第九章 简单机械　功 第六节　机械效率- 2023-2024学年物理鲁科版（五四学制）八年级下册

第六节　机械效率 一、有用功和额外功 1.有用功:为了达到目的必须做的功,用　　　　表示。  2.额外功:并非我们需要但又　　 　　　做的功,用　　　　表示。  3.总功:有用功与额外功　　　 ,用　　　　 表示,其关系式为　　　　　　 　　。  W有用 不得不 W额外 之和 W总 W总=W有用+W额外 二、机械效率 1.定义:物理学中,把有用功跟总功的　　 　　叫做机械效率,通常用　　　　表示。  2.公式:η=　　　　,η通常用百分数表示。  3.大小:机械效率总　　　　。  4.影响机械效率的主要因素:一是　　 　　,二是机械自重。  5.提高滑轮组机械效率的方法:一是减小　　 　　自身的重力,二是　　　　提升物体的重力,三是使转动轴保持良好的润滑。  比值 η 小于1 摩擦　 动滑轮 增大 [注意] 机械效率是有用功与总功之比,它只表示机械做功时有用功在总功中所占的比例,只有大小,没有单位。 有用功、额外功和总功 [典例1]小明使用如图所示的滑轮组提起10 N的重物,使它上升 0.2 m,拉力是4 N,拉力的作用点上升了 0.6 m,拉力对滑轮所做的功为　　　　J,这个功叫　　 　功。滑轮克服物体重力所做的功为　　　J,这个功叫　　　　功。用来克服滑轮重力、绳重和绳与滑轮间摩擦所做的功为　　　J,这个功叫　　　功。  2.4 总 2 有用 0.4 额外 解析:滑轮克服物体重力所做的功W有用=Gh=10 N×0.2 m=2 J;使用机械拉力对滑轮所做的功叫总功,大小为W总=Fs=4 N×0.6 m=2.4 J;用来克服滑轮重力、绳重和绳与滑轮间摩擦所做的功叫额外功,因W总= W有用+W额外,所以W额外=W总-W有用=2.4 J-2 J=0.4 J。 正确理解有用功、额外功和总功 (1)有用功相当于不用机械而直接用手对物体做的功,总功是利用机械做的功。 (2)一般情况下,使用动滑轮或滑轮组在竖直方向上匀速提升物体时,有用功W有用=Gh,使用动滑轮或滑轮组在水平方向匀速移动物体时,有用功W有用=F摩s。 (3)有用功和额外功并不是绝对的,对一种情况来说是有用功,对另外一种情况来说可能是额外功。 [针对训练1]甲同学用水桶从井中提水;乙同学用绳把掉入井中的水桶捞上来,且水桶里有水。关于两位同学所做有用功、额外功的说法中正确的是( ) A.甲同学提水桶过程中,克服水桶重力所做的功为有用功 B.乙同学捞水桶过程中,克服桶内水的重力所做的功为有用功 C.甲同学提水桶过程中,克服桶内水的重力所做的功为有用功 D.乙同学捞水桶过程中,克服水桶重力所做的功为额外功 C [针对训练2] 一位工人师傅利用长4.5 m、高1.5 m的斜面,用500 N的力沿斜面把重1 200 N的箱子匀速推到车上,工人师傅做的总功是 　　 J,有用功是　　　J。这里产生额外功的原因是　　　 _ 　。  2 250 1 800 克服摩擦 做功 解析:工人做的有用功W有用=G物h=1200 N×1.5 m=1 800 J;工人所做的总功W总=Fs=500 N×4.5 m=2 250 J;利用斜面将物体推到车上的过程中,要克服摩擦做额外功。 机械效率 [典例2]小强用如图所示的装置在10 s内将重为450 N的货物匀速提升2 m,此过程中拉力F的功率为 120 W。求: (1)提升装置所做的有用功。 解析:(1)提升装置所做的有用功 W有用=Gh=450 N×2 m=900 J。 答案:(1)900 J　 (2)拉力F做的功。 (3)该滑轮组的机械效率。 答案:(2)1 200 J　(3)75%　 简单机械的三种功和机械效率 [针对训练3] 关于功、功率和机械效率,下列说法正确的是( ) A.