11.3 机械效率 课件-2025-2026学年九年级物理沪粤版上册

该初中物理课件围绕“机械效率”展开，系统讲解有用功、额外功、总功的定义及关系，机械效率公式，以及滑轮组、斜面等简单机械的机械效率计算，通过“水桶提水选桶”问题导入，衔接功的概念，搭建从实例到抽象概念的学习支架。 其亮点在于以科学探究为主线，结合滑轮组、斜面实验数据表格与问题分析，培养科学思维和探究能力，通过实例分析与公式推导深化能量观念，帮助学生理解机械效率本质，教师可借助结构化内容提升教学效率。

null科技、教育、艺术跨界融合。欢迎来到物理大师、机械效率，人造卫星的奇迹。没有它，现代世界将陷于停顿。它不能售后维修。所以它不能出错。它将在高度为35786公里的轨道上无故障运行15年。它就是。人造同步卫星，是这项最顶尖的科技，从科学家手中到达浩渺太空只需要几年时间，制造效率惊人。太阳能提供了人造卫星的飞行动力，电池板吸收的太阳能可以全部用于卫星飞行吗？Fifteen years. 答案是否定的。能量在转化过程当中，由于某些原因的存在不能完全转化。同样在使用机械时也会存在能量转化效率、机械效率。他表示，机械工作时输出的有用功与输入的总功的比值用艾塔表示，所以艾塔等于有用功除以总功再乘以100%。1804年特雷维辛克发明的蒸汽机车，其中蒸汽机的效率通常只有6%至15%，总功中绝大部分被浪费。那么什么是总功？什么是有用功呢？总功和有用功的差值又是什么呢？总功是在过程中整个系统消耗的能量，有用功是指对人类有用的功，是人们为了到达目的必须做的功。总功和有用功的差值就是额外功，是对人们无用但又不得不做的功，所以总功等于有用功加上额外功。攀登珠穆朗玛峰时，登山队员从山顶爬到峰顶，期限能增加MTH，这个就是登到顶峰的有用功。但实际情况要复杂得多，队员要穿厚重的衣服，携带登山器械和食物，这些都是额外功。整个过程中，队员做出的功就是总功。由于艾塔等于有用功除以总功再乘以100%，所以机械效率没有单位，有用功小于总功可得艾塔小于100%。用W总表示总功，W有用表示有用功，W额外表示额外功。所以W总等于W有用，加上W额外艾塔等于W有用除以W总再乘以100%。把木板搭在汽车上，把一个重为600牛的货物推到车上。这时木板成为一个斜面。已知斜面长为3米，高为一米，人的推力是250牛，问斜面的摩擦力为多大，机械效率是多少？额外功为多大？且根据题意可得，有用功是克服货物的重力做的功，额外功是克服摩擦做的功，推力做的功就是总功。W有用等于GH等于600焦，W总等于FS等于750焦，所以W额外等于W总减去W有用等于150角，W额外等于FS所以F等于W额，Y除以S等于50牛，艾塔等于W有用除以W总再乘以100%等于80%。所以得出的结果为斜面摩擦力五十牛，机械效率80%额外功159。经过物理学家的计算，人造卫星上的太阳能电池板的效率为15%至20%，汽车上的汽油机效率为20%至30%，柴油机的效率为30%至45%。但电动汽车特斯拉的电动机效率可以达到90%，所以特斯拉百公里提速只需要4秒钟，远超于普通汽车。物理大师格物致知，下节课见。点击微信右上角加号，选择添加朋友，输入物理大师关注即可。 有用功和额外功。自古以来人类已经发明并学会了使用了各种各样的工具来帮助我们生产。有的是省力的，有的是省距离的。但是通过功的原理的实验，我们已经得出结论，任何机械都不能省功，甚至还要多做出一点工。那这些多做的功到底都去哪儿了呢？再回忆一下功的原理的实验。在做实验时用拉力向上拉起重物，但是同时也拉起了滑轮。所以拉力不仅要对重物做功，对滑轮也做了功，对绳子也做了功，同时还要克服动滑轮轮轴处产生的摩擦力做功。我们使用这个动滑轮的目的就是要将这个重物抬高，于是我们就要拉动绳端。在做的这些功之中，使重物上升时所做的功是有用的，是必须要做的。我们把这部分功叫做有用功，一般记为W有用。而在提升重物时，不可避免的要克服动滑轮本身的重力、绳子的重力和摩擦力做功，我们就必须除了做有用功以外再做一些功，这部分功就叫做额外功，而有用功和额外功的总和就叫做总功，写成公式也就是W总等于W有用加W额外刚才是动滑轮，现在我们再来看看使用其他简单机械的时候，会不会也有额外功能。比如说我们在使用杠杆将这尊雕塑翘起来的时候，我们在杠杆这一端做的功就是总功啦。