第3节 机械效率

例3.小李师傅用如图所示的滑轮组将沙子从 地面提升到距离地面6 m高的三楼，沙子的 质量为50 kg，装沙子的桶的质量为8 kg， 动滑轮的质量为2 kg.若物体上升的速度为 0.1 m/s(忽略摩擦和绳重，g取10 N/kg)求： (1)提升物体时绳子自由端的拉力. (2)拉力的功率. 60W (3)滑轮组的机械效率. 83.3％
思考： 提升物体的过程中动力（人）对哪些物体做了功？
1对砂子做功 1对砂子做功 1对砂子做功 ③ 2对桶做功 ④ ① 2对桶做功 ② 2对口袋做功 2对桶做功 3对动滑轮做功 3对动滑轮做功 3克服自重做功
1对砂子做功
问题1：哪些功达到了我们做功的目的？
对重物（沙子）做的功。 有用功：满足我们做功的目的，对我们有价值的功 . 计作：W有用
W有=W手=F拉s拉=f摩s物.若我们做功的目的是提着物体匀速上升一定高度，则 有用功W有=W手=F拉s拉=G物h物.
例 1 、用一动滑轮将重 200N 的砂子提到 9m 高的脚
手架上，所用力是120N，求有用功、总功机械效率
各是多少？
解：
W有 G h 200N 9m 1800 J
做功过程中，主要是克服机械的重量、辅助工具的 重量和机械部件之间的摩擦力所做的额外功
3 、总功（W总）：
有用功与额外功的总和
W总＝FS……（运用机械时动 力F所做的功） W总＝ W有用＋ W额外
4 、三者关系：
随堂小练习
1、用水桶从井中提水时， 所做的有用功是 克服水的重力做功， 额外功是 克服桶的重力做功 ， 总功是 拉力所做的功 ； 2、如果桶掉到井里，从井里捞桶时，捞上来的桶里 带了一些水，有用功是 克服桶的重力做功 ， 额外功是 克服水的重力做功 ， 总功是 拉力所做的功 。
300N
随堂小练习
1.请你判断：下面说法中是否正确？
1．有用功越多，机械效率越高（ × ） 2．额外功越少，机械效率越高（ × ） 3．物体做功越慢，机械效率越低（ × ） 4．做总功越多，机械效率越低（ × ） 5 ．做相同的有用功，额外功越少，机械效率越 高（ √ ） 6 ．做相同的总功时，有用功越多，机械效率越 高（ √ ） 7．机械效率越高，越省力（ × ）
次 数 1 2 钩码重 /N 2 5 钩码上升高 度/cm 10 5 弹簧测力计 示数/N 0.8 1.5 弹簧测力计移 动距离/cm 40 20
3.某实验小组利用如图所示的实验装置测滑轮组的机械效率，得到的实验数据如下表.
实验次数 钩码重 G(N) 2 2 3 钩码上升高 度h(m) 0.1 0.1 0.1 绳端拉力 绳端移动距 F(N) 离s(m) 0.9 0.3 0.7 1.2 0.5 0.3 机械效率 η 74.1% 57.1% 83.3%
算一算：算出有用功,额外功 总功分别是多少？
砂子重100N
人重400N
桶重20N
地面到三楼高6 m 有用功: 对砂做功 600J
额外功: =2520J 对桶做功
克服自重 做功
120J
2400J
总功
=3120J
砂子重100N 桶重20N 地面到三楼高6 m
有用功: 额外功: 总功:
对砂子做功 对桶做功
2 ．在“测滑轮组机械效率”的实验中，用同一滑 轮组进行两次实验，实验数据如下表： ⑴此实验所用滑轮的个数至少是 ____ 3 个，其中动滑 轮有_____ 2 个。 ⑵第一次实验测得滑轮组的机械效率为 ________ 62.5% ， 大于 第一次的机 第二次实验时滑轮组的机械效率 ______ 械效率（选填“大于”、“小于”或“等于”）
F
实验2 2. 条件：物重一定
保持钩码重力一定，改变动滑轮重。 G/N h/m F/N s/m W有/J W总/J

1
2
F
结论： 物重一定，动滑轮越重，机械效率低。
课堂小结
有用功 总功 额外功
机械效 率概念
机械效 率测定
1．图为测量滑轮组机械效率的实 验装置，钩码总重6 N。 缓慢 （1）实验时要竖直向上______ 拉动弹簧测力计，由图可知拉力 大小为_______N ，若钩码上升的 2.4 高度为 8cm, 则弹簧测力计向上移动 ______cm, 该滑轮 24 组的机械效率为________ 。 83.3% （ 2）若仅增加钩码的个数，该滑轮组有机械效率将 增大 _______ （选填：“增大”、“减小”或“不变”）
(3)分析比较第一次实验和第三次实验的数据可以得到的结论是
使用同一滑轮组，增加钩码重，可以提高滑轮组的机械效率 ___________________________________________.
