11.3 机械效率--2025-2026学年北师大版（北京）（2024）物理八年级全一册

该初中物理课件围绕有用功、额外功、总功及机械效率展开，通过“三种运沙子方法优劣”的问题导入，结合定滑轮与动滑轮做功对比实验，引导学生从生活实例过渡到物理概念，构建从具体现象到抽象规律的学习支架。 其亮点在于以科学探究为核心，通过测量滑轮组机械效率的实验（改变物重、动滑轮重分析影响因素），培养科学思维（模型建构、科学推理）与科学探究能力。结合提沙子、水桶提水等生活案例及定量计算，深化能量观念，教师可借助清晰的“问题-实验-概念-应用”结构提升教学效率。

11.3 机械效率 种子的发芽率 树的成活率 “率”=有用量/总量，表示事物某一方面的优劣。 你知道生活中的 一词吗？ “率” 手提肩扛 简单机械 机械服务生产生活 　　利用机械帮助我们工作，会给我们带来极大的方便。 溯古追今 F×s=W 省力 省距离 　　质疑思考：使用动滑轮是否省功？ 省功 ？ 有用功和额外功 问题情境 要把重100N的沙子运上三楼。下图画了三种办法。 有用功和额外功 一 哪种办法最好，哪种办法最不好？ ②人做功 ①人做功 1.对沙子做功 2.对桶做功 3.克服自重做功 ③人做功 1.对沙子做功 2.对袋子做功 3.对动滑轮做功 1.对沙子做功 2.对桶做功 3.对动滑轮做功 忽略绳重和摩擦 1. 如甲所示，用弹簧测力计将钩码缓慢地提升一定的高度，计算拉力所做的功。 2. 如乙所示，用弹簧测力计并借助一个动滑轮将同样的钩码缓慢地提升相同的高度，计算弹簧测力计的拉力所做的功。 有用功和额外功 演示实验 使用动滑轮不省功。 　　提出问题：两次做功的大小相同吗？ 力 F/N 重物移动的距离h/m 力 F 做的功W1 /J 0.98 0.1 0.098 力 F'/N 重物移动的距离 h/m 绳子自由端移动的距离 s/m 力 F' 做的功 W2 /J 0.6 0.1 0.2 0.12 W1＜W2， 数据分析 有用功和额外功 实验结果 实验一：定滑轮 实验二：动滑轮 有用功：动滑轮对钩码的拉力所做的功叫作有用功，用 W有用表示。 总功：弹簧测力计的拉力所做的功叫作总功，用 W总表示。 额外功：用动滑轮提升钩码时，要克服动滑轮本身 所受的重力以及摩擦力等因素的影响而多做一些功， 这部分功叫作额外功，用 W额外表示。 有用功和额外功 汲水 动滑轮提升物体 用斜面搬运货物 　　提出问题：生活中有没有使用机械时额外功为 0 的情况呢？ 克服杠杆自重和 摩擦力做功 克服动滑轮自重和摩擦力做功 克服货物与斜面之间摩擦力做功 一、有用功和额外功 额外功 在为了达到目的，人们不需要但又不得不做的功，叫作额外功。 有用功 我们要做的，有价值的功，叫做有用功。 实现目的而做的功 克服机械自身（如动滑轮、绳子）的重力和摩擦等而做的功 有用功加额外功是总共做的功，叫总功。 即：W总=W有用+W额外 总 功 动力对机械所做的功 哪些功是有用功？哪些功是额外功？ 克服重物重力所做的功为有用功。 克服摩擦力所做的功为额外功。 请分别计算出三种情况下有用功、额外功和总功分别是多少？ 人提沙子做功 对沙子做功 对桶做功 W1 = 600 J 克服自重做功 总功 3120J 额外功2520 J 沙子重100 N 人体重400 N 动滑轮重10 N 桶重 20 N 袋子重 5 N 地面到三楼高 6 m W2 = 120 J W3 = 2400 J 有用功600 J 对沙子做功 W1 = 600 J 对桶做功 对动滑轮做功 有用功600J 额外功180J W2 = 120 J W3 = 60 J 总功 780 J 沙子重100 N 人体重400 N 动滑轮重10 N 桶重 20 N 袋子重 5 N 地面到三楼高 6 m 强化训练 提水 事例 目的 有用功 额外功 总功 1.用桶从井中提水 2.