第十二章

簡單機械第四節

機械效率素養目標1新課講解3課程導入2經典例題4總結歸納5課堂練習6目錄物理觀念1.能結合實例分析什么是有用功、額外功和總功2.知道機械效率，能利用機械效率的公式進行簡單計算3.知道滑輪組機械效率的高低與物體重力的大小有關，知道提高機械效率的方法科學思維嘗試通過類比等方法，推理得出機械效率的公式?素養目標科學探究通過探究動滑輪是否省功，初步認識機械效率科學態度與責任1.通過探究活動增強與其他同學合作的意識，培養學生嚴謹的科學態度2.關注生產、生活中的各種機械的機械效率，具有用機械效率來評價機械的意識素養目標課程導入

利用機械幫助我們工作，會給我們帶來極大的方便。有的機械可以省力，有的機械可以省距離。利用滑輪組提升重物，繩端拉力所做的功與滑輪組對重物所做的功相同嗎？一、有用功和額外功使用滑輪組可以省力，那么使用滑輪組可以省功嘛？為了回答這個問題，我們可以研究一個動滑輪是否省功研究使用動滑輪是否省功（1）如圖甲，用彈簧測力計將鉤碼緩慢地提升一定高度，計算拉力所做的功。（2）如圖乙，用彈簧測力計并借助一個動滑輪將同樣的鉤碼緩慢地提升相同的高度，再次計算拉力所做的功。h甲s=2hh乙GFG/Nh/mW直/JF/Ns/mW機/J0.490.10.0490.370.20.074有用功總功實驗結果表明，盡管使用動滑輪會省力，但由于滑輪本身所受的重力以及摩擦等因素的影響，我們要多做功。即使用任何機械都不省功。實驗結果使用機械時，對物體所做的有用的功。有用功使用機械時，人們額外需要做的功。額外功有用功與額外功的總和。總功三種功W總=W有用+W額外試著分析一下杠桿和斜面的總功、有用功、額外功

額外功：克服杠桿自重及摩擦力所做的功

額外功：克服斜面與物體之間的摩擦力所做的功二、機械效率

在保證所做有用功一定的情況下，人們總是希望額外功越少越好，即額外功在總功中所占的比例越小越好，也就是有用功在總功中所占的比例越大越好。生活中我們常常會遇到“效率”這個詞，例如學習效率、工作效率等。利用機械幫助我們完成某項任務，也會涉及效率問題，我們稱為機械效率。物理學中，將有用功跟總功的比值叫作機械效率類比如果用η表示機械效率，那么有有用功總是小于總功，所以機械效率總是小于1。起重機的機械效率一般為40%~50%抽水機得機械效率一般為60%~80%

現有三種方式把一堆沙子運到樓上，嘗試分別計算一下每種方式所需的有用功、額外功、總功和機械效率計算三種方法需要做的有用功、額外功和總功做功方式有用功額外功總功桶狀，手提上樓100N×6m(400+20)N×6m3120J桶狀，動滑輪吊運100N×6m(20+10)N×6m780J袋裝，動滑輪吊運100N×6m(5+10)N×6m690J第3種方法做的額外功最少，選擇第3種方法最好我們一定都希望額外功越少越好計算機械效率三種不同做功方式中，我們已經計算出有用功、額外功和總功。下面來算算三種不同方式的機械效率。

要想測量滑輪組的機械效率，就要想辦法找出使用滑輪組工作時的有用功和總功，然后求出二者的比值。本實驗可以測量如圖所示滑輪組的機械效率，請根據此實驗裝置思考：要想知道有用功和總功，需要測量哪些量？【實驗思路】測量滑輪組的機械效率【設計實驗】用滑輪組提升物體，W有=Gh，W總=Fs，所以需要測出物重、拉力、物體上升的高度、繩子前進的距離。【實驗器材】刻度尺、鉤碼、彈簧測力計、滑輪兩個、鐵架臺、長約2m的細繩等1.測出一個鉤碼的重力。【實驗步驟】2.在滑輪組（一動一靜）上掛兩個鉤碼，記下鉤碼和繩子自由端的位置。豎直勻速拉動彈簧測力計，使鉤碼上升一定高度，讀出測力計示數，用刻度尺測出鉤碼上升高度和繩自由端移動距離。3.掛四個鉤碼重復上述實驗。4.記錄數據，并計算機械效率。次數

12

3

鉤碼重G/N12…鉤碼上升高度h/m0.10.1…有用功W有/J0.10.2…拉力F/N0.40.73…繩端移動距離s/m0.30.3…總功W總/J0.120.22…機械效率η83.3%90.9%…【實驗數據】【結論】（1）動滑輪重一定時，物重越大，機械效率越高。（2）物重一定時，動滑輪越重，機械效率越低。【分析討論】①滑輪組輪與軸及輪與繩之間的摩擦。②所提升的物重。③動滑輪的自重。注意：機械效率大小與與繩子的繞法、繩子段數，上升距離無關。1.分析影響滑輪組機械效率的因素是什么？2.如何提高機械效率？3.實驗中，是否可以使彈簧測力計靜止時進行讀數？①增加被提升的物重。②減小動滑輪的重。③減小滑輪與繩之間的摩擦。答：所測拉力減小（因為沒有摩擦力），機械效率增大，不能代表使用機械時的機械效率。西安地鐵是西北地區第一條全自動無人駕駛的地鐵路線。建設地鐵時，鏟車幾分鐘就能將土鏟起運走，而靠人力則需要幾小時。下列說法正確的是()A.鏟車做的功多

B.鏟車做功的機械效率高C.鏟車做功快，功率大

D.人力做的額外功少，有用功多C經典例題答案：C解析：AC.鏟車和用人力做的功相同，鏟車用時短，說明鏟車做功快，功率大，故A錯誤，C正確；BD.根據題目中的已知條件無法判斷鏟車的機械效率高低和人做額外功的多少，故BD錯誤。故選C。如圖，用甲、乙兩個滑輪質量不同的滑輪組將相同質量的兩個物體勻速提升相同高度，甲、乙滑輪組繩子自由端的拉力分別為F1和F2，移動的距離分別為s1和s2，若甲滑輪組的機械效率比乙高。則()A.F1做功比F2多B.F1一定比F2大C.s1一定比s2小D.甲滑輪做的有用功一定比乙多C經典例題答案C機械效率機械效率有用功和額外功額外功：為了達到工作目的，不得不做的功定義：有用功跟