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第五節(jié) 機械效率
第十章 機械與人
要把重100N的沙子運上三樓。下圖畫了三種辦法。
哪種辦法最好，哪種辦法最不好？
情景分析
思考
人提沙子做功
對沙子做功
對桶做功
W1 = 600 J
克服自重做功
總功 3120J
額外功2520 J
沙子重100 N 人體重400 N 動滑輪重10 N
桶重 20 N 口袋重 5 N 地面到三樓高 6 m
W2 = 120 J
W3 = 2400 J
有用功600 J
情景分析
對沙子做功
W1 = 600 J
對桶做功
對動滑輪做功
有用功600J
額外功180J
沙子重100 N 人體重400 N 動滑輪重10 N
桶重20 N 口袋重5 N 地面到三樓高6 m
人拉滑輪利用桶做功
W2 = 120 J
W3 = 60 J
總功 780 J
情景分析
對沙子做功
對口袋做功
對動滑輪做功
人拉滑輪利用口袋做功
沙子重100 N 人體重400 N 動滑輪重10 N
桶重20 N 口袋重5 N 地面到三樓高 6 m
W1 = 600 J
W2 = 30 J
W3 = 60 J
有用功600J
額外功90J
總功 690 J
這種辦法最好！
情景分析
額外功
在做有用功的同時，人們不需要但又不得不做的功，叫做額外功。
有用功
我們要做的，必須做的功，叫做有用功。
實現(xiàn)目的而做的功
克服機械自身的重力和摩擦等而做的功
有用功加額外功是總共做的功，叫總功。
即：W總=W有用+W額外
總 功
動力對機械所做的功
G
F
提升重物是目的，是有用功。
要達到目的，完成有用功，必須施加力 F 對滑輪做功，是總功。
提升重物，要克服滑輪重力和
摩擦而額外做功，否則不能完成任務(wù)。這個功不是目的而又不得不做，是額外功。
例如：滑輪
認識機械效率
在使用機械工作時，有用功在總功中所占份額越多越好。它反映了機械的一種性能，物理學(xué)中表示為機械效率。
1．定義：有用功和總功的比值。
2．公式：
3．用百分數(shù)表示。
用如圖所示的滑輪組,將重1200 N的物體A在100 s的時間里勻速豎直提升10 m,已知此過程中,拉力F做功的功率為150 W。不計繩重和摩擦。求:
(1)拉力F所做的有用功。
(2)拉力F所做的總功。
(3)拉力F的大小。
(4)滑輪組的機械效率η。
思考
[答案]解：
(1)提升重物過程中拉力F做的有用功:
W有=Gh=1200 N×10 m=12000 J。
(2)拉力做的總功:W總=Pt=150 W×100 s=15000 J。
(3)由圖知,n=3,繩端移動的距離:
s=3h=3×10 m=30 m,
由W總=Fs得,拉力:F===500 N。
(4)滑輪組的機械效率:η=×100%=×100%=80%。
實驗原理
實驗器材
注意事項
彈簧測力計、刻度尺、
鐵架臺、滑輪、細線、鉤碼。
豎直向上，緩慢拉動測力計。
實驗探究
滑輪組的機械效率
G/N h/m F/N s/m W有/J W總/J η
1
2
3
F
實驗1 保持動滑輪重一定，改變鉤碼重力
結(jié)論：動滑輪重一定，物重越大，機械效率越高。
G/N h/m F/N s/m W有/J W總/J η
1
2
實驗2 保持鉤碼重力一定，改變動滑輪重。
結(jié)論：物重一定，動滑輪越重，機械效率低。
F
F
影響滑輪組機械效率的因素
摩擦、繩重（輪與軸及輪與繩之間）
（減小摩擦可以減少額外功，提高機械效率）
如：加強機械運動部位的潤滑、采用輕質(zhì)細繩
物重
（物重增加，機械效率提高）
動滑輪重
（動滑輪重減小，機械效率提高）
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在“測滑輪組機械效率”的實驗中，用同一滑輪組進行兩次實驗，實驗數(shù)據(jù)如下表：
⑴此實驗所用滑輪的個數(shù)至少是____個，其中動滑輪有_____個。
⑵第一次實驗測得滑輪組的機械效率為________，第二次實驗時滑輪組的機械效率______第一次的機械效率（選填“大于”“小于”或“等于”）
次數(shù) 鉤碼重/N 鉤碼上升高度/cm 彈簧測力計示數(shù)/N 彈簧測力計移動距離/cm
1 2 10 0.8 40
2 5 5 1.5 20
3
2
62.5%
大于
思考
課堂小結(jié)

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