(共30张PPT)
2020初中物理
“
第十二章
简单机械
第3节
机械效率
提出问题：
提出问题
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
W直/J
F/N
s/m
W机/J
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。
实验一
虽然使用有些机械能省力，但要多移动距离；使用有些机械省距离，但要费力；既省力又省距离的机械是没有的，所以使用任何机械不省功，由于使用机械时不可避免要克服摩擦或自重而费功。
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
额外功：由于机械自重和摩擦等因素影响，
而不得不做的功（无用付出）。
有用功：直接对物体所做的功（工作目的）。
总功：利用机械所做的功（实际付出）。
一、有用功、总功、额外功
一个人用水桶从井里打水,有用功是什么？额外功是什么？
若桶掉在水中,把装满水的桶捞起来,则有用功又是什么？额外功又是什么？
对水做的功为有用功，对桶做的功为额外功。
对桶做的功为有用功，对水做的功为额外功。
想一想
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，物理学中表示为机械效率。
二、机械效率：
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。
G
F
W额外＞0，W总＞W有用 所以η＜1
W额外＝0，W总＝W有用
所以η＝1
分析公式：
理想状态，忽略机械自重和摩擦
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所做的有用功跟总功的比值是60%，也可以说有用功在总功中占有60%，另外的40％是额外功．
离心式水泵60%－80%
柴油机28%－37%
起重机40%－50%
汽油机
22%－27%
电动机
80%－90%．
燃气轮机
20%－30%．
1804年蒸汽机车．蒸汽机的效率只有6%－15%．
空气喷气发动机
50%－60%
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
练一练
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1
m，动滑轮重力2
N，
求：（1）拉力F；（2）物体上升的距离；
（3）有用功，总功，机械效率。
例题3:起重机把质量为0.6t的重物提升了3m,而它的电动
机所做的功是3.4×104J,起重机的效率是多少?
解:
起重机提升重物所用的力等于物体所受的重力
F=G=mg=0.6
×103
kg
×10
N
/
kg=6
×
103
N
起重机提升重物所做的功是有用功
W有用
=
G
h=6
×
103
N
×3m=1.8
×
104
J
起重机的电机所做的功是总功
W总=3.4×
104J
起重机的机械效率是:
=
___________
1.8
×
104
J
3.4
×
104
J
=53
请谈谈我们可以采取哪些措施来提高机械效率?
减小摩擦（经常保养、定时润滑）
减小机械本身的重力（改进结构，使其合理、轻巧）
三、测滑轮组的机械效率：
F
弹簧测力计、刻度尺、
铁架台、滑轮、细线、钩码。
竖直向上，缓慢拉动测力计。
实验原理
实验器材
注意事项
结论：
动滑轮重一定,物重越大，机械效率越高。
物重一定，动滑轮越重，机械效率越低。
钩码重G/N
拉力F/N
钩码移动
的距离h/m
测力计移动
的距离S/m
有用功
W有/J
总功
W总/J
机械效率
3
1.2
0.1
0.3
6
2.2
0.1
0.3
3
0.8
0.1
0.5
0.3
0.36
83.3%
0.6
0.66
90.1%
0.3
0.4
75%
实验数据
影响滑轮组机械效率的因素
摩擦、绳重（轮与轴及轮与绳之间）
（减小摩擦可以减少额外功，提高机械效率）
如：加强机械运动部位的润滑、采用轻质细绳
物重
（物重增加，机械效率提高）
动滑轮重
（动滑轮重减小，机械效率提高）
η
=
=
=
关于测量滑轮组机械效率的几点说明：
=
=
=
1.在测滑轮组的机械效率时，可以不测量s和h；
2.若不考虑绳重和摩擦，只计动滑轮重力时：
F=(G+G动)/n
η
=
G
G+G动
η=
即：
即：
η=
G
G+G动
F拉
F
F
特例
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”）
缓慢
2.4
24
83.3%
增大
练一练
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
原理：
η＝
W有/
W总＝Gh/FS
工具：测力计、刻度尺等
要点：
使物体匀速沿斜面运动；
拉绳平行于斜面；
测力计挂钩与绳相连，测量前要校零.
测量：
在斜面长度一定时改变斜面高度，探究斜面的机械效率与斜面倾角的关系.
