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第三節 機械效率
第十一章 　簡單機械
知1－講
感悟新知
知識點
有用功、額外功和總功
1
1. 使用機械不省功
感悟新知
知1－講
歸納總結
使用機械不省功的原因：在使用機械時，除了對物體做功外，還需要克服機械自重或機械間的摩擦而做功，所以與直接拉動物體相比，使用機械并不省功。
感悟新知
知1－講
方法點撥
歸納法：通過歸納杠桿、滑輪、斜面等常見的簡單機械，結合原因分析，得出使用任何機械都不能省功的結論。這是物理學中常用的研究方法。
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2. 功的分類
知1－講
有用功 W 有 對人有用的功
額外功 W 額 對人無用但不得不做的功
總功 W 總 動力對機械所做的功
關系 W 總 =W 有 +W 額
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3. 滑輪組在使用時的功的分類
知1－講
豎直提升物體 水平拉動物體 提水中的物體 倒拉動滑輪上的物體
圖例
感悟新知
(續表)
知1－講
有用功 W有=G物h W 有 =fs 物 W有=（G物-F浮） h W 有 =G 物 h
額外功 W額=G動h +W 摩 W 額 =W 摩 W 額 =G動h+W 摩 W額 = G 動 h+W 摩
總功 W=Fs =Fnh W=Fs 繩 =Fns 物 W=Fs=Fnh W=Fs= Fh
感悟新知
深入思考 克服摩擦做的功一定是額外功嗎？
知1－講
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知1－講
深度理解
如圖1，使用滑輪組水平拉物體時，克服物體和桌面間的摩擦做的功是 W 有；克服輪和軸間摩擦做的功是 W 額；繩對滑輪的摩擦力等于拉力，故其做的功為W 總。
知1－練
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小明在超市從貨架上拿起一個水杯并購買。到家后他用這個水杯喝水，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
例1
知1－練
感悟新知
解析： 小明買水杯時，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，因此此時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。
解題秘方：從實際情境中理解有用功、額外功和總功是解答本題的關鍵。
答案：C
知1－練
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1.兩 個人 用 相 同 的 水桶從同一處提水，給同樣距離處、相同的水缸注滿水。其中一個人每次都將水桶裝滿，另一個人每次都不裝滿，則兩個人做功的大小情況是( )
A．裝滿水桶者做的功多
B．不裝滿水桶者做的功多
C．兩個人做的功一樣多
D． 裝滿水 桶者做的有用功多
B
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知2－講
知識點
機械效率的大小
2
1. 機械效率
(1)意義：衡量機械的好壞。
(2)定義：有用功 W 有和總功 W 總之比。
(3)公式： η = ×100％。
(4)理解： ①機械效率是一個比值，所以無單位；②任何機械的機械效率都小于 1。
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2. 機械效率其他表達式
η = ×100％= ×100％= ×100％
知2－講
感悟新知
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，性能好一些，做功時的利用率較高，但功率不一定大。
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知2－講
3. 滑輪組的機械效率
類型 圖示 機械效率
滑輪組豎直提升物體 η = ×100％= ×100％= ×100％
滑輪組水平拉物體 η = ×100％= ×100％= ×100％
感悟新知
知2－講
深入思考 滑輪組豎直提升重物時，如果不計繩重和摩擦（半
理想滑輪），其機械效率表達式是什么？
深度理解
η = ×100％= ×100％=×100％
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知2－練
[ 二模·銀川 ] 為了提升城市品位，銀川市中心城區對部分市政道路分批次實施海綿提升改造工程，
工人師傅常用如圖 2 所示的簡易滑輪組提升建筑材料。在某次提升重物時，用 F=250 N 的拉力，把 G=400 N的物體在 10 s 內勻速提升 2 m，不計繩重和摩擦，拉力做的有用功為 _______J，滑輪組的機械效率為______ 。
例2
800
80％