水桶掉进井里要把桶捞起来 3.用书包把书背上楼 分析下列事例中的有用功、额外功、总功。不考虑绳重和摩擦。 捞桶 背书 G水h G桶h G书h G桶h G水h (G包+G人)h = W总 + = W总 + = W总 + 机械 功 目的 提沙 沿水平方向拖动物体 提物块 W有用 G沙h f s物 G物h W总 F拉s绳 F拉s绳 F拉L W额外 W额外=F拉s绳-G沙h W额外=F拉s绳-f s物 W额外=f L 或W额外=F拉L-G物h h L s F拉 F拉 F拉 G 什么叫机械效率？ 1.意义： 表示机械做功时，有用功在总功中所占的比例 2.定义： 有用功跟总功之比 3.计算公式： 人们希望在总功中有用功所占比例更大些，这就涉及机械效率问题。那么，什么是机械效率呢？ 机械效率的大小 我们把有用功和总功之比叫做机械效率 在使用机械工作时，有用功在总功中所占份额越多越好。 它反映了机械的一种性能，物理学中表示为机械效率。 　1．定义：有用功跟总功的比值。 　3．用百分数表示。总小于1。 　2．公式： 实验探究:测滑轮组的机械效率 实验原理 实验器材 机械效率的大小 实验1：保持动滑轮重一定，改变钩码重力。 (G动=0.1N) 结论： 动滑轮重一定时,物重越大，机械效率越高。 机械效率的大小 实验2: 保持钩码重力一定，改变动滑轮重。(G动1=0.1N; G动2=0.2N ) 结论： 物重一定，动滑轮越重，机械效率低。 机械效率的大小 讨论：如何提高机械设备的机械效率？ 1.改进机械结构、使其更合理、更轻巧。 2.定时保养、加润滑油减小机械间的摩擦。 3.在机械能承受的范围内，尽可能增加每次提升重物的重量，充分发挥机械的作用。 降低额外功 提高有用功 机械效率的大小 对机械效率概念的理解 （1）机械效率是表示机械做功性能的一个重要指标。 （2）机械效率常用百分数表示，是一个没有单位的物理量。 （3）进行有关机械效率的计算时，要分清有用功、额外功和总功。 （5）进行有关机械效率的计算时，常用的公式： （4）机械效率总小于1 如图所示，斜面高为1m，长为3m，工人用400N沿斜面方向的力将重为840N的圆筒推到车上,求： （1）在这过程中推力做的有用功； （2）在这过程中推力做的总功； （3）斜面的机械效率； （4）在斜面受到的摩擦力。 解： W有用=G物h=840N×1m=840J W总=FL=400N×3m=1200J W有用 840J η= W总 X100%= 1200J X100%=70% (1) (2) (3) (4) W额外=W总-W有用=1200J-840J=360J 由W额外=f L得 G=840N F推=400N h=1m L=3m 答： 铁架台、滑轮、细线、钩码。 沿竖直方向上缓慢匀速拉动测力计再读数 实验探究：测量滑轮组的机械效率 1.实验原理 2.实验器材 3.注意事项 弹簧测力计、刻度尺、 　　 　　设计实验： 　　1. 测量滑轮组的机械效率，需要测量哪两种功？ 　　2. 要想知道这两种功，需要测量哪些量，用到哪些器材？ 　　3. 实验的操作步骤有哪些？ 　　4. 如图所示，实验过程中的注意事项有哪些？ G物 F 机械效率 W有和 W总 G物h Fs η＝ ＝ W有用 W总 提出问题：如何测量滑轮组的机械效率？ 钩码 弹簧测力计 滑轮 细线 粘钩 　　实验器材与装置： 机械效率 　　实验过程： 　　1. 用弹簧测力计测量钩码所受的重力 G，并填入下表。 　　2. 按照实验图安装滑轮组，分别记下钩码和绳端（弹簧测力计挂钩底部）的位置。 　　3. 缓慢拉动弹簧测力计，使钩码升高，读出拉力 F 的数值，用刻度尺测出钩码提 升的高度 h 和绳端移动的距离 s，将这三个量填入下表。 　　4. 算出有用功 W有用、总功W总、机械效率 η，并填入下表。改变钩码的数量，重复 上面的实验。 