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第4節 機械效率
第11章 機械與功
教科·八年級物理下冊
第1課時
認識機械效率
情境導入
每過一段時間，要給自行車的車軸和鏈條上機油，汽車也需要定期更換潤滑油。
這樣做的目的是什么？
潤滑油能夠減少摩擦力，提高運動部件的靈活性和運行效率
探究新知
任何機械都不省功，那么會有機械“費功”嗎？
　 通過一動滑輪用 60 N 的拉力提起重為100 N 的重物，使重物提高 2 m。
（1）拉力做多少功？
（2）如用手直接提起做功多少？
s = 2h = 2×2 m = 4 m
W拉 = Fs = 60 N×4 m = 240 J
你發現了什么？
W手 = Gh = 100 N×2 m = 200 J
討論
克服摩擦力所做的功
提升動滑輪所做的功
提升繩子所做的功
使用機械做功時，由于機械本身的自重以及摩擦等因素的影響，需要額外多做一些功。
思考：為什么利用動滑輪做的功大于直接用手做的功呢？
知識點1 有用功和額外功
1. 做功的不同辦法
要把重 100 N 的沙子運上三樓。圖中畫了三種方法，如果是你，你會選擇哪種方法？為什么？
3m
3m
3m
沙子重 100 N
體重 400 N
動滑輪重 10 N
桶重 20 N
口袋重 50 N
3m
3m
3m
沙子重 100 N
體重 400 N
動滑輪重 10 N
桶重 20 N
口袋重 50 N
人提沙子做功
對沙子做功
對桶做功
克服自重做功
人拉滑輪做功
對沙子做功
對桶做功
對動滑輪做功
人拉滑輪做功
對沙子做功
對口袋做功
對動滑輪做功
目的：把沙子運上樓
無論采取哪種方法都必須做的功
方式：沙子裝在桶或口袋里，桶或口袋由人或通過動滑輪提上樓
不需要，但要把沙子運上樓不得不做的功
有用功
額外功
(1)有用功(W有)：為了達到目的，必須做的功。
(2)額外功(W額)：為了達到目的，并非我們所需
要但又不得不做的功。
(3)總功(W總) ：有用功加上額外功是總共做的功。
W總= W有用+ W額外
2. 有用功、額外功和總功
完成下表的空白部分：
做功方式 有用功 額外功 總功
桶裝，手提上樓 100N×6m (400+20)N×6m
桶裝，動滑輪吊運 100N×6m ×(20+10)N×12m
袋裝，動滑輪吊運 100N×6m ×(5+10)N×12m
3120J
780J
690J
目的：把鉤碼提升一定的高度
對鉤碼做功 Gh：
提升繩子所做的功
提升動滑輪所做的功
克服摩擦力所做的功
拉力所做的功
不可避免地多做的功
有用、必須做的功
有用功
額外功
總功
指出圖中動滑輪的有用功、額外功和總功
指出圖中杠桿的有用功、額外功和總功
有用功
總功
額外功：克服杠桿自重及摩擦所做的功
W額外 = G杠桿h杠桿
練習
甲用桶從井中提水，其中對______做的功是有用功，對______做的功是額外功。乙從井中撈水桶，桶中帶有部分水，則對______做的功是有用功，對______做的功是額外功。（均選填“水”或“桶” ）
水
桶
桶
水
知識點2 機械效率
在使用機械工作時，我們希望有用功在總功中所占的比例越大越好。它反映了機械的一種性能，物理學中表示為機械效率。
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定義：有用功跟總功的比值，符號η。
1. 機械效率
η：機械效率
W有用：有用功
W總：總功
有用功總是小于總功，所以機械效率總是小于1。機械效率通常用百分數表示。
注意：
1. 機械效率不是固定不變的，同一機械在不同的做功過程中，機械效率可能會發生變化。
2. 機械效率反映的是有用功在總功中所占比例的大小，與具體做功多少、是否省力無關。
練習
[宜昌中考]下列有關機械做功、功率、機械效率的說法，正確的是（ ）
效率越高的機械，功率越大
做功越多的機械，功率越大
做有用功越多的機械，效率越高
功率越大的機械，做功越快
D
2. 計算機械效率
活 動
3m
3m
3m
沙子重 100 N
