12.4 机械效率 （课件）初中物理人教版（2024）八下

(共33张PPT)
人教版第十二章第4节
机械效率
机械效率
老师
利用机械帮助我们工作，会给我们带来极大的方便。有的机械可以省力，有的机械可以省距离。利用滑轮组提升重物，绳端拉力所做的功与滑轮组对重物所做的功相同吗
撬棒——省力
钓鱼竿——省距离
滑轮组——省力
使用机械能否省功
为了回答这个问题，我们可以通过一个简单的实验来进行研究。
研究使用动滑轮是否省功
1.如图甲所示，用弹簧测力计将钩码缓慢地提升一定的高度，计算拉力所做的功。
2.如图乙所示，用弹簧测力计并借助一个动滑轮将同样的钩码缓慢地提升相同的高度，计算弹簧测力计的拉力所做的功。
这两次拉力所做的功相同吗 为什么
探究实验
研究使用动滑轮是否省功
实验次序 手的拉力F/N 手移动的距离s/m 钩码的重力G/N 钩码升高的高度h/m 拉力所做的功W/J
弹簧测力计直接提升钩码
通过动滑轮提升钩码
0.20
0.24
实验结果表明，虽然在两次实验中钩码被提升了相同的高度，但第二次实验中拉力做的功要多一些。
2 0.1 2 0.1
1.2 0.2 2 0.1
实验数据
实验结论
为什么借助动滑轮提升重物做功，拉力做的功要更多一些
分析讨论
动滑轮对重物的拉力所做的功，等于克服物体重力所做的功，就是有用功，用W有用表示 。
在第二次实验中，
将钩码提升一定的高度是我们的工作目的。
弹簧测力计的拉力所做的功，叫作总功，用W总 表示。
用动滑轮提升钩码时，我们还不可避免地要克服动滑轮本身所受的重力以及摩擦力等因素的影响而多做一些功，这部分功叫作额外功，用W额外表示 。
W总= W有用+W额
总功等于有用功与额外功之和，即
大量实验表明，动力对机械所做的功总是大于机械对外所做的功（有用功）。事实上，使用任何机械都不能省功。
一、有用功和额外功
有用功（W有用）：为了达到工作目的所做的功。
总功（W总）：使用机械时，动力对机械所做的功。
额外功（W额外）：对人们没有用，但不得不做的功。
工人师傅把重 500 N 的货物用绳子直接匀速提升到 2 m 高的工作台上，拉力对货物做的功为______J。若他用如图所示的滑轮组提升此货物到 2 m 高的工作台上，所用拉力为 200 N，拉力做的功为______J。两种情况对比，说明使用机械______（选填“能或“不能”）省功。
1000
1200
不能
在保证所做有用功一定的情况下，人们总是希望额外功越少越好，即额外功在总功中所占的比例越小越好，也就是有用功在总功中所占的比例越大越好。
物理学中，将有用功跟总功的比值叫作机械效率。如果用η 表示机械效率，那么有
η=
W有用
W总
有用功总是小于总功，所以机械效率总是小于1。机械效率通常用百分数表示。
二、机械效率
生活中的机械效率
生产生活中，人们利用多种方式提高机械效率，但都不能使其达到100%，如起重机的机械效率一般为 40%~50%，抽水机的机械效率一般为 60%~80%。
如图所示，一人用100 N的拉力通过滑轮组将重为300N的物体向上提起，绳重和摩擦不计。在拉力的作用下，物体匀速上升了1 m，求：（1）人所做的有用功；
（2）人所做的总功；
（3）人所做的额外功。
（1）W有用=Gh=300 N×1 m=300 J
（2）s=4h=4×1 m=4 m
W总= Fs=100 N×4 m=400 J
（3）W额外= W总－W有用=400 J－300 J=100 J
n=4
解：
起重机把质量为0.5 t的重物匀速提升了3 m，而它的电动机所做的功是3.4×104 J，起重机的机械效率是多少 g 取10 N/kg。
解：
起重机匀速提升重物所用的力与物体所受的重力大小相等
F =G= mg = 0.5×103 kg×10 N/kg = 5×103 N
起重机提升重物所做的功是有用功
W有用=Fh = 5×103 N×3 m = 1.5×104 J
起重机的电动机所做的功是总功 W总=3.4×104 J
因此，起重机的机械效率
η=
W有用
W总
= =0.44=44%
1.5×104 J
3.4×104 J
讨论：如果前面例题中用起重机提升的重物质量为0.6t，那么它的机械效率还是44%吗 对一个机械来说，它的机械效率是恒定不变的吗
分析：不是，机械效率不是恒定不变的，机械效率反映的是机械在一次做功过程中有用功跟总功的比值，同一机械在不同的做功过程中，有用功不同，机械效率也会不同。
下面我们通过测滑轮组的机械效率的实验来探究一下这个问题。
探究实验
测量滑轮组的机械效率
要想测量滑轮组的机械效率，就要想办法找出使用滑轮组工作时的有用功和总功，然后求出二者的比值。
实验思路
本实验可以测量如图所示滑轮组的机械效率，请根据此实验装置思考：要想知道有用功和总功，需要测量哪些量
η=
W有用
W总
=
Gh
Fs
1. 用弹簧测力计测量钩码所受的重力 G 并填入表中。
2. 按照右图安装滑轮组，分别记下钩码和绳端（弹簧测力计挂钩底部）的位置。
3. 缓慢拉动弹簧测力计，使钩码升高，读出拉力 F ，用刻度尺测出钩码提升的高度 h 和绳端移动的距离 s，将这三个量填入表中。
实验过程
4. 算出有用功 W有用、总功 W总、机械效率 η 并填入表中。
5. 改变钩码的数量，重复上面的实验。
实验过程
探究实验
