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第十二章 簡(jiǎn)單機(jī)械 第3節(jié) 機(jī)械效率
教
學(xué)
目
標(biāo)
知識(shí)與技能
1．能結(jié)合實(shí)例分析什么是有用功、額外功和總功。
2．能說(shuō)出機(jī)械效率的含義，知道機(jī)械效率是小于1的。能利用機(jī)械效率的公式進(jìn)行簡(jiǎn)單的計(jì)算。
3．通過(guò)實(shí)驗(yàn)了解滑輪組機(jī)械效率的高低與物體重力的大小有關(guān)。
過(guò)程與方法
1通過(guò)參與測(cè)滑輪組機(jī)械效率的活動(dòng)，使學(xué)生加深對(duì)有用功、額外功和總功的認(rèn)識(shí)。
2學(xué)習(xí)擬定簡(jiǎn)單的科學(xué)探究計(jì)劃和實(shí)驗(yàn)方案。
情感態(tài)度與價(jià)值觀
1激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和對(duì)科學(xué)的求知欲望，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、提出問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。
2在教學(xué)活動(dòng)中培養(yǎng)學(xué)生與他人合作的意識(shí)。
教學(xué)重點(diǎn)
1．能結(jié)合實(shí)例認(rèn)識(shí)什么是有用功、額外功、總功。
2．理解機(jī)械效率。
教學(xué)難點(diǎn)
測(cè)量滑輪組的機(jī)械效率
教具準(zhǔn)備
刻度尺、彈簧測(cè)力計(jì)、鉤碼、鐵架臺(tái)、“一定一動(dòng)”的滑輪組、“二定二動(dòng)”的滑輪組和長(zhǎng)約2 m的細(xì)繩．
教學(xué)方法
實(shí)驗(yàn)探究、分析歸納、講述、分組討論
導(dǎo)
入
新
課
想想議議
使用簡(jiǎn)單機(jī)械，有的能省力，有的能省距離。使用機(jī)械可以省功嗎？

雙臂救援機(jī)器人 電動(dòng)起重機(jī) 汽車的方向盤
問(wèn)題：
不使用機(jī)械直接提升物體做功，與使用機(jī)械提升物體做功相同嗎？

教
學(xué)
過(guò)
程
教
學(xué)
過(guò)
程
教
學(xué)
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程
教
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教
學(xué)
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程
教
學(xué)
過(guò)
程
新課學(xué)習(xí)
一、有用功和額外功
演示實(shí)驗(yàn) 使用動(dòng)滑輪是否省功？
在如圖甲所示，用彈簧測(cè)力計(jì)將鉤碼緩慢提升一定的高度，計(jì)算拉力做的功。設(shè)鉤碼重為G ，提高h(yuǎn)的高度。所做的功為：W1=G.h
在如圖乙所示，利用動(dòng)滑輪把同一個(gè)重為G的物體，提高h(yuǎn)的高度。動(dòng)力所做的功為：W2=F.S
如果忽略動(dòng)滑輪重和滑輪與繩子間的摩擦：

所以：W1= W2
結(jié)論：使用機(jī)械做的功和直接用手做的功相等.
但是，在使用動(dòng)滑輪的時(shí)候，還得克服動(dòng)滑輪的重力，以及繩子與滑輪之間的摩擦做功。所以，使用機(jī)械不能省功，還需要額外多做一部分功。
實(shí)際：把重為2N的鉤碼，不用機(jī)械提升1m和用動(dòng)滑輪勻速提升1m時(shí)，做功分別多少？
不用機(jī)械時(shí)： 使用動(dòng)滑輪時(shí)：F=1.2N ，S=2m
W=FS=Gh=2N×1m=2J； W=FS=1.2N×2m=2.4J

1.有用功( W有用): 為了達(dá)到目的,人們必須做的對(duì)人們有用的功.
在上面的實(shí)驗(yàn)中，克服鉤碼的重力所做的功就是有用功：W有用=G.h
2.額外功(W額外) :人們并不需要但為了達(dá)到目的又不得不做的功.
