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教材梳理
第十二章 簡(jiǎn) 單 機(jī) 械
第二課時(shí) 機(jī)械效率(杠桿、滑輪組、斜面)
1. 知道機(jī)械效率及機(jī)械效率的計(jì)算。了解提高機(jī)械效率的意義和途徑。
2. 能說(shuō)出人類使用的一些機(jī)械。了解機(jī)械的使用對(duì)社會(huì)發(fā)展的作用。
課程標(biāo)準(zhǔn)
考點(diǎn)梳理
有用功、額外功和總功
1. 機(jī)械功原理：使用機(jī)械時(shí)，可以省__________，或者省__________，但不能省__________。
2. 基本概念：
（1）有用功（W有用）：使用機(jī)械做功時(shí)，機(jī)械對(duì)物體所做的功叫做__________。（需要的、有價(jià)值的功）
力
距離
功
有用功
（2）總功（W總）：使用機(jī)械做功時(shí)，動(dòng)力對(duì)機(jī)械所做的功叫做__________。
（3）額外功（W額外）：使用機(jī)械做功時(shí)，克服機(jī)械自身部件的重力和摩擦力等因素所做的功叫做______________。（不需要又不得不做的功）
說(shuō)明：如使用動(dòng)滑輪提升鉤碼時(shí)，動(dòng)滑輪對(duì)鉤碼的拉力所做的功是有用功，作用在繩子自由端的拉力所做的功是總功，克服動(dòng)滑輪自身所受的重力以及摩擦力等因素所做的功是額外功。
3. 關(guān)系:W總=__________+__________。
總功
額外功
W有用
W額外
1. 定義：__________跟__________的比值叫做機(jī)械效率，用符號(hào)η表示。
2. 公式： η=______________________。
3. 單位：機(jī)械效率沒有單位。
注意：由于總存在額外功，即總功必定大于有用功，所以η總是小于1。
有用功
機(jī)械效率
總功

4. 常見機(jī)械的機(jī)械效率：
機(jī)械 示意圖 機(jī)械效率 說(shuō)明
滑輪組
(沿豎直方向) ①G物是被提升物體的重
②s＝nh
(n是作用在動(dòng)滑輪上的繩子股數(shù))
③W總＝G物h＋G動(dòng)h
（不計(jì)繩重與摩擦）
機(jī)械 示意圖 機(jī)械效率 說(shuō)明
滑輪組
(沿水平方向) ①f為地面對(duì)物體的摩擦力
②s＝ns物
斜面 W總＝G物h＋fs，f為斜面對(duì)物體的摩擦力
1. 實(shí)驗(yàn)原理：__________________________。
2. 待測(cè)量：鉤碼的__________、作用在繩子自由端的__________、鉤碼上升的__________、繩子自由端______________________。
3. 實(shí)驗(yàn)器材：鐵架臺(tái)、滑輪、鉤碼、細(xì)繩、__________________和__________________。

滑輪組機(jī)械效率的測(cè)量
重力
拉力
高度
移動(dòng)的距離
彈簧測(cè)力計(jì)
刻度尺
4. 測(cè)拉力時(shí)，應(yīng)沿__________方向________________拉動(dòng)彈簧測(cè)力計(jì)，記下彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)。
5. 實(shí)驗(yàn)結(jié)論：滑輪組的機(jī)械效率與_______________________、______________________、繩重和摩擦有關(guān)。①用同一滑輪組提升不等重的物體，被提升的物體越重，滑輪組的機(jī)械效率________；②用不同的滑輪組提升等重的物體，動(dòng)滑輪越重，滑輪組的機(jī)械效率__________；③用同一個(gè)滑輪組提升同一個(gè)物體，提升的高度不同時(shí)，機(jī)械效率__________(填“相同”或“不同”)。
豎直
緩慢勻速
被提升物體的重力
動(dòng)滑輪的重力
越高
越低
相同
6. 提高滑輪組的機(jī)械效率：__________被提升物體的重力，__________動(dòng)滑輪的重力，__________繩重和摩擦。
增大
減小
減小
課本簡(jiǎn)練
1. (八下P85演示改編)用挖掘機(jī)提升泥土的過程中，它做的有用功是（ ）
A. 克服抓斗的重力所做的功
B. 克服泥土的重力所做的功
C. 克服零件間的摩擦力所做的功
D. 提升泥土和抓斗的動(dòng)力所做的功
B
2. (八下P88學(xué)到了什么3改編)簡(jiǎn)單機(jī)械的機(jī)械效率高是指（ ）
A. 有用功多 B. 額外功少
C. 總功多 D. 有用功占總功的比例高