序号 钩码所受的重力 G物/N 提升高度h/m 有用功 W有用/J 拉力F/N 绳端移动的距离 s/m 总功 W总/J 机械 效率 η 1 0.44 0.1 0.044 0.20 0.3 0.060 73.3% 2 1.00 0.1 0.100 0.38 0.3 0.114 87.7% 3 1.48 0.1 0.148 0.54 0.3 0.162 91.4% 机械效率 影响滑轮组机械效率的因素 ·提升物体的重力（在竖直情况下） ·动滑轮和绳子的重力 ·绳子和滑轮、滑轮与轴之间的摩擦 　　想想议议 机械效率 提高机械效率的方法 　　方法： 1. 改进结构，使机械设备更合理、更轻巧； 2. 按照技术规程经常保养，使机械设备处于良好的状态。 　　…… 2. 如图所示的滑轮组中，动滑轮重 1 N，小强用 6 N 的拉力 F 通过该滑轮组匀速拉起重 10 N 的物体，物体沿竖直方向上升 0.4 m。此过程中，额外功是 ________，机械效率是 ________ 。 0.8 J 83.3% 1. 用水桶从井中提水的时候，所做的有用功是 _______________________ ，做的额外功是 __________________________。（不考虑摩擦） 克服水桶重力所做的功 克服水的重力所做的功 动滑轮重一定时，物重越大，机械效率___________； 物重一定时，动滑轮越重，机械效率______________。 归纳 用滑轮组提升物体时，滑轮组的机械效率与 、 、 有关； 与 无关。 越高 越低 物体的重力 绳重及动滑轮的自重 机械间的摩擦等因素 滑轮组的绕法以及被提升的高度 拓展讨论:滑轮组机械效率的计算 （忽略绳重和摩擦） 拓展讨论:滑轮组机械效率的计算 （竖直使用动滑轮或 滑轮组） （水平使用动滑轮或 滑轮组） （忽略绳重和摩擦） 例如：动滑轮太重，使得滑轮组机械效率很低， 换用较轻滑轮就可提高其机械效率。 例如：加强机械运动部位的润滑。 在额外功不变的情况下增大有用功。 拓展 如何提高机械效率？ 1. 改进机械的结构，使它更合理，更轻巧。 2. 减小机械间的摩擦力。 3. 增大被提升物体的重力。 机械效率和功率有关吗？ 机械效率 有用功 对人们有用的必须要做的功 并非我们需要但又不得不做的功 有用功与额外功的总和 有用功跟总功的比值叫作机械效率 机械效率总小于1 机械效率 课堂小结 额外功 总功 W有用 W总 η＝ ×100% 提高方法 尽可能减小额外功 在机械能承受的范围内，尽可能增加有用功 巩固练习 1.如图所示，升旗过程中，克服旗的重力做的功是________，克服绳子重力做的功是________，拉力做的功是________。(均填“有用功”“额外功”或“总功”) 有用功 额外功 总功 巩固练习 2.(漳州中考)亮亮和体重较大的爸爸帮助邻居各扛一袋质量为5 kg的大米，从一楼爬到三楼，爸爸用时较短。则亮亮与爸爸所做的(　　) A.有用功相等 B.总功相等 C.总功率相等 D.有用功和总功的比值相等 A 巩固练习 3.甲乙两种机械的机械效率分别是80%和65%，则下列说法正确的是(　　) A.使用甲机械省力 B.使用甲机械做功快 C.在相同的时间内，使用甲机械完成的功多 D.乙机械的额外功在总功中占的比例大 D 巩固练习 4.测定滑轮组的机械效率，除了需要动滑轮、定滑轮、铁架台和钩码外，还需要 、 _____ 和 ; （1）测机械效率依据的公式是 __________ ; （2）填写实验记录表格中缺少的数据． （3）提升相同的砝码时，若增加动滑轮的个数，机械效率将 ．（选填“增大”，“不变”，“减小”） 细绳 弹簧测力计 刻度尺 0.84 1.2 70% 减小 巩固练习 5.一台起重机将重6000N的建筑材料提升10m高的楼房上，做的额外功是40000J，总功是多少？机械效率是多少？ 本课结束 本课结束 $