F
钩码
沙
F
木箱
F
木块
目的
W有用
W总
W额外
提钩码
提沙桶
提木箱
拉木块
G码h
G物h
G箱h
f S木
Fs
Fs
FL
Fs
的原因
克服杠杆
重和摩擦
克服动滑轮重、绳重、摩擦
克服摩擦
fL
克服绳子和轴间摩擦
表达式：
机械效率＝
有用功
总功
●说明：η常用百分数表示；
机械效率：有用功W有用跟总功W总的比值
机械效率是体现机械性能的重要指标。
二、机械效率
归纳： ⑴η总小于1
⑵η 没有单位
⑴机械效率的高低表示的物理意义是什么？
思考讨论
答：不能。使用机械做功时，要不可避免地做一部分额外功，有用功总小于总功。
答：有用功在总功中所占比例的高低。
⑵机械效率的单位是什么？
答：机械效率是一个比值，没有单位
⑶机械效率能不能大于或等于1？1为什么？
例、如图所示，用滑轮组把重为270N的货物匀速提到1m高的楼上，所用拉力100N，则有用功、总功和滑轮组的机械效率分别是多少？
解：
W有用=Gh=270N×1m=270J
G物
F物
W总=FS=Fnh=100N×3×1m=300J
×100%=90%
S
h
答：略
W有用
W总
270J
η=
×100%=
300J
滑轮组机械效率计算
测算滑轮组的机械效率
活动2
思考讨论
⑵如何通过测量计算有用功和额外功？需要测量哪些量？需要哪些器材？
⑴测量滑轮组机械效率的实验原理是什么？
实验目的：
测算滑轮组的机械效率
实验原理：
η =W有用/W总×100%
需要测量物理量：
物重G、拉力F、
物体上升高度h、
绳子自由端通过
的距离s
实验器材：
弹簧测力计、刻度尺、
滑轮、细绳、铁架台
实验步骤：
1.用弹簧测力计测出物体的物重G。
2.按图11-17组装滑轮组，在刻度尺上记下物体和细绳自由端的位置。
3. 竖直匀速拉动弹簧测力计，用滑轮组提升重物，由弹簧测力计读出拉力F。在刻度尺上记下物体和绳子自由端的位置，读出物体上升的高度h和细绳移动的距离s，并将实验数据记入表中。
4.改变物体的重力G重复上述实验。
强调：要竖直匀速拉动弹簧测力计。
思考讨论：何时读取拉力的大小？是开始拉动时？
还是匀速拉动过程中？还是将要停止时？
实验 次序 物重 G/N 拉力 F/N 提升重物的高度h/m 绳子自由端移动的距离s/m 总功 W总/J 有用功W有用/J 机械效率η
1
2
3
记录数据的表格
分组实验后汇报数据
实验数据记录
实验 次序 物重 G/N 拉力 F/N 提升重物的高度h/m 绳子自由端移动的距离s/m 总功 W总/J 有用功W有用/J 机械效率η
1 1 0.6 0.2 0.4
2 2 1.10 0.2 0.4
3 3 1.6 0.2 0.4
思考分析讨论：
0.24
0.2
83.3%
0.44
0.4
90.9%
0.64
0.6
93.8%
⑴同一滑轮组，在提升不同的重物时，其机械效率是否相同？为什么？
不同，同一滑轮组提升重物时，物体越重，所做有用功越多，而额外功几乎不变，有用功在总功中所占比例越大，机械效率越高。
⑵还有什么因素会影响滑轮组的机械效率？
为什么？
动滑轮重、摩擦
⑶如何提高滑轮组的机械效率？
①增加物重
②减小动滑轮重或减小摩擦
阅读P.13.最后两自然段，了解常见机械的效率及如何提高机械效率
⑴在以上实验中，还有其他方法测出绳子自由
端移动的距离吗？
⑵如果不测出物体上升的高度h和绳子自由端移
动的距离s，还能不能计算出滑轮组的机械效率？
讨论
（1）有用功越多，机械效率越高（ ）
（2）额外功越少，机械效率越高（ ）
