机械效率(提高) 知识讲解

机械效率（提高）

【学习目标】

1、知道有用功、额外功、总功；

2、理解机械效率定义、大小范围、表示方法、公式、影响因素；

3、知道有用功、额外功、总功关系式；

4、理解机械效率的计算及公式。

【要点梳理】

要点一、有用功、额外功、总功

1、总功：使用机械时，拉力（或动力）所做的的功；例如：用桶从井中打水，人在整个提水过程中拉力做的功是总功。

2、额外功：对我们是无用的，但又不得不做的功；如提沙子上楼时对桶、滑轮等做的功就是额外功。

3、有用功：从总功中减去额外功，才是对我们有用的功；如提沙子上楼时对沙子做的功就是有用功。

要点诠释：

1、总功是有用功与额外功之和，即W 有+W 额外=W 总。

2、额外功的产生是因为利用机械做功时，除了对工作目的物做功外，还要克服机械本身的摩擦力或重力做功。 要点二、机械效率

我们把有用功和总功的比值叫做做机械效率，符号为η。 要点诠释： 1、公式为总

有

W W =

η，式中η表示机械效率，它是一个百分数。η的值越大，表明有用功在总功中所占的比例越大，做功的效率越高。

2、η的值总小于100%，由于机械本身的摩擦力或重力不可能为零，所以额外功总是存在的，即有用功总是小于总功。

3、知道增大机械效率的方法

根据公式可知：

如果有用功不变，我们可以通过减小额外功来增大机械效率，（例如我们用轻便的塑料桶打水，而不用很重的铁桶打水，就是运用这个道理）；如果额外功不变，我们可以通过增大有用功来提高机械效率；（例如，在研究滑轮组的机械效率时，我们会发现同一个滑轮组，提起的重物越重，机械效率越高，就是这个道理）；当然了，如果能在增大有用功的同时，减小额外功更好。

要点三、机械效率的几个推导公式

求简单机械的机械效率是初中物理教学的重点内容，也是近年来中考的热点问题。由于计算中涉及到总功、有用功、额外功等抽象概念，特别是滑轮组的机械效率题目中，同一滑轮组在不同负载情况下机械效率不同，有用功在具体情况中的形式不同，隐含条件的渗入，以及特殊形式的滑轮组等等，在学习的过程中常感觉困惑，易造成错解。为了解决这类问题，同学们要搞清楚以下几点：

要对机械效率公式进行归类细化

根据对、、

的具体理解，可以将机械效率的定义式进行如下归类：

1、在竖直方向上，G是物体重，G

是动滑轮重，h是物体被提升的高度，也是动滑轮被提升的高度。∴

动

，若绳重及摩擦不计，F是拉力，S是拉力F移动的距离，n是动滑轮上承担力的绳的段数。，

；①②③公式都适合。若是考虑绳重和摩擦力，用滑轮组把物体提

升的高度h，拉力F移动的距离S，总满足S=nh；只可用于①②。

2、在水平方向上，由于物体是匀速运动，滑轮组对物体的拉力F′与水平地面对物体的摩擦力f是一对平衡力，∴，即克服水平面对物体摩擦所做的功在数值上是等于有用功。

3、在斜面方向上，f是物体与斜面之间的摩擦，L是斜面的长，由于克服斜面对物体摩擦所做的功是额外功，所以。

【典型例题】

类型一、基础知识

1、关于机械效率，下列说法中正确的是（）

A、利用机械越省力，机械效率越高

B、机械做功越快，机械效率越高

C、有用功相同、总功越大的机械效率越高

D、额外功相同、有用功越大的机械效率越高

【答案】D

【解析】机械效率等于有用功与总功之比，它的大小与是否省力、功率大小没有关系。只和有用功大小和额外功大小有关，而总功就是有用功和额外功之和。所以只要是有用功所占比例增大，机械效率值就会增大。

【总结升华】功率和机械效率是两个不同的概念，它们之间没有必然的联系。

举一反三：

【变式1】某滑轮组经改进后提高了机械效率，若用它把同一物体匀速提到同样的高度，改进后与改进前相比较，下列说法中错误的是（）

A．做的有用功增加了

B．做的总功减少了

C．做的额外功减少了

D．做的有用功跟总功的比值增大了

【答案】A

【变式2】关于机械效率，下列说法正确的是（）

A.越省力的的机械，机械效率越高

B有用功多的机械，效率越高

C.额外功少的机械，机械效率高

D.总功一定时，有用功多的机械的效率高

【答案】D

2、如图，两个滑轮组由每个质量相同的滑轮组成。用它们分别将重物G1、G2提高相同高度（）

A．若G1=G2，拉力做的额外功相同

B．若G1=G2，拉力做的总功相同

C．若G1=G2，甲的机械效率大于乙的机械效率

D．用同一个滑轮组提起不同的重物，机械效率不变

【答案】C

【解析】如果两个滑轮组所拉重物相同，由图可得，甲图中动滑轮只有1个，而乙图中动滑轮有2个，说明乙图滑轮组所做的额外功要多。在提升相同重物，提升相同高度的情况下，有用功相同，但乙图中做的额外功多，说明乙图中滑轮组机械效率低，乙图中的滑轮组需要做更多的总功。如果同一滑轮组提升的重物重力越大，说明有用功在总功中的比值越大，则机械效率变高。

【总结升华】本题考查机械效率在滑轮组中的具体应用，滑轮组的额外功与动滑轮的重力和摩擦有关。

举一反三：

【变式】利用如图所示的甲、乙两滑轮组，在相同的时间内用大小相同的力F1和F2分别把质量相等的重物提升到相同的高度，则（）

A．力F1做的功多

B．甲滑轮组的额外功较大

C．乙滑轮组的机械效率高

D．甲、乙两个滑轮组的总功相同

【答案】ABC

3、某实验小组探究影响滑轮组机械效率的因素的实验装置如图所示，实验数据如下表。若不计摩擦，比较1

和2两次的实验数据，可以看出滑轮组的机械效率与有关；比较1和3两次的实验数据，可以看出滑轮组的机械效率与有关。

【答案】动滑轮的个数（或动滑轮的总量）提升的物重

【解析】从1、2两次实验中，绳端移动距离和钩码上升高度之间的关系可以看出，两次分别利用了不同的滑轮组。第二组的滑轮组是右边的，使用的动滑轮的个数多。从而可以看出，动滑轮总重越大，滑轮组的机械效率越低。

从1、3两组数据可以看出，两次用的是同一个滑轮组，第三次实验提升的钩码重，滑轮组的效率也高。所以可以看出滑轮组的机械效率与被提升物体的重力有关。

【总结升华】此题主要通过实验研究了影响滑轮组机械效率的因素，知道动滑轮越重，机械效率越低；提升的物体越重，机械效率越高。

举一反三：

【变式】某同学想通过实验来探究“影响滑轮组的机械效率的因素”。他做了如图所示的实验，并测算了各次实验装置的机械效率。关于他的实验过程，下列说法中不正确的是（）

A．根据①、②两次实验可知：滑轮组的机械效率与绳子的绕法无关

B．根据②、③两次实验可知：同一滑轮组提起物重越大，机械效率越低

C．根据该同学的探究结论可知，通过适当增大物重可以提高滑轮组的机械效率

D．为使实验的结论更具可靠性，应换用不同的装置进行多次实验归纳得出普遍规律

【答案】B

类型二、知识运用