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11.3 如何提高機械效率
第十一章 機械功與機械能
知識點
有用功、額外功、總功
知1－講
1
為了把一袋沙子運送到高處，我們采取了下面幾種方法，請找出有用的功和無用的功。
用滑輪組豎直提升物體時三種功的計算：
W有用＝G物 h。W額外＝G動 h＋fh。W總＝Fs＝Fnh。
知1－講
提升 方法 用杠桿把沙子提升 h 用定滑輪把沙子提升h
用滑輪組把沙子提升h
有用 的功 把沙子提升h所做的功
知1－講
無用的功 克服杠杠自身重力做的功 克服繩子與定滑輪摩擦做的功 克服動滑輪重力及繩子與滑輪摩擦做的功
總共做的功 動力對機械做的功＝有用的功＋無用的功 續表：
知1－講
1. 有用功：我們提升物體所做的功。是我們需要的、有價值的功，符號為 W有用。
2. 額外功：使用機械時，克服機械自重和摩擦力等所做的功。是對人們既無利用價值又不得不做的功，記作 W額外。
知1－講
3. 總功：動力對機械做的所有功叫做總功，記作W總。
在使用機械時，W總＝W有用＋W額外，W總＞ W有用。
在使用機械做功時，人們總是希望有用功越多、額外功(總功)越少越好，即有用功占的比例越大越好。
知1－講
深度理解
額外功產生的兩種情況：
(1) 提升重物時,克服機械自重、容器重力等做的功。
(2)克服機械構件之間的摩擦做的功。
知1－練
例 1
小明在超市從貨架上拿起一個水杯并購買。到家他用這個水杯喝水，在水杯里倒滿水后，他從桌面上拿起水杯。則他兩次拿起水杯的過程中(　　)
A. 對水杯所做的功都是有用功
B. 對水杯所做的功都是額外功
C. 購買水杯時，對水杯所做的功是有用功
D. 喝水時，對水杯所做的功是有用功
知1－練
解題秘方：對有用功、額外功和總功的判斷要結合情景，根據我們做功的目的進行判斷。
解析：小明買水杯，從貨架上拿起一個水杯，克服水杯重力做的功是有用功；他用這個水杯喝水，在水杯里倒滿水后，他 從桌面上拿起水杯，目的是端水，因此對水做的功為有用功，克服水杯重力做的功是額外功，故C正確。
答案：C
知1－練
1. 小麗和小華分別用如圖所示的①②兩種方式將重 100 N 的沙子從一樓運上三樓。小麗將沙子
運上三樓做的有用功為______J；小
華將沙子運上三樓做的額外功是指
對___________做的功。
(不計繩重和摩擦)
600
動滑輪和桶
知2－講
知識點
機械效率
2
1. 定義 物理學中，把有用功跟總功的比值叫做機械效率，用η表示。
2. 公式η＝×100%。
3. 特點 對于實際的機械，因額外功的存在，機械效率總小于100%。
知2－講
概念辨析
機械效率和功率是兩個完全不同的物理量，二者之間沒有直接的聯系，功率大的機械做功快，但機械效率不一定高；機械效率高的機械，性能好些，做功時的利用率較高，但功率不一定大。
知2－練
[中考·重慶] 如圖1所示，是小智同學在勞動實踐基地體驗的場景。他用160 N 的拉力將
重240 N 的重物勻速提升2 m，用
時10 s，此過程中重物上升的速度
為_______m/s，滑輪組的機械效率
為_______。
例 2
0.2
75%
知2－練
解題秘方：對利用題中已知條件可先求出物理量 W有用、W總，再利用η＝×100％求機械效率。
知2－練
解析：小重物上升的速度v＝＝＝0.2 m/s；滑輪組由 2股繩子承擔物重和動滑輪重，則繩子自由端移動的距離 s＝2h＝2×2 m＝4 m，拉 力做的總功 W總＝Fs＝160 N× 4 m＝640 J；拉 力做的有用功 W有用 ＝Gh＝240 N×2 m＝
480 J；滑輪組的機械效率 η＝×100％＝× 100％ ＝75％。
知2－練