4.用如图甲的装置探究滑轮组的机械效率η 与动滑轮重G动的关系： 匀速 竖直向下拉动弹簧测力计. (1)实验时，应______ (2)改变动滑轮重，提升同一物体进行多次实验，获得数据并绘 制出如图乙的图像.分析可知：被提升物体所受的重力相同时， 动滑轮越重，滑轮组的机械效率越_____. 低 (3)分析图像中的A点可知，被提升物体所受的重力为 ______N.(忽略绳重和摩擦)
W总 F s 120N 18m 2160J W有 1800J 83.3% W总 2160J
例2.如图所示，用弹簧测力计将重为3.9 N的物块从斜面的底端匀速拉至顶 端，则物块所受拉力为_____N 2.6 ，已知斜面的高为2 m，长为4 m，则拉力 做功为_______J 75％ 10.4 ，斜面的机械效率为_______.
实验次数 斜面倾角 物重G/N ① ② ③ 45° 30° 30° 1 1 2 斜面高度 h/m 0.7 0.5 0.5 沿斜面拉 力F/N 0.9 0.7 1.4 斜面长 s/m 1 1 1 有用功W 有/J ______ 0.7 0.5 1 总功W总 /J 0.9 0.7 1.4
机械效率 η (%) 77.8 71.4 ____ 71.4
1
2 3
(1)从表中的实验数据可以分析得出：第一次实验数据是用______( 填“甲”或“乙”) 甲 实验装置测得的. (2)分析比较第一次实验和第二次实验的数据可以得到的结论是
使用不同的滑轮组提升相同的重物时，动滑轮的个数越多，滑轮组的机械效率越低 ___________________________________________.
四、测滑轮组的机械效率
实验原理
W有 Gh W总 Fs
实验器材 弹簧测力计、刻度尺、 铁架台、滑轮、细线、钩码。
F
注意事项 竖直向上，缓慢拉动测力计。
实验1 保持动滑轮重一定，改变钩码重力。
F
G/N h/m F/N s/m W有/J W总/J
1 2 3

结论： 动滑轮重一定,物重越大，机械效率越高。
②③
6.某实验小组利用图示装置研究杠杆的机械效率，实验的主要步骤如下：
①用轻绳悬挂杠杆一端的O点作为支点，在A点用轻绳悬挂总 重为G的钩码，在B点用轻绳竖直悬挂一个弹簧测力计，使杠 杆保持水平； ②竖直向上拉动弹簧测力计缓慢匀速上升(保持O点位置不变)， 在此过程中弹簧测力计的读数为F，利用刻度尺分别测出A、 B两点上升的高度为h1、h2 回答下列问题： Gh 1 (1)杠杆机械效率的表达式为η =____________.( 用已知或 ×100% Fh 2 测量的物理量符号表示) (2)本次实验中，若提升的钩码重一定，则影响杠杆机械效 杠杆的自重 率的主要因素是：________________. (3)若只将钩码的悬挂点由A移至C，O、B位置不变，仍将钩 码提升相同的高度，则杠杆的机械效率将_______( 变大 填“变 大”“变小”或“不变”).
600J
120J
720J
人拉滑轮做功
砂子重100N
桶重20N
动滑轮重10N
Fra Baidu bibliotek地面到三楼高6 m
对砂子做功 600J
有用功:
额外功: =160J 对桶做功 对动滑轮做功 总功: 人拉滑轮做功 120J 60J 780J
砂子重100N 口袋重5N
动滑轮重10N 地面到三楼高6 m
有用功:
对砂子做功
600J
7.如图所示是小明测量杠杆机械效率的实验情景(杠杆的重力 忽略不计)： (1)请把表中相关的数据填写完整.