若用滑輪組提升鉤碼，不得不克服動(dòng)滑輪本身所受的重力以及摩擦力等因素的影響而多做一些功，（對(duì)目的沒(méi)有用，但不得不做的功）。
3.總功（W總）：有用功跟額外功的總和叫總功。（使用機(jī)械時(shí)。動(dòng)力所做的功）。W總=W有+W額
想一想
用水桶從井中提水的時(shí)候，所做的功哪部分是有用功，哪部分是額外功?
提水所做的功是有用功；提水桶所做的功是額外功。
如果桶掉到井里，從井里撈桶的時(shí)候，撈上的桶里帶了一些水，這種情況下哪部分是有用功，哪部分是額外功?
提水桶所做的功是有用功；提水所做的功是額外功。
判斷有用功和額外功，一定要清楚目的。
二、機(jī)械效率
1.定義：有用功跟總功的比值叫做機(jī)械效率。
2.公式：
3.意義：表示機(jī)械做功時(shí)，有用功在總功中所占的比例，是機(jī)械性能的重要指標(biāo)。
4.因?yàn)?W有用 < W總 ，所以， η < 1。
機(jī)械效率一般用百分?jǐn)?shù)表示，沒(méi)有單位
5.一些機(jī)械的機(jī)械效率

起重機(jī):40%～50% 抽水機(jī):60%～80% 柴油機(jī):28%～40%
6.怎樣才能提高機(jī)械的效率
減少額外功：（1）改進(jìn)結(jié)構(gòu)，使其合理、輕巧
（2）經(jīng)常保養(yǎng)、定時(shí)潤(rùn)滑，減小摩擦
例題：起重機(jī)把質(zhì)量為0.5t的重物勻速提升了3m,而它的電動(dòng)機(jī)所做功3.4×104J，起重機(jī)的機(jī)械效率是多少？g取10N/kg.
解：起重機(jī)勻速提升重物所用的力與物體所受的重力大小相等：
F=G=mg =0.5×103kg×10N/kg=5×103N
起重機(jī)提升重物所做的有用功：W有=Fh=5×103N×3m =1.5×104J
起重機(jī)的電機(jī)做的總功：W總=3.4×104J
因此，起重機(jī)的機(jī)械效率：
實(shí)驗(yàn)探究 測(cè)量滑輪組機(jī)械效率
實(shí)驗(yàn)原理 ：
實(shí)驗(yàn)器材： 刻度尺、彈簧測(cè)力計(jì)、鉤碼、鐵架臺(tái)、“一定一動(dòng)”的滑輪組、“二定二動(dòng)”的滑輪組和長(zhǎng)約2 m的細(xì)繩．
測(cè)量的物理量：
1．G ---- 物體的重力； 2.h ---- 物體升高的高度
3. F ---- 繩子自由端的拉力; 4. s ---- 繩子自由端移動(dòng)的距離
實(shí)驗(yàn)步驟
1.測(cè)出鉤碼的重力G，并記錄表中
2.先后按如圖所示的三種情況，將實(shí)驗(yàn)器材安裝好。
3.勻速拉動(dòng)彈簧測(cè)力計(jì)，使鉤碼G勻速上升，讀出彈簧測(cè)力計(jì)所示拉力F的值 ，從刻度尺讀出鉤碼升高的距離h和繩子自由端移動(dòng)的距離S，記錄數(shù)據(jù)在表格中
注意事項(xiàng)：在提升鉤碼的過(guò)程中，要豎直向上，勻速提升鉤碼。
實(shí)驗(yàn)記錄表：
滑輪組
鉤碼重/N
鉤碼上升高度/m
有用功/J
彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)/N
繩子自由端移動(dòng)距離/m
總功/J
機(jī)械
效率
（a）
1
0.1
0.1
0.4
0.3
0.12
83%
（b）
1
0.1
0.1
0.3
0.5
0.15
67%
（c）
1.5
0.1
0.15
0.4
