11.3 机械效率 - 2025-2026学年物理沪粤版九年级上册

第十一章 功与机械能 11.3 机械效率 1 11.3 机械效率 新知预习 导学 2 知识梳理 1.三种机械功 定义 三者关系 有用功 我们需要的、________的功 _______功______功 总功 额外功 对人们无___________却不得 ______的功 总功 ______对机械做的功 有价值 利用价值 不做 动力 有用 额外 新知预习 导学 重点直击 导析 素养达标 导练 3 2.机械效率 （1）定义：________和______的比。 （2）计算公式： _ ____________。 （3）说明：实际使用机械做功时，都不可避免地要做一部分额外功， 有用功必定______总功，因而机械效率不可能达到 。 有用功 总功 小于 新知预习 导学 重点直击 导析 素养达标 导练 4 （4）滑轮组提升物体的机械效率 ①影响因素：物重、动滑轮所受的重力 、绳子和滑轮之间的 ______。 ②规律：用同一滑轮组提升不同重物时，提起的物体越重，它的机 械效率越____。 ③提高机械效率的主要方法：改进__________，使其更合理、更轻 巧。 摩擦 高 机械结构 新知预习 导学 重点直击 导析 素养达标 导练 5 问题导思 1.“做功越多，机械效率就越大。”这个观点正确吗？ 为什么？ 答：这个观点是错误的，因为机械效率取决于有用功占总功的比例，而 不只是所做总功的多少。 2.使用滑轮组提升相同的重物时，不计绳重和轴间摩擦，滑轮组的机械 效率是否与绕绳方式有关？为什么？ 答：在不计绳重和轴间摩擦的情况下，滑轮组的机械效率与绕绳方式无 关，因为有用功始终为 ，额外功仅由动滑轮所受的重力产生 ，二者均与绕绳方式（它决定承重绳子的有效段数 ）无关。 新知预习 导学 重点直击 导析 素养达标 导练 6 11.3 机械效率 重点直击 导析 7 典例精析 知识点1 有用功、额外功和总功 例1 小明卫生值日时需要用水做清洁，他用水桶提水从一楼上到三楼。 下列说法正确的是( )。 A A.对水所做的功是有用功 B.对水所做的功是额外功 C.对桶所做的功是有用功 D.对水所做的功是总功 【解析】小明的目的是将水从一楼提到三楼，对水做的功为有用功，故A 正确，C错误。提升桶和小明自身做的功为额外功，故B错误。有用功与 额外功之和等于总功，小明提升水、桶、自身做的功为总功，故D错误。 新知预习 导学 重点直击 导析 素养达标 导练 8 小锦囊 1.分析有用功时，应从做功目的入手，其中我们所需要的有价 值的功才是有用功，如：①用机械竖直提升物体时，有用功 。②用机械水平拉动物体时，有用功 。 2.分析额外功时,应从机械自身入手,其中为了达到目的而不得不做 的功是额外功，如克服机械部件自身的重力、摩擦力所做的功。 新知预习 导学 重点直击 导析 素养达标 导练 9 针对训练 1.现在无人机的很多钢材部件用体积相同但密度更小的碳纤维材料替换， 以减轻机身质量。如图11-3-1所示，用碳纤维材料替换后的无人机与未 替换前相比，将同一个快递包裹从地面运送到五楼，可以( )。 C 图11-3-1 A.减小有用功 B.增大有用功 C.减小额外功 D.增大额外功 新知预习 导学 重点直击 导析 素养达标 导练 10 例2 ［传统文化］ 燊海井（图11-3-2 甲）是我国一个精妙而高效的古代制 盐工坊，竖立在井口的天车是盐井凿 挖和汲取盐卤的地面设施，其顶端悬 挂滑轮，提取井下卤水的过程可简化 为如图11-3-2乙所示的装置。已知吸 卤桶一次取卤水 （卤水的密度为 ），（卤水的 知识点2 机械效率及其计算 图11-3-2 密度为 ），吸卤桶出水后，牛作用在绳端的拉力大小为 ，吸卤桶匀速上升的过程中，求： 取 新知预习 导学 重点直击 导析 素养达标 导练 11 分析 先由 求出桶内卤水所受的重力，再由 可求出吸卤桶取卤水一次所做的有用功。 