D
3. (八下P88動(dòng)手動(dòng)腦學(xué)物理2改編)一臺(tái)機(jī)器的機(jī)械效率為80%，當(dāng)它完成1 000 J的總功時(shí)，所做的有用功為（ ）
A. 1 000 J B. 800 J
C. 400 J D. 200 J
B
4. （八下P88動(dòng)手動(dòng)腦學(xué)物理4改編）如圖1-12-27所示，工
人用動(dòng)滑輪勻速提升重為400 N的窗玻璃，所用的豎直拉力
為250 N，繩子自由端豎直向上移動(dòng)20 m，用時(shí)50 s。求：
（1）動(dòng)滑輪所做的有用功。
（2）工人所用拉力的功率。
（3）動(dòng)滑輪的機(jī)械效率。
易錯(cuò)精講
易錯(cuò)點(diǎn)1
有用功、額外功和總功
【例1】如圖1-12-28所示是在生產(chǎn)力比較低下的時(shí)期，人們從人工挖的水井中獲取生活用水時(shí)使用的轆轤和水桶。（以下均填“總功”“有用功”或“額外功”）
（1）當(dāng)使用轆轤和水桶從井中提水時(shí)，
對(duì)水桶做的功是__________，對(duì)
水做的功是__________，手的動(dòng)力所做
的功是__________。
額外功
有用功
總功
（2）如果打水時(shí)操作不當(dāng)，把水桶掉進(jìn)水井中，人們把水桶打撈上來(lái)時(shí)，水桶中有泥沙和水，此時(shí)對(duì)水桶做的功是__________，對(duì)泥沙和水做的功是_________，手的動(dòng)力所做的功是__________。
有用功
額外功
總功
思路點(diǎn)撥：人在使用機(jī)械做功時(shí)具有目的性，依據(jù)人的目的來(lái)分析做功：對(duì)人有價(jià)值的功是有用功，人施加在的動(dòng)力做的功是總功，對(duì)人沒有價(jià)值而不得不做的功是額外功。
【變式1】興化是魚米之鄉(xiāng)，水網(wǎng)密布，魚蝦豐美，擁有眾多釣魚愛好者。對(duì)于釣魚愛好者在釣魚時(shí)的情況，下列說(shuō)法正確的是（ ）
A． 釣魚竿彎曲，說(shuō)明力可以改變物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)
B． 手拉釣魚竿做的是有用功
C． 等待魚上鉤保持不動(dòng)時(shí)，人對(duì)釣魚竿做了功
D． 使用釣魚竿可以省距離
D
【例2】關(guān)于功率和機(jī)械效率，下列說(shuō)法正確的是( )
A. 機(jī)械效率越高的機(jī)械做功越快
B. 機(jī)械效率越高，功率越大
C. 功率越大的機(jī)械做功越多
D. 功率越大的機(jī)械做功越快
易錯(cuò)點(diǎn)2
機(jī)械功、功率與機(jī)械效率的概念
D
思路點(diǎn)撥：機(jī)械功反映做功的多少；功率的大小表示機(jī)械做功的快慢；而機(jī)械效率反映了總功被有效利用的程度，該值的高低可衡量一臺(tái)機(jī)器做功性能的優(yōu)劣。因此，它們之間沒有必然的聯(lián)系。
【變式2】關(guān)于功、功率和機(jī)械效率，下列說(shuō)法正確的是( )
A. 功率越大，做功越快，機(jī)械效率越大
B. 做功越少，功率越小，機(jī)械效率越小
C. 功率越大，反映做功越快，與機(jī)械效率無(wú)關(guān)
D. 機(jī)械效率越大，表明機(jī)械做的功越多
C
【例3】如圖1-12-29所示，工人師傅用滑輪組將重3 000 N的物體M以0.4 m/s的速度，沿水平地面勻速向前拉動(dòng)4 m，拉力
F為400 N，物體M與地面間的滑動(dòng)摩擦力是物重的0.2倍，求：
（1）物體M與地面間的滑動(dòng)摩擦力大小。
（2）該滑輪組的機(jī)械效率。
（3）拉力F做功的功率。
易錯(cuò)點(diǎn)3
機(jī)械效率的拓展計(jì)算
解：（1）由題可知，物體M與地面間的滑動(dòng)摩擦力f＝0.2G＝0.2×3 000 N＝600 N。

【變式3】如圖1-12-30甲所示，工人用沿斜面向上、大小為500 N的推力F，將質(zhì)量為80 kg的貨物從A點(diǎn)勻速推至B點(diǎn)，再用100 N的水平推力F1使其沿水平臺(tái)面勻速運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)。圖1-11-14乙為物體從A點(diǎn)經(jīng)B點(diǎn)到達(dá)C點(diǎn)的s-t圖像。求：
（g取10 N/kg）
（1）水平推力做功的功率。
（2）斜面的機(jī)械效率。
（3）貨物在斜面上所受的摩擦力大小。



實(shí)驗(yàn) 探究滑輪組的機(jī)械效率與哪些因素有關(guān)(10年1考：2013年)
