1、12.3 机械效率 1、“效率”这个词大家并不陌生，如学习、“效率”这个词大家并不陌生，如学习 效率、工作效率，谁能给大家解释一下？效率、工作效率，谁能给大家解释一下？ 2、机械帮助我们做功也会涉及效率问题，、机械帮助我们做功也会涉及效率问题， 我们称为机械效率，要研究机械效率就要我们称为机械效率，要研究机械效率就要 先研究使用机械做功的情况先研究使用机械做功的情况 直接提升物体做的功，与使用机械提升物体 做的功相同吗？使用机械能省功吗？ 提出问题： 提出问题 例、通过一动滑轮用60 N的拉力提起重为100N的重 物，使重物提高2m。 （1）拉力做多少功？ （2）如用手直接提起做功多少？ W手
2、=Gh=100N2m=200J W用机械=FS=60N4m=240J F 解：S=2h=22m=4m 结论：使用滑轮组提升物体做的功大于直接提升物体做的功。 使用动滑轮不省功。 推论：使用任何机械不省功。 右图的两种情况右图的两种情况 中，人对钩码做的功中，人对钩码做的功 满足什么关系？人做满足什么关系？人做 的功满足什么关系的功满足什么关系？ 为什么利用实际机械做的功大或等于不用机械直接为什么利用实际机械做的功大或等于不用机械直接 用手做的功呢用手做的功呢 ？ 对人们有用对人们有用 必须做的功必须做的功 将钩码向上拉将钩码向上拉 并不需要做并不需要做 但但 又不得不做的又不得不做的 功功 对
3、钩码做的功对钩码做的功 对动滑轮做功对动滑轮做功 克服动滑轮重克服动滑轮重 力做功力做功 人的目的是：人的目的是： 额外功额外功 在做有用功的同时，人们不需要但又不在做有用功的同时，人们不需要但又不 得不做的功，叫做额外功。得不做的功，叫做额外功。 有用功有用功 必须做的功，叫做有用功。必须做的功，叫做有用功。 实现目的而做的功 克服机械自身（如动滑轮、绳 子）的重力和摩擦等而做的功 有用功和额外功有用功和额外功 有用功加额外功是总共做的功，叫总功。有用功加额外功是总共做的功，叫总功。 即：即：W总 总=W有用有用+W额外额外 总总 功功 动力对机械所做的功 用水桶从井中提水的时候，所做的功哪
4、部用水桶从井中提水的时候，所做的功哪部 分是有用功，哪部分是额外功？分是有用功，哪部分是额外功？ 提水所做的功是有用功，提水桶所做的提水所做的功是有用功，提水桶所做的 功是额外功。功是额外功。 如果桶掉到井里，从井里捞桶的时候，捞如果桶掉到井里，从井里捞桶的时候，捞 上的桶里带了一些水，这种情况下哪部分上的桶里带了一些水，这种情况下哪部分 是有用功，哪部分是额外功？是有用功，哪部分是额外功？ 提水桶所做的功是有用功，提水所做的提水桶所做的功是有用功，提水所做的 功是额外功。功是额外功。 搬运工人将重物用定滑轮运上五楼，此过程所做的搬运工人将重物用定滑轮运上五楼，此过程所做的 有用功是（有用功是
5、（ ） A A 克服摩擦力所做的功克服摩擦力所做的功 B B 搬运工人对绳子拉力所做的功搬运工人对绳子拉力所做的功 C C 提高绳子所做的功提高绳子所做的功 D D 提高重物所做的功提高重物所做的功 D F G s h W有用 有用=G物物 h W总 总=F s W额外 额外=G动动 h （不计绳重和摩擦）（不计绳重和摩擦） F s物 f W有用 有用=f s物物 W总 总=F s绳绳 利用滑轮组做功利用滑轮组做功 h l F G W有用 有用=G h W总 总=F l W额外 额外=f l 不做功不做功 利用斜面做功利用斜面做功 洪山嘴中学詹振亚 洪山嘴中学詹振亚 无论采取那种方法都必须做的