G
F
h
S
四、测斜面的机械效率：
记录表格：
斜面的倾斜程度
木块重
G/N
斜面高度h/m
沿斜面拉力F/N
斜面长
s/m
有用功
W有/J
(Gh)
总功
W总/J
(Fs)
机械效率η
较缓
较陡
最陡
0.06
1.7
1.7
1.7
0.1
0.14
0.4
0.5
0.6
0.82
0.82
0.82
0.1
0.17
0.24
0.33
0.41
0.49
30
％
41％
49
％
1.斜面的倾斜程度（光滑程度一样的斜面，倾斜程度越大，机械效率越高）
2.斜面的粗糙程度（倾斜程度一样的斜面，斜面越光滑，机械效率越高）
影响斜面机械效率的因素
1.关于机械效率，以下说法正确的是（
）
A.机械效率总小于1
B.单位时间里做功越多的机械，机械效率越高
C.做功越多的机械，机械效率越高
D.省力越多的机械，机械效率越高
A、D
随堂训练
2.某机械的机械效率是75%，这说明使用这一装置做功
（
）
A.总功是额外功的3倍
B.有用功是额外功的3倍
C.总功是有用功的3倍
D.额外功占总功的3/4倍
B
3.为了提高滑轮组的机械效率，以下做法中正确的是
（
）
A.以较快的速度匀速提升重物
B.以较慢的速度匀速提升重物
C.增加承担物重的绳子股数
D.把滑轮做得更轻巧，减小滑轮在转动过程中的摩擦
D
4．农村用来舂米的工具是一个杠杆，下图是它的结构示意图。O为固定转轴，在A端连接着石球，脚踏B端可以使石球升高，抬起脚，石球会落下击打稻谷。
若石球重50
N，要将石球
抬起，脚至少用多大竖直
向下的力？(摩擦和杠杆自重均忽略不计)
F2
l1=1m
l2=0.4m
F1
O
B
A
∵杠杆平衡
∴F1L1=F2L2
∴F1
=
F2L2/L1
=50N×0.4m
/1m
=20N
5．杠杆由图中位置到水平位置的过程中，力F如何变化？
力F始终与杠杆垂直
力F的方向始终水平
力F的方向始终竖直
FL1=GL2
∵G、L1不变，
而L2变大。
∴F变大
FL1=GL2
∵G不变，
而L2变大、L1变小
∴F变大
FL1=GL2
∵G不变，
而L2变大、L1同倍数变大
∴F不变
6．质量是6
kg的物体A放在水平桌面上，利用下图装置使物体以0.2
m/s的速度做匀速直线运动，弹簧测力计始终保持水平，其示数为2
N，不计绳子的伸长和滑轮组内部的摩擦，则（g取10
N/kg）
（1）作用在绳端的拉力F为＿＿＿N
（2）水平桌面对物体A的摩擦力是＿＿＿N
（3）在10
s内拉力作用点移动＿＿＿m
A
F
2
6
6
7．如图所示的滑轮组将重G＝12
N的物体匀速提升20
cm。所用的拉力F＝5
N，所做的有用功为
J，机械效率为
，当改为提升18
N的重物时，该滑轮组的机械效率为
。（忽略绳重和滑轮与轴的摩擦）
2.4
80%
85.7%
F
G
8．如图所示，每个滑轮均重12
N，用滑轮组拉着重1
000
N的物体A沿水平方向以0.2
m/s的速度匀速向左移动，拉力F的功率为32
W。（不计绳重及机械内部摩擦）求：
（1）拉力F的大小；
（2）滑轮组的机械效率。
A
F
（1）∵n=2,
∴v绳=2v物=2×
0.2
m/s=
0.4
m/s
F=P拉/
v绳=
32
W/(0.4
m/s)=80N
（2）
∵
∴F摩(共39张PPT)
第十二章
简单机械
第3节
机械效率
提出问题：
提出问题
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
W直/J
F/N
s/m
W机/J
2
0.1
0.2
1.2
0.2
0.24
实验一
虽然使用有些机械能省力，但要多移动距离；使用有些机械省距离，但要费力；既省力又省距离的机械是没有的，所以使用任何机械不省功，由于使用机械时不可避免要克服摩擦或自重而费功。
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。
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
额外功：由于机械自重和摩擦等因素影响，
而不得不做的功（无用付出,但不可避免）。
一、有用功、总功、额外功
有用功：直接对物体所做的功（工作目的）
总功：利用机械所做的功（实际付出）