图11-3-2 （1）吸卤桶取卤水一次所做的有用功； 新知预习 导学 重点直击 导析 素养达标 导练 12 图11-3-2 解： 桶内卤水的体积 ， 卤水所受的重力为 吸卤桶取卤水一次所做的有用功为 新知预习 导学 重点直击 导析 素养达标 导练 13 图11-3-2 （2）该装置的机械效率。 解：由题图乙可知，装置中的滑轮均为 定滑轮，因此拉力移动的距离 ， 吸卤桶匀速上升 的过程中，拉力做 的总功为 则该装置的机械效率为 分析 先由求出绳端移动的距离，再由 求出拉力做的总功， 最后由 求出该装置的机械效率。 新知预习 导学 重点直击 导析 素养达标 导练 14 小锦囊 机械效率的计算： （1）斜面： 。 （2）滑轮组或动滑轮：竖直提升重物的机械效率 为承重绳子的有效段数），当不计绳重与摩擦 时，有 。 新知预习 导学 重点直击 导析 素养达标 导练 15 针对训练 2.如图11-3-3所示，小明在超市购物时，用沿斜面向上 的推力，将 总重为的小车匀速推到斜面顶端。小车沿斜面移动的距离为 , 小车上升的高度为，此过程中小明做的有用功为_____ ，该斜面的 机械效率为_____。 图11-3-3 新知预习 导学 重点直击 导析 素养达标 导练 16 知识点3 测量滑轮组的机械效率 图11-3-4 例3 在“测算滑轮组的机械效率”实 验中，小丽用如图11-3-4所示的同一 滑轮组提升不同钩码的方法，分别 做了甲、乙、丙三次实验，实验数 据记录如下页表格所示。 新知预习 导学 重点直击 导析 素养达标 导练 17 实验 序号 钩码所受 重力 钩码上升的 高度 弹簧测力计的 示数 绳子自由端移 动的距离/ 机械 效率 1 2 0.05 1.0 0.15 66.7% 2 4 0.05 1.7 0.15 78.4% 3 6 0.05 ① 0.15 ② 新知预习 导学 重点直击 导析 素养达标 导练 18 图11-3-4 （1）实验中要竖直向上______拉动 弹簧测力计，使钩码升高。 匀速 【解析】实验中要竖直向上匀速拉 动弹簧测力计，此时系统处于平衡 状态，弹簧测力计的示数才等于拉 力大小。 新知预习 导学 重点直击 导析 素养达标 导练 19 （2）表中编号①处的数据应为____，编号②处的数据应为_______ （精确到 ）。 实验 序号 钩码所受 重力 钩码上升的 高度 弹簧测力计的 示数 绳子自由端移 动的距离/ 机械 效率 1 2 0.05 1.0 0.15 66.7% 2 4 0.05 1.7 0.15 78.4% 3 6 0.05 ① 0.15 ② 新知预习 导学 重点直击 导析 素养达标 导练 20 【解析】由题图丙可知，弹簧测力计的示数为 。在第3次实验中， 有用功 ，总功 ，则此次实验的机械效率 ， 故表中编号①处的数据应为，编号②处的数据应为 。 实验 序号 钩码所受 重力 钩码上升的 高度 弹簧测力计的示数 绳子自由端移 动的距离/ 机械 效率 1 2 0.05 1.0 0.15 66.7% 2 4 0.05 1.7 0.15 78.4% 3 6 0.05 ① 0.15 ② 图11-3-4 新知预习 导学 重点直击 导析 素养达标 导练 21 （2）表中编号①处的数据应为____，编号②处的数据应为_______ （精确到 ）。 2.4 实验 序号 钩码所受 重力 钩码上升的 高度 弹簧测力计的 示数 绳子自由端移 动的距离/ 机械 效率 1 2 0.05 1.0 0.15 66.7% 2 4 0.05 1.7 0.15 78.4% 3 6 0.05 ① 0.15 ② 新知预习 导学 重点直击 导析 素养达标 导练 22 （3）分析数据可知，同一滑轮组的机械效率主要与_________________ ___有关。 提起物体受到的重力 【解析】实验选用的是同一滑轮组，由表中实验数据可知，同一滑轮组 提起的物体越重，滑轮组的机械效率越高。 