而我们的目的要将雕塑抬高，同样克服雕塑自身的重力，使雕塑上升时所做的功是有用的，是必须要做的，所以这部分功就是有用功。而在抬起雕塑的同时，也是不可避免的要克服支点处的摩擦力做功，这部分功就是额外功，而总功就等于有用功加上额外功。再来一个斜坡试试，我们现在用这个斜坡将这尊雕塑抬到车上去，我们对雕塑的推力做的功就是总功。我们的目的同样是要将雕塑抬高，克服雕塑自身的重力，使雕塑上升时所做的功是有用的。而在抬起雕塑的同时，也是不可避免的要克服雕塑与斜坡间的摩擦力做功，这部分功就是额外功，总功依然等于有用功加上额外功。看来无论是用什么工具，在使用时都是无法避免额外功。那究竟应该怎样挑选最合适的机械呢？敬请期待。 机械效率的计算。我们已经知道有用功与总功的比称为机械效率，伊塔等于W有用比W总还记得吗？先来回忆一下它的用法。举个例子，在不计摩擦和绳重的情况下，用这样一套滑轮组竖直拉起一尊雕塑，雕塑的重力是一千牛，动滑轮重为20牛，将雕塑拉起2米，这个滑轮组的机械效率应该如何计算呢？根据公式，机械效率等于有用功比上总功。也就是说我们需要计算有用功和总功就可以了。那么有用功是多少呢？在这里我们的目的是要将雕塑抬高，也就是说克服雕塑的重力，将它抬高时做的功就是有用功，也就是用雕塑的重力乘以雕塑被抬的高度，就可以计算出有用功。W有用等于G乘以H等于1000牛，乘以2米等于2000焦，再来计算总功，总功就是W总等于F乘以S这里的F就是我拉动绳子所用的力。此时有两段绳承担着物重和滑轮重，所以我拉动绳子的力，也就是F等于2分之1乘以括号，G加G动等于2分之1乘以括号，1000牛加20牛等于510牛。而此时绳子的移动的距离就应该是雕塑被拉起的高度的2倍，也就是S等于2，H等于2乘以2米等于4米，全部带入公式，总共就等于510牛乘4米等于2040焦。这样就可以计算出机械效率，就是伊塔等于W有用，比W总等于2000焦比2040焦等于98%。简单吧？其实这个公式还可以变形成其他的公式。比如说一起来将公式展开就成了meta等于W有用，比W总等于GHBFS把重物被抬的高度和绳段被拉起的距离之间的关系S等于NH代入公式，公式就变成了伊塔等于GBMF在不计摩擦和绳重的情况下计算竖直方向使用滑轮组的机械效率，还可以把重力和拉力的关系F等于N分之一乘以括号G加G动带入这个公式里，公式就变成了一塔等于G比G加G动。新公式到手，赶紧来试试它好用不好用吧。再回过头看刚才那个例子，在不计摩擦和绳重的情况下，用这样一套滑轮组竖直拉起一尊雕塑，雕像的重力是一千牛，动滑轮重为20牛，将雕塑拉起2米，这回滑轮组的机械效率该如何用新公式来计算呢？因为不计摩擦和绳重，而且竖直拉起，我们就可以用公式伊塔等于W有用比W总等于G比G加G动。将用到的数据带入公式就得到答案，伊塔等于1000牛，比1000牛加20牛等于98%，丝毫不差，而且方便快捷，简直不要太好用。所以它在我们计算滑轮组的机械效率时，使用率可是相当高的。但是千万记住这个变形后的公式，可一定要在不计摩擦和绳重且竖直方向使用滑轮组时才可以使用。好，除了今天这种计算机械效率，还有好多的变形式，剩下的就留给你慢慢的get，拜拜。 11.3 机械效率 G F 1.在这个过程中动力对哪些物体做了功？ 2.哪些功是我们需要的，有价值的？ 3.哪些功对我们没有价值，但又不得不做？ 对重物做了功；对动滑轮/绳子/摩擦做了功 克服动滑轮、绳子重力、摩擦力做的功 克服物体重力做的功 有用功：W有用 动力F做的功叫总功：W总 额外功：W额外 W总=W有用+W额外 使用滑轮组提升重物 1 1.有用功 :完成某项任务时___ ________的功 2.额外功:其它__ __________________的功。 3.总功:_______对机械所做的功. 需要、有价值 无价值、但不得不做 动力 W总=W有用+W额外 1.小明将一箱实验器材搬上楼，小明对实验器材做的功是______功；小明克服自身重力做的功是_____功 2.在水井打水时，对桶做的功是______；对水做的功是_______； 3.桶掉入井中，捞桶时对桶做的功是______；对水做的功是_______； 有用 额外 额外功 有用功 有用功 额外功 使用滑轮组提升重物 1 思考：用水桶提水，轻质塑料桶和厚皮铁桶哪个好，为什么？ 