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第十一章 簡單機械
機械效率
第3節(jié)
02
知道機械效率，知道機械效率總小于100%，能利用機械效率的公式進行簡單計算。
03
認識提高機械效率的意義和途徑。
01
知道有用功、額外功、總功的含義及三者的關系。
直接提升物體做的功，與使用機械提升物體做的功相同嗎？使用機械能省功嗎？
不相同　不能省功
有用功、額外功和總功
一
1.用彈簧測力計將勾碼勻速提升一定高度，記錄彈簧測力計示數(shù)。
2.用彈簧測力計并借助一只動滑輪將同樣的勾碼勻速提升相同高度，記錄彈簧測力計示數(shù)。
3.并將記錄下的彈簧測力計示數(shù)填入表格中，并完成表格該表格。
物理量 G/N h/m F/N s/m W非動 W動
1
2
3
實驗證明，使用機械做功時，盡管它會給我們帶來如省力、方便等有利因素，但是，由于機械本身的自重，以及摩擦等因素的影響，需要額外做一些功。
有用功300 J
目的
沒用但不得不做
額外功75 J
克服動滑輪重做功60 J
克服物體重做功300 J
克服摩擦力做功15 J
W3 = 375 J
動力對機械所做的功。例如：彈簧測力計的拉力所做的功為總功。
克服機械自重和摩擦力所做的無用功，但又不得不做。例如：克服滑輪的重力及摩擦力等做的功。
對人們有用的功；例如：直接用彈測力計提升鉤碼，其拉力克服鉤碼的重力做的功。
有用功“W有”：
額外功“W額”：
總功“W總”：
人們總希望有用功占總功的比例越大越好。
為了表示這個比例，物理學中引入了“機械效率”。
W總= W有 + W額
如圖所示，物體重180 N，動滑輪重10 N，小明用100 N的拉力(方向不變)將物體勻速提升2 m，則此過程中有用功是　　　 J，額外功是　　 J，總功是　　　 J。
360
40
400
解析　根據(jù)圖中滑輪組的連接方式可知，n=2，因而繩子自由端移動的距離s=2h=2×2 m=4 m；有用功W有用=Gh=180 N×2 m=360 J，總功W總=Fs=100 N×4 m=400 J，W額外=W總-W有用=400 J-360 J=40 J。
機械效率的大小
二
1.定義：有用功和總功之比叫做機械效率。
2.公式：
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.因為 W有 < W總 ，所以， η < 1。
機械效率一般用百分數(shù)表示，沒有單位
η=×100%
5.一些機械的機械效率
起重機:40%～50%
抽水機:60%～80%
柴油機:28%～40%
適當增大物重
①減小機械自重；
使用較輕滑輪
②減小機械摩擦；
定時潤滑
③增大有用功。
怎樣才能提高機械的效率（減少額外功）
機械效率的理解
(1)當總功一定時，機械做的有用功越多，機械效率就越高。
(2)當有用功一定時，額外功越少，總功就越少，機械效率就越高。
(3)當額外功一定時，有用功越多，有用功在總功中所占的比例就越大，機械效率就越高。
分為豎直方向提升物體和水平方向拉動物體兩種類型
如圖，G為物重，h為物體提升高度，F(xiàn)為拉力，S為繩子自由端走的距離
W有=Gh，W總=WF=FS,
1.豎直提升物體
分為豎直方向提升物體和水平方向拉動物體兩種類型
如圖，f為摩擦力，L為物體移動距離，F(xiàn)為拉力，S為繩子自由端走的距離
W有=fL，W總=WF=FS,
2.水平拉動物體
如圖，h為斜面高，S為斜面長，G為物重，F(xiàn)為沿斜面對物體的拉力
3.斜面機械效率
W有=Gh，W總=WF=FS,
1.如圖所示，物理興趣小組分別用甲、乙兩個滑輪組勻速提起質量相同的物體，不計繩重及摩擦，若每個滑輪質量相同，對比兩個滑輪組，下列說法正確的是(　　)
A.甲更省力，甲的機械效率大
B.乙更省力，機械效率一樣大
C.乙更省力，乙的機械效率大
D.甲更省力，機械效率一樣大
B