知2－練
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解 題 秘方： 明確本題中的有用功和總功，再結合機械效率的公式進行計算。
解析： 拉力做的有用功 W 有=Gh=400 N×2 m=800 J；由圖知，n=2，滑 輪 組 的 機 械 效 率
η = ×100 ％ = ×100 ％ = ×100％ =
×100％ = ×100％ =80％。
知2－練
感悟新知
2.如 圖 所 示，用 8 N的 拉 力 F 將 重 60 N的 物 體 勻 速 向 左 拉 動0.1 m，已 知 物 體 與 地面 間 的 摩 擦 力為 物 重的 0.3 倍，此 過 程中，繩 子自由 端 移 動 的 距離 為 ________m， 此時滑輪組的機 械 效率為________ 。
0.3
75%
知3－講
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知識點
影響滑輪組機械效率大小的因素
3
1. 測量滑輪組的機械效率
實驗原理 η = ×100％ = ×100％
實驗裝置
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(續表)
知3－講
實驗步驟 (1)用彈簧測力計測量出鉤碼的重力 G；
(2)按裝置圖把滑輪組安裝好，并記下鉤碼和繩子末端的位置；
(3)豎直向上勻速拉動彈簧測力計，使鉤碼上升，讀出彈簧測力計的示數 F，并用刻度尺測出鉤碼上升的高度 h和繩子末端移動的距離 s；
(4)分別算出有用功 W 有、總功 W 總和機械效率 η，將各項數據填入下表；
(5)增加被提升鉤碼的個數，重復步驟(2)( 3)(4)
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知3－講
序號 鉤碼重G/N 鉤碼上升的高度h/m 有用功W有/J 繩端的拉力F/N 繩端移動的距離 s/m 總功W總 / J 機械效率
1 10 0.1 1 4.2 0.3 1.26 79.4％
2 15 0.1 1.5 6.0 0.3 1.8 83.3％
3 20 0.1 2 7.5 0.3 2.25 88.9％
數據記錄
實驗結論 使用同一滑輪組提升不同的重物時，重物越重，滑輪組的機械效率越大
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深度思考 為什么要緩慢勻速拉動彈簧測力計？
知3－講
深度理解
只有勻速直線拉動繩子時對物體的拉力才等于物體重力，有用功才滿足 W 有= G 物h。
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2. 提高滑輪組機械效率的方法
小結 提高滑輪組機械效率的方法：（1）減輕動滑輪質量、
加潤滑油減小摩擦，這些方法可以減少額外功，提高機械
效率；（2）增加提升物體的重力，在額外功不變的情況下，
增大有用功， 從而提高機械效率。
知3－講
感悟新知
知3－講
深度理解
同一滑輪組，G動相同，G 物越大， η 越大，不計繩重加摩擦：
η = ×100％= ×100％ = ×100％ =×100％
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小文為探究滑輪組的機械效率，設計了如圖 4 甲、乙所示的創新實驗裝置(每個動滑輪重力相同)，整個裝置固定在帶有刻度的支撐背景板上，帶繞線輪的電機可通過轉動拉起重物，壓力傳感器可測出繩子自由端的拉力。
例3
知3－練
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實驗步驟：①在圖甲中動滑輪下方掛上鉤碼，
記錄重力 G 物，標記物體的位置；
②閉合電機開關，勻速提升重物 0.05 m，斷開開關，記錄拉力F 和繩子自由端移動的距離 s；
③改變 G 物重復以上操作，并記錄數據；
④在圖乙中動滑輪下方掛上相同鉤碼，重復步驟①②③；
⑤根據實驗記錄的數據，計算出總動和機械效率，將結果記錄在表格中。
知3－練
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解 題 秘方： 實驗操作中的注意事項：
(1)明確測量原理：η = ×100％。
(2)注意測量過程中要勻速直線拉動繩子自由端。
知3－練
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解析： 第一次實 驗中，滑輪 組機 械 效率
η1 = ×100 ％ = ×100 ％ = ×100％ = ×100％ = ×100％≈ 81.7％ 。
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不同物重、滑輪組對應的部分實驗數據和計算結果：
(1) 請將表格中的數據補充完整。（結果保留到 0.1％）
組別 承擔物重的繩子段數 G 物/N F/N W 總/J η
1 n=3 1.96 0.80 0.120 ______