2. [中考·婁底] 如圖所示，重 6 N的物體在F＝2 N的水平拉力作用下，以10 cm/s的速度向左勻速運動了5 s，已知物體所受的摩擦力為3 N， 則拉力做的功為_______J，動滑輪的機械效率為_______。
2
75%
知3－講
知識點
測算滑輪組的機械效率
3
1. 探究滑輪組機械效率的影響因素
(1)實驗原理：η＝×100％＝
×100％。
(2)測量裝置：如圖2甲、乙、丙所示。
知3－講
(3)進行實驗
① 探究滑輪組機械效率與所提升物體重力的關系：如圖甲、乙，用相同的滑輪組提升重力不同的物體。
②探究滑輪組機械效率與動滑輪重力的關系：如圖乙、丙，用不同的滑輪組提升相同的物體。
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(4)數據記錄
實驗 序號 物體重力 G物/N 物體上升的 高度h/m 繩的自由端的 拉力 F/N 繩的自由端移動的距離s/m 機械
效率
η
甲 4 0.1 1.6 0.3 83.3%
乙 8 0.1 3.1 0.3 86.0%
丙 8 0.1 2.5 0.4 80%
知3－講
(5)實驗結論：滑輪組的機械效率與所提升物體的重力、動滑輪的重力有關。在滑輪組相同時，所提升物體越重，機械效率越大；在提升的物重相同時，動滑輪越輕，機械效率越大。
知3－講
實驗點撥
測量原理，要細化到能夠直接測量的物理量：機械效率等于有用功和總功的比值，但是有用功和總功，是不能直接測量的。我們根據功的計算公式，推導出W有用＝G物h、 W總＝Fs，從而把不能直接測量的功，轉化為可以直接測量的力和距離。
知3－講
2. 提高機械效率的方法
(1)增加有用功：對于滑輪組而言，適當增大物重。同一滑輪組，提起的物體越重，它的機械效率越高。
(2)減小額外功：(對于滑輪組而言)
①減小摩擦：減小滑輪的輪與軸間的摩擦，主要采用加潤滑油的方法。②減輕機械自身的重力：一是減小動滑輪的重力，二是減小繩子的重力。采取的主要措施是選用輕質材料制成的動滑輪和繩子。
知3－講
知識擴展
與滑輪組機械效率無關的因素：
由η＝×100% ＝×100%＝×100%可知，滑輪組的機械效率與物體被提升的高度無關。
由此可見沒有刻度尺測量距離時，可根據繞繩股數計算滑輪組機械效率。
知3－練
如圖3所示，用同一滑輪(G滑＜G物)按甲、乙兩種方式勻速提升同一物體到相同的
高度，繩重和摩擦均忽略不計，
兩種方式所做的有用功 W有用甲
________ W有用乙，機 械效率
η甲______η乙。（均填“＞”
“=”或“＞”)
例 3
=
＞
知3－練
解題秘方：由公式η＝＝可知，當 額外功一定時，機械做的有用功越多 , 機械效率越高。當機械所做的有用功一定時 , 機械做的額外功越少 , 機械效率越高。
知3－練
解析：甲、乙兩種方式所做的有用功是克服同一物體重力做的功，物體被提升的高度相同時，有用功是相同的，但乙方式中還要克服動滑輪的重力做額外功，繩重和摩擦忽略不計，則乙方式比甲方式做的總功要多，結合機械效率公式η＝×100%可知，有用功相同時，總功越大的，機械效率越小，所以η甲＞η乙。
知3－練
3. [鶴壁期末] 如圖，在測滑輪組機械效率實驗中，每個鉤碼完全相同，用同一滑輪組分別將鉤碼(組)勻速提升相同高度，不計繩重和摩擦，對動滑輪重
力做的功是_______(填“有用功”或
“額外功”)，滑輪組機械效率η甲______
(填“＜”“＞”或“＝”)η乙，由此可
知，可以采用_____________________
的方法來提高滑輪組的機械效率。
額外功
＜
增加所提升物體的重力
如何提高機械效率
機械
效率
有用功
特點
無單位
影響因素
總小于1
公式
η＝×100%
總功＝有用功＋額外功

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