2.掌握機(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
1.知道什么是有用功、額外功和總功
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)
生活中我們常常會(huì)遇到“效率”這個(gè)詞，利用機(jī)械幫助我們完成某項(xiàng)任務(wù)，也會(huì)涉及效率問(wèn)題，這節(jié)課，我們就來(lái)學(xué)習(xí)機(jī)械效率。
利用機(jī)械幫助我們工作，會(huì)給我們帶來(lái)極大的方便。有的機(jī)械可以省力，有的機(jī)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(duì)重物所做的功相同嗎?
知識(shí)點(diǎn)1 有用功和額外功
研究使用動(dòng)滑輪是否省功
1.如圖甲所示，用彈簧測(cè)力計(jì)將鉤碼緩慢地提升一定的高度，計(jì)算拉力所做的功。 2.如圖乙所示，用彈簧測(cè)力計(jì)并借助一個(gè)動(dòng)滑輪將同樣的鉤碼緩慢地提升相同的高度，計(jì)算彈簧測(cè)力計(jì)的拉力所做的功。
這兩次拉力所做的功相同嗎?為什么?
實(shí)驗(yàn)結(jié)論： 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，雖然在兩次實(shí)驗(yàn)中鉤碼被提升了相同的高度，但第二次實(shí)驗(yàn)中拉力做的功要多一些。
2 0.1 2 0.1
1.2 0.2 2 0.1
1.有用功（W有用）：為了達(dá)到工作目的所做的功。
動(dòng)滑輪對(duì)重物的拉力所做的功，等于克服物體重力所做的功，就是有用功，W有用 = F拉h(huán) = Gh。（工作目的）
2.總功（W總）：使用機(jī)械時(shí)，動(dòng)力對(duì)機(jī)械所做的功。
人對(duì)繩子的拉力所做的功就是總功，W總 = Fs 。（實(shí)際付出）
3.額外功（W額外）：對(duì)人們沒(méi)有用，但不得不做的功。
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，就是額外功，W額外 = G動(dòng) h＋……（無(wú)用付出）
大量實(shí)驗(yàn)表明，動(dòng)力對(duì)機(jī)械所做的功總是大于機(jī)械對(duì)外所做的功（有用功）。事實(shí)上，使用任何機(jī)械都不能省功。
例1、如圖所示，一人用100 N的拉力通過(guò)滑輪組將重為300N的物體向上提起，繩重和摩擦不計(jì)。在拉力的作用下，物體勻速上升了1 m，求：（1）人所做的有用功；（2）人所做的總功；（3）人所做的額外功。
（1）W有用=Gh=300 N×1 m=300 J；（2）s=4h=4×1 m=4 m， W總= Fs=100 N×4 m=400 J；（3）W額外= W總－W有用=400 J－300 J=100 J。
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。
1.定義：物理學(xué)中，將有用功跟總功的比值叫作 機(jī)械效率。
3.機(jī)械效率只有大小，沒(méi)有單位。有用功總是小于總功，所以機(jī)械效率總是小于1。機(jī)械效率通常用百分?jǐn)?shù)表示。
4.物理意義 機(jī)械效率是標(biāo)志機(jī)械做功性能好壞的重要指標(biāo)，機(jī)械效率越高，機(jī)械的性能越好。
例2、起重機(jī)把質(zhì)量為0.5 t的重物勻速提升了3 m，而它的電動(dòng)機(jī)所做的功是3.4×104 J，起重機(jī)的機(jī)械效率是多少? g取10 N/kg。
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 = 0.5×103 kg×10 N/kg = 5×103 N
起重機(jī)提升重物所做的功是有用功 W有用=Fh = 5×103 N×3 m = 1.5×104 J
起重機(jī)的電動(dòng)機(jī)所做的功是總功 W總=3.4×104 J
因此，起重機(jī)的機(jī)械效率
起重機(jī)的機(jī)械效率一般為40%~50%
抽水機(jī)的機(jī)械效率一般為60%~80%。
討論：如果前面例題中用起重機(jī)提升的重物質(zhì)量為0.6t，那么它的機(jī)械效率還是44%嗎?對(duì)一個(gè)機(jī)械來(lái)說(shuō)，它的機(jī)械效率是恒定不變的嗎?
分析：不是，機(jī)械效率不是恒定不變的，機(jī)械效率反映的是機(jī)械在一次做功過(guò)程中有用功跟總功的比值，同一機(jī)械在不同的做功過(guò)程中，有用功不同，機(jī)械效率也會(huì)不同。
下面我們通過(guò)測(cè)滑輪組的機(jī)械效率的實(shí)驗(yàn)來(lái)探究一下這個(gè)問(wèn)題。
知識(shí)點(diǎn)3 測(cè)量滑輪組的機(jī)械效率
要想測(cè)量滑輪組的機(jī)械效率，就要想辦法找出使用滑輪組工作時(shí)的有用功和總功，然后求出二者的比值。
本實(shí)驗(yàn)可以測(cè)量如圖所示滑輪組的機(jī)械效率，請(qǐng)根據(jù)此實(shí)驗(yàn)裝置思考：要想知道有用功和總功，需要測(cè)量哪些量?