实验 序号 钩码所受 重力 钩码上升的 高度 弹簧测力计的示数 绳子自由端移 动的距离/ 机械 效率 1 2 0.05 1.0 0.15 66.7% 2 4 0.05 1.7 0.15 78.4% 3 6 0.05 ① 0.15 ② 新知预习 导学 重点直击 导析 素养达标 导练 23 小锦囊 实验点拨： ①实验过程中必须匀速拉动弹簧测力计，目的是保证弹簧测力计 的示数大小不变。 ②为了便于读数，钩码下沿和绳子末端在刻度尺上的位置最好取 整数。 ③多次测量的目的是对多组数据进行比较，利用不完全归纳法总 结规律，而不是求平均值。 新知预习 导学 重点直击 导析 素养达标 导练 24 针对训练 3.兴趣小组计划“探究影响滑轮组机械效率的因素”的实践活动，提出如 下猜想： 猜想一：滑轮组的机械效率可能与被提升物体所受的重力大小有关； 猜想二：滑轮组的机械效率可能与物体被提升的高度有关。 图11-3-5 现有实验器材支架、细绳、轻质滑轮2个、弹簧测 力计（量程合适）、钩码多个（钩码重均为 ），实 验装置如图11-3-5所示。请你协助兴趣小组完成实验。 新知预习 导学 重点直击 导析 素养达标 导练 25 图11-3-5 （1）除上述实验器材，完成该实验还需要的测量工具 是________。 刻度尺 新知预习 导学 重点直击 导析 素养达标 导练 26 （2）实验数据记录如下表所示。 实验 序号 钩码所受重力/ 钩码上升 的高度/ 弹簧测力计的示数/ 绳子自由端移 动的距离/ 机械效率 1 2 10 1.0 30 2 4 10 1.7 30 3 6 10 2.4 30 ①根据表中的数据，第2次实验时滑轮组的机械效率为_______（精确 到 ）。 ②分析实验数据可得出结论：同一滑轮组将物体提升相同的高度，物 体越重，机械效率越____（选填“高”或“低”）。 高 新知预习 导学 重点直击 导析 素养达标 导练 27 （3）要验证猜想二，关键是要控制____________和动 滑轮所受的重力都相同，且绕绳方式相同，改变_____ ___________。 被提升物体 提升 物体的高度 实验 序号 钩码所受重力/ 钩码上升 的高度/ 弹簧测力计的示数/ 绳子自由端移 动的距离/ 机械效率 1 2 10 1.0 30 2 4 10 1.7 30 3 6 10 2.4 30 图11-3-5 新知预习 导学 重点直击 导析 素养达标 导练 28 11.3 机械效率 素养达标 导练 29 基础巩固 1.测某机械的效率时，下列记录的结果肯定有误的是( )。 B A. B. C. D. 2.小明用两种方法搬相同的书上楼：一是把所有书一起搬上楼；二是分 多次先后将所有书搬上楼。若两种方法搬书的时间相同，则两种搬书过 程中，他完成的物理量相同的是( )。 B A.总功 B.有用功 C.机械效率 D.功率 新知预习 导学 重点直击 导析 素养达标 导练 30 3.工人用滑轮组把一箱货物从一楼提升到五楼。在滑轮组上加润滑油后， 绳子与滑轮间的摩擦力减小，此时把同样的重物从一楼提升到五楼所做 的( )。 D A.有用功减小，总功不变 B.额外功不变，总功减小 C.有用功增加，额外功减小 D.有用功不变，总功减小 新知预习 导学 重点直击 导析 素养达标 导练 31 图11-3-6 4.［传统文化］ （多选）我国古代农书《齐民 要术》中记载“井浅用桔槔，井深用辘轳。”如 图11-3-6所示，人们借助辘轳从井中汲水时，转 动摇把，使绳子在轴筒上不断叠绕，从而将水 桶从井中提出。下列方法可以提高辘轳机械效 率的是( )。 BC A.增大水桶的质量 B.减小水桶的质量 C.增大桶内的水量 D.增大转动的速度 新知预习 导学 重点直击 导析 素养达标 导练 32 5.一台起重机在内将重为的货物匀速提高了 ,起重机做的 有用功是___________。若起重机做的额外功是 ，则它的机械效 率是_____。 图11-3-7 6.如图11-3-7所示，滑轮重均为。