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第十二章 簡(jiǎn) 單 機(jī) 械
12.4 機(jī)械效率
引入新課
種子的發(fā)芽率
樹的成活率
及格率（優(yōu)秀率）
“率”=有用量/總量，表示事物某一方面的優(yōu)劣。
①
做
功
1.對(duì)沙子做功
2.對(duì)桶做功
3.克服自重做功
3.克服摩擦做功
②
做
功
1.對(duì)沙子做功
2.對(duì)桶做功
1.對(duì)沙子做功
2.對(duì)桶做功
3.對(duì)動(dòng)滑輪做功
4.克服摩擦做功
③
做
功
1.對(duì)沙子做功
2.對(duì)口袋做功
3.對(duì)動(dòng)滑輪做功
4.克服摩擦做功
④
做
功
一共：
(100N＋20N＋400N)×6m＝3120J
(100N＋20N＋10N)×6m＝780J
(100N＋5N＋10N)×6m＝690J
目的：
100N×6m＝600J
(100N＋20N)×6m＝720J
為了達(dá)到目的必須做的功。
為了達(dá)到目的不需要但又不得不做的功。
——有用功
——額外功
一.有用功和額外功
有用功：為了達(dá)到目的必須做的功。（W有 ）
額外功：為了達(dá)到目的不需要但又不得不做的功。（W額）
產(chǎn)生原因：
a.克服機(jī)械自重、容器重等做的功；
b.克服摩擦力做的功。
總功：有用功和額外功的總和。（W總）
W總 = W有 + W額
哪些功是有用功？哪些功是額外功？
克服重物重力所做的功為有用功。
克服摩擦力所做的功為額外功。
克服泥土重力所做的功為有用功。
克服抓斗和機(jī)臂重力所做的功，還有克服摩擦力所做的功為額外功。
有用功
無論采取哪種方法都必須做的功（為達(dá)到工作目的所必須做的功）：
（1）舉高重物時(shí)（斜面或滑輪）：
（2）在粗糙水平面上移動(dòng)物體時(shí)：
W有=G物·h
W有=Fs
h
G物
克服物體重力所做的功為有用功。
F做的功
F
F拉
F拉
F
勻速時(shí)，f=F，W有=fs
額外功
并非人們需要但又不得不做的功：
（1）克服機(jī)械自重做功，使用動(dòng)滑輪或滑輪組時(shí)：
（2）克服機(jī)械間的摩擦做功，使用斜面時(shí)：
W額=G動(dòng)·h
W額=f·s
s
（3）在粗糙水平面上移動(dòng)物體時(shí)，克服摩擦力做的功：
F1
F
F
F1
W額=fs1
s1 ：物體在水平面上移動(dòng)的距離
總功
動(dòng)力對(duì)機(jī)械所做的功，有用功和額外功的和等于總功：
公式（1）：
W總=W有+ W額
公式（2）：
W總=F·S
h
G物
F1
F
F
F1
W總=F·s
F
s
F
F
W總=F·s
W總=F·s2
s：物體沿著斜面向上移動(dòng)的距離
s：彈簧測(cè)力計(jì)豎直向上移動(dòng)的距離
s2:繩子自由端移動(dòng)的距離
s1 ：物體在水平面上移動(dòng)的距離
使用機(jī)械時(shí)動(dòng)力做的功
G
G
F
F
h
動(dòng)滑輪重為G動(dòng)，不計(jì)摩擦和繩重
W總=Fs=（G+G動(dòng)）h
克服滑輪重力所做的功
克服物體重力做的功
W有=Gh
人的拉力所做的功
W額=G動(dòng)h
有用功
額外功
總功
每個(gè)鉤碼的質(zhì)量是100g，將鉤碼提升0.1m， 此時(shí)甲圖的彈簧秤示數(shù)是2N，乙圖示數(shù)為1.2N，求兩種情況下的有用功，額外功，總功？
G/N h/m W直/J F/N s/m W機(jī)/J
2 0.1 1.2 0.2
功的原理
使用任何機(jī)械不省功。
使用機(jī)械能夠省功？
0.2
0.24
功的原理
使用任何機(jī)械不省功。
三種辦法中有用功在總功中占的百分比。
1
對(duì)沙子做功：
W有=600J
對(duì)桶和克服自身重力做功：
W額=120J+2400J=2520J
總功：
W總=3120J
2
對(duì)沙子做功：
W有=600J
對(duì)桶滑輪做功：
總功：
對(duì)沙子做功：
W有=600J
對(duì)口袋和滑輪做功：
總功：
W額=60J+120J=180J
W總=780J
3
W額=60J+30J=90J
W總=690J
什么是“率”
與周圍同學(xué)討論下列短語中“率”字的含義。
種子發(fā)芽率、樹的成活率、粉筆利用率、時(shí)間利用率……
上述的幾個(gè)“率”=有用的量/總量
表示事物某一方面的優(yōu)劣。
什么是機(jī)械效率
在使用機(jī)械工作時(shí)，有用功在總功中所占份額越多越好。它反映了機(jī)械的一種性能，物理學(xué)中表示為機(jī)械效率。
1、定義：有用功跟總功的比值。
2、物理意義：反映機(jī)械性能優(yōu)劣的物理量。
3、公式：
讀作yita
二、機(jī)械效率
二、機(jī)械效率
×100%　　　　　　　　　　
有
用
額
外
總功
讀作yita
注：
1.百分?jǐn)?shù)
2.沒有單位
3.