重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)名稱 探究滑輪組的機(jī)械效率與哪些因素有關(guān)
實(shí)驗(yàn)器材 鐵架臺(tái)、滑輪、鉤碼、細(xì)繩、刻度尺、彈簧測(cè)力計(jì)
實(shí)驗(yàn)原理
實(shí)驗(yàn)過程
實(shí)驗(yàn)結(jié)論 （1）用同一滑輪組提升重物，被提升的物體越重，滑輪組的機(jī)械效率越高
（2）被提升的物體的重力一定時(shí)，動(dòng)滑輪越重，滑輪組的機(jī)械效率越低
（3）滑輪組的機(jī)械效率與物體被提升的高度無(wú)關(guān)
（若忽略摩擦，繩的繞法不同，對(duì)同一滑輪組的機(jī)械效率沒有影響）
【例】【科學(xué)探究】小明、小平做“探究影響滑輪組的機(jī)械效率的因素”的實(shí)驗(yàn)。
【實(shí)驗(yàn)裝置】
（1）如圖1-12-31所示，若小明、小平兩人用相同的定滑輪和動(dòng)滑輪提升同一物體，但繞線方法不同，且小平的更省力，請(qǐng)幫助他們繞好線。
如答圖1-12-9所示
【分析論證】
（2）他們的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄如下：
實(shí)驗(yàn)次序 鉤碼重G/N 鉤碼上升的距離h/m 有用功W有用/J 彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)F/N 彈簧測(cè)力計(jì)移動(dòng)的距離s/m 總功W總/J 機(jī)械效率η
1 2 0.1 0.2 1.2 0.3 0.36 56%
2 2 0.2 0.4 1.2 0.6 0.72 56%
3 4 0.1 0.4 1.6 0.3 0.48
4 2 0.2 0.4 1.8 0.4 0.72 56%
①?gòu)谋碇袛?shù)據(jù)可知，第1、2、3次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是采用__________（填“小明”或“小平”）的裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)后得到的，第4次數(shù)據(jù)是采用__________（填“小明”或“小平”）的裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)后得到的。
②實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)沿__________方向__________緩慢拉動(dòng)彈簧測(cè)力計(jì)。若在實(shí)驗(yàn)時(shí)加速拉動(dòng)彈簧測(cè)力計(jì)，則所測(cè)得的滑輪組機(jī)械效率與正確操作時(shí)相比將__________（填“偏大”“不變”或“偏小”）。
小平
小明
豎直
勻速
偏小
③若忽略繩重和所有摩擦，從1、2次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知實(shí)驗(yàn)所用滑輪組的動(dòng)滑輪重為_________N。
④根據(jù)表中的數(shù)據(jù)計(jì)算第3次實(shí)驗(yàn)的機(jī)械效率為__________。（結(jié)果精確到1%）
【實(shí)驗(yàn)結(jié)論】
（3）比較第1、3次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析得出：使用同一滑輪組，_______________________________可以提高滑輪組的機(jī)械效率。
1.6
83%
增加被提升物體的重力
（4）比較第________、_________次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析得出：使用同一滑輪組，__________________________對(duì)機(jī)械效率無(wú)影響。所以，即使不使用__________（填測(cè)量工具），也能完成該實(shí)驗(yàn)。
（5）比較第_________、_________次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析得出：相同的滑輪，被提升的物體重相同，繞線方法不同，滑輪組的機(jī)械效率__________（填“相同”或“不同”）。
1
2
物體上升的高度
刻度尺
2
4
相同
【實(shí)驗(yàn)拓展】
（6）小平提出：因?yàn)槲矬w靜止時(shí)不用克服摩擦力做功，所以__________（填“能”或“不能”)在滑輪靜止時(shí)讀數(shù)，否則將導(dǎo)致所測(cè)的機(jī)械效率偏__________（填“大”或“小”)。
