机械效率(提高) 知识讲解.docx

机械效率（提高）【学习目标】1、知道有用功、额外功、总功；2、理解机械效率定义、大小范围、表示方法、公式、影响因素；3、知道有用功、额外功、总功关系式；4、理解机械效率的计算及公式要点梳理】要点一、有用功、额外功、总功1、总功：使用机械时，拉力（或动力）所做的的功；例如：用桶从井中打水，人在整个提水过程中拉力做的功是总功2、额外功：对我们是无用的，但又不得不做的功；如提沙子上楼时对桶、滑轮等做的功就是额外功3、有用功：从总功中减去额外功，才是对我们有用的功；如提沙子上楼时对沙子做的功就是有用功要点诠释：1、 总功是有用功与额外功之和，即W有+W额外=w总2、 额外功的产生是因为利用机械做功时，除了对工作目的物做功外，还要克服机械本身的摩擦力或重力做功 要点二、机械效率我们把有用功和总功的比值叫做做机械效率，符号为n要点诠释：W1、 公式为耳二石有，式中n表示机械效率，它是一个百分数n的值越大，表明有用功在总功中所占的比例越W总大，做功的效率越高2、 n 的值总小于 100%，由于机械本身的摩擦力或重力不可能为零，所以额外功总是存在的，即有用功总是小 于总功3、 知道增大机械效率的方法可知：根据公式如果有用功不变，我们可以通过减小额外功来增大机械效率，（例如我们用轻便的塑料桶打水，而不用很重的铁桶 打水，就是运用这个道理）；如果额外功不变，我们可以通过增大有用功来提高机械效率；（例如，在研究滑轮组 的机械效率时，我们会发现同一个滑轮组，提起的重物越重，机械效率越高，就是这个道理）；当然了，如果能在 增大有用功的同时，减小额外功更好。

要点三、机械效率的几个推导公式 求简单机械的机械效率是初中物理教学的重点内容，也是近年来中考的热点问题由于计算中涉及到总功、有 用功、额外功等抽象概念，特别是滑轮组的机械效率题目中，同一滑轮组在不同负载情况下机械效率不同，有用功 在具体情况中的形式不同，隐含条件的渗入，以及特殊形式的滑轮组等等，在学习的过程中常感觉困惑，易造成错 解为了解决这类问题，同学们要搞清楚以下几点：要对机械效率公式进行归类细化根据对的具体理解，可以将机械效率的定义式进行如下归类：1、在竖直方向上，G是物体重，G二是动滑轮重，h是物体被提升的高度，也是动滑轮被提升的高度・•・，若绳重及摩擦不计，F是拉力，S是拉力F移动的距离，n是动滑轮上承担力的绳的段数;①②③公式都适合若是考虑绳重和摩擦力，用滑轮组把物体提升的高度h,拉力F移动的距离S,总满足S=nh；只可用于①②2、在水平方向上，由于物体是匀速运动，滑轮组对物体的拉力F与水平地面对物体的摩擦力f是一对平衡力,即克服水平面对物体摩擦所做的功在数值上是等于有用功3、在斜面方向上，f是物体与斜面之间的摩擦，L是斜面的长，由于克服斜面对物体摩擦所做的功是额外功,所以【典型例题】 类型一、基础知识、关于机械效率，下列说法中正确的是（）A、 利用机械越省力，机械效率越高B、 机械做功越快，机械效率越高C、 有用功相同、总功越大的机械效率越高D、 额外功相同、有用功越大的机械效率越高【答案】D【解析】机械效率等于有用功与总功之比，它的大小与是否省力、功率大小没有关系。