2 3.92 1.51 0.227 86.5％
3 5.88 2.20 0.330 89.1％
4 n=4 1.96 0.63 0.126 77.8％
5 3.92 1.22 0.244 80.3％
6 5.88 1.75 0.350 84.0％
81.7％
知3－練
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解析： （2）由實驗 1、2、3 或實驗 4、5、6 可知，同一滑輪組， 提升重物越重，機械效率越高；由實驗 1、4 或實驗2、5 或實驗 3、6 可知，提升物重相同時，動滑輪重力越小，機械效率越高；綜合得出：滑輪組機械效率與動滑輪重力及提升物體的重力有關，動滑輪重力越小，提升物重越重，滑輪組機械效率越大。（3）與圖丙相比，該創新實驗裝置的優點是板上有刻度，方便直接讀出物體升高高度；電機可勻速提升物體；
壓力傳感器可精確測出拉力大小且讀數方便。
知3－練
感悟新知
(2) 根據表中數據可得出的結論是_______________________________________________________________________________________________。
(3) 與 圖 丙 裝 置 相 比，該 創 新 實 驗 裝 置 的 優 點是 ______________________________________________________________________________________________（寫出兩點）。
滑輪組機械效率與動滑輪重力及提升物體的重力有關，動滑輪重力越小，提升的物重越重，滑輪組機械效率越大
板上有刻度，方便直接讀出物體升高高度，電機可勻速提升物體（或壓力傳感器可精確測出拉力大小且讀數方便）
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3.[二模·肇慶 ] 學了機械效率之后，小新用滑輪組研究影響機械效率大小的因素。現有動滑輪、定滑輪各一 個，兩個相同的重物，細線若干。如圖是小新設計的一組滑輪組。
(1)請你幫助小新設計第二組滑輪組，并在下圖繞上線。
解：如圖所示。
知3－練
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(2)實驗中要____________________拉 動 彈 簧 測 力 計，使重物升高。
(3)下表是小新的實驗數據記錄，請將空格補充完整：
勻速豎直
序號 1 2 3
物重G/N 20 20 40
重物升高高度h/cm 1 1 1
______________________ 10 12 22
繩子自由端移動距離s/cm 3 2 2
機械效率η 66.7% _____ 90.9%
拉力的大小F/N
83.3%
知3－練
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(4)分析數據，小新發現：同一滑輪組，提升的重物越重，滑輪組機械效率越_______ 。
高
知3－練
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[ 一模·泰州海陵區 ] 如圖 5 所示，用
相同的滑輪安裝成甲、乙兩種裝置，分別用 FA、FB 勻速提升重力為 GA、 GB 的 A、 B 兩物體，不計繩重和摩擦。若 GA ＞ GB，則η甲 ______η 乙；若 FA=FB，則 GA_____ GB。（均填“＞”“＜” 或“=”）
例4
＞
＜
知3－練
感悟新知
解題秘方：用控制變量的思想比較機械效率大小：
知3－練
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解析： 不計繩重和摩擦，克服物體重力做的功為有用功，克 服物 體重力和動 滑輪重力做的功為總功，則滑輪 組的 機械 效 率 η = ×100 ％ = ×100 ％ = ×100％ = ×100％， 動滑輪的重力相等， 因物體的重力G 越大， 1+ 越小，越大，所以 GA ＞ GB 時， η 甲＞η 乙。 由圖可知， n 甲 =2， n 乙 =3，由 F= （G +G 動）可得，提升物體的重力 G =nF - G 動，則 FA=F B 時，提升物體的重力關系為GA ＜ GB。
知3－練
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4.如圖所 示，甲、乙兩套裝置的動滑輪質量相等，用它們分別將質量相等的物體豎直向上勻速提升相同的高度，所用向上的拉力分別為 F1和 F2，兩 裝 置 的 機 械效率分別為 η 甲和 η 乙，不計繩重及摩擦。則 η 甲_____η 乙， F 1 _____F2。（均 填“ > ”“ < ”或 “ = ”）
＝
＞
機械效率
η=×100％
永遠
小于1
η=×100％
機械效率
提高
方法
增加有用功
減少額外功

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