第3节　机械效率　　　　


【新课导思】如图所示是三种方法提升沙子的情景。哪种方法最好?哪种方法最不好?为什么?


【目标导学】1.能结合实例分析所做的有用功、额外功和总功。2.能说出机械效率的意义,知道机械效率是小于1的。3.能利用机械效率的公式进行简单的计算。4.通过实验了解影响滑轮组机械效率高低的因素。


【自主预习】1.有用功和额外功:(1)有用功:_________的功,用___表示。(2)额外功:克服机械自重及摩擦力等因素的影响_____的功,用___表示。必须要做W有多做W额


(3)总功:_______与_______之和,用___表示。(4)有用功、额外功、总功之间的关系:__________。有用功额外功W总W总=W有+W额


2.机械效率:(1)定义:_______跟_____的比值,用___表示。(2)公式:_________。(3)大小:机械效率总是_____1。有用功总功ηW=Wh有总小于


3.测量滑轮组的机械效率:(1)实验原理:_________。(2)探究思路。①机械效率的大小与物重的关系:使用同一滑轮组,提升_____的重物。②机械效率的大小与动滑轮重的关系:使用_____的动滑轮组,提升同一重物。W=Wh有总不同不同


(3)实验结论:影响滑轮组机械效率的因素:提升的_______________以及滑轮的轮和轴、绳之间的摩擦。物重、动滑轮重


4.提高机械效率的主要方法:_________,使它更合理、更轻巧。改进结构


有用功、额外功及总功【做一做】如图甲所示,用弹簧测力计将钩码缓慢地提升一定高度。如图乙所示,换用动滑轮将钩码缓慢地提升相同的高度,分别计算拉力所做的功。
知识点一


选填多或少),原因是_____。提示:无论是否使用滑轮,钩码都被提升,这部分是必须要做的功,使用动滑轮时,提升钩码不得不克服动滑轮本身所受的重力及摩擦力等因素多做功,所以用动滑轮提升钩码做的功比直接提升钩码做的功多。参考答案:多　利用动滑轮提升钩码时,除了提升钩码做功外,还要克服动滑轮重力及摩擦力等做功
1.使用动滑轮提升钩码比直接用弹簧测力计提升钩码做功_________(“”“”


2.根据图乙所示提升钩码,分析有用功、额外功和总功。(1)提升钩码做的功是我们________要做的,这部分功为__________,用W有表示,且W有=________________。(2)在用动滑轮提升钩码时,还需要克服摩擦、绳重、动滑轮重做一部分功,这部分功为______,用W额表示。


(3)使用机械做功时,拉力所做的功为_____________,用W总表示,即W总=_________。它们之间的关系是　。


提示:使用动滑轮时,必须要做的功是提升钩码所做的功,即有用功W有=Gh;如果摩擦忽略不计,则克服动滑轮和绳重做的功是不得不做的功,即额外功W额=(G动滑轮+ G绳)h;使用机械做的功为总功W总=Fs。参考答案:(1)必须　有用功　Gh　(2)额外功(3)总功　Fs　W总=W有+W额


【示范题1】(1)在打扫卫生的时候,小明将一桶水从一楼提到二楼。则小明对水做的功是_______功,对桶做的功是_______功。(2)利用某机械工作时,动力做的功是400 J,其中额外功是100 J,则动力做的有用功是_________J。


【精讲精析】(1)小明目的是提水,对水做的功为有用功;对桶做的功为额外功。(2)动力做的功为总功,则动力做的有用功W有用=W总-W额=400 J-100 J=300 J。答案:(1)有用　额外　(2)300


【微点拨】(1)有用功和总功的区别:有用功相当于不用机械而直接用手对物体做的功,总功是利用机械做的功。(2)一般情况下,使用动滑轮或滑轮组在竖直方向上匀速提升重物时,有用功W有=Gh;使用动滑轮或滑轮组在水平面上匀速移动物体时,有用功W有=fs。


机械效率1.机械效率:(1)定义:有用功跟总功的比值。(2)公式: 。W=Wh
有
总
知识点二


2.机械效率的理解:(1)机械效率是有用功与总功之比。它只有大小,没有单位。机械效率一般用百分数表示。(2)使用任何机械,除了做有用功外,都不可避免地要做额外功,所以有用功总是小于总功,机械效率永远小于1。(3)机械效率是标志机械做功性能好坏的物理量,机械效率越高,这个机械的性能越好。


共同决定,不能只考虑一个因素,它反映的是有用功在总功中所
占比值的大小,与具体做功多少、是
否省力等无关。总功一定,有用功越多,额外功越少,机械效率越高。(
5)机械效率与功率是两个完全不同的物理量,功率大的机械,机械效率不一定高;机械效率高的机械,功率也
不一定大,两者之间没有直接联系。
(4)机械效率不是固定不变的,机械效率由总功和有用功两个因素


7·长沙中考)如图是建筑工人用滑轮组提升
建筑材料的场景,在10 s的时间内,工人师傅
用竖直向上的拉力将建筑材料匀速提升了1 m,已
知拉力F为400 N,建筑材料的重力G为900 N,求
这个过程中:(1)绳子自由
端移动的距离。(2)此滑轮组的机械效率。(3)拉力F的功率。　
【示范题2】(201