只和有用功大小和额外功大 小有关，而总功就是有用功和额外功之和所以只要是有用功所占比例增大，机械效率值就会增大总结升华】功率和机械效率是两个不同的概念，它们之间没有必然的联系举一反三：【变式 1】某滑轮组经改进后提高了机械效率，若用它把同一物体匀速提到同样的高度，改进后与改进前相比较，下列说法中错误的是（ ）A. 做的有用功增加了B. 做的总功减少了C. 做的额外功减少了D. 做的有用功跟总功的比值增大了【答案】 A变式 2】关于机械效率，下列说法正确的是 （ ）A. 越省力的的机械，机械效率越高B 有用功多的机械，效率越高C. 额外功少的机械，机械效率高D. 总功一定时，有用功多的机械的效率高答案】 D、如图，两个滑轮组由每个质量相同的滑轮组成用它们分别将重物G]、G2提高相同高度（A.B.C.D.甲□l若G]=G2，拉力做的额外功相同若G]=G2，拉力做的总功相同若g1=g2，甲的机械效率大于乙的机械效率 用同一个滑轮组提起不同的重物，机械效率不变中动滑轮 下，有用 如果同一滑【答案】C【解析】如果两个滑轮组所拉重物相同，由图可得，甲图中动滑轮只有1个，而乙图 有2个，说明乙图滑轮组所做的额外功要多。

在提升相同重物，提升相同高度的情况 功相同，但乙图中做的额外功多，说明乙图中滑轮组机械效率低，乙图中的滑轮组需要做更多的总功 轮组提升的重物重力越大，说明有用功在总功中的比值越大，则机械效率变高总结升华】本题考查机械效率在滑轮组中的具体应用，滑轮组的额外功与动滑轮的重力和摩擦有关 举一反三：【变式】利用如图所示的甲、乙两滑轮组，在相同的时间内用大小相同的力F1和F2分别把质量相等的重物提升到 相同的高度，则（ ）A•力片做的功多B. 甲滑轮组的额外功较大C. 乙滑轮组的机械效率高D. 甲、乙两个滑轮组的总功相同【答案】ABC、某实验小组探究影响滑轮组机械效率的因素的实验装置如图所示，实验数据如下表若不计摩擦，比较1和2两次的实验数据，可以看出滑轮组的机械效率与 有关；比较1和3两次的实验数据，可以看出找数物理量123446钩码上升高度血0. 10. 10.1绳端拉力FFM1.01 42.4錢端移动距离三巾0.30. 50.3机械效率JT4鳴57%閃毀滑轮组的机械效率与. 有关答案】动滑轮的个数（或动滑轮的总量） 提升的物重 【解析】从1、2两次实验中，绳端移动距离和钩码上升高度之间的关系可以看出，两次分别利用了不同的滑轮组。

第二组的滑轮组是右边的，使用的动滑轮的个数多从而可以看出，动滑轮总重越大，滑轮组的机械效率越低 从 1、3 两组数据可以看出，两次用的是同一个滑轮组，第三次实验提升的钩码重，滑轮组的效率也高所 以可以看出滑轮组的机械效率与被提升物体的重力有关总结升华】此题主要通过实验研究了影响滑轮组机械效率的因素，知道动滑轮越重，机械效率越低；提升的物体 越重，机械效率越高举一反三：【变式】某同学想通过实验来探究“影响滑轮组的机械效率的因素”他做了如图所示的实验，并测算了各次实验装置的机械效率关于他的实验过程，下列说法中不正确的是（）A. 根据①、②两次实验可知：滑轮组的机械效率与绳子的绕法无关B. 根据②、③两次实验可知：同一滑轮组提起物重越大，机械效率越低C. 根据该同学的探究结论可知，通过适当增大物重可以提高滑轮组的机械效率D. 为使实验的结论更具可靠性，应换用不同的装置进行多次实验归纳得出普遍规律【答案】B类型二、知识运用a4、利用如图所示的滑轮组提起重物1）当被提起重物的重力是150N时，滑轮组的机械效率为60%, 求绳端拉力2）若被提起重物的重力为250N时，求重物上升2m时，绳端拉力做的功。

