由“测滑轮组的机械效率”实验谈与机械效率有关的因素
提高机械的机械效率是提高工作效率的一个重要方面。而机械效率又是力学中一个难点。要突破这难点，关键是掌握机械效率的定义，弄清有用功、总功和无用功的含义，了解与机械效率有关的因素，下面就以“测滑轮组的机械效率”来说明之。
有用功跟总功的比值叫做机械效率，其数学表达式：。一般说来，在利用滑轮组或其他机械提升重物时，机械对物体做的功叫有用功，也称为机械的输出功，其大小等于物重乘以被提升的竖直高度，即。人们对机械做的功是总功，这个功等于作用在机械上的力乘以在这个力的作用下所移动的距离，即，总功也称为人给机械的输入功。
在实际情况下，机械零件间的摩擦与构件某部分的重力以及机械本身的机械能的变化都应考虑在内，所以人做的总功又分为有用功和无用功或额外功，其数学表达式又为：．
课本“测滑轮组的机械效率”的装置如附图所示。
若两钩码重2牛顿，提升高度为h，每个动滑轮重0.5牛顿，求滑轮组的机械效率（绳子质量和摩擦不计）。
解：
分析并说明：
1．因附图装置考虑了动滑轮的重力，所以人对滑轮组做的总功等于人直接提物体做的有用功加上提动滑轮所做的额外功。（实际上，若考虑摩擦、绳及滑轮组一些构件势能的变化，人做的额外功还要大）显然，总功总是大于有用功。这也充分说明，任何实际机械的机械效率都小于1。
2．两装置所提重物都为G，但动滑轮个数不等，，当、h一定，就相等，若增大，就随之增大。在里所占比例就下降，故，即a滑轮组比b滑轮组机械效率高。这又说明，如所提相等，即做功对象一定时，机械效率的高低则由机械本身结构所决定。
3．a装置虽然比b装置机械效率高，但（b）装置比（a）装置省力。可以看出，机械效率的高低和使用机械省力多少是两回事，没有直接联系。“越省力的机械，机械效率越高”是对机械效率的误解。结论“使用机械效率高的机械，一定可以少做总功”才是正确的。
4．由公式可知，当一定时，只要匀速拉a、b两装置绳的末端，若h增大几倍，和也同时增大几倍，而两者比值即不变，说明机械效率大小与重物上升的高度无关。(共30张PPT)
第3节
机械效率
第十二章
简单机械
某晚小明在
书房呆了5h
玩了4h的游戏
只看了1h的书
“效率”=
有用量/总量，表示事物某一方面的优劣。
引入新课
学习效率
要把重100N的沙子运上三楼。下图画了二种办法。
哪种办法最好？
有用功和额外功
新课讲授
人提沙子做功
对沙子做功
对
桶
做
功
W1
=
600
J
克服自重做功
总功
3120J
额外功
2520
J
沙子重100N
人体重400N
桶重20N
地面到三楼高6m
W2
=
120
J
W3
=
2400
J
有用功
600
J
【方法1】
新课讲授
沙子重100N
动滑轮重10N
桶重20N
地面到三楼高6m
人拉滑轮利用桶做功
对沙子做功
对
桶
做
功
W1
=
600
J
对滑轮做功
总功
780J
额外功
180
J
W2
=
120
J
W3
=
60
J
有用功
600
J
【方法2】
新课讲授
额外功
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。
有用功
我们要做的，
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
总
功
W
W
W
＋
＝
有用功加额外
功是总共做的
功，叫总功。
动力对机械所做的功
新课讲授
提出问题：
mg
h
提升物体的力做功，与对机械的力做功相同吗？
新课讲授
G/N
h/m
W有/J
F/N
s/m
W总/J
新课讲授
实
验
G/N
h/m
F/N
s/m
2
0.1
0.2
1.2
0.2
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。
额外功：由于机械自重和摩擦等因素影响，
而不得不做的功W额（无用付出）
有用功：机械对物体的力做的功(工作目的)。
总
功：对机械的力所做的功（实际付出）。
W有/J直
W总/J直
新课讲授
相关概念
一
1、你妈妈让你去楼下拿10个鸡蛋，为了方便你会用布袋
或框子，那么对鸡蛋，布袋及一起做的功分别为人？
2、用桶打井水，那么对桶，对水及一起做的功应分别为？
把桶从井里打捞上来，那么对桶，对水及一起做的功应
分别为？
新课讲授
有用功与总功的理解
1、有用功：机械对物体的力所做的功（工作目的）。
3、总功：对机械的力所做的功（实际付出）。
W总=W有+W额
2、额外功：由于机械自重和摩擦力等因素影响，
而不得不做的功（无用付出）。
4、结论：使用任何机械不省功。
课堂小结
相关概念
一
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，物理学中表示为
1．定义：有用功跟总功的比值。
2．公式：
3．用百分数表示，总小于1（理想情况为1）。
=
机械效率。
新课讲授
机械效率
二
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
