1、第 3 节 机械效率一、学习目标1.知道什么是有用功、额外功和总功。2.知道什么叫机械效率，知道计算公式。知道械效率总小于 1。3.知道提高机械效率的意义和主要方法。学习重点是知道什么叫机械效率，知道计算公式。学习难点是对什么是有用功、额外功和总功概念的理解。求解机械效率问题。二、知识点解读知识点一：有用功和额外功1.有用功：使用机械时，对人 们有用的功叫有用功。也就是人们不用机械而直接用手时必须做的功。在提升物体时，W 有用 = Gh2.额外功：使用机械时，对人们没有用但不得不做的功叫额外功。3.额外功的主要来源：提升物体时，克服机械自重、容器重、绳重等所做的功。克服机械的摩擦所做的功。4.
2、人们在使用机械做功的过程中实际所做的功叫总功，它等于有用功和额外功的之和。即：W 总 = W 有用 + W 额5.若人对机械的动力为 F，则：W 总 = FS 知识点二：机械效率（1）定义： 叫机械效率。（2）公式：= 。三、深化理解知识点的例题及其解析【例题 1】如图所示，物体在沿斜面向上拉力的作用下，从倾角为 30的斜面底端匀速拉到斜面的顶端，已知物体所受重力为 G，斜面的机械效率为 75%，若物体受到的拉力和摩擦力分别用 F 和 f 表示，则（ ）AF= G f= G BF= G f= GCF= G f= G DF= G f= G答案:B 【例题 2】如图所示，重 400N 的物体在 3
3、0N 的水平拉力 F 的作用下，以 0.1m/s 的速度沿水平地面向左匀速直线运动了 10s，滑轮组的机械效率为 80%，则在此过程中，下列说法正确的是（ ）A绳子自由端移动的距离为 3m B有用功为 400JC拉力 F 的功率为 9W D物体与地面间的滑动摩擦力 为 72N答案：ACD解析:A、由图知，n=3，则绳子自由端移动的距离：s 绳 =3s 物 =3v 物 t=30.1m/s10s=3m，故 A 正确；B、拉力做功为：W 总 =Fs 绳 =30N3m=90J，有用功：W 有 =W 总 =80%90J=72J，故 B 错误；C、拉力做功的功率：P= = =9W，故 C 正确；D、有用功
4、 W 有 =fs 物 ，拉力做的总功 W 总 =Fs 绳 ，由 = = = =得，物体与地面间的滑动摩擦力：f=3F=80%330N=72N，故 D 正确。四、本节课的课时作业（含答案与解析）第 3 节 机械效率课外同步课时作业一、选择题1下列关于简单机械在实际应用中的说法正确的是（ ）A指甲剪是省力省功的机械B定滑轮不省力，但能改变力的方向C滑轮组既省力，又省距离，还省功D斜面的机械效率可以达到 100%2如图所示的滑轮组中，动滑轮重 1N，小强用 6N 的拉力 F 通过该滑轮组匀速拉起重 10N 的物体，物体沿竖直方向上升 0.4m此过程中，额外功和机械效率分别是（ ）A0.4J 83.3
5、% B0.8J 91.7%C0.8J 83.3% D0.4J 91.7%3.如图所示，用完全相同的四个滑轮和两根相同的细绳组成甲、乙两个滑轮组，在各自的自由端施加大小分别为 F1和 F2的拉力，将相同的重物缓慢提 升相同的高度（不计绳重和一切摩擦） 下列说法正确的是（ ）A拉力 F1小于拉力 F2B甲、乙两滑轮组的机械效率相同C甲、乙两滑轮组中的动滑轮都是费力机械D甲、乙两滑轮 组中绳子自由端移动的距离相等4.建筑工人用如图所示的滑轮组，在 4s 内将重为 1500N 的物体沿水平方向匀速移动 2m 的过程中，所用的拉力大小为 375N，物体受到水平地面的摩擦力为物重的 0.4 倍在此过程中下