6、功。即：为达到 目的所必须做的功。 （1）用滑轮组使物体升高时： W有用G物 h W有用f摩擦 S物 （2）用滑轮组使物体水平运动时： 对三种机械功的理解：有用功 （3）使用斜面时： W有用G物 h 洪山嘴中学詹振亚 洪山嘴中学詹振亚 并非人们需要但又不得不做的功 （1）克服机械自重做功： W额外=G动滑轮 h 使用动滑轮或滑轮组时： （2）克服机械间的摩擦做功： 使用斜面时： W额外=f摩擦 L 对三种机械功的理解：额外功 洪山嘴中学詹振亚 洪山嘴中学詹振亚 W总W有用 W额外 公式（1） ： 公式（2） ： W总F动力 S动力 对三种机械功的理解：总功 动力对机械所做的功。 有用功和额外功
7、的和等于总功。 公式（3） ： W总P动力 t 洪山嘴中学詹振亚 洪山嘴中学詹振亚 在使用机械工作时，有用功在总功中所占份额越多 越好。它反映了机械的一种性能，物理学中用机械 效率来表示机械的这种性能。 2、公式： 1、定义：有用功跟总功的比值。 3、特点： W有用 W总 （2）机械效率总小于1 。（因为有用功总小于总功） （1）机械效率通常用百分数表示。没有单位。 洪山嘴中学詹振亚 洪山嘴中学詹振亚 对机械效率的理解 （1）机械效率与 是否省力、功率大小、提升高度、 做功的多少无关。 如：某起重机的机械效率是60% （2）使用该起重机提升重物时，所做的有用功跟总功 的比60%。 （3）也可以
8、说，使用该起重机提升重物时，所做的有 用功在总功中占有60%，额外功占40。 （4）有用功所占总功的比例越大，机械效率越高。 洪山嘴中学詹振亚 洪山嘴中学詹振亚 一些机械的机械效率： 抽水机 60% 80% 柴油机 28% 40% 起重机 40% 50% 滑轮组 50% 85% 1.下列关于功率和机械效率的说法正确的是 ( ) A.机械效率越高的机械做功越快 B.机械效率越高的机械做功越多 C.功率越大的机械做功越快 D.功率越大的机械做的有用功越多 2.甲吊车的机械效率为75%，乙吊车的机械效率为 70%，当它们分别把相同质量的物体匀速提升相 同高度时，则 ( ) A.甲吊车的电动机做的有用
9、功较多 B.乙吊车的电动机做的额外功较多 C.甲吊车的电动机做的总功较多 D.甲、乙两吊车的电动机做的总功相同 3、如图所示的滑轮组匀速提升物体已知物重G=240 牛，手的拉力F=100牛，手上升距离为30厘米,则有用 功为多少焦耳?该滑轮组的机械效率为多少? G 解:因为h= S=10cm=0.1m 1 3 W有=Gh=240 N0.1m=24J W总=FS=100 N0.3m=30J = = 100%=80% W有 W总 24J 30J F 4、在20N的水平拉力F作用下，重200N的物体沿水 平地面向左做匀速直线运动， 物体与地面间的滑动摩擦力为48N， 则滑轮组的机械效率为_.若物体的
10、速度为 0.2ms，则1min内拉力做的功为_J 80% 720 5、现有重800N的木箱A，小李同学想把它 搬到高为6m、长为10m的斜面上，如图所 示，他站在斜面上，沿斜面向上用600N的 拉力使木箱A以0.2ms的速度匀速从斜面 底端到达斜面顶端。求： (1)小李同学拉木箱的功率是多大? (2)该斜面的机械效率是多少? (3)木箱A在斜面上匀速运动时受到的摩擦力 是多大? 120J 80% 120N 6、如图所示的滑轮组的机械效率是75%，物 体重力为150 N用滑轮组匀速将物体提升2m， 所用拉力F为 N,动滑轮重力为 N。 不计绳重和摩擦。 F 7 7、如图所示，工人通过滑轮组将重6
