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第十二章
简单机械
第3节
机械效率
教学目标
1．能结合实例分析什么是有用功、额外功和总功。
2．明确机械效率是描述做功效率的物理量。能利用机械效率的公式进行简单的计算。
3．能设计实验，测定某种简单机械的机械效率。
01
目录
有用功和无用功
02
机械效率
生活中我们常常会遇到“效率”这个词。如：
利用机械帮助我们完成某项任务，也会涉及效率问题。
工作效率
学习效率
种子发芽率
树苗成活率
新课引入
小明家最近买了一处新楼房，家在三楼。想把洗手间、厨房装修一下，需把沙子运到三楼。请同学们根据需要，选择器械帮助小明家解决这个问题，看看哪个小组选的办法最好？
三种方法供参考：第1种是人直接提着沙子上楼；第2种是把沙子放进桶里，人通过动滑轮把沙子拉上楼；第3种是把沙子放进质量较小的袋子里，人通过动滑轮把沙子拉上楼。
新课引入
实验探究：使用动滑轮是否省功？
在如图甲所示，用弹簧测力计将钩码缓慢提升一定的高度，计算拉力做的功。设钩码重为G
，提高h的高度。所做的功为：W1=G.h
在如图乙所示，利用动滑轮把同一个重为G的物体，提高h的高度。动力所做的功为：W2=F.S
一、有用功和无用功
如果忽略动滑轮重和滑轮与绳子间的摩擦：
所以：W1=
W2
结论：使用机械做的功和直接用手做的功相等.
但是，在使用动滑轮的时候，还得克服动滑轮的重力，以及绳子与滑轮之间的摩擦做功。所以，使用机械不能省功，还需要额外多做一部分功。
一、有用功和无用功
1.有用功(
W有用):
为了达到目的,人们必须做的对人们有用的功.
若用滑轮组提升钩码，不得不克服动滑轮本身所受的重力以及摩擦力等因素的影响而多做一些功，
而做的功（对目的没有用，但不得不做的功）。
W有用=G.h
在上面的实验中，克服钩码的重力所做的功就是有用功：
2.额外功(W额外)
:人们并不需要但为了达到目的又不得不做的功.
3.总功（W总）：有用功跟额外功的总和叫总功。（使用机械时。动力所做的功）。
W总=W有+W额
一、有用功和无用功
想一想
用水桶从井中提水的时候，所做的功哪部分是有用功，哪部分是额外功?
提水所做的功是有用功；提水桶所做的功是额外功。
如果桶掉到井里，从井里捞桶的时候，捞上的桶里带了一些水，这种情况下哪部分是有用功，哪部分是额外功?
提水桶所做的功是有用功；提水所做的功是额外功。
判断有用功和额外功，一定要清楚目的。
一、有用功和无用功
1.定义：有用功跟总功的比值叫做机械效率。
2.公式：
3.意义：
表示机械做功时，有用功在总功中所占的比例，是机械性能的重要指标。
4.因为
W有用
<
W总
，所以，
η
<
1。
机械效率一般用百分数表示，没有单位
二、机械效率
5.一些机械的机械效率
柴油机:28%～40%
起重机:40%～50%
抽水机:60%～80%
6.怎样才能提高机械的效率
减少额外功
改进结构，使其合理、轻巧
经常保养、定时润滑，减小摩擦
二、机械效率
实验
弹簧测力计、刻度尺、铁架台、滑轮、细线、钩码。
实验原理
η
=
W有
W总
=
Gh
Fs
实验器材
测量滑轮组的机械效率
注意事项
竖直向上、缓慢拉动弹簧测力计
二、机械效率
观看视频，了解实验过程
视
频
二、机械效率
影响滑轮组机械效率的因素
1、物重
2、动滑轮重
3、摩擦、绳重
动滑轮重一定，物重越大，机械效率越高。
物重一定时，动滑轮越重，机械效率越低。
轮与轴及轮与绳之间的摩擦力越小，绳重越小，机械效率越高。
二、机械效率
课堂小结
滑
轮
机械效率
有用功：对人们有用的功，用W有表示。
绕线方法：奇动偶定，
从里向外。
额外功：人们不需要但又不得不做的功，用W额表示。
有用功与额外功之和是总，用W总表示。
有用功与额外功
定义：有用功跟总功的比值。
表达式：
三者的关系:W总=
W有+
W额
η
=
W有
W总
1、关于机械效率的说法中正确的是（
）
C
A、越省力的机械，效率越高
B、做有用功越多的机器，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
课堂检测
2.（2020凉山）关于功率、机械效率，下列说法正确的是（　　）
A.