（3）物体做功越慢，机械效率越低（ ）
（4）做总功越多，机械效率越低（ ）
（5）做相同的有用功，额外功越少，机械效率越高（ ）
（6）做相同的总功时，有用功越多，机械效率越高（ ）
（7）利用现代科学技术，机械效率可以等于1 （ ）
（8）有用功在总功中占的比例越大，机械效率越高（ ）
×
×
×
×
√
√
1.判断：下面说法中是否正确．
×
√
2.如图所示，用滑轮组把重为80N的物体匀速提起。(1)在不计绳重、动滑轮重和摩擦的情况下，拉力F的大小是 N；(2)若实际的拉力为50N，匀速将物体提高4m，则拉力所做的功是 J，滑轮组的机械效率是 。
40
400
80%
3.一物体质量为18kg，其所受重力为_____N．如图所示，小明用定滑轮将该物体在4s内匀速提高2m．所用拉力为200N．此过程中，小明做的有用功是____J，总功是_____J，定滑轮的机械效率是______，小明功率是_____W。(取g＝10N/kg)
180
360
400
90％
100
F物
4.如图所示，规格完全相同的滑轮绕成甲、乙两个滑轮组，分别提升重为G1和G2的两个物体，不考虑绳重及摩擦，比较它们的省力情况和机械效率。则（ ）
A.若G1=G2，则 F1B.若G1=G2，则 F1>F2，甲的机械效率高
C.若G1F2，甲、乙的机械效率相同
D .若G1D
克服机械部件自身的重力和摩擦力等做一定量的功，这部分无利用价值又不得不做的功。
总 功
额外功
定 义
一、三功
二、机械效率（η）
三功的关系
W总=W有用+W额外
有用功
:我们需要的有价值的功。
:动力对机械做的功，即有用功与额外功的总和。
公 式：
η<1.
Ｗ总
η=
Ｗ有用
×100%
：有用功跟总功的比值.
三、如何提高机械效率：
1.增加物重
2.减小动滑轮重或减小摩擦
1.如图所示，滑轮组自重及摩擦不计。物体A重300N，在F＝4N的拉力作用下，物体以5m/s的速度匀速运动。则物体在运动过程中受的阻力是 N；5s内滑轮组对物体A做的功是 J；拉力F的功率为 W。
12
300
60
课后补充练习
2.小明用100N的力沿竖直方向将杠杆的一端拉下2m，杠杆的另一端将320N的重物提高了0.5m，他做的有用功是多少？总功是多少？杠杆的机械效率是多少？答案略
3.利用如图所示的滑轮组，在F=80N的拉力作用下,将一个重为180N的物体匀速举高1m，绳重、摩擦不计.求:（1）W总=？（2）W有用=？ (3) W额外= (4)η= (5) G动=
G
F
.
答案: (1) W总= 240J;
(2) W有用= 180J;
(3) W额外= 60J;
(4) η = 75％;
(5) G动=60N。
4.如图，用滑轮组匀速提起一个重为350N的物体，
物体在10s内上升了1m，人拉绳子的力为250N。
（不计绳重和摩擦）。求：
（1）人拉绳子做功的功率；
（2）动滑轮重；
（3）滑轮组的机械效率；
（4）若用此滑轮提升450N的重物，
该滑轮组的机械效率又为多大？
答案略
6.如上图所示，A物体在水平地面上做匀速直线运动，已知绕过动滑轮的弹簧测力计上的示数为12N，滑轮的机械效率为75％，求A物体所受地面摩擦力大小？
答案：18N
5.在下图中，物体A在地面匀速运动，地面对A的摩擦力是8N，A物体的重力是9N，弹簧测力计示数是F=5N，求滑轮组的机械效率？
答案:80 ％

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