解析　F甲=(G物+G輪)，F(xiàn)乙=(G物+G輪)，F(xiàn)甲>F乙，乙滑輪組更省力；動滑輪重相同，提升的物體重和高度相同，W額=G輪h，W有用=G物h，利用滑輪組做的有用功相同、額外功相同，總功相同，由η=×100%知，兩滑輪組機械效率一樣大。
2.如圖所示，已知斜面傾角為30°，斜面長4 m，高2 m，小明沿斜面將重為400 N的貨物由底端勻速拉到頂端，用時10 s。已知拉力大小為300 N，繩重不計，則下列說法中正確的是(　　)
A.小明對貨物做的有用功是1 200 J
B.小明對繩的拉力的功率是80 W
C.斜面的機械效率是66.7%
D.物體受到斜面的摩擦力是300 N
C
1.下列可能存在的事實是(　　)
A.某機械的效率為105%
B.某機械既可省力，又可省功
C.某機械做功很多，但功率可能很小
D.某機械做的有用功越多，機械效率越高
C
2.2024年2月，貴州多地突發(fā)山火，緊急啟動直升飛機取水滅火。直升飛機每次盡可能取更多水其目的是(　　)
A.增大有用功 B.減小額外功
C.增大總功 D.增大功率
A
解析　取水滅火過程中，使水上升距離一定，每次取水越多，克服水的重力做功越多，有用功越多，則有用功在總功中所占的比例越高，能提高取水效率，故A符合題意。
3.(2024·齊齊哈爾)如圖所示，小宇用動滑輪把重400 N的物體勻速提升了3 m，作用在繩子自由端的拉力F為250 N，方向豎直向上。不計繩重和摩擦，則下列選項正確的是(　　)
A.繩子自由端移動的距離為3 m
B.動滑輪受到的重力為150 N
C.拉力F做的功為1 200 J
D.該動滑輪的機械效率為80%
D
解析　由圖可知n=2，繩子自由端移動的距離：s=nh=2×3 m=6 m，故A錯誤；
因為不計繩重和摩擦時F=(G+G動)，
所以動滑輪的重力：G動=nF-G=2×250 N-400 N=100 N，
故B錯誤；
拉力做的總功：W總=Fs=250 N×6 m=1 500 J，故C錯誤；
拉力做的有用功：W有=Gh=400 N×3 m=1 200 J，滑輪組的機械效率：η=×100%=×100%=80%，故D正確。
4.如圖甲所示，用大小為450 N的拉力F豎直向上勻速提升重720 N的貨物，貨物移動的距離與時間的關系如圖乙所示，滑輪重、繩重、摩擦不可忽略，繩子不可伸長，則(　　)
A.繩子自由端移動的速度為0.5 m/s
B.動滑輪受到的重力為180 N
C.拉力F的功率為225 W
D.動滑輪的機械效率為80%
D
解析　由題圖乙可知，
貨物上升的速度為v物===0.5 m/s
由題圖甲可知，有兩根繩子承擔貨物，
故繩子自由端移動的速度為v繩=nv物=2×0.5 m/s=1 m/s，
故A不符合題意；
若不計繩重和摩擦，動滑輪受到的重力為G動=nF-G物=2×450 N-720 N=180 N，由于繩重和摩擦不可忽略，故動滑輪的重力小于180 N，故B不符合題意；
拉力F的功率為P=Fv繩=450 N×1 m/s=450 W，故C不符合題意；
動滑輪的機械效率為η=====×100%=80%，故D符合題意。
5.不計繩重及摩擦，用如圖所示的滑輪組將重80 N的物體勻速提升2 m，拉力F為50 N。此過程中拉力F做的有用功為　　　 J，滑輪組機械效率為　　　，若勻速提升重為50 N的物體，則這個滑輪組的機械效率將______(選填“增大”“減小”或“不變”)。
160
80%
減小
解析　此過程中拉力F做的有用功為W有=Gh=80 N×2 m=160 J
題圖中有2根繩子承擔總重，
拉力F做的總功為W總=Fs=F×2h=50 N×2×2 m=200 J
滑輪組機械效率為η=×100%=×100%=80%
根據(jù)機械效率的定義，忽略繩重及摩擦，
滑輪組的效率為η===
動滑輪的重力一定，當提升的物重減小時，滑輪組機械效率減小。

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