测量滑轮组的机械效率
钩码所受的 重力G/N 提升 高度h/m 有用功W有用/J 拉力F/N 绳端移动的距离s/m 总功 W总/J 机械
效率η
1 0.05 0.05 0.69 0.15 0.104 48%
1.5 0.05 0.075 0.89 0.15 0.134 56%
1 0.05 0.05 0.5 0.33 0.165 30%
几次实验中测得的机械效率一样吗？说一说影响滑轮组机械效率的因素有哪些。
实验数据
思考讨论：如果保持钩码重力一定，且钩码升高相同高度，改变动滑轮重量，动滑轮越重，机械效率怎样变化
物重一定，升高相同高度，则有用功不变，动滑轮越重时，额外功越多，根据
W有用
η
=
W有用＋W额外
可知，动滑轮越重，机械效率越小。
分析：
你在三次实验中测得的机械效率一样吗 说一说影响滑轮组机械效率的因素有哪些。
分析：若不考虑绳重和摩擦，只计动滑轮重力时：
所以，影响滑轮组机械效率的因素主要有重物的重力G 和动滑轮的重力G动。
η＝ ＝
W有用
W总
Gh
Fs
＝
Gh
Fnh
＝
G
nF
＝
G＋G动
G
提高机械效率的方法
(1)增加有用功：
(2)减少额外功：
在机械能承受的范围内，增加物重。
①改进结构，减轻机械自重；
②定期保养，减小机械间的摩擦（加润滑油）。
η=
W有用
W总
提高机械效率的意义：
提高机械效率的主要办法：
节能减排、提高经济效益
改进结构，使机械更合理、更轻巧。
经常保养，使机械处于良好的运行状态。
如图所示，在斜面上，用与斜面平行的拉力将质量为 2 kg 的物块由斜面底端匀速拉到顶端，拉力大小为 8 N，斜面长 1.2 m、高 0.3 m，斜面的机械效率为_______，斜面间的摩擦力为_____N。（g 取 10 N/kg）
62.5%
3
用滑轮组匀速提升重物的过程中，哪个是有用功？哪些是额外功？
动滑轮对重物的拉力做的功为有用功；克服动滑轮本身所受的重力、绳的重力以及摩擦力所做的功为额外功。
一台起重机将重 3600 N 的货物匀速提高 4 m，起重机做的有用功是多少？如果额外功是 9600 J，总功是多少？机械效率是多少？起重机所做的额外功是由哪些因素引起的？
解：起重机做的有用功
W有用 = Gh = 3600 N×4 m = 14400 J
总功 W总=W有用+W额外=14400 J + 9600 J = 24000 J。
机械效率
起重机所做的额外功是由动滑轮、起重臂和钢丝绳所受的重力以及摩擦力引起的。
用一个动滑轮在 5 s 内将一个重 200 N 的物体向上匀速提起 3 m，拉力为 150 N。这个动滑轮的机械效率是多少？拉力的功率是多少？
解：由题可知，n = 2，
则绳端移动的距离 s = nh = 2×3 m = 6 m，
动滑轮的机械效率
拉力的功率
如图所示，用125 N的拉力F，把重力为300 N的木箱匀速提升3 m，滑轮组的机械效率为_____；假如在上升过程中，拉木箱的绳子突然断了，木箱由于______会继续向上运动一段距离。
80%
惯性
分析：
n = 3
η＝ ＝
W有用
W总
Gh
Fs
＝
Gh
Fnh
＝
G
nF
= =80%
300 N
3×125 N
如图，用滑轮组将一重物竖直向上匀速提升2 m，所用拉力F=100 N，若该过程中滑轮组的机械效率为80%，则滑轮组对重物做的有用功为______J。
320
解析：
该滑轮组动滑轮上承担物重的绳子有n=2段，所以，绳子拉下的距离：s=nh=2×2 m=4 m。
则总功：W总=Fs=100 N×4 m=400 J。
故有用功：W有用=W总·η=400 J×80%=320 J。
有一个螺旋形滑梯高为3m，滑梯的螺旋轨道距离为5m（如图）。把重为300 N的小孩从滑梯的底部沿着螺旋轨道匀速推上滑梯的顶端。如果小孩受到的摩擦力为30 N，则小孩受到沿滑梯向上的推力为_____N，滑梯的机械效率为_______ 。
210
85.7%
解析：滑梯相当于一个斜面，推力对小孩做的功为总功，克服重力做的功 为有用功，克服摩擦做的功为额外功，W总= W有用+W额外 即，Fs=Gh+fs
所以，
还有，
F=
Gh+fs
s
= =210N
300N×3m+30N×5m
5m
η=
W有用
W总
= = =85.7%
Gh
Fs
300N×3m
210N×5m
用一个动滑轮在5 s内将一个重200 N的物体向上提起3 m，拉力为150 N。这个动滑轮的机械效率是多少 拉力的功率是多少
解：拉力移动的距离s=2h=2×3 m=6 m。
所以动滑轮的机械效率
拉力做功为 W总=Fs=150 N×6 m=900 J，
所以其功率为
P =
W总
t
=
900 J
5 s
= 180 W
η=
W有用
W总
= = =66.7%
Gh
Fs
200 N×3 m
150 N×6 m
W有 =
W总 =
Gh
Fl
W有
W总
Gh
Fl
—— = ——
η =
斜面的机械效率
1．有用功和额外功：
W总= W有用+W额外
2.机械效率：
η=
W有用
W总
3.测量滑轮组的机械效率：
4.同一滑轮组，物重越大，机械效率越高
机械效率
η=
W有用
W总
=
Gh
Fs
作业
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