绳的自重和轮轴间摩 擦均不计）【思路点拨】（1）已知物体重和绳子段数以及机械效率，根据机械效率的公式就会算出拉力；（2）首先在（1）的条件下，利用额外功求得动滑轮的重；进而可在重物为250N时，算出拉力的大小, 根据功率公式就会求出拉力的功答案与解析】（1）由于s=2h, W =Gh，W』Fs，因此根据机械效率公式有:有总（2） 由上问知：G +G=2F，得 G =2F-G，G =100N,所以 W = G Xh/=100NX2m=200J，动 动 动 额 动W = G Xh/=250NX2m=500J， W =W +W =500J+200J=700J有 物 总 有 额【总结升华】对于滑轮组而言，只要知道承担重物的绳子段数，就找出了绳子自由端移动的距离s与重物升高的高 度h之间的关系若承担重物的绳子段数为n则绳子移动的距离s与重物升高的高度h的关系是s=nho▼ 5、如图所示的滑轮组中，动滑轮的总重是100N （绳的自重和轮轴间摩擦均不计） 求：（1）当提起400N的物体时，绳自由端拉力F至少应是多少?滑轮组的机械效率是多大? 若绳子能承受的最大拉力是200N时，滑轮组最大的机械效率是多大？【答案与解析】（1 ）滑轮组的n=5，因不计绳重和轮轴间的摩擦，有：F=(G +G ) /n=(400N+100N) /5 = 100N；物动 此时滑轮组的机械效率：n=w /W =G / (G +G ) =400N/ (400N+100N)=80%。

有 总 物 物 动(2)根据 F‘=(G 物+G 动)/n ；物动G /=nF‘一G =1000N—100N=900N；物动n/=W '/W '=G '/ (G '+G ) =900N/ (900N+100N)=90%有 总 物 物 动【总结升华】如何判断有用功、额外功和总功是解机械效率问题的关键有用功可以根据机械做功的目的来分析：如果机械用来提升物体，使物体升高时所做的功为有用功，即：W有-Gh，动力做的功是总功，即：W』Fs；用来 有总克服摩擦和机械自身重力所做的功为额外功，即：W额-w总-w有=w总(1-n)在本题中，由于绳的自重和轮轴间 额 总 有 总摩擦均不计，额外功为克服动滑轮的重力所做的功举一反三：【变式】由两个动滑轮和两个定滑轮组成的滑轮组，把一重为1000N的重物匀速提升1m时，人站在地面上所用拉 力为312.5N，若绳重及摩擦不计，则滑轮组的机械效率多大？动滑轮重为多大？若提升的重物变为1500N，绳子自 由端的拉力为多大？【答案与解析】解二 Wg = F-S = F 4h=312.5 牛 x 4米=12 予0 倉% = Gh = 1000牛 x 1米=1000焦T] = =1000^ = 0^ =80%Ws 1250 焦%=叫一％=垃麵焦-初酣焦=2列焦严空电严牛+230牛=4珈牛4 4答:滑轮组的机械效率为名哪，动滑轮重为蔺0牛, 绳子由端拉力为437.5牛。

Os如图所示，重100N的物体A沿水平面以0.4m/s的速度做匀速直线运动，水平拉力F为5N，此过程中滑轮组机械效率为 80%，物体 A 受到的摩擦力是 N■■ ■■ ■- ■■ ■■ ■■-•J-"- ■- ■- ■- ■- ■- ■- ■- ■- ■- ■-【答案与解析】分析：本题的滑轮组是水平放置的，因而机械做的有用功是克服水平摩擦力拉动物体所做的功，即拉力F'所做 的功，因为物体在水平地面做匀速直线运动，所以有F'=f,则W有=fs, (s为物体在水平面移动的距离)，动力做的 有功是总功，即：w「FS；用来克服摩擦和机械自身重力所做的功为额外功，w额-w总-w有-w总(1-n)总 额 总 有 总解：由题意可知， % 3F答： 12N【总结升华】沿水平方向使用滑轮组拉动物体时，克服摩擦做的功是有用功，拉力做的功是总功，是解决此题的关 键沿长10m、高为2m的斜面，将重为500N的物体匀速推到顶端时的机械效率为80%思路点拨】（1）算出总功后，根据W「Fs就可以求出拉力的大小；总（2）克服摩擦力做的功是额外功，根据:用+W 计算出额外功W ,再根据W =fs计算出摩擦力。