改进机械的性能可以使机械效率达到100% B.做功多的机械,功率一定大 C.功率大的机械,做功一定快 D.做功快的机械,机械效率一定高 C [针对训练4] 甲、乙两套装置所用每个滑轮质量均相等,用它们分别将所挂重物在相等时间内竖直向上匀速提升相同高度。若G1=G2,所用竖直向上的拉力分别为F1和F2,两装置的机械效率分别为η1和η2(忽略绳重和摩擦),则下列选项正确的是( ) A.F1>F2,η1=η2 B.F1>F2,η1<η2 C.F1<F2,η1<η2 D.F1<F2,η1>η2 A 机械效率的测量 [典例3]在“测量滑轮组机械效率”的实验中,小明利用同一滑轮组先后提升不同重力的物体进行实验,如图甲和乙所示,不计空气阻力。实验测量的数据记录在表格中: 次数 物重/N 提升高 度/m 拉力/N 绳端移 动距离/m 机械 效率η 1 3 0.1 2.0 0.3 50% 2 6 0.1 3.2 0.3 　   (1)根据测量的实验数据,可计算出表格中的横线上应填的数据为　　　　　。  (2)分析实验数据,可初步得出实验结论:同一滑轮组的机械效率与 　　　　 　　有关。  (3)小明在实验操作中发现:一边拉动弹簧测力计一边读数,非常不方便,因为这样弹簧测力计示数不稳定,为了方便读数,小明认为可以让弹簧测力计保持静止时读数,如果让弹簧测力计保持静止时读数,则所测出的滑轮组机械效率将比其真实值　　　　(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。  62.5% 被提升物体的重力 偏大 (4)如果不计绳重和摩擦,只是按照如图丙所示的绕绳方法组装滑轮组,并利用图丙方案提升与图甲中相同重力的物体,对比如图甲、丙所示的滑轮组的机械效率,可知η甲　　 　　(选填“大于”“等于”或“小于”)η丙。  (5)结合生产实际,用滑轮组提升重物时,下列也可以提高机械效率的是　　　　。  A.增大绳重 B.减轻动滑轮重 C.加快物体提升的速度 D.提升物体上升高度 等于 B [针对训练5] 在“探究斜面机械效率”实验中,小明同学提出:“机械效率越高的斜面是否越省力”?针对这个问题,他选用了弹簧测力计、长木板、垫木、小车和刻度尺,做了如下实验。 步骤1:用弹簧测力计测出小车的重力G; 步骤2:用木板和垫木做成斜面,把小车匀速拉上斜面,测出拉力F(如图所示); 步骤3:分别测出斜面的长s和斜面的高h; 步骤4:改变斜面的倾斜程度,重复步骤2、3,数据记录如表所示。 斜面的 倾斜程度 小车的重 力G/N 斜面的高 度h/m 沿斜面的 拉力F/N 斜面长s /m 机械效率 η/% 较缓 5 0.15 2 0.5 　　  较陡 5 0.2 2.5 0.5 　　  最陡 5 0.25 3 0.5 83 (1)根据记录的数据,将表格补充完整。 75 80　 (2)分析表格中所有数据,可以得到:越省力的斜面其机械效率越　　　。  (3)完成上述实验后,小明同学提出“斜面的倾斜程度相同时,表面越 光滑的斜面,机械效率是否越高”。针对这个问题,本实验要探究的是 　　　　　 　与 的关系,实验中要保持小车重以及　　　　 等不变,改变　　　　　　　　　。  (4)提高斜面的机械效率的办法有   　等。  低 斜面的机械效率 斜面的光滑程度 斜面的倾斜程度 斜面的光滑程度 使斜面光滑些、增大斜面的倾斜 程度 解析:(2)由表中实验数据可知,斜面的倾斜程度越缓越省力,机械效率越低,所以越省力的斜面其机械效率越低。 (3)“斜面的倾斜程度相同时,表面越光滑的斜面,机械效率是否越高”,实验要探究的是斜面的机械效率与斜面光滑程度的关系,根据控制变量法,实验中要保持小车重以及斜面倾斜程度等不变,改变斜面的光滑程度。 (4)由实验可知,斜面越光滑、斜面的倾角越大,斜面的机械效率越高,因此可以使斜面光滑些、增大斜面的倾斜程度,可以提 1.玲玲同学用水桶从水井中提水做清洁,她在把水从井底提上来的过程中,下列关于做功的说法正确的是( ) A.对桶所做的功是有用功 B.对水所做的功是额外功 C.对水所做的功是有用功 D.对水所做的功是总功 C 2.如图所示的滑轮组,500 N的拉力F在10 s内将重800 N的箱子匀速提升了2 m,不计绳重及摩擦,下列说法正确的是( ) A.定滑轮的作用是省力 B.滑轮组机械效率为80% C.动滑轮的重力为100 N D.拉力F的功率为100 W B 3.在同样的条件下,小明利用两个不同的动滑轮把木料拉上四楼时,他发现利用较轻的动滑轮在提升木料时机械效率较高,这是因为 ( ) A.可以减少有用功 B.在总功不变的情况下增加有用功 C.在总功不变的情况下减少额外功 D.在有用功不变的情况下减少总功 D 4.用四个相同的滑轮和两根相同的绳子组成如图所示的甲、乙两个滑轮组,用它们提起相同的货物,不计绳子与滑轮的摩擦,则( ) A.甲滑轮组较省力 B.乙滑轮组较费力 C.甲滑轮组机械效率较高 D.甲、乙滑轮组机械效率相等 D 5.利用如图所示的滑轮组,小宇在10 s内用500 N的拉力,将重800 N的物体匀速吊起2 m的高度,则所做的有用功为　　　　J,滑轮组的机械效率为　　　　。  1 600 80% 6.(2023溧阳市一模)小明拉着质量为30 kg行李箱匀速经过一段长 3 m、高1 m的斜坡路面,用时10 s,若此过程拉力F方向沿斜面向上,大小为125 N,克服行李箱重力做功　 　　　J,拉力F做功的功率是　　　　W,斜面的机械效率是　　　%。(g取10 N/kg)  300 37.5 80 谢谢观赏！ 33 解析:(2)根据P=,得拉力F做的功 W总=Pt=120 W×10 s=1 200 J。 (3)滑轮组的机械效率η==×100%=75%。 简单 机械 示意图 有用功 (W有用) 额外功 (W额) 总功 (W总) 机械 效率(η) 斜面 Gh Fs-Gh Fs 滑 轮 组 Gh Fs-Gh Fs () 滑 轮 组 fs1 Fs2-fs1 Fs2 () 解析:(1)根据测量的实验数据,第2次实验的机械效率为η=== ×100%=62.5%。(2)从实验数据看,钩码上升的高度相同,钩码重不断增大,机械效率不断提高,所以可以得出滑轮组的机械效率与被提升物体的重力有关。(3)在弹簧测力计静止时读出了数据,由于不会克服绳与轮之间的摩擦,所以测得的拉力偏小,根据W=Fs,求出的总功变小,故测出的机械效率将比真实值偏大。 解析:(4)不计绳重和摩擦,只是按照如图丙所示的绕绳方法组装滑轮组,并利用图丙方案提升与图甲中相同重力的物体,绳子的有效股数不同、动滑轮的个数相同、物体的重力相等,绳子的缠绕方式不同,两装置中,提升相同的物体上升相同的高度时所做的有用功相同,动滑轮的个数和摩擦力的大小相同所做的额外功相等,由η==可知,两者的机械效率相等,可知η甲等于η丙。(5)根据η====可知,减轻动滑轮重可以提高机械效率。 解析:(1)根据表中实验数据,第一次实验时,W有用1=G1h1=5 N×0.15 m= 0.75 J,W总1=F1 s1=2 N×0.5 m=1 J,则斜面的机械效率η1==× 100%=75%;第二次实验时,W有用2=G2h2=5 N×0.2 m=1 J,W总2=F2 s2=2.5 N× 0.5 m=1.25 J,则斜面的机械效率η2==×100%=80%。 解析:克服行李箱重力做的功(有用功) W有用=Gh=mgh=30 kg×10 N/kg×1 m=300 J; 拉力做的总功W总=Fs=125 N×3 m=375 J, 拉力做功的功率P===37.5 W; 斜面的机械效率η==×100%=80%。 $$