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第十二章 簡單機械
12.4 機械效率
1.了解什么是有用功、額外功和總功。
2.能說出機械效率的含義，知道機械效率是小于100%的，了解機械的機械效率。
3.能利用機械效率的公式進行簡計算。
4.通過探究滑輪組機械效率知道其影響因素。
要把一堆沙子運到樓上，你有哪些方法
直接提升物體做功，與使用機械提升物體做功相同嗎？
知識點一：有用功和額外功
對砂子做功
對空桶做功
克服自身重力做功
并不需要做但又不得不做的功
對人們有用必須做的功
3m
3m
他的目的是：
把沙子運上三樓
用水桶提沙子上樓
有用功
額外功
（1）如圖甲，用彈簧測力計將鉤碼緩慢地提升一定高度，計算拉力所做的功。
（2）如圖乙，用彈簧測力計并借助一個動滑輪將同樣的鉤碼緩慢地提升相同的高度，再次計算拉力所做的功。
實驗：使用動滑輪是否省功
G/N h/m W直/J F/N s/m W機/J
0.49 0.1 0.049 0.37 0.2 0.074
實驗結果
有用功
總功
實驗結果表明，盡管使用動滑輪會省力，但由于滑輪本身所受的重力以及摩擦等因素的影響，我們要多做功。
即使用任何機械都不省功。
使用機械時，對物體所做的有用的功。
有用功
使用機械時，人們額外需要做的功。
額外功
有用功與額外功的總和。
總 功
三種功
W總=W有用+W額外
知識點二：機械效率
小明要把重100N的沙子運上三樓。
試一試：試著從做功的角度分析？
計算三種方法需要做的有用功、額外功和總功
做功方式 有用功 額外功 總功
桶狀，手提上樓 100N×6m (400+20)N×6m 3120J
桶狀，動滑輪吊運 100N×6m (20+10)N×6m 780J
袋裝，動滑輪吊運 100N×6m (5+10)N×6m 690J
第3種方法做的額外功最少，選擇第3種方法最好。
我們一定都希望額外功越少越好。
三種不同做功方式中，我們已經計算出有用功、額外功和總功。下面來算算三種不同方式的機械效率。
（一）機械效率
1.定義： 有用功跟總功的比值叫做機械效率。
2.公式：η=
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 < 1。
1.用百分數表示。總小于1，無單位。
注 意
2.物理意義：機械效率表示機械性能高低的物理量， 機械效率越高，機械性能越好。
3.機械效率和功率的區別:
機械效率指有用功占總功的比值；功率表示做功的快慢。二者沒有任何內在聯系性。
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%
一些機械的機械效率
汽油機機械效率22%~27%
噴氣發動機50%～60%
起重機機械效40%~50%
s
h
（二）機械效率的三種類型
類型1. 滑輪組豎直提升重物
如圖，利用滑輪組把重力為G的物體提高h ；F 為動力，s為繩子自由端移動的距離。
①有用功：
W有=Gh
②總 功：
W總=Fs
③機械效率：
η
=
W有
W總
=
Gh
Fs
④額外功：
W額= G動h
（不計繩重和摩擦）
類型2：滑輪組水平拉動物體（不計滑輪及繩重）
使用滑輪組用力F沿水平方向勻速拉動物體，物體與水平面的摩擦力為f， s繩為繩子自由端移動的距離，s物為物體移動的距離。
①有用功：
W有= f s物
②總 功：
W總=Fs繩
③機械效率：
η
=
W有
W總
=
f s物
Fs繩
s繩
s物
f
類型3：用斜面提升物體
如圖，用力F沿斜面把重力為G的物體提高，h為斜面的高度，s為斜面的長度。f 為物體與斜面間的摩擦力。
①有用功：
W有=Gh
②總 功：
W總=Fs
③機械效率：
η
=
W有
W總
=
Gh
Fs
④額外功：
W額= f s
s
f
知識點三：測量滑輪組的機械效率
如何測量滑輪組的機械效率？
提出問題
實驗原理
實驗器材：刻度尺、鉤碼、彈簧測力計、滑輪、鐵架臺、長約2m的細繩
測量的物理量
G：物體的重力
h :物體升高的高度
F :繩子自由端的拉力
s :繩子自由端移動的距離
①用彈簧測力計測量鉤碼所受的重力G并填入表格。
②按照圖甲安裝滑輪組，分別記下鉤碼和繩端的位置。
③如圖乙所示，勻速緩慢拉動彈簧測力計，使鉤碼升高，讀出拉力F的值，用刻度尺測出鉤碼上升的高度h和繩端移動的距離s，將這三個量填入表格。
④算出有用功W有、總功W總、機械效率η并填入表格。
⑤改變鉤碼的數量，重復上面的實驗。
實驗步驟
甲
乙
視頻：測量滑輪組的機械效率
滑輪組 鉤碼重/N 鉤碼上升高度/m 有用功/J 彈簧測力計示數/N 繩子自由端移動距離/m 總功/J 機械
效率
（a） 0.5 0.03 0.015 0.3 0.087 0.026 57.5%
（b） 1 0.03 0.03 0.4 0.091 0.036 88.7%
（c） 1.5 0.03 0.045 0.59 0.086 0.050 88.8%
實驗記錄表
注意事項：在提升鉤碼的過程中，要豎直向上，勻速提升鉤碼。
實驗結論：用同一滑輪組提升重力不同的物體時，機械效率不同，被提升的物體越重，機械效率越高。
(1)物重：同一個滑輪組，提起的物體越重，機械效率越高。
(2)動滑輪重：提起的物重一樣，動滑輪越重，機械效率越低。
(3)摩擦（輪與軸及輪與繩之間）、繩重。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、采用輕質細繩
影響滑輪組機械效率的因素：
F
F
W有
h
=
W有+W額
可知，機械效率越小。
物重一定，升高相同高度，則有用功不變，動滑輪越重時，額外功越多，根據
影響因素 分析 改進措施（提高效率）
被提升物體的重力 同一個滑輪組，被提升物體的重力越大，做的有用功越多，機械效率越大 盡可能地增加物重
動滑輪的自重 有用功不變時，減小提升動滑輪時做的額外功，可提高機械效率 減小動滑輪重
滑輪組自身部件的摩擦 機械自身部件的摩擦力越大，機械效率越低 減輕繩重和滑輪轉軸處的摩擦
影響滑輪組機械效率的因素和改進措施
機械效率
機械效率
有用功和額外功
額外功：為了達到工作目的，不得不做的功
定義：有用功跟總功的比值
有用功：為了達到工作目的，必須做的功
總功：動力所做的所有功
W總 = W有 + W額
公式： 總小于 1
機械效率的三種類型
類型1. 滑輪組豎直提升重物
類型2：滑輪組水平拉動物體（不計滑輪及繩重）
類型3：用斜面提升物體
測量滑輪組的機械效率
1.下列機械效率的說法正確的是（　　）
A．機械效率可以提高到100%
B．額外功與總功之比越小，機械效率越大
C．功率大的機械機械效率高
D．機械效率越高，有用功就越多
B
2.用 500 N 的力拉著滑輪組繩子的自由端移動 8 m，可將滑輪組懸掛的重為1 500 N 的物體勻速提高 2 m，則機械效率是（ ）
A.25% B.75%
C.15% D.85%
A

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