【精讲精析】(1)由图可知,承担动滑轮绳子的段数n=3,则绳子自由端移动的距离:s=nh=3×1 m=3 m。


有
总900 J1 200 JWt总1 200 J10 s
(2)提升重物做的功是有用功:W有=Gh=900 N×1 m=900 J,拉力做的功是总功:W总=Fs=400 N×3 m=1 200 J,此滑轮组的机械效率:η= = =75%。(3)拉力F的功率:P= = =120 W。答案:(1)3 m　(2)75%　(3)120 WWW


【微点拨】滑轮组机械效率的计算


Fs=F·nh。③机械效率:
η= = 。WW有总
G
nF
(1)竖直匀速提升物体时:①有用功:W有=Gh。②总功:W总=


(2)水平匀速拉动物体时:


的乘积,即W有=fs物。(f为摩擦力)②总功:拉力F所做的功,即W总=
Fs绳=F·ns物。③机械效率:
W
η= = 。
W有总fnF
①有用功:有用功在数值上等于摩擦力与物体移动距离


面: W有=Gh,W总=
Fs,η= = 。WW有总
Gh
Fs
(3)斜


测量滑轮组的机械效率1.提出
问题:影响滑轮组机械效率的因素有哪些?2.猜想
与假设:滑轮组的机械效率可能与_____________________有关。参考答案:动滑轮重、摩擦以及提升的物重
知识点三


计与进行实验:如图所示
3.设


受的重力。(2)用
刻度尺测量钩码移动的距离和弹簧测力计移动的
距离。(3)匀速拉动弹簧测力计使钩码上升,同时
记下钩码上升的高度和弹簧测力计移动的
距离;换不同的钩码多测
几次。
(1)用弹簧测力计测量钩码所


钩码的个数不变,改变动滑轮的重力,重复上
述操作。
(4)保持


端移动的
受的重力G
距离s
J拉力F/N绳
/N提升高度h/m总功W总/
/m有用功W有/
J机械效率η/%120.10.90.3240.11.60.3360.12.30.3440.11.40.4
4.实验数据及分析:次数钩码所


字母表示)(2)在
空白表格中分别填写相应的数据。(3)由1、2、3次
实验可得出结论:使用同一滑轮组提升不同的重物,所提升的物体越重,机械效率_________。由2、4次
实验可得出结论:使用不同的滑轮组提升同一重物,动滑轮越重,机械效率_________。
(1)W有=_______,W总=_______。(用


(1)参考答案:Gh　Fs(2)提示:W有1=G1h1=2N×0.1 m=0.2 JW总1=F1·s1=0.9N×0.3m=0.27 JW有2=G2h2=4N×0.1 m=0.4 JW总2=F2·s2=1.6N×0.3 m=0.48 JW有3=G3h3=6N×0.1 m=0.6 J


W总3=F3·s3=2.3N×0.3 m=0.69 JW有4=G4h4=4N×0.1 m=0.4 JW总4=F4·s4=1.4N×0.4 m=0.56 J则利用机械效率的公式η1= = =74.1%　η2= = =83.3%11WW有总0.2 J0.27 J22WW有总0.4 J0.48 J


W
87.0%。η4= = =
W有总0.6 J0.69 J44WW有总0.4 J0.56 J
71.4%。33
η3= = =


参考答案:第1次:0.2　0.27　74.1第2次:0.4　0.48　83.3第3次:0.6　0.69　87.0第4次:0.4　0.56　71.4


(3)提示:分析1、2、3次实验,钩码的重力越小,机械效率越低,钩码的重力越大,机械效率越高。分析2、4次实验,钩码的重力不变,动滑轮越重,机械效率越低。参考答案:越高　越低


.交流与讨论(1)能
否直接测量滑轮组的额外功?参考答案:不能,克服绳重、动滑轮的重力及摩擦力所做的功都是额外功,这些额外功很难直接测量。
5


果没有刻度尺,能否测出滑轮组的机械效率?参考答案:能,对于已经组装好的滑轮组,s=nh,则机械效率η= = = =因此只要查出绳子的段数,即可算出滑轮组的机械效率,无需测量h和s的大小。
Gh
FsGhFnhgGnFWW有总
(2)如


绳重和摩擦,机械效率的大小与绳子的股数、提升的高度、移动的
距离有关吗?试结合机械效率的公式说明。参考答案:由η= = = ,机械效率的大小与绳子的股数、提升的高度、移动的距离无关。WW
有
总GhGh+Gh物物动GG+G物物动
(3)忽略


7·齐齐哈尔中考)“某小组在测滑”
轮组机械效率的实验中得到的数据如表所示,实验装置
如图所示。　
【示范题3】(201


应沿竖直方向_________缓慢拉动弹簧测力计。(2)小
红同学发现实验过程中边拉动边读数,弹簧测力计示数不
稳定,应该静止读数,你认为她的想法___________(“”“”
选填正确或不正确),因为她没有考虑到_________对滑轮组机械效率的影响。
(1)实验中


丁图装置进行实验,得出表中第4次实验数据,请
将表中的两个数据填写完整。实验次
端拉力F/N绳端移动距离s
数钩码重G
/N钩码上升高度h
/m绳/m机械效率η140.12.70.274%240.11.80.374%380.13.10.386%480.12.5
(3)用


较_________两次实验数据得出结论:使用同一滑轮组提升同一重物时,滑轮组的机械效率与绳子
段数无关(填实验次数的序号)。(
5)通过比较_________两次实验数据得出结论:同一滑轮组提升重物时,物重越大,滑轮组的机械效率越高。(填实验
次数的序号)
(4)通过比


6)通过比较3、4两次实验数据可得出结论________________________________________________________________________________________________。
(


【精讲精析】(1)实验中应沿竖直方