η能不能大于1？
機(jī)械效率會(huì)大于１嗎？為什么？
不會(huì)。因?yàn)轭~外功總大于0，所以機(jī)械效率總小于1 。
4、機(jī)械效率η一般用百分?jǐn)?shù)表示，總小于1，無單位。
實(shí)際：η<1
（理想： η=1）
機(jī)械效率與是否省力、功率大小、提升高度、繩子的繞法和做功的多少等都無關(guān)。
判斷下面說法中是否正確？
1．有用功越多，機(jī)械效率越高（ ）
2．額外功越少，機(jī)械效率越高（ ）
3．做總功越多，機(jī)械效率越低（ ）
4．做相同的有用功，額外功越少，機(jī)械效率越高（ ）
5．做相同的總功時(shí)，有用功越多，機(jī)械效率越高（ ）
6．機(jī)械效率越高，越省力（ ）
常見機(jī)械的效率
滑輪組 50%~70%
起重機(jī) 40%~50%
抽水機(jī) 60%~80%
離心式水泵 60%~80%
1.有沒有機(jī)械效率為100%的機(jī)械？為什么？
2.怎樣才能提高機(jī)械的效率？
功率P
機(jī)械效率η
定義：做功與時(shí)間的比值
物理意義：做功快慢
定義:有用功與總功的比值
物理意義：機(jī)械對(duì)總功的利用率
功率與機(jī)械效率辨析
功率P：做功與時(shí)間的比值
機(jī)械效率η:有用功與總功的比值
例題: 下列說法中正確的是( )
A. 機(jī)械效率越高，機(jī)械做功一定越快　
B. 做功越多的機(jī)械，機(jī)械效率一定越高
C. 功率越大的機(jī)械，機(jī)械效率一定越高 　
D. 做功越快的機(jī)械，功率一定越大
D
因此 η與P_________（填"有"或“沒有”）關(guān)系
沒有
三、實(shí)驗(yàn)探究：測(cè)量滑輪組的機(jī)械效率
1.實(shí)驗(yàn)原理
2.實(shí)驗(yàn)器材
彈簧測(cè)力計(jì)、刻度尺
鐵架臺(tái)、滑輪、細(xì)線、鉤碼
實(shí)驗(yàn)時(shí)拉力的方向應(yīng)盡量_____________，且應(yīng)在鉤碼____________的過程中讀取拉力的大小。
豎直向上
勻速移動(dòng)
注意事項(xiàng)：
實(shí)驗(yàn)：測(cè)滑輪組的機(jī)械效率
實(shí)驗(yàn)1：保持動(dòng)滑輪重一定，改變鉤碼重力。
結(jié)論：動(dòng)滑輪重一定，物重越大，機(jī)械效率越高。
3
4.5
6
0.1
0.1
0.1
0.3
0.3
0.3
0.3
0.45
0.6
1.5
2
2.5
0.45
0.6
0.75
66.7%
75%
80%
實(shí)驗(yàn)：測(cè)滑輪組的機(jī)械效率
實(shí)驗(yàn)2：保持鉤碼重力一定，改變動(dòng)滑輪重。
結(jié)論：物重一定，動(dòng)滑輪越重，機(jī)械效率低。
6
6
0.1
0.1
2.5
4
0.3
0.3
0.6
0.6
0.75
1.2
80%
50%
滑輪組的機(jī)械效率
與提升的高度無關(guān)
與提升的物體重力有關(guān)
與動(dòng)滑輪的重力有關(guān)
如何提高機(jī)械效率
根據(jù)剛才的實(shí)驗(yàn)結(jié)論，試想我們?cè)鯓犹岣呋喗M的機(jī)械效率呢？
1、當(dāng)有用功一定時(shí)，盡量減小額外功：采取減輕機(jī)械自重和在滑輪軸處加潤滑油的辦法減小摩擦；
2、當(dāng)額外功一定時(shí)，盡量增加有用功：在機(jī)械能承受的范圍內(nèi)盡可能增加物重。
測(cè)斜面的機(jī)械效率
斜面的摩擦力f的求法（注意不等于拉力F）：
例1.如圖所示，斜面長5m，高3m，小明用繩子沿斜面將重為300N的木塊由斜面底端勻速拉到頂端，拉力大小為240N，繩重不計(jì)．求：
（1）小明做的有用功；
（2）斜面的機(jī)械效率；
（3）木塊與斜面間的摩擦力。
F
解：
(1)W有=Gh=300N×3m=900J
(2)W總=Fs=240N×5m=1200J
(3)W額=W總-W有=1200J-900J=300J
例2.用如圖所示的滑輪組提升重物，已知物體重為200N，動(dòng)滑輪的重為50N，5s內(nèi)可使物體勻速上升2m，不計(jì)繩重和摩擦。求：
（1）拉力所做的功； （2）拉力的功率；
（3）滑輪組的機(jī)械效率。