W额=
W总-W有=
0.24J-
0.2J=0.04J
W总=W有+W额
1、有用功（W有）：直接对物体所做的功（工作目的）
。
计算:提升物体（克服物重做功）：W有＝Gh
水平匀速（克服摩擦做功）：W有＝fS
2
、额外功（W额）：人们不需要但又不得不做的功。
计算：提升物体（只计动滑轮重）：W额＝G动h
斜
面（克服摩擦做的功）：W额＝fL
3
、总功（W总）：有用功与额外功的总和
（使用机械时动力F所做的功）。
计算：滑轮组：W总＝FS
[
F=(G+G动)/n
S=nh
]；
斜
面：W总
＝FL
4
、三者关系：
W总＝
W有＋
W额
一、有用功、总功、额外功
你会选哪种方法呢？
应用分析
人提沙子做功
1.对砂子做功
2.对桶做功
3.克服人自重做功
人拉滑轮做功
1.对砂子做功
2.对桶做功
3.对动滑轮做功
人拉滑轮做功
1.对砂子做功
2.对口袋做功
3.对动滑轮做功
人提沙子做功
1对砂子做功
2对桶做功
3克服自重
做功
人拉滑轮做功
1对砂子做功
2对桶做功
3对动滑轮
做功
人拉滑轮做功
1对砂子做功
2对口袋做功
3对动滑轮
做功
600J
2520J
600J
180J
600J
90J
3120J
780J
690J
讨论：你希望额外功多些还是少些呢？
砂子重：100N
人重：400N
桶重：20N
动滑轮重：10N
口袋重：5N
地面到三楼高：6
m
120J
2400J
120J
30J
60J
60J
600J/3120J
=
1.9%
600J/780J
=
76.9%
600J/690J
=
86.9%
请算出刚才的三种办法中有用功在总功中占的百分比
有用功相同
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，物理学中表示为机械效率。
二、机械效率：
1．定义：有用功跟总功的比值。
2．公式：
3.理解：a:
η常用百分数表示；
b:
η小于100%即小于1；
c:
η没有单位。
G
F
W额外＞0，W总＞W有用 所以η＜1
W额外＝0，W总＝W有用
所以η＝1
分析公式：
理想状态，忽略机械自重和摩擦
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所做的有用功跟总功的比值是60%，也可以说有用功在总功中占有60%，另外的40％是额外功．
请你判断
1.用水桶从井中提水时，
所做的有用功是
，
额外功是
，
总功是
；
2.如果桶掉到井里，从井里捞桶时，
有用功是
，
额外功是
，
总功是
。
克服水的重力做功
克服桶的重力做功
拉力所做的功
克服桶的重力做功
克服水的重力做功
拉力所做的功
判断正误
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．用不同的滑轮组，做的有用功相同时，机械效率一定
相同
(
)
8．因有用功总小于总功，所以机械效率总小于1
(
)
9．做的额外功一定时，总功越少，机械效率越高(
)
10．有用功在总功中占的比例越大，机械效率越高(
)
×
√
×
√
√
√
×
×
×
×
离心式水泵60%－80%
柴油机28%－37%
起重机40%－50%
汽油机
22%－27%
电动机
80%－90%．
燃气轮机
20%－30%．
1804年蒸汽机车．蒸汽机的效率只有6%－15%．
空气喷气发动机
50%－60%
例1：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1
m，动滑轮重力2
N，
求：（1）拉力F；（2）物体上升的距离；
（3）有用功，总功，机械效率。
n
=
2
S
=
1m
(2)
h
=
S/n
=
1m/2
=
0.5m
解：
(1)
F
=（G+G动）/n
=(10N+2N)/2
=
6N
(3)
W有=
Gh
=
10N×0.5m
=
5J;
W总=
FS
=
6N×1m
=
6J;
η
=
W有/W总×100
％
≈
83.3％
=
5N/6N×100
％
η=
=
=
例2：利用如图所示的滑轮组，在F=80N的拉力作用下,将一个重为180N的物体匀速举高1m，绳重、摩擦不计。
求:(1)W总=？
(2)W有=？
(3)
W额=?