11、00N的箱 子提升12m.在这一过程中，若不计绳重和 摩擦，而工人做的额外功是1800J.那么， 下列有关计算结果中正确 ( ) A.工人所用拉力为200N B.工人做的总功为7 200J C.动滑轮重为150N D.滑轮组机械效率为75% 8.工人用如图所示的动滑轮，将重1 000N的物体 在5s内匀速竖直提升了1m，人对绳自由端的拉 力F为600N，不计绳重和摩擦.以下结论正确的 是 ( ) A.动滑轮的有用功为600J B.动滑轮的重力为400N C.滑轮的机械效率为83.3% D.拉力F的功率为120W （1）120N（2）96N 9、用图3所示滑轮组拉着一重为100牛的物体 A沿水平
12、面做匀速运动，所用拉力F的大小为 40牛 （1）不计轮和绳的重力以及摩擦，求：物 体A所受的摩擦力 （2）若滑轮组的机械效率为80%，求：物 体A所受的摩擦力 10、某公司在工艺品市场购买了一件大型工艺花 瓶，花瓶质量约为250。为了便于搬运，工作 人员先用质量约为50的 包装箱对花瓶进行包装； 然后用两根粗钢管在高1.2m的车厢与地面之间搭 成一个长度约为4.8m的简易斜面，如图所示。装 车时，工作人员用平行于钢管方向1000N的推力 把包装好的花瓶匀速推上车，求 （1）搬运花瓶做的有用功； （2）搬运花瓶的机械效率； （3）克服摩擦做的额外功。 g=10N/kg， （1）3000J（2）6
13、2.5 （3） 1200J 探究实验：测量滑轮组的机械效率探究实验：测量滑轮组的机械效率 WGh WFs 有有 总总 F 【实验原理实验原理】 【实验器材实验器材】 弹簧测力计、刻度尺弹簧测力计、刻度尺、铁架台、滑轮、铁架台、滑轮、 细线、钩码细线、钩码 绳端的拉力绳端的拉力F、_、 _和和_。 物体重物体重G 物体上升距离物体上升距离h 绳自由端移动距离绳自由端移动距离s 【需要直接测量的物理量需要直接测量的物理量】 实验时拉力的方向实验时拉力的方向 应尽量应尽量_，且应在，且应在 钩码钩码_的过程中读的过程中读 取拉力的大小。取拉力的大小。 竖直向上竖直向上 匀速移动匀速移动 注意事项：注
14、意事项： 实验过程实验过程 洪山嘴中学詹振亚 洪山嘴中学詹振亚 保持动滑轮重一定，改变钩码重力。 实验探究1 G/N h/m F/N s/m W有 有/J W总总/J 1 2 3 1 0.1 0.5 3 0.1 1.5 83.3 88.9 4.5 3 0.2 0.4 3 1.5 0.1 4 2 0.1 0.8 3 66.7 结论：动滑轮重一定，提升的物重越大，滑轮组的 机械效率越高。 F =0.8N F =0.5N =1.5N F 洪山嘴中学詹振亚 洪山嘴中学詹振亚 G/N h/m F/N s/m W有 有/J W总总/J 1 2 83.3 55.5 4.5 3 0.2 0.2 4 0.9 0
15、.1 2 2 0.1 0.8 3 实验探究2 保持钩码重力一定，改变动滑轮重 结论：提升的物重一定，动滑轮越重，滑轮组 的机械效 率低。 F F 讨论讨论 ： a a 、装置不变，若物重增加，则、装置不变，若物重增加，则 _； b b 、物重不变，若动滑轮个数增加，则、物重不变，若动滑轮个数增加，则 _； c c 、其他不变，若绕绳方向变化，、其他不变，若绕绳方向变化， 则则 _。 d d 、其他不变，若提升高度变高，、其他不变，若提升高度变高， 则则 _ e e 、其他不变，若提升速度增大，、其他不变，若提升速度增大， 则则 _ 增加 减小 不变 不变 不变 结论：滑轮组的机械效率与物重、动
