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12.4 機械效率
第十二章 簡單機械
1. 了解什么是有用功、額外功和總功。
2. 理解什么是機械效率；
3.知道機械效率總小于100%，能認識提高機械效率的意義和途徑。
4.會利用機械效率的公式進行簡計算。
5.會測量滑輪組的機械效率，知道影響滑輪組機械效率的因素。
生活中我們常會強調提高效率，如學習效率、工作效率等。利用機械幫助我們完成某項任務，也會涉及效率問題。那么，機械做功與效率有怎樣的關系呢？
雙臂救援機器人
電動起重機
汽車的方向盤
知識點一：有用功和額外功
如圖所示，在使用動滑輪提升物體時，盡管省力，但需要移動更長的距離。使用滑輪提升物體做的功與不使用滑輪直接提升物體做的功相同嗎？
如圖乙所示，利用動滑輪把同一個重為G的物體，提高 h 的高度。動力所做的功：W2=F′·s
實驗：研究使用動滑輪是否省功
甲 乙
【實驗設計】
如圖甲所示，用彈簧測力計將重物緩慢地提升一定的高度，計算拉力所做的功。設物重為G ，提高的高度為h。所做的功：W1=G·h （ 此時 F=G ）
甲 乙
所以：W1= W2
結論：使用機械做的功和直接用手做的功相等.
【理論分析】
如果忽略動滑輪重和滑輪與繩子間的摩擦：F′=G s=2h
但實際上，在使用動滑輪的時候，還得克服動滑輪的重力，以及繩子與滑輪之間的摩擦做功。所以，使用機械不能省功，還需要額外多做一部分功。
大量實驗表明：使用任何機械都不能省功。
1.有用功 ：我們必須要做的功，叫做有用功。是為了實現目的而做的功。用W有表示。
2.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。克服機械自身（如動滑輪、繩子）的重力和摩擦等而做的功。用W額外表示。
3.總功：有用功與額外功的總和。力對機械做的所有功。用W總表示。
W總= W有+W額外
用水桶從井中提水的時候，所做的功哪部分是有用功，哪部分是額外功？
提水所做的功是有用功；提水桶所做的功是額外功。
如果桶掉到井里，從井里撈桶的時候，撈上的桶里帶了一些水，這種情況下哪部分是有用功，哪部分是額外功？
提水桶所做的功是有用功；提水所做的功是額外功。
判斷有用功和額外功，一定要弄清楚目的。
想想議議
如圖，物體重100N，滑輪重20N，用70N的拉力F將物體提高10m。問總功、有用功、額外功分別為多少？
解：
有用功W有=Gh=100N×10m=1000J
總功W總=Fs=70N×10m×2=1400J
額外功W額外=W總-W有=1400J-1000J=400J
在保證所做有用功一定的情況下，人們總是希望額外功越少越好。即額外功在總功中所占的比例越少越好。物理學中，將有用功跟總功的比值叫做機械效率。
1. 定義：有用功跟總功的比值叫做機械效率。
3. 意義：
表示機械做功時，有用功在總功中所占的比例，是機械性能的重要指標。
4. 特點：因為 W有用 < W總，所以，η < 100%。
機械效率一般用百分數表示，沒有單位。
2. 公式：
知識點二：機械效率
起重機的機械效率是45%，它表示使用起重機提升重物時所做的有用功跟總功的比值是45%，也可以說有用功在總功中占的比例是45%，另外的55％是額外功。
起重機的機械效率是45%，它表示什么意義？
5. 一些機械的機械效率
柴油機：28%～40%
起重機：40%～50%
抽水機：60%～80%
6. 怎樣才能提高機械的效率
減少額外功
改進結構，使其合理、輕巧
經常保養、定時潤滑，減小摩擦
例題 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3.4×104 J，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 = 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
η===0.44=44%
實驗：測量滑輪組的機械效率
實驗原理：
η
實驗器材：
實驗步驟：
實驗1：用同一滑輪組拉動不同鉤碼至同一高度，計算機械效率；
實驗2：用不同滑輪組拉動同一鉤碼至同一高度，計算機械效率。
實驗數據：
次數 鉤碼所受的重力G/N 提升高度h/m 有用功 W有/J 拉力F/N 繩端移動的距離s/m 總功 W總/J 機械效率η
1
2
3
1.動滑輪重一定時，物重越大，機械效率越高。
實驗結論：
滑輪組的機械效率與提升重物的重力有關，不同的滑輪組機械效率不同。
2.物重一定時，動滑輪越重，機械效率越低。
影響滑輪組機械效率的因素：
1.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
2.物重：物重增加，機械效率提高
3.動滑輪重：動滑輪重減小，機械效率提高
有用功跟總功的比值叫做機械效率
機械效率
有用功
對人們有用的必須要做的功
并非我們需要但又不得不做的功
有用功與額外功的總和
機械效率總小于100%
機械效率
額外功
總功
測量滑輪組的機械效率
1.一個水桶掉到了井里，在打撈水桶的過程中，則對水桶做的功叫做__________功，對水做的功叫________功，對水桶和水一共做的功叫_________功。
有用
額外
總
2.關于機械效率的說法中正確的是（ ）
A．越省力的機械，效率越高
B．做有用功越多的機械，效率越高
C．做相同的功，額外功的值越小，則機械效率一定越高
D．做功越快的機械，機械效率越高
C
3．如圖所示，用滑輪組拉動重70N的物體A，在10s內使A在水平方向上移動5m，所用拉力F為20N，地面對A的摩擦力為30N，則A運動速度是　 　m/s，滑輪組所做的有用功是　 　J，滑輪組的機械效率是　 　。
0.5
150
75%
4．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，實驗數據如下表：
⑴此實驗所用滑輪的個數至少是____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（填“大于”“小于”或“等于”）
次數 鉤碼重/N 鉤碼上升高度/cm 彈簧測力計示數/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

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