(4)η=?
(5)
G动=?
G
F
.
(1)
W总=
FS
=
80N×3m
=
240J;
(2)
W有=
Gh
=
180N×3m
=
180J;
(3)
W额=
W总-W有
=
60J;
(4)
η
=
W有/W总×100
％
(5)
G动
=
nF-G
=3×80n-180N
=60N。
n
=
3
S
=
nh
=
3×1m
=
3m
解：
=
75％;
=
180N/240N×100
％
例3：小明用100N的力沿竖直方向将杠杆的一端拉下2m，杠杆的另一端将320N的重物提高了0.5m，他做的有用功是多少？总功是多少？杠杆的机械效率是多少？
解：
(1)
W有=
Gh
=
320N×0.5m
=
160J;
(2)
W总=
FS
=
100N×2m
=
200J;
(3)
η
=
W有/W总×100
％
=
80％;
=
160N/200N×100
％
G=
320N
h=0.5m
F=100N
S=2m
例题4:起重机把质量为0.6t的重物提升了3m,而它的电动
机所做的功是3.4×104J,起重机的效率是多少?
解:
起重机提升重物所用的力等于物体所受的重力
F=G=mg=0.6
×103
kg
×10
N
/
kg=6
×
103
N
起重机提升重物所做的功是有用功
W有用
=
G
h=6
×
103
N
×3m=1.8
×
104
J
起重机的电机所做的功是总功
W总=3.4×
104J
起重机的机械效率是:
=
___________
1.8
×
104
J
3.4
×
104
J
=53
例5：如图:用滑轮组，把重100N的物体匀速提高3m，作用在绳子自由端的拉力为60N，求：（1）滑轮组的机械效率；（2）若用该动滑轮来提升重为180N的物体时，作用在绳子自由端的拉力为多大？此时，滑轮组的机械效率是多少？（不计绳重及摩擦）
F
G
F
.
例6、如图所示：若物重500N，摩擦阻力为重力的0.2倍，在120N的拉力作用下物体以0.2m/s的速度匀速运动5s，
求：1、有用功；2、总功；3、机械效率
请谈谈我们可以采取哪些措施来提高机械效率?
减小摩擦（经常保养、定时润滑）
减小机械本身的重力（改进结构，使其合理、轻巧）
三、测滑轮组的机械效率：
F
弹簧测力计、刻度尺、
铁架台、滑轮、细线、钩码。
竖直向上，缓慢匀速拉动测力计。
实验原理
实验器材
注意事项
结论：
动滑轮重一定,物重越大，机械效率越高。
物重一定，动滑轮越重，机械效率越低。
钩码重G/N
拉力F/N
钩码移动
的距离h/m
测力计移动
的距离S/m
有用功
W有/J
总功
W总/J
机械效率
3
1.2
0.1
0.3
6
2.2
0.1
0.3
3
0.8
0.1
0.5
0.3
0.36
83.3%
0.6
0.66
90.1%
0.3
0.4
75%
实验数据
影响滑轮组机械效率的因素
摩擦、绳重（轮与轴及轮与绳之间）
（其它不变，减小摩擦可以减少额外功，提高机械效率）
如：加强机械运动部位的润滑、采用轻质细绳
物重
（其它不变，物重增加，机械效率提高）
动滑轮重
（其它不变，动滑轮重减小，机械效率提高）
η
=
=
=
关于测量滑轮组机械效率的几点说明：
=
=
=
1.在测滑轮组的机械效率时，可以不测量s和h；
2.若不考虑绳重和摩擦，只计动滑轮重力时：
F=(G+G动)/n
η
=
G
G+G动
η=
即：
即：
η=
G
G+G动
F拉
F
F
特例
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”）
缓慢
2.4
24
83.3%
增大
练一练
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
原理：
η＝
W有/
W总＝Gh/FS
工具：测力计、刻度尺等
要点：
使物体匀速沿斜面运动；
拉绳平行于斜面；
测力计挂钩与绳相连，测量前要校零.