6、列说法正确的是（ ）A绳子自由端沿水平方向移动了 6 mB物体受到的拉力为 750NC拉力 F 的功率为 750WD滑轮组的机械效率为 80%5.在斜面上将一个质量为 5kg 的物体匀速拉到高处，如图沿斜面向上的拉力为 40N，斜面长 2m、高1m把重物直接提升 h 所做的功作有用功（g 取 10N/kg） 说法正确的是（ ）A物体只受重力、拉力和摩擦力三个力的作用B做的有用功是 500JC此斜面的机械效率为 62.5%D物体受到的摩擦力大小为 10N二、填空题1.如图所示，已知物体 A 和动滑轮的总重为 200N，当物体 A 匀速上升高度为 1m 时，绳子移动的距离为 m，人对绳子的拉力为
7、N，拉力所做的功为 J， （绳子与滑轮的摩擦力、空气阻力忽略不计）2.往车上装重物时，常常用长木板搭个斜面，把重物沿斜面推上去，如图所示，工人用 3m 长的斜面，把120kg 的重物提高 1m，假设斜面很光滑，则需要施加的推力为 ，若实际用力 为 500N，斜 面的机械效率为 ，重物受到的摩擦力为 （g 取 10N/kg） 3.如图，在斜面上将一个重 5N 的物体匀速拉到顶端。沿斜面向上的拉力为 2N，斜面长 4m，高 1m。则拉力做的有用功为 J，斜面的机械效率为 。三、综合题1.如图所示（滑轮组的绕绳未画出） ，人以 600N 的力向下拉动绕在滑轮组的绳子一端 10 秒，使绳端向下移动了
8、1.5m，重物匀速上升了 0.5m，已知滑轮组的机械效率为 70%（ g10N/kg） 。（1）按题意画出滑轮组的绕绳。（2）人所做功的功率多大？（3）被吊起的重物质量多大？四、实验探究题1.在“探究影响滑 轮组机械效率的因素”实验中，某实验小组用如图所示的同一滑轮组提升不同钩码的方法，分别做了甲、乙、丙 3 组实验，实验数据记录如下（1）在实验操作中应该使钩码 （选填“快速”或“缓慢” ）上升；（2）进行第 2 次测量时滑轮组的机械效率约为 （保留三位有效数字） ；（3）进行第 3 次测量时，弹簧测力计示数为 N，滑轮组做的有用功是 J；（4）分析实验数据，实验小组得出的实验结论是：滑轮组的
9、机械效率与 有关五、计算题1.如图所示，已知斜面长 5m，高 3m，绳端拉力为 50N。利用这个滑轮装置将重为 100N 的物体在 5s 内从斜面的底端匀速拉到顶端。在此过程中：（1）物体沿斜面向上运动的速度为多少？（2）绳端移动的距离是多少？（3）拉力的功和功率各是多少？（4）拉力的机械效率是多少？2利用如图所示的滑轮组，用 F=1000N 的力 拉绳子自由端，货物 A 以 0.1 m/s 的速度匀速直线运动l0s，整个过程中，滑轮组的机械效率为 75%求：（1）货物 A 在 10 s 内移动的距离：（2）这个过程中拉力 F 的功率：（3）水平地面对货物 A 的摩擦力大小第 3 节 机械效率
10、课外同步课时作业答案与解析一、选择题1.答案：BA指甲剪由三条杠杆组成，其中既有省力杠杆也有费力杠杆，但其最终可以达到省力的目的，所以为省力机械，但使用任何机械都不省功，故 A 错误；B定滑轮的实质是 等臂杠杆，不省力也不费力，但可以改变力的方向，故 B 正确；C滑轮组可以省力，但费距离，且不可能省功，故 C 错误；D使用任何机械都要做额外功，所以机械效率不可能达到 100%，故 D 错误2.答案：C（1）由图知，n=2，拉力端移动距离 s=2h=20.4m=0.8m，W 总 =Fs=6N0.8=4.8J，W 有用 =Gh=10N0.4m=4J，W 额 =W 总 W 有用 =4.8J4J=0.