體重 400 N
動滑輪重 10 N
桶重 20 N
口袋重 50 N
在圖中三種不同做功方法中，我們已經計算出有用功、額外功和總功。下面計算三種不同方法的機械效率。
做功方式 有用功 額外功 總功
桶+手提 600 J 2520 J 3120 J
桶+動滑輪 600 J 180 J 780 J
袋+動滑輪 600 J 90 J 690 J
19.2%
76.9%
88.2%
均未考慮與摩擦力有關的額外功
例 起重機把質量為 0.5 t 的重物勻速提升了 3 m，而它的電動機所做的功是 3.4×104J，起重機的機械效率是多少？g 取 10 N/kg。
解：起重機勻速提升重物所用的力與物體所受的重力大小相等：
F = G = mg = 0.5×103 kg×10 N/kg = 5×103 N
起重機提升重物所做的功是有用功：
W有用=Fh = 5×103 N×3 m = 1.5×104 J
起重機的電動機所做的功是總功：W總 = 3.4×104 J
因此，起重機的機械效率
指出圖中杠桿的機械效率
指出圖中滑輪組的機械效率
指出圖中滑輪組的機械效率
f 為物體與接觸面間的滑動摩擦力
練習
建筑工地上，起重機吊臂上的滑輪組如圖所示。在勻速吊起重為 4.8×103 N 的物體時，物體 4 s 內上升了 6 m，在此過程中，拉力 F 為 2×103 N。則滑輪組的機械效率為______，拉力 F 的功率為________W。
80%
9×103
生活中的機械效率
生產生活中，人們利用多種方式提高機械效率，但都不能使其達到100%，如起重機的機械效率通常為 40%~50%，抽水機的機械效率是 60%~80%。
練習與應用
1. 用一個動滑輪把重 100 N 的沙袋從地面提到 9 m 高的腳手架上，所用的力是 60 N，那么這一過程所做的總功和有用功分別是多少？這個動滑輪的機械效率是多少？
解：這一過程所做的有用功
W有用 = Gh = 100 N×9 m = 900 J
繩端移動的距離 s = 2h = 2×9 m = 18 m，
則總功 W總= Fs =600 N×18 m = 1080 J。
這個動滑輪的機械效率
2. 用滑輪組把重 720 N 的貨物勻速提高 10 m，滑輪組做的有用功是多少？若此時滑輪組的機械效率為60%，則總功和額外功各是多少
解：滑輪組做的有用功
W有用 = Gh = 720 N×10 m = 7200 J
因為
所以總功
額外功W額外=W總 – W有用
= 1.2×104 J – 7200 J = 4800 J。
3. 用如圖所示的滑輪組將重為 300 N 的物體以 0.1 m/s的速度勻速向上提升 10 s。
（1）若不計動滑輪重、繩重和滑輪與軸間的摩擦，求人對繩的拉力 F。
解：由圖可知，動滑輪上承擔物重的繩子共有2段，即 n = 2，若不計動滑輪重、繩重和滑輪與軸間的摩擦，則人對繩的拉力
3. 用如圖所示的滑輪組將重為 300 N 的物體以 0.1 m/s的速度勻速向上提升 10 s。
（2）實際中動滑輪重為 40 N，人的拉力做功 400 J ，求滑輪組的機械效率及克服繩重和摩擦所做的額外功。
解：物體提升的高度 h = vt = 0.1 m/s×10 s = 1 m
繩端移動的距離 s = nh = 2×1 m = 2 m
滑輪組做的有用功W有用 = G物h = 300 N×1 m = 300 J
克服動滑輪的重力做的功
W動 = G動h = 40 N×1 m = 40 J
則滑輪組的機械效率
克服繩重和摩擦做的額外功
W摩擦=W總 – W有用 – W動 = 400 J – 300 J – 40 J = 60 J
課堂小結
1.有用功(W有用)：為了達到目的，必須做的功。
2.額外功(W額外)：并非我們所需要但又不得不做的功。
3.總功(W總) ：實際做的所有功。
W總= W有用+ W額外
4.機械效率
　 有用功跟總功的比值，通常用百分數表示，且總小于1。

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