测量方案：
在斜面长度一定时改变斜面高度，
探究斜面的机械效率与斜面倾角的关系.
G
F
h
S
四、测斜面的机械效率：
记录表格：
斜面的倾斜程度
木块重
G/N
斜面高度h/m
沿斜面拉力F/N
斜面长
s/m
有用功
W有/J
(Gh)
总功
W总/J
(Fs)
机械效率η
较缓
较陡
最陡
0.06
1.7
1.7
1.7
0.1
0.14
0.4
0.5
0.6
0.82
0.82
0.82
0.1
0.17
0.24
0.33
0.41
0.49
30
％
41％
49
％
1.斜面的倾斜程度（光滑程度一样的斜面，倾斜程度越大，机械效率越高）
2.斜面的粗糙程度（倾斜程度一样的斜面，斜面越光滑，机械效率越高）
影响斜面机械效率的因素
1.关于机械效率，以下说法正确的是（
）
A.机械效率总小于1
B.单位时间里做功越多的机械，机械效率越高
C.做功越多的机械，机械效率越高
D.省力越多的机械，机械效率越高
A、D
随堂训练
2.某机械的机械效率是75%，这说明使用这一装置做功
（
）
A.总功是额外功的3倍
B.有用功是额外功的3倍
C.总功是有用功的3倍
D.额外功占总功的3/4倍
B
3.为了提高滑轮组的机械效率，以下做法中正确的是
（
）
A.以较快的速度匀速提升重物
B.以较慢的速度匀速提升重物
C.增加承担物重的绳子股数
D.把滑轮做得更轻巧，减小滑轮在转动过程中的摩擦
D
4．农村用来舂米的工具是一个杠杆，下图是它的结构示意图。O为固定转轴，在A端连接着石球，脚踏B端可以使石球升高，抬起脚，石球会落下击打稻谷。
若石球重50
N，要将石球
抬起，脚至少用多大竖直
向下的力？(摩擦和杠杆自重均忽略不计)
F2
l1=1m
l2=0.4m
F1
O
B
A
∵杠杆平衡
∴F1L1=F2L2
∴F1
=
F2L2/L1
=50N×0.4m
/1m
=20N
5．杠杆由图中位置到水平位置的过程中，力F如何变化？
力F始终与杠杆垂直
力F的方向始终水平
力F的方向始终竖直
FL1=GL2
∵G、L1不变，
而L2变大。
∴F变大
FL1=GL2
∵G不变，
而L2变大、L1变小
∴F变大
FL1=GL2
∵G不变，
而L2变大、L1同倍数变大
∴F不变
6．质量是6
kg的物体A放在水平桌面上，利用下图装置使物体以0.2
m/s的速度做匀速直线运动，弹簧测力计始终保持水平，其示数为2
N，不计绳子的伸长和滑轮组内部的摩擦，则（g取10
N/kg）
（1）作用在绳端的拉力F为＿＿＿N
（2）水平桌面对物体A的摩擦力是＿＿＿N
（3）在10
s内拉力作用点移动＿＿＿m
A
F
2
6
6
7．如图所示的滑轮组将重G＝12
N的物体匀速提升20
cm。所用的拉力F＝5
N，所做的有用功为
J，机械效率为
，当改为提升18
N的重物时，该滑轮组的机械效率为
。（忽略绳重和滑轮与轴的摩擦）
2.4
80%
85.7%
F
G
8．如图所示，每个滑轮均重12N，用滑轮组拉着重600N的物体A沿水平方向匀速移动，在40s内物体移动了8m，拉力F做的功为1280J．（不计绳重及机械内部摩擦）（ ）
A拉力F的大小60N
B滑轮组对物体A所做的有用功为1184J
C拉力F的功率32W
D滑轮组的机械效率为72.5%
A
F
解：①∵动滑轮上绳子段数n=2，物体沿水平方向移动8m；
∴拉力作用点移动距离S=nh=2×8m=16m；
∴F=
??=
?????=80N；②P=
??=
?????=32W．
③不计绳重和摩擦，克服动滑轮重力做功为：
W额=G动?h=12N×8m=96J，
则W有=W总-W额=1280J-96J=1184J；
④η=
????×100%=
?????×100%=92.5%．
故选BC