0.5
0.20
75%
分析討論
(1).a、b兩個(gè)滑輪組,掛的鉤碼數(shù)量相同時(shí),機(jī)械效率有什么不相同？
a、b兩個(gè)裝置，提起相同的物重，做相同的有用功，但b裝置動(dòng)滑輪多，需要做的額外功多，機(jī)械效率低。
(2).b、c為同一個(gè)滑輪組,掛的鉤碼數(shù)量不同時(shí)，它的機(jī)械效率有什么變化？
b、c為同一個(gè)滑輪組， c裝置掛的鉤碼質(zhì)量越大，機(jī)械效率越高。因?yàn)樘崞鸬奈矬w越重，做的有用功越多，機(jī)械效率越大。
實(shí)驗(yàn)結(jié)論：
影響滑輪組機(jī)械效率的因素：
(1)物重：同一個(gè)滑輪組，提起的物體越重，機(jī)械效率越高。
(2)動(dòng)滑輪重：提起的物重一樣，動(dòng)滑輪越重，機(jī)械效率越低。
(3)摩擦（輪與軸及輪與繩之間）、繩重。
減小摩擦可以減少額外功，提高機(jī)械效率。 如：加強(qiáng)機(jī)械運(yùn)動(dòng)部位的潤(rùn)滑、采用輕質(zhì)細(xì)繩
影響滑輪組機(jī)械效率的因素和改進(jìn)措施
影響因素
分析
改進(jìn)措施（提高效率）
被提升物體的重力
同一個(gè)滑輪組，被提升物體的重力越大，做的有用功越多，機(jī)械效率越大
盡可能增加被提升物體的重力
動(dòng)滑輪的自重
有用功不變時(shí)，減小提升動(dòng)滑輪時(shí)做的額外功，可提高機(jī)械效率
改進(jìn)滑輪結(jié)構(gòu)，減輕滑輪自重
滑輪組自身部件的摩擦
機(jī)械自身部件的摩擦力越大，機(jī)械效率越低
對(duì)機(jī)械進(jìn)行保養(yǎng)，保持良 好的潤(rùn)滑，減小摩擦
課堂小結(jié)
課堂練習(xí)
1.（2020宜昌）生產(chǎn)生活中常常會(huì)用到各種機(jī)械設(shè)備，下列說(shuō)法中不正確的是（ ）
A．任何機(jī)械設(shè)備的效率總小于1 B．減小機(jī)械內(nèi)部摩擦可以提高其效率
C．提高機(jī)械設(shè)備的效率可以節(jié)能減排 D．用機(jī)械設(shè)備做功越快，其效率越高
【答案】D
【解析】A．任何機(jī)械設(shè)備都會(huì)有摩擦產(chǎn)生的無(wú)用功，故其機(jī)械效率不會(huì)達(dá)到100%，故A正確，A不符合題意；
B．減小機(jī)械內(nèi)部摩擦可以減小無(wú)用功比例，從而提高其效率，故B正確，B不符合題意；
C．提高機(jī)械設(shè)備的效率可以提高有用功的比例，從而節(jié)能減排，故C正確，C不符合題意；
D．用機(jī)械設(shè)備做功越快，其功率越高，與機(jī)械效率無(wú)關(guān)，故D錯(cuò)誤，D符合題意。故選D。
2.（2020山西）如圖所示，快遞小哥為了把較重的貨物裝入運(yùn)輸車，用同樣的器材設(shè)計(jì)了甲、乙兩種方式提升貨物。若把同一貨物勻速提升到同一高度，忽略繩重和摩擦。下列分析正確的是（ ） QUOTE
A. 甲方式可以省力B. 乙方式不能改變力的方向
C. 甲、乙兩種方式做的有用功相等D. 甲、乙兩種方式的機(jī)械效率相等
【答案】C
【解析】解：A、由圖可知，甲方式是兩個(gè)定滑輪，定滑輪的本質(zhì)是等臂杠桿，不能省力，故A錯(cuò)誤；
B、乙方式是一個(gè)動(dòng)滑輪和定滑輪組成的滑輪組，不僅可以省力，也可以改變力的方向，故B錯(cuò)誤；