做功越多的机械，其功率就越大
B.
越省力的机械，其功率就越小
C.
做功越慢的机械，其机械效率就越低
D.
有用功与总功的比值越大的机械，其机械效率就越高
D
课堂检测
3.（2020凉山）关于功率、机械效率，下列说法正确的是（　　）
A.
做功越多的机械，其功率就越大
B.
越省力的机械，其功率就越小
C.
做功越慢的机械，其机械效率就越低
D.
有用功与总功的比值越大的机械，其机械效率就越高
D
课堂检测
4.（2020抚顺）（多选）如图所示，小吉用200N的拉力，在4s内将重500N的物体匀速提高2m。不计绳重及摩擦，下列说法正确的是（　
　）
A．动滑轮重为100N
B．滑轮组的机械效率为62.5%
C．拉力做功为1000J
D．拉力的功率为300W
A
D
课堂检测
5.一台起重机将重3
600
N的货物提高4
m,起重机做的有用功是多少？如果额外功是9
600
J，总功是多少？机械效率是多少？起重机所做的额外功是由哪些因素引起的？
答：起重机做的有用功是1.44×104J，总功是2.4×104J，机械效率是60%，起重机所做的额外功是由绳重、摩擦、动滑轮重等因素引起的。
课堂检测
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《12.3
机械效率》学案
【学习目标】
1．能结合实例分析什么是有用功、额外功和总功。
2．明确机械效率是描述做功效率的物理量。能利用机械效率的公式进行简单的计算。
3．能设计实验，测定某种简单机械的机械效率。
【课堂合作探究】
生活中我们常常会遇到“效率”这个词。如：
小明家最近买了一处新楼房，家在三楼。想把洗手间、厨房装修一下，需把沙子运到三楼。请同学们根据需要，选择器械帮助小明家解决这个问题，看看哪个小组选的办法最好？
三种方法供参考：第1种是人直接提着沙子上楼；第2种是把沙子放进桶里，人通过动滑轮把沙子拉上楼；第3种是把沙子放进质量较小的袋子里，人通过动滑轮把沙子拉上楼。
一、有用功和无用功
实验探究：使用动滑轮是否省功？
在如图甲所示，用弹簧测力计将钩码缓慢提升一定的高度，计算拉力做的功。设钩码重为G
，提高h的高度。所做的功为：
在如图乙所示，利用动滑轮把同一个重为G的物体，提高h的高度。动力所做的功为：
如果忽略动滑轮重和滑轮与绳子间的摩擦：
结论：
但是，在使用动滑轮的时候，还得克服动滑轮的重力，以及绳子与滑轮之间的摩擦做功。所以，使用机械不能省功，还需要额外多做一部分功
有用功(
W有用):
.额外功(W额外)
:
总功（W总）：
用水桶从井中提水的时候，所做的功哪部分是有用功，哪部分是额外功?
如果桶掉到井里，从井里捞桶的时候，捞上的桶里带了一些水，这种情况下哪部分是有用功，哪部分是额外功?
机械效率
定义：
公式：
3.意义：
4.因为
W有用
<
W总
，所以，
。
5.一些机械的机械效率
6.怎样才能提高机械的效率
实验：测量滑轮组的机械效率
实验原理：
实验器材：
注意事项：
影响滑轮组机械效率的因素
【课堂小结】
1、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、做有用功越多的机器，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
2.（2020凉山）关于功率、机械效率，下列说法正确的是（　　）
A.
做功越多的机械，其功率就越大
B.
越省力的机械，其功率就越小
C.
做功越慢的机械，其机械效率就越低
D.
有用功与总功的比值越大的机械，其机械效率就越高
3.（2020凉山）关于功率、机械效率，下列说法正确的是（　　）
A.
做功越多的机械，其功率就越大
B.
越省力的机械，其功率就越小
C.
做功越慢的机械，其机械效率就越低
D.