（7）小明、小平發(fā)現(xiàn)無(wú)論怎樣改進(jìn)裝置，機(jī)械效率都小于1，原因是__________________________________________________。（寫出一條即可）
不能
大
提升物體時(shí)也對(duì)動(dòng)滑輪做了額外功
考點(diǎn)1 有用功、額外功和總功［10年3考：2016年(填空)、2020年(填空)、2021年(填空)考查］
1. 【傳統(tǒng)文化】古人用桔槔（杠桿）從水井中提水（如圖1-12-32），圖1-12-32古人在利用杠桿從井中提起8 kg水的過程中，用50 N的力把繩拉下5 m，使水桶上升1 m，
此人做的有用功是__________J，總功是
__________J。（g取10 N/kg）
考點(diǎn)精練
80
250
2. 如圖1-12-33所示，某人通過滑輪組來(lái)提升物體A。已知物體A在10 s內(nèi)被勻速提升了2 m，物體A所受重力為400 N，動(dòng)滑輪重80 N，不計(jì)繩重與摩擦。則：
①物體A上升的速度為________m/s;②繩子自由端
移動(dòng)的距離為______m;③繩子自由端移動(dòng)的速度為
_______m/s;④繩子自由端的拉力F為__________N;
⑤克服物體A重力做的有用功為__________J;
⑥克服動(dòng)滑輪重力做的額外功為__________J;
⑦拉力F做的總功為__________J。
0.2
6
0.6
160
800
160
960
考點(diǎn)2 機(jī)械效率的概念及其計(jì)算［10年2考：2016年(填空)、2018年(計(jì)算)考查］
3. 甲、乙兩機(jī)械，甲的機(jī)械效率是70%，乙的機(jī)械效率是50%，下列說(shuō)法正確的是（ ）
A. 使用甲機(jī)械做功不省力
B. 甲機(jī)械做功快
C. 相同時(shí)間內(nèi)，甲機(jī)械完成的功多
D. 乙機(jī)械的額外功在總功中占的比例大
D
4. （2013廣東）如圖1-12-34所示，用滑輪組將物塊從位置A勻速拉到位置B。物塊移動(dòng)的距離為__________cm,若此時(shí)繩子自由端所用拉力為10 N，物塊受到的摩擦力為18 N，滑輪組的機(jī)械效率為__________。
3.10
60%
5. 【科學(xué)思維】如圖1-12-35所示，工人用一根均勻杠桿將重為1 000 N的貨物勻速提高1 m，工人作用在杠桿末端豎直向上的力為600 N，杠桿末端被提高2 m。則在此過程中有用功為__________J，杠桿的機(jī)械效率為__________（結(jié)果精確到0.1%）。
1 000
83.3%
6. (2020廣東改編)如圖1-12-36所示，人向下拉繩提升重物，將重物勻速提升0.5 m，已知物體重400 N，此過程中滑輪組的機(jī)械效率為80%，不計(jì)繩重及摩擦，則人的拉力做的功為__________J，所用的拉力大小為
__________N，動(dòng)滑輪重為_________N。
250
250
100
考點(diǎn)3 綜合真題
7. (2021廣東)用圖1-12-37甲中的滑輪組提升重200 N的物體，已知拉力F為80 N，不計(jì)繩重和摩擦，物體和繩子自由端的運(yùn)動(dòng)情況如圖1-12-37乙所示，反映繩子自由端運(yùn)動(dòng)的圖線是________（填“A”或“B”），動(dòng)滑輪
重為__________N，3 s內(nèi)拉力對(duì)
物體做的有用功為__________J。
A
40
300
8. （2018廣東）圖1-12-38是建筑工地上的起重機(jī)示意圖，起重機(jī)的電動(dòng)機(jī)功率為3×103 W，當(dāng)它把質(zhì)量為1 t的重物勻速提起24 m時(shí)，用時(shí)100 s。問：（g取10 N/kg）
（1）在這段時(shí)間內(nèi)起重機(jī)提起重物對(duì)重物做功的功率是多少？機(jī)械效率是多少？
（2）若起重機(jī)AB長(zhǎng)為20 m，吊起重物
時(shí)B端的配重質(zhì)量為4 t，為使起重機(jī)不翻
倒，則OB長(zhǎng)為多少？（不計(jì)摩擦和起重機(jī)自重）

（2）物體的質(zhì)量m物=1 t=103 kg，
配重的質(zhì)量 m配重=4 t=4×103 kg，
由杠桿的平衡條件可得m物g×（lAB－lOB) =m配重g×lOB，
將數(shù)據(jù)代入可得103 kg×10 N/kg×(20 m－lOB）=
4×103 kg×10 N/kg×lOB，
解得lOB=4 m。
答：（略）

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