物体重 G/N 物体上升 的高度 h/cm 弹簧测力 弹簧测力计 计的示数 移动的竖直 F/N 距离s/cm 有用功 总功W总 机械效率 W有/J /J η /%
η 读作“eta”
3、η 一般用百分数表示，没有单位
W有 100 % 4、公式推导： W总

W有用 W有用 W额外
5.提高机械效率的方法有增加物体自重、减轻机械自身的重，
加润滑油以减小摩擦等都可以提高机械效率. 6、理解：
(实际情况)W额外 0…… 1
要找到一个做功过程中的有用功，我们必须先确定做功的目的，然后才可以确定有 用功.若我们做功的目的是拉着物体匀速前进一段距离，则有用功
起重机的 机械效率 是60%， 它表示什 么意思？
使用起重机提升重物时，有用功在总功中占 有60%，另外的40％是额外功．
汽油机机械效率22%~27% ，机械效率是选择机械的 一个重要指标 在有用功相同时，机械效率高，
①总功就少（消耗的 汽油就少，有经济 效益） ②额外功就少（浪费少， 汽车尾气就少，有社 会意义，环保意义）
额外功: =90J
对口袋做功
对动滑轮做功
30J 60J
总功: 人拉滑轮做功 690J
二、机械效率
有用功相同时，希望额外功多好还是少好？
请算出几种种办法中有用功在总功中占的百分比。
19%
77%
83%
87%
二、机械效率η 1、机械效率：有用功与总功的比值叫做机械效率。 2、公式：
W有 100 % W总
义务教育教科书（人教）八年级物理下册
直接提升物体做功，与使用机械提升物体做 功相同吗？
G/N h/m 2 0.1
W直/J 0.2
F/N s/m 1.2 0.2
W机/J 0.24
结论：使用动滑轮比直接提升物体不省功。 推论：使用任何机械不省功。
一、有用功、额外功、总功 想一想：有哪些办法可以将沙子运上三楼？
(1)表格中缺少2个数据，请补充完整(保留一位小数). (2)在实验操作过程中，应沿斜面_______ 匀速 向上拉动木块；实验时要使木板的倾斜 角变大，应该把木板下面的木块向_______ 左 移动(填“左”或“右”). 小 (3)通过对比实验①②的数据，得出的结论是斜面越缓越省力，机械效率越_____. (4)通过对比实验的数据_______(填实验次数)，得出的结论是对于同一斜面，机 械效率与所拉物体的重力______. 无关
3.如图所示，小机车通过滑轮组提升重物，机车的最大输出功率为10 kW，重物 重3 500 N，动滑轮重500 N.机车所受摩擦阻力不计，绳重及滑轮转动时摩擦忽 略不计.
(1)滑轮组的机械效率是多少？
87.5%
(2)若要求重物以1 m/s匀速提升，则机车能提升重物的 最大重量为多少？
9 500 N
三、一些机械的机械效率：
2.湖北省第十四届运动会将于2014年10月8日在荆州市举行，目前各比 赛场馆正在紧张的建设中.某场馆建设工地上，工人用如图所示的滑轮 组将重2 000 N的物体A以0.4 m/s的速度沿水平方向匀速向前拉动2 m， 拉力F大小为250 N，物体A与地面间的滑动摩擦力大小是物体A重力的 0.2倍，求： 400 N (1)物体A与地面间的滑动摩擦力大小是多少？ (2)该滑轮组的机械效率是多少？80% (3)拉力F做功的功率是多少？ 200 W
3
5.小亮看到工人利用斜面把货物推到小车上，联想到物理课上学到的知识，提出了以下两个 问题：①斜面越缓越省力，是不是机械效率高呢？ ②对于同一个滑轮组，提升的物体越重，机械效率越高；对于同一个斜面，是不是所推的物 体越重，机械效率越高呢？ 为了解决以上问题，小亮与几个同学一起用如图所示的装置进行了多次实验探究，记录的部 分实验数据如下表：
问题2：哪些功对我们没有价值，但又不得不做的功？
1..桶、动滑轮、口袋等也随重物一起上升，也提升了它们. 克服这些重力做的功 2.此外，机械运转时都有摩擦克服机械的摩擦做的功
额外功：对我们既无利用价值而又不得不做的功。 计作：W额外
1、有用功（W有用）： 对人们有用的功。
W有＝Gh………提升物体 2 、额外功（W额外）： 人们不需要但又不 得不做的功。