有用功与总功的比值越大的机械，其机械效率就越高
4.（2020抚顺）（多选）如图所示，小吉用200N的拉力，在4s内将重500N的物体匀速提高2m。不计绳重及摩擦，下列说法正确的是（　
　）
A．动滑轮重为100N
B．滑轮组的机械效率为62.5%
C．拉力做功为1000J
D．拉力的功率为300W
5.一台起重机将重3
600
N的货物提高4
m,起重机做的有用功是多少？如果额外功是9
600
J，总功是多少？机械效率是多少？起重机所做的额外功是由哪些因素引起的？
【达标训练】
一、单选题
用如图甲所示的滑轮组缓慢提升不同物体，每次物体被提升的高度均为，滑轮组的机械效率与物体受到重力的关系如图乙所示不计摩擦，下列分析正确的是?
?
A.
动滑轮的重力为5N
B.
该滑轮组的机械效率可以达到
C.
滑轮组的机械效率越高，拉力做功越少
D.
每次提升重物时，滑轮组做的额外功为5J
如图所示，物体在沿斜面向上拉力的作用下，从倾角为的斜面底端匀速拉到斜面的顶端，已知物体所受重力为G，斜面的机械效率为，若物体受到的拉力和摩擦力分别用F和f表示，则
A.
??
B.
??
C.
??
D.
??
影响滑轮组机械效率大小的主要因素是
A.
重物移动距离的大小
B.
动力作用点移动距离的大小
C.
动滑轮的总重与摩擦力的大小
D.
定滑轮的个数与摩擦力的大小
如图所示，小明用桶把一些沙子运上三楼。在此过程中
A.
小明克服自身重力所做的功是总功
B.
小明克服沙子重力所做的功是有用功
C.
小明克服沙子重力所做的功是额外功
D.
小明克服桶的重力所做的功是有用功
如图所示，某同学使用动滑轮把的重物匀速提升了，所用的拉力是。下列说法正确的是
A.
机械效率是
B.
有用功是
C.
额外功是
D.
总功是
如图为“测滑轮组机械效率”的实验。在弹簧测力计拉力作用下，重6N的物体2s内匀速上升，弹簧测力计示数如图示不计绳重与摩擦。下列说法错误的是
A.
弹簧测力计的拉力是
B.
物体上升的速度为
C.
弹簧测力计拉力的功率为
D.
滑轮组的机械效率约
如图所示，用30N的拉力F沿水平方向拉绳子的一端，使重400N的物体A以的速度沿水平地面向左匀速运动了10s，已知滑轮组的机械效率为，则此过程中
A.
绳子自由端移动的距离为1m
B.
滑轮组对物体A的水平拉力为90N
C.
拉力F的功率为3W
D.
拉力F所做的有用功为72J
如图所示，用滑轮组提升重物时，重400N的物体在10s内匀速上升了1m。已知拉绳子的力F为250N，则提升重物的过程中
A.
做的总功是400J
B.
拉力F的功率是25W
C.
绳子自由端被拉下1m
D.
滑轮组的机械效率是
二、计算题
如图所示，每个滑轮均重50N，拉着重450N的物体以的速度上升，拉力F的功率是不计绳重，求：
拉力F的大小
滑轮组的机械效率
货物上升4m过程中，克服摩擦力做的功。
如图所示，用汽车通过滑轮组以的速度匀速拉起深井中的物体A时，对绳的拉力为，的功率为；第二次以的速度匀速拉起物体B时，对绳的拉力为，的功率为已知，，若不计摩擦、绳重等，则
动滑轮重为多少？
在这两个过程中，滑轮组的最大效率是多少？
如图所示，利用滑轮组水平均匀拉动放在水平地面上质量为的物体，物体与地面的接触面积为，物体3s内移动的距离为，拉力，A点的拉力为2N。求：
物体对地面的压强。
拉力F的功率。
滑轮组的机械效率结果保留到小数点后一位。
用如图所示滑轮组在15s内将重1000N的物体匀速上升了3m，人用的拉力F为600N，不计绳重和摩擦力。求：
动滑轮的重；
人所做的功；
滑轮组的机械效率。
参考答案
1.D【解析】A.由图乙可知，提升物重时，滑轮组的机械效率，
不计绳重和摩擦，滑轮组的机械效率，
解得动滑轮重力：，故A错误；
B.使用滑轮组时，需要提升动滑轮做额外功，使得有用功小于总功，滑轮组的机械效率总小于，故B错误；
C.滑轮组的机械效率越高，说明有用功与总功的比值越大，拉力做功不一定少，故C错误；
D.由题知，利用滑轮组每次物体被提升的高度均为，提升动滑轮上升的高度也都是，则每次提升重物时，不计绳重和摩擦，滑轮组做的额外功都为：，故D正确。
故选D。??