16、滑轮重、绳重、摩 擦有关，与绕绳方法，提升高度，提升速度均无关 洪山嘴中学詹振亚 洪山嘴中学詹振亚 影响机械效率的因素和提高机械效率的方法 （1）影响机械效率的因素 A、减轻机械自重 B、减小摩擦力 D、增加提升的物重。 C、减轻绳重 （2）提高机械效率的方法 A、机械的自重、摩擦、绳重 B、提升的物体重力 洪山嘴中学詹振亚 洪山嘴中学詹振亚 1、关于机械效率的说法中正确的是 （ ） A越省力的机械，效率越高 B做有用功越多的机械，效率越高 C做相同的功，额外功的值越小，效率越高 D做功越快的机械，效率越高 C 4图为测量滑轮组机械效率的实 验装置，钩码总重6 N。 （1）实验时要竖直向上_
17、拉动弹簧测力计，由图可知拉力 大小为_N，若钩码上升的 高度为8cm,则弹簧测力计向上移动_cm,该滑 轮组的机械效率为_。 （2）若仅增加钩码的个数，该滑轮组有机械效率 将_（选填“增大”“减小”或“不变”） 匀速 2.4 24 83.3% 增大 5、某实验小组在“测滑轮组机械效率”的实验中 得到的数据如下表所示，第1、2、3次实验装置分 别如图13中的甲、乙、丙所示。 次 数 钩码 重 G/N 钩码上升高度 h/m 有用功 W有/J 测力计拉 力F/N 测力计移动距离 s/m 总功W总 /J 机械效率 1 2 0.1 0.2 0.9 0.3 0.27 74.1% 2 4 0.1 0.4 1
18、.6 0.3 0.48 83.3% 3 4 0.1 0.4 1.1 0.5 0.55 72.7% （1）比较第1次和第2次实验，可得结论：使用同样的滑 轮组，提起的钩码越重，滑轮组的机械效率 。 （2）比较第2次和第3次实验，可得结论：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 。 （3）如果绳重不计，摩擦不计，丙图中钩码重为4N， 测力计的拉力为1N，那么当钩码重为9N时，该滑轮组的 机械效率为 。 越高越高 越低越低 90% 6.绳重及摩擦不计。装卸工人将重为800N的货物 提至高处，人对绳的拉力F1为500N，货物在1min 内匀速上升了5m。 （1）请在图
19、上画出绳子的绕法； （2）求滑轮组的机械效率； （3）如果重物是600N，要把重物提升5m，求拉 力做的功。 G 图22 答案：（1）绕法如图4所示 2 分 （2） 100%100% 100% 80% 2分 （3）G动2 F1G物2500800200N F2(G动 G物)2（600+200）2 N400N W40052 J4000 J 2 分 G 图4 7.如图16所示，重为1140 N的物体，它与水 平地面的接触面积为1.5103 cm2。工人师 傅用600 N的力匀速提升物体，物体的速度 为0.2 m/s。（不计摩擦及绳重） 求：（1）工人师傅拉绳的功率； （2）滑轮组的机械效率； （3）体重为450 N的小明用此滑轮组提升物 体，但物体没有被拉 动，物体对地面的最小压强为多大。 图16 A 解：（1）拉力的功率： （2）滑轮组的机械效率： （3）由于忽略摩擦及绳重，2F = G + G动 动滑轮重：G动 = 2F- G = 2600 N-1140 N = 60 N 绳端最大拉力等于人体重力，则物体对滑轮组的 拉力：F拉 = 2 G人-G动 滑轮组提升物体的拉力：F拉 = G-F支 物体受到的支持力：F支 = G+ G动-2 G人 =1140 N+60 N-2450 N = 300 N 物体对地面的最小压强：