C、由題可知，甲乙兩滑輪組均將相同物體提升相同高度，由可知；故C正確；
D、由圖可知，甲方式是兩個(gè)定滑輪，乙方式是一個(gè)動(dòng)滑輪和定滑輪組成的滑輪組，乙方式做的額外功大于甲方式，
有用功相同、總功不相同，根據(jù)可知，兩個(gè)滑輪組的機(jī)械效率不相等，故D錯(cuò)誤。故選：C。
3.（2020甘孜州）某實(shí)驗(yàn)小組分別用如圖所示的甲、乙兩個(gè)滑輪組（每個(gè)滑輪等重），在相同時(shí)間內(nèi)把重物G提升相同高度。若F1和F2大小相等，不計(jì)繩重及摩擦，下列說(shuō)法正確的是（ ）
A．力F1和F2做功的功率相同
B．力F1和F2做的總功相同
C．兩個(gè)滑輪組機(jī)械效率一樣大
D．甲滑輪組的機(jī)械效率比乙滑輪組高
【答案】D
【解析】因不計(jì)繩重及摩擦，故克服動(dòng)動(dòng)滑輪重力所做的功為額外功，由
可知，在相同時(shí)間內(nèi)把重力G提升高度，甲乙兩組滑輪組所做有用功相同，F(xiàn)1做的總功比F2做的總功少，甲做的額外功比乙做的額外功少，故兩者的機(jī)械效率甲比乙高。故選D。
4.（2020樂(lè)山）如圖所示，利用滑輪組在4s內(nèi)將一重為9N的物體勻速向上提升了10cm，拉力為4N，不計(jì)一切摩擦和繩重，（g取10N/kg）。下列說(shuō)法正確的是（ ）
A. 動(dòng)滑輪重力為5N
B. 滑輪組的機(jī)械效率為75％
C. 拉力所做的功為0.4J
D. 拉力的功率為0.4W
【答案】B
【解析】A．三股繩子與動(dòng)滑輪接觸，作用在繩子自由端的拉力為4N，則對(duì)動(dòng)滑輪和物體的總拉力為：4N×3=12N；物體重9N，則動(dòng)滑輪重：12N－9N=3N；A選項(xiàng)錯(cuò)誤，不符合題意
B．滑輪組的機(jī)械效率為：B選項(xiàng)正確，符合題意
C．物體向上移動(dòng)了10cm，拉力做的功為：C選項(xiàng)錯(cuò)誤，不符合題意
D．拉力的功率為： ；D選項(xiàng)錯(cuò)誤，不符合題意，故選B。
5.（2020新疆）小紅用滑輪組將重力為1.5N的物體勻速提升10cm的過(guò)程中，繩子拉力為1.0N，繩子自由端移動(dòng)的距離為30cm，則滑輪組的機(jī)械效率為（ ）
A．50 % B．60 % C．70 % D．80 %
【答案】A
【解析】物體克服重力做的功為有用功:
繩子拉力做的功為總功:
則滑輪組的機(jī)械效率:
故A正確，BCD錯(cuò)誤。故選A。
6.（2020重慶A卷）滑輪是提升重物時(shí)經(jīng)常用到的一種機(jī)械，工人師傅用500N的拉力F，利用圖所示的滑輪將重800N的重物在30s內(nèi)勻速提高了6m。下列判斷正確的是（ ）
A. 繩端移動(dòng)的速度為0.2m/sB. 該滑輪的機(jī)械效率為62.5%
C. 工人師傅拉繩子的功率為200WD. 提升重物所做的有用功為3000J
【答案】C
【解析】解：A、由圖可知，，則繩子自由端被拉上的距離：
，繩端移動(dòng)的速度，故A錯(cuò)誤；
BCD、拉力F做的功：，
拉力F的功率：，
有用功：；
滑輪組的機(jī)械效率：，故BD錯(cuò)誤，C正確。故選：C。
7.（2020常德）如圖所示，用F1的力將物體B勻速提升h，F(xiàn)1做功600J，若借助滑輪組用F2的力把物體B勻速提升相同高度，F(xiàn)2做功為1000J。下列說(shuō)法正確的是（ ）
A．兩個(gè)過(guò)程中的拉力F1=3F2 B．F1做功的功率比F2做功的功率小