课堂练习
练一练
实验原理
实验器材
注意事项
弹簧测力计、刻度尺、
铁架台、滑轮、细线、钩码。
竖直向上，匀速拉动测力计。
W总=FS
F
S
W有=F'S'
W额
W有=G物h
W额=G动h
F'
S'
新课讲授
测滑轮组的机械效率
三
各种机械
G
h
机械自重、摩擦力
G/N
h/m
W直/J
F/N
s/m
W机/J
2
0.1
0.2
1.2
0.2
0.24
实验数据
有用功：机械对物体的力所做的功（工作目的）。
总功：人对机械的力所做的功（实际付出）。
W有/J直
W总/J直
=
≈
83.33%
新课讲授
=
s
=
nh
nF
=
+
+
=
1、减小摩擦力可提高机械效率。
2、物重一定，动滑轮越轻，机械效率越高。
3、动滑轮重一定,物重越大，机械效率越高。
4、机械效率与移动的距离、速度无关。
重
要
推
论
G物
G动
f
=
课堂小结
G动
G物
G物
测滑轮组的机械效率竖直
三
s
=
nh
nF
=
（G物-F浮）+
G动
课堂小结
测滑轮组的机械效率竖直水中
三
某桥梁施工队用如图所示的滑轮组打捞沉在水底的工件．已知工件的体积是0.16m3，密度是3.5×103kg/m3，滑轮组向上匀速拉动浸没在水中的工件时，人在绳子的自由端施加的拉力F=1700N．（不考虑摩擦及水的阻力，g取10N/kg）求：
（1）工件的质量是多少？工件浸没在水中时，受到的浮力是多少？
（2）滑轮组向上匀速拉动浸没在水中的工件时，机械效率是多大？
（3）工件从水里升到水面上的过程中，滑轮组的机械效率将如何变化，并分析原因．
课堂小结
人们利用如图所示的滑轮组将浸没在河底的实心物体A打捞上来，物体A的密度为9.0×103Kg/m3，体积为100dm3。在5000N的拉力F作用下，物体A在2s内匀速竖直上升2m（物体未露出水面），不计水的阻力，g=10N/Kg．求：
（1）物体A受到的浮力．
（2）拉力F做功的功率．
（3）滑轮组的机械效率．
课堂小结
=
S绳
=
nS物
=
=
F
s绳
F物
课堂小结
f物
S物
测滑轮组的机械效率水平
三
相关公式
S物
总功：利用滑轮组动力所做的功W总=FS绳
有用功：拉动物体所做的功W有=f物S绳
额外功：克服摩擦、绳和动
滑轮自重所做的功
2．如图，忽略绳重和摩擦，用拉力F
拉着
10
N的重物匀速上升，绳子自由端移动1m，动滑轮重力2N，求：
（1）拉力F；
（2）物体上升的距离；
（3）有用功，总功，机械效率。
随堂练习
练一练
F
1．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______
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
课堂练习
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____个，其中动滑轮有_____个。
⑵第一次实验测得滑轮组的机械效率为________，第二次实验时滑轮组的机械效率______第一次的机械效率（选填“大于”、“小于”或“等于”）
次数
钩码重/N
钩码上升高度/cm
弹簧测力计示数/N
弹簧测力计移动距离/cm
1
2
10
0.8
40
2
5
5
1.5
20
3
2
62.5%
大于
课堂练习
新课讲授
斜面的机械效率
四
3．当斜面光滑时，
1，Fs=Gh
1．公式：
F
S
G
Fs=
Gh+fs
f
2．当斜面坡度增大时,
机械效率增大
,
克服摩擦力做额外功
减小
。
斜面的机械效率
四
S
斜面的机械效率
四
课堂练习
在学校附近的建设工地上，工人把重1200N的物体沿着长L=5m、高h=1m的斜面从底部以0.5m/s的速度匀速推上斜面的顶端，沿斜面所用的推力为300N（不计空气阻力）：
1、W有
、
W总、
W额
?
2、η
3、f
(两种方法)
4、拉力F的功率
新课讲授
支点
F
G物
G杆
F
G物
h物
h杆
h物
S
相关知识点
Fs=
G物h物+G杆h杆
η
=
2．增大机械效率方法：
1．公
式：
减小摩擦力；
杠杆自重做额外功；
重物所挂的位置。
注意：h杆≠h物
杠杆的机械效率
五
课堂小结
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将杠杆的O点悬挂，能自由转动，在A点悬挂总重为9牛的钩码，在B点用弹簧测力计竖直向上拉，使杠杆保持水平静止。其中
AO＝10厘米，AB＝20厘米。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3.75牛。
回答下列问题：
(1)杠杆静止时，若杠杆自重和摩擦不计，弹簧秤示数应为多少？
(2)杠杆缓慢转动时，其机械效率为多少？
(3)若只将钩码的悬挂点由A移至C点，O和B位置不变，仍将钩码提升相同的高度(不计摩擦阻力)，杠杆的机械效率将如何变化，请简单说明理由。
谢谢