2.B【解析】有用功：，拉力做的功为总功：；
由倾角为的斜面可得，
斜面的机械效率：，
代入数据，，解得；
额外功就是克服摩擦所做的功：，
由，约去L，
所以可得；，
故选：B。
根据公式进行分析，有用功是指克服物体本身重力做的功，；总功是指拉力F做的功，，由倾角为的斜面可得。
此题考查了学生对斜面机械效率的理解，关键是分清有用功和总功的计算。
3.C【解析】
机械效率等于有用功和总功的比值，即，影响机械效率的主要方面在有用功和额外功占得比例大小，所以影响滑轮组机械效率的因素有：提升物体的重力、动滑轮重力、绳子重力和摩擦。
综上所述，故ABD错误，C正确。
故选C。??
4.B【解析】小明用桶把一些沙子运上三楼，对克服沙子重力做的功为有用功；为了提升沙子不得不克服自身重力、克服桶的重力所做的功为额外功；
克服沙子重力做的功、克服自身重力、克服桶的重力所做的功之和为总功。
可见，B正确、ACD错。
故选：B。
5.B【解析】有用功：，故B正确；
由图知，则拉力端移动的距离：，
总功：，故D错误；
额外功：，故C错误；
机械效率：，故A错误。
故选：B。??
6.C【解析】解：A、由图可知，弹簧测力计的分度值为，弹簧测力计的示数为，故A正确，不符合题意；
B、物体上升速度，故B正确，不符合题意；
C、由图知，，拉力端移动距离，
拉力做功，
拉力做功的功率：，故C错误，符合题意；
D、有用功；
滑轮组的机械效率：，故D正确，不符合题意。
故选：C。
7.D【解析】A、由图可知，连接动滑轮绳子的股数，绳子自由端移动的速度，
则绳子自由端移动的距离，故A错误；
B、由可得，物体A受到的摩擦力，由于物体A匀速运动，所以滑轮组对物体A的水平拉力等于物体A受到的摩擦力，大小为72N，故B错误；
C、因为，所以拉力F做功的功率：，故C错误；
D、拉力所做的有用功，即克服物体A与水平面之间的摩擦力做的功，故D正确。
故选：D。
8.D【解析】解：
AC、由图知，动滑轮绳子段数，则绳子自由端移动的距离：，故C错误；
拉力做的总功：，故A错误；
B、拉力F的功率：，故B错误；
D、有用功：，
滑轮组的机械效率：，故D正确。
故选：D。
9.【答案】由图可知，，则绳子移动的速度：，
由可得，
拉力：
滑轮组的机械效率：
拉力做的有用功：，
提升动滑轮做功：，
由可得总功：，
克服摩擦力做的功：。
10.【答案】解：
由图知，有3段绳子绕过动滑轮拉重物，即，
不计摩擦、绳重，提升A物体时的拉力：；
的功率：，
同理可得，的功率：，
依题意可得：：：-----，且------
联立代入数据解得：；
?设拉起重物的高度为h，则将重物匀速提升h所做的有用功：，
不计摩擦、绳重等，做的额外功为；
同一滑轮组，提升的物体越重，机械效率越高，因为第二次物体重力大，所以机械效率高，
所以，在这两个过程中，滑轮组的最大效率为：
。
答：动滑轮重为600N；
在这两个过程中，第二次物体重，机械效率高，机械效率为。
11.【答案】解：物体对地面的压力，
物体对地面的压强；
图中，物体3s内移动的距离为，则绳子的自由端移动的距离，
拉力F做的功，
拉力F的功率；
有用功，
滑轮组的机械效率。
答：物体对地面的压强为800Pa。
拉力F的功率为。
滑轮组的机械效率为。
12.【答案】解：
由图可知，，不计绳重和摩擦，拉力，则动滑轮重：
；
人的拉力端移动距离：，
人拉力做功总功：
；
人拉力做的有用功：
；
滑轮组的机械效率：
。
答：动滑轮的重为200N；
人所做的功为3600J；
滑轮组的机械效率为。
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