11、8J，（2）滑轮组的机械效率：= 100%= 100%83.3%3.答案：B解析：由滑轮组的结构知道承担物重的绳子股数 n，则绳子自由端移动的距离 s=nh；把相同的重物匀速提升相同的高度，做的有用功相同；不计绳重及摩擦，利用相同的滑轮和绳子、提升相同的高度，做额外功相同；而总功等于有用功加上额外功，可知利用滑轮组做的总功相同，再根据效率公式判断滑轮组机械效率的大小关系A不计绳重及摩擦，因为拉力 F= （G 物 +G 动 ） ，n 1=2，n 2=3，所以绳端的拉力：F 1= （G 物 +G 动 ） ，F 2= （G 物 +G 动 ） ，所以 F1F 2，故 A 错误；B因为动滑轮重相同，提升
12、的物体重和高度相同，W 额 =G 动 h，W 有用 =G 物 h，所以利用滑轮组做的有用功相同、额外功相同，则总功相同；因为 = ，所以两滑轮组的机械效率相同，故 B 正确；C使用动滑轮能够省力，动滑轮为省力杠杆，故 C 错误；D因为绳子自由端移动的距离 s=nh，n 1=2，n 2=3，提升物体的高度 h 相同，所以 s1=2h，s 2=3h，则s1s 2， 故 D 错误。4.答案：D解析： （1）由图可知滑轮组绳子的有效股数，根据 s=nsA求出绳子自由端沿水平方向移动；（2）物体沿水平方向匀速移动时处于平衡状态，受到的拉力和摩擦力是一对平衡力，二力的大小相等，根据 FA=f=0.4G 求
13、出物体受到的拉力；（3）根据 W=Fs 求出拉力 F 做的功，根据 P= 求出拉力 F 的功率；（4）根据 W 有 =FAsA求出拉力做的有用功，根据 = 100%求出滑轮组的机械效率5.答案：CD克服摩擦力所做的额外功：W 额 =W 总 W 有 =80J50J=30J，由 W 额 =fs 可得，物体受到的摩擦力：f= = =15N，故 D 错误二、填空题1.答案：2；100；200解析：根据滑轮组装形式可判断绳子段数 n=2，则拉力移动距离为物体上升高度的 2 倍，这样利用公式W=Fs 可求拉力做功拉力移动距离：s=nh=21m=2m人对绳子的拉力 F=（G A+G 动 ）=200N=100
14、N，所以拉力所做的功：W=Fs=100N2m=200J2.答案：（1）人做有用功为 1200J；（2）斜面的机械效率为 80%；（3）摩擦力为 100N解析：（1）人做的有用功是将物体沿斜面推上小车，即将物体升高了 h，故有用功为人克服重力做功，利用功的原理由 W=mgh=Fs，可求得施加的推力 ；（2）利用已求得的有用功和总功，由机械效率公式可求得斜面的机械效率；（3）人做的额外功就是因为人要克服摩擦力做功，则可先求得摩擦力的功再由功的公式求得摩擦力解析：（1）人做的有用功等于用斜面所做的功：W 有 =Gh=mgh=120kg10N/kg1m=1200J；Fs=mgh=1200J，解得：F=
15、 =400N；（2）人所做的总功：W 总 =Fs=500N3m=1500J；（3）斜面的机械效率：= 100%= 100%=80%；（3）W 总 =W 有 +W 额 即：Fs=Gh+fs所以 f= = =100N；3.答案：5；62.5%。三、作图题1.答案：（1）如图所示 （2）90W （3）126kg四、实验探究题1.答案：（1）缓慢；（2）78.4%；（3）2.4；0.3 （4）物重（或钩码重）解析：（1）在实验中要向上缓慢、匀速拉动测力计；（2）掌握机械效率的定义式 =W 有用 /W 总 ，很容易结合表格数据求解机械效率；（3）根据 W 有用 =Gh 计算有用功；根据 =W 有用 /W
16、 总 =Gh/Fs 计算弹簧测力计的示数（4）在分析数据时，要注意机械效率的变化是由哪个 物理量的变化引起的，从而得出结论从实验数据看，钩码上升的高度无规律的变化，所以机械效率不断增大不是由于被提升高度的变化而引起的钩码重不断增大，机械效率不断提高所以可以看出增大被提升物体的重力可以提高滑轮组的机械效率五、计算题1.解答：（1） v 物 1m/s；s物t 5m5s（2） s 绳 2 s 物 25m10m；（3） W 总 Fs 绳 50N10m500J； P 总 100W；W总t 500J5s（4） W 有用 Gh100N3m300J； 60%。W有 用W总 100% 300J500J100%2.答案：（1）货物 A 在 10 s 内移动的距离为 1m；（2）这个过程中拉力 F 的功率 200W；（3）水平地面对货物 A 的摩擦力大小 1500N（1）根据 v= 可知货物 A 在 10 s 内移动的距离：s A=vAt=0.1m/s10s=1m；（2）由图可知，动滑轮上绳子的有效股数：n=2，绳子自由端移动的速度：v 绳 =nvA=20.1m/s=0.2m/s，拉力的功率：P= = =Fv 绳 =1000N0.2m/s=200W；（3）由 = = = 得摩擦力：f=nF= 275%1000N=1500N