工人用 的 水平拉力匀速向右拉动绳端，使矿井里重为 的 物体提升 。不计绳重及轮轴间摩擦，此过程中滑 轮组的机械效率为_____。 新知预习 导学 重点直击 导析 素养达标 导练 33 能力提升 图11-3-8 7.如图11-3-8所示，用同一滑轮组分别将物体 和物体 匀速提升相同的高度。与提升相比，提升 的过程 中滑轮组的机械效率较大。不计绳重与摩擦，则提升 的过程中所做的( )。 A.额外功较小 B.额外功较大 C.总功较小 D.总功较大 新知预习 导学 重点直击 导析 素养达标 导练 34 图11-3-8 【解析】用同一滑轮组将物体提升相同的高度，不计 绳重和摩擦，克服动滑轮重力所做的功是额外功，由 知，提升和 所做的额外功相同，故A、 B错误。不计绳重与摩擦，滑轮组的机械效率 ，额外功相同，提升 时滑轮 组的机械效率较大，则提升 所做的有用功较大，其 总功较大，故C错误，D正确。 【答案】D 新知预习 导学 重点直击 导析 素养达标 导练 35 图11-3-9 8.图11-3-9甲是某同学“测量滑轮组的机械效率” 的示意图。用弹簧测力计竖直向上拉动绳子自 由端，将重为的物体从位置提升到 位置， 同时弹簧测力计从位置上升到 位置。在这个 过程中，弹簧测力计的示数如图11-3-9乙所示。 （1）组装滑轮组时，为了绕线比较平稳，应该___（选填“A”或“B”）。 A.先把钩码挂在动滑轮下方，再进行绕线 B先将滑轮组绕线组装完成后，再把钩码挂在动滑轮下方 A 新知预习 导学 重点直击 导析 素养达标 导练 36 图11-3-9 （2）根据图中数据可知，物体上升的高度是 ____，拉力是___ ，该滑轮组的机械效率 ______。 5.0 2 （3）若在图11-3-9甲所示的装置上增加一个动 滑轮，改为图11-3-9丙所示的装置，提升同一物 体，则滑轮组的机械效率______（选填“变大” “变小”或“不变”）。 变小 【解析】若在题图甲所示的装置上增加一个动滑轮，则此时有用功不变， 克服动滑轮重力所做的额外功变大，故机械效率变小。 新知预习 导学 重点直击 导析 素养达标 导练 37 图11-3-9 （4）若要提高滑轮组的机械效率，请你写出一 条可行的方法：___________________________ ___________________________。 增大提升物体所受的重力 （或减小动滑轮所受的重力） 【解析】在额外功一定时，增大提升物体所受 的重力可以增大有用功，从而提高机械效率； 在有用功一定时，减小动滑轮所受的重力可以 减小额外功，从而提高机械效率。 新知预习 导学 重点直击 导析 素养达标 导练 38 综合拓展 图11-3-10 9.［科技应用］ 物理兴趣小组的 同学们到某玻璃厂进行研学，同学 们发现该玻璃厂用“低压吸盘吊车” （图11-3-10甲）吊运玻璃，图11-3-10 乙为其结构示意图。#1 （1）先将低压吸盘压在玻璃上，然后启动抽气机使吸盘内的气压减小， 在__________的作用下吸盘牢牢地吸在玻璃上。 大气压强 新知预习 导学 重点直击 导析 素养达标 导练 39 （2）假设吸盘及支架的总重力为 ，在某次吊装过程中，吊车将一 块质量为的玻璃吊高,用时 ，此过程中电动机对绳子的拉力 为，不计抽气管重、绳重及摩擦。取 图11-3-10 新知预习 导学 重点直击 导析 素养达标 导练 40 图11-3-10 ①电动机对绳子的拉力做功的功率为 多少？ 解：由题图乙可知，动滑轮上承重的 绳子段数 ，电动机对绳子的拉力 做的功（总功）为 拉力做功的功率为 新知预习 导学 重点直击 导析 素养达标 导练 41 图11-3-10 ②本次吊装过程中，吊车上的滑轮组的机 械效率为多大？ 解：玻璃所受的重力为 本次吊装过程中，吊车上的滑轮组对玻璃 做的功为有用功，即为 滑轮组的机械效率为 新知预习 导学 重点直击 导析 素养达标 导练 42 $$