C．滑輪組機(jī)械效率為40% D．F2做功的距離為3h
【答案】D
【解析】A．F1做功600J，由 可知:
由圖可知，滑輪組的繩子股數(shù)n=3，所以繩子自由端移動(dòng)的距離s2=3h，F(xiàn)2做功1000J，由 可知:；所以 ，故A錯(cuò)誤；
B．題中沒(méi)有給出兩次運(yùn)動(dòng)的時(shí)間，所以無(wú)法比較兩個(gè)力做功的功率，故B錯(cuò)誤；
C．因?yàn)橛肍1的力將物體B勻速提升，所以物體B的重力G等于拉力F1，所以滑輪組的有用功為：
滑輪組的總功等于拉力F2做的功，即:；
所以滑輪組的機(jī)械效率:故C錯(cuò)誤；
D．由圖可知，滑輪組的繩子股數(shù)n=3，所以繩子自由端移動(dòng)的距離s2=3h，即F2做功的距離為3h，故D正確。
8.（2020德州）如圖所示，甲、乙兩套裝置所用的滑輪質(zhì)量相等，用它們分別將相同質(zhì)量的鉤碼勻速豎直提升，在相等時(shí)間內(nèi)繩端A、B移動(dòng)相同的距離（忽略繩重和摩擦），在此過(guò)程中，下列選項(xiàng)正確的是（ ）
A．兩鉤碼上升的速度相等 B．兩滑輪組繩端的拉力相等
C．甲滑輪組的總功比乙少 D．兩滑輪組的機(jī)械效率相等
【答案】D
【解析】．由圖知，通過(guò)甲乙兩圖中通過(guò)動(dòng)滑輪繩子段數(shù):n1=2，n2=3
在相等時(shí)間內(nèi)繩端A、B移動(dòng)相同的距離，由v=可知繩端移動(dòng)的速度相同，兩個(gè)鉤碼上升的速度:v物甲=; v物乙=所以兩鉤碼上升的速度不相等，故A錯(cuò)誤；
B．忽略繩重和摩擦，繩子受到的拉力分別為:;;F甲＞F乙
兩滑輪組繩端的拉力不相等，故B錯(cuò)誤；
C．兩個(gè)滑輪做的總功:W甲總=F甲s=(G+G動(dòng))s;W乙總=F乙s=(G+G動(dòng))s;W甲總＞W(wǎng)乙總;故C錯(cuò)誤；
D．有用功:W甲有=Gh甲=Gs;W乙有=Gh乙=Gs;兩滑輪組的機(jī)械效率:
η甲=
η乙=η甲=η乙;兩滑輪組的機(jī)械效率相等，故D正確。故選D。
9.（2020武威）如圖所示，在不計(jì)繩重和摩擦的情況下，用彈簧測(cè)力計(jì)沿豎直方向勻速拉起重為6N的物體，物體上升0.4m所用時(shí)間為4s。此過(guò)程中拉力的功率為______W，滑輪組的機(jī)械效率為______。
【答案】 (1). 0.72 (2). 83.3%
【解析】[1]由圖可知，滑輪組的動(dòng)滑輪繞3段繩，彈簧測(cè)力計(jì)的分度值是0.2N，彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)是2.4N，拉力做的總功:W總=Fs=F×3h=2.4N×3×0.4m=2.88J
拉力的功率:P==0.72W
[2]有用功:W有=Gh=6N×0.4m=2.4J
滑輪組的機(jī)械效率:
10-.（2020黔西南州）如圖所示，工人們用同一滑輪組，根據(jù)需要有兩種方式來(lái)提起等重的建筑材料，若不計(jì)摩擦和繩重，則F1______F2，機(jī)械效率ηA______ηB。（填“>”“=”或“

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12.3 機(jī)械效率

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