11.3　如何提高机械效率 第1课时　认识机械效率(要点讲解+当堂检测+答案)

沪粤版物理九年级上册同步学案
第十一章　机械功与机械能
11.3　如何提高机械效率
第1课时　认识机械效率
要 点 讲 解
要点一　有用功、额外功和总功
1. 有用功：利用机械做功时，我们需要的、有价值的功叫做有用功，用W有用表示。
2. 额外功：我们使用机械做功时，必须克服机械自身部件的重力和摩擦力等做一定量的功，这部分功对人们既无利用价值，又不得不做的功叫做额外功，用W额外表示。
3. 总功：实际使用机械做功时，有用功与额外功之和，叫做总功，用W总表示。表达式为W总＝W有用＋W额外。
4. 三种机械功的比较
机械
功
杠杆
滑轮组(提重物)
斜面
有用功
W有用＝Gh
W有用＝Gh
W有用＝Gh
额外功
克服杠杆本身受到的重力、摩擦力所做的功W额外＝W总－W有用
克服动滑轮重、绳重、摩擦力所做的功①W额外＝W总－W有用
②若不计绳重、摩擦力，W额外＝G动h
克服摩擦力所做的功①W额外＝W总－W有用②W额外＝fL
总功
W总＝Fs
W总＝Fs
W总＝FL
经典例题1　用如图所示的滑轮组提升重物时，动滑轮下面挂着的钩码所受重力是G，动滑轮的重力为G′，竖直向上拉弹簧测力计，使钩码匀速上升h的高度，在此过程中弹簧测力计的示数为F，力F移动的距离是s，若不计摩擦，请根据公式：W总＝W有用＋W额外，推导出：F＝。
解析：在用滑轮组提升钩码的过程中，有用功就是直接克服重力把钩码提升一定高度所做的功，总功是使用机械时总共所做的功。不计摩擦，克服动滑轮所受重力所做的功为额外功。由图可知，钩码由3股绳子承担，则s＝3h。
解：滑轮组提升钩码所做的有用功为W有用＝Gh；额外功为W额外＝G′h；总功为W总＝Fs＝F×3h＝W有用＋W额外＝Gh＋G′h，整理可得：F＝。
注意：有用功可理解为一种“目的”功。在用动滑轮或滑轮组提升重物时，使用机械的目的是提升重物，那么克服重物的重力做的功是有用功，即W有用＝Gh；假设用滑轮组拉动重物在水平面上匀速移动时，使用机械的目的是水平移动重物，那么克服重物与水平面间的摩擦力做的功是有用功，即W有用＝fs。由于机械自重和摩擦总是存在的，所以额外功是不可避免的，即对任何机械总有W额外＞0。
要点二　机械效率
1. 定义：有用功W有用与总功W总的比值叫做机械效率。
2. 理解：机械效率是表示机械对总功利用率高低的物理量。机械效率越高，表明机械对总功的利用率越高，即机械做的有用功与动力对机械所做的总功的比值越大，或者说额外功占总功的比例越小，也说明该机械的性能越好。
3. 公式：η＝×100%。
(1)机械效率是有用功与总功的比值，它无单位，通常用百分率来表示。
(2)因为使用任何机械时都要做额外功，所以，使用任何机械W有用都小于W总，所以所有机械的机械效率都会小于1。
(3)机械效率表示有用功占总功的百分比，它与机械是否省力无关；与机械是否省距离无关；与机械功率的大小无关；与机械做功的多少无关。
(4)机械效率不是固定不变的。机械效率反映的是机械在一次做功的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，提起物重不同，机械效率往往会不同。
经典例题2　关于功、功率、机械效率说法正确的是(　　　)
A．功率越大，做功越快，机械效率越大
B．做功越少，功率越小，机械效率越小
C．功率越大，反映做功越快，与机械效率无关
D．机械效率越大，表明它做的功越多
解析：功率大，说明做功快，但不能说明机械效率大，故A错误；功率与做功多少和时间有关，做功少，功率不一定小，机械效率不一定小，故B错误；功率越大，反映做功越快，与机械效率无关，故C正确；机械效率大，说明有用功与总功的比值大，做功不一定多，故D错误。
答案：C
注意：理解“功”、“功率”和“机械效率”三个量的含义，弄清它们之间的区别和联系，是解答概念辨析题的基础和前提。
易错易混警示　对机械效率的概念认识不清
机械效率是表征机械性能优劣的重要指标，机械效率的高低由有用功和总功共同决定。由公式η＝×100%可知，有用功一定时，所做的额外功越少，机械效率就越高；当额外功一定时，所做的有用功越多，机械效率就越高。提高机械效率的主要方法是：增大有用功，减小额外功。通常人们在使用机械做功时，通过以下具体的方法提高机械效率：尽量减小机械自重；改进机械的结构；按规程进行保养、合理使用以减小摩擦；同样的机械增大被提起的物重。
经典例题3　关于机械效率，下列说法中正确的是(　　　)
A．机械做的功越多，机械效率就越高
B．机械的功率越大，机械效率就越高
C．做额外功越多的机械，机械效率就越高
D．额外功在总功中占的比例越大，机械效率就越低
解析：机械效率等于有用功W有用与总功W总之比，即η＝×100%，有用功在总功中占的比例越大，机械效率就越高；额外功在总功中占的比例越大，机械效率就越低。
答案：D
当 堂 检 测
1. 卖茶杯的人，从货架上拿起茶杯；喝茶水的人，从桌面上端起盛茶水的茶杯，下列关于两人克服茶杯重力做功的说法中正确的是(　　)
A. 都是有用功 B. 都是额外功
C. 对喝茶的人而言是有用功 D. 对卖茶杯的人而言是有用功
2. 关于机械效率，下列说法正确的是(　　)
A. 机械效率高的机械，做的有用功多
B. 机械效率高的机械，做的总功少
C. 做相同的有用功，使用机械效率高的机械做的总功少
D. 以上说法都正确
3. 用一个动滑轮将重为4N的物体匀速提升1m，拉力大小如图所示，则(　　)
A. 拉力是2.2N　　　 B. 有用功是2.2J
C. 总功是4.8J D. 机械效率是120%

第3题 第4题
4. 如图所示，小聪用桶、小明用口袋，各装重120N的砂子从一楼运上三楼。小聪做的有用功为
J，额外功为 J，总功为 J；小明做的有用功为 J，额外功为 J，总功为 J。(不计绳重及摩擦)
5. 使用任何机械都要做额外功，额外功只能 ，不能 ，所以机械效率总是 。
6. 如图所示的起重机将重为6×103N的货物匀速提升10m，它的电动机做功1.25×105J，起重机匀速提升货物做的有用功为 J，机械效率为 。

第6题 第7题
7. 如图所示，斜面长5m，高1m，工人用沿斜面方向400N的力把重1600N的木箱匀速推到车上，推力对木箱做的功是 J，斜面的机械效率是 。
8. 如图所示，用滑轮组拉着重600N的物体A沿水平方向匀速移动，在20s内物体移动了4m，拉力F做的功为640J，求：
(1)拉力F的大小及拉力的功率；
(2)若动滑轮重为10N，(不计绳重及摩擦)计算滑轮组的机械效率。
当堂检测参考答案
1. D 2. C 3. C
4. 720 180 900 720 90 810
5. 减小 避免 小于1
6. 6×104 48%
7. 2000 80%
8. 解：(1)拉力F移动距离s＝2s物＝2×4m＝8m，F＝＝＝80N，P＝＝＝32W。