1.用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)量鉤碼所受的重力G并填入下表。
2.按照?qǐng)D安裝滑輪組，分別記下鉤碼和繩端（彈簧測(cè)力計(jì)掛鉤底部）的位置。
3.緩慢拉動(dòng)彈簧測(cè)力計(jì)，使鉤碼升高，讀出拉力F的數(shù)值，用刻度尺測(cè)出鉤碼提升的高度h和繩端移動(dòng)的距離s，將這三個(gè)量填入下表。
4.算出有用功W有用、總功W總、機(jī)械效率η并填入下表。
改變鉤碼的數(shù)量，重復(fù)上面的實(shí)驗(yàn)。
1 0.044
0.45 0.131
1.5 0.055
0.65 0.164
2 0.035
0.80 0.110
用同一滑輪組提升重力不同的物體時(shí)，機(jī)械效率不同，被提升的物體越重，機(jī)械效率越高。
思考討論：如果保持鉤碼重力一定，且鉤碼升高相同高度，改變動(dòng)滑輪重量，動(dòng)滑輪越重，機(jī)械效率怎樣變化?
物重一定，升高相同高度，則有用功不變，動(dòng)滑輪越重時(shí)，額外功越多，根據(jù)
可知，動(dòng)滑輪越重，機(jī)械效率越小。
你在三次實(shí)驗(yàn)中測(cè)得的機(jī)械效率一樣嗎?說(shuō)一說(shuō)影響滑輪組機(jī)械效率的因素有哪些。
分析：若不考慮繩重和摩擦，只計(jì)動(dòng)滑輪重力時(shí)：
所以，影響滑輪組機(jī)械效率的因素主要有重物的重力G和動(dòng)滑輪的重力G動(dòng)。
例3、如圖所示，用125 N的拉力F，把重力為300 N的木箱勻速提升3 m，滑輪組的機(jī)械效率為_(kāi)____；假如在上升過(guò)程中，拉木箱的繩子突然斷了，木箱由于______會(huì)繼續(xù)向上運(yùn)動(dòng)一段距離。
提高機(jī)械效率可以充分地發(fā)揮機(jī)械設(shè)備的作用，對(duì)節(jié)能減排、提高經(jīng)濟(jì)效益有重要的意義。
解析： 沒(méi)有，由于W總= W有用+W額外，使用機(jī)械時(shí)不可避免的要做額外功，總功總大于有用功，所以機(jī)械效率總小于100%。
練習(xí)1.有沒(méi)有機(jī)械效率為100%的機(jī)械?為什么?舉例說(shuō)明，通過(guò)什么途徑可以提高機(jī)械效率。
提高機(jī)械效率的主要辦法是改進(jìn)結(jié)構(gòu)，使機(jī)械設(shè)備更合理、更輕巧；在使用中按照技術(shù)規(guī)程經(jīng)常保養(yǎng)，使機(jī)械設(shè)備處于良好的狀態(tài)。 比如用減輕機(jī)械的自重，在運(yùn)轉(zhuǎn)部分加潤(rùn)滑油，讓機(jī)械滿負(fù)荷工作等。
W總= W有用+W額外
同一滑輪組，物重越大，機(jī)械效率越高
A. 在①實(shí)驗(yàn)中，應(yīng)勻速豎直向上拉動(dòng)繩子B. 由①②可知：滑輪組的機(jī)械效率與繩子 的繞法無(wú)關(guān)C. 由②③可知：同一滑輪組提起物重越大， 機(jī)械效率越低D. 為使實(shí)驗(yàn)的結(jié)論更具可靠性，應(yīng)換用不 同裝置進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)歸納得出普遍規(guī)律
1．某同學(xué)想通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)探究“影響滑輪組的機(jī)械效率的因素”，如圖所示，并測(cè)算了各次實(shí)驗(yàn)裝置的機(jī)械效率。關(guān)于他的實(shí)驗(yàn)過(guò)程，下列說(shuō)法中不正確的是（　　）
2．如圖，用滑輪組將一重物豎直向上勻速提升2 m，所用拉力F=100 N，若該過(guò)程中滑輪組的機(jī)械效率為80%，則滑輪組對(duì)重物做的有用功為_(kāi)_____J。
解析： 該滑輪組動(dòng)滑輪上承擔(dān)物重的繩子有n=2段，所以，繩子拉下的距離：s=nh=2×2 m=4 m。則總功：W總=Fs=100 N×4 m=400 J。故有用功：W有用=W總·η=400 J×80%=320 J。
3.有一個(gè)螺旋形滑梯高為3m，滑梯的螺旋軌道距離為5m（如圖）。把重為300 N的小孩從滑梯的底部沿著螺旋軌道勻速推上滑梯的頂端。如果小孩受到的摩擦力為30 N，則小孩受到沿滑梯向上的推力為_(kāi)____N，滑梯的機(jī)械效率為_(kāi)______ 。
解析：滑梯相當(dāng)于一個(gè)斜面，推力對(duì)小孩做的功為總功，克服重力做的功 為有用功，克服摩擦做的功為額外功，W總= W有用+W額外即，F(xiàn)s=Gh+fs

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第4節(jié) 機(jī)械效率

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