解：
(1)有圖可知 n=2
s=2h=2×2m=4m
W總=Fs=125N×4m=500J
(2)
(3)W有=Gh=200N×2m=400J
例3：如圖所示, 重1000N的物體與地面間的滑動(dòng)摩擦力為 f=300N,為了使物體以v=0.2m/s勻速前進(jìn)，必須在繩端施加F=120N的水平拉力。求： （1）60s內(nèi)拉力做功 （2）拉力的功率
（3）則滑輪組的機(jī)械效率
解：
(1)
由圖知n=3
則s=3s物=3×12m=36m
W總=Fs=120N×36m=4320J
(2)
(3)W有=f s物=300N×12m=3600J
例4.質(zhì)量為60kg的工人用如圖甲所示的滑輪組運(yùn)送貨物上樓，滑輪組的機(jī)械效率隨貨物重力變化的圖象如圖乙，機(jī)械中摩擦力及繩重忽略不計(jì)。
(1)影響滑輪組機(jī)械效率的因素之一是_______________。
(2)若工人在1min內(nèi)將貨物勻速向上提高了6m，作用在鋼繩上的拉力為400N，求拉力的功率。
(3)求動(dòng)滑輪受到的重力。
(4)該工人豎直向下拉繩子自由端運(yùn)送貨物時(shí)，此滑輪組的機(jī)械效率最大值是多少？
物重或動(dòng)滑輪重
解：(2)n=3 s=nh=3×6m=18m
W=Fs=400N×18m=7200J
例題4.質(zhì)量為60kg的工人用如圖甲所示的滑輪組運(yùn)送貨物上樓，滑輪組的機(jī)械效率隨貨物重力變化的圖象如圖乙，機(jī)械中摩擦力及繩重忽略不計(jì)。
(3)求動(dòng)滑輪受到的重力。
(4)該工人豎直向下拉繩子自由端運(yùn)送貨物時(shí)，此滑輪組的機(jī)械效率最大值是多少？
(3)
解得 G動(dòng)=200N
(4)
練習(xí)1．(2019·眉山)在一次車輛故障處置過程中，拖車所用裝置簡(jiǎn)化為如圖所示的滑輪組．為了盡快疏通道路，交警指揮拖車只用了30 s時(shí)間，將水平路面上質(zhì)量是1.5t的故障車勻速拖離了現(xiàn)場(chǎng)．若故障車被拖離的速度是5 m/s，繩子自由端的拉力F是500 N，地面對(duì)故障車的摩擦力為其重力的0.08倍。求：
(1)拉力F在30 s內(nèi)所做的功； (2)整個(gè)裝置的機(jī)械效率。
解：
(1)s車＝v車t＝5 m/s×30 s＝150 m
由圖知，n＝3，s＝3s車＝3×150 m＝450 m
W總＝Fs＝500 N×450 m＝2.25×105 J
(2)f＝0.08G＝0.08mg＝0.08×1500kg×10N/kg＝1200N
W有＝f s車＝1 200 N×150 m＝1.8×105 J
練習(xí)2．(2019·襄陽改編)工人師傅用如圖所示的滑輪組將重為600N的貨物勻速提升了2m，做了1500J的功．求：
(1)滑輪組的機(jī)械效率；
(2)當(dāng)他用400N的拉力勻速提升其它貨物時(shí)，額外功占總功的15%，求提升貨物的重。
解：
(1)W有＝Gh＝600 N×2 m＝1200 J,W總＝1 500 J
(2)額外功占總功的15%，則有用功占總功的為85%，即η′＝85%，
由圖知，n＝3，滑輪組的機(jī)械效率：
練習(xí)3： 如圖所示,用滑輪組拉著重600N的物體A沿著水平方向勻速移動(dòng),在40s內(nèi)物體移動(dòng)了8m , 拉力F做的功為1280J 。求:
(1)拉力F的大小及拉力的功率 ;
(2)若動(dòng)滑輪的重力為12N(不計(jì)繩重及摩擦),計(jì)算滑輪組的機(jī)械效率。
解：
(2)
(1)
總結(jié)
一、機(jī)械的三種功：
二、機(jī)械效率：
1、定義：
2、公式：
3、機(jī)械效率η一般用________表示，總_______，無______。
三、測(cè)滑輪組的機(jī)械效率：
有用功、額外功、總功
W總=
W有+ W額
有用功與總功的比值。
百分?jǐn)?shù)
小于1
單位
總有
S=nh
V繩=nV物
不計(jì)繩重與摩擦
課堂小結(jié)
機(jī)械效率
功
有用功
額外功
總功
機(jī)械效率
理解
計(jì)算
提高機(jī)械效率的方法
減小額外功
增大有用功
下 課
Thanks!
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