额外功越少越好， 即有用功在总功中所占的比例越大越好。 1.定义：有用功跟总功的比值 2.公式：η＝　　×100% Ｗ有用 Ｗ总 3.思考： 2.机械效率的数值会等于１或大于１吗？为什么？ 4.机械效率与功率的关系 1.机械效率有单位吗? 3.起重机的机械效率是60%，是什么意思？ 5.机械效率的大小，与做功的多少有联系吗？ 2、若扁担、水桶共重100N，水重400N，人重500N，则此人将水挑到10m高的楼上时，做的有用功是______J，额外功是_______J，总功为_________J，机械效率是_____ 4000 6000 10000 40％ 1、已知总功为100J，额外功为20J，机械效率是_____ 80％ 机械效率 2 机械效率的大小表示有用功占总功比值的多少，机械效率一般用百分数表示，没有单位，有用功总小于总功，所以机械效率总小于1 物理量 功 功率 机械效率 辨析 定义 物体在力的作用下沿力的方向移动一段距离 功和时间的比值 有用功占总功的比值 理解 表示能量的消耗，做了多少功就消耗多少能量 表示做功的快慢 表示机械的性能 符号 W P   国际单位符号 焦耳（J） 瓦特（W） 公式 W=Fs     1、机械效率越高的简单机械必定（ ） A.越省力 B.越省功 C.有用功越多 D.有用功占总功的比例越大 2、关于功、功率和机械效率，说法正确是（　） A．通过改进机械性能可使机械效率达到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 E．有用功越多，机械效率越高 D C 当堂练 功率指做功的快慢，机械效率指有用功与总功的比值，两者没有任何关系 G F 有用功： W有用 =Gh 额外功： 克服动滑轮、绳子重力、摩擦做的功 总功： W总= Fs W额外= W总-W有用 或 W额外= G动h 忽略绳重和摩擦做的功 F S h W有用 =Gh 总功： W总= Fs 有用功： 额外功： W额外= fs W总-W有用 或 W额外= 1、如图所示，物体重180N，动滑轮重20N，绳重和摩擦不计.在拉力F的作用下，物体10秒上升10m。求： (1)拉力的大小？ (2)拉力的有用功是多少？ (3)额外功是多少？ (4)动滑轮的机械效率是多少？ (5)拉力的功率是多少？ 2、水平拉力F=50N，使物体在水平面向右做匀速直线运动，已知物重500N，所受地面的摩擦120N，物体2s移动了0.6m，不计绳和滑轮自重，求： (1)有用功 (2)总功 (3)滑轮组的机械效率 3、斜面长S=1m，高h=0.2m，将重力为10N的物体从斜面底端匀速拉到斜面顶端，需要用平行于斜面的拉力2.5N，求 （1）有用功 （2）总功 （3）机械效率 （4）求阻力大小 注意：斜面上的阻力不等于拉力，因为重力和支持力没有平衡 11 4、杠杆的机械效率 如图所示，用竖直向上的力F匀速拉动杠杆的右端，使质量为5Kg的物体缓慢升高0.1m，测出拉力大小F=24N，拉力移动的距离为0.25m，则该杠杆的机械效率为： 。 83.3％ 测滑轮组的机械效率实验要点（必考）P12 ①原理：_______________ ②表达式：___________ ③需要测量的物理量：__________，______________，__________， _____________________。 ④测量工具：__________、________。其中________可以不需要。 ⑤根据s=nh，表达式可以变为：_________________ ⑥忽略绳重与摩擦，表达式可变为：_______________ ⑦实验时要__________缓慢拉动弹簧测力计，在____(运动/静止)中读数。 因为这样忽略了　 　 对滑轮组机械效率的影响，使得测得机械效率　 　 _______（偏大/偏小/不变），不小心倾斜拉动呢？_______。 ⑧测量滑轮组机械效率时多次改变物重的目的是____________________ 物体重力G 物体上升高度h 绳子自由端 拉力F 绳子自由端移动距离s 弹簧测力计 刻度尺 刻度尺 匀速竖直 运动 摩擦力 偏大 偏小 使实验结论具有普遍性 η与h无关 步骤：a.用弹簧测力计测出钩码重力G b.用弹簧测力计拉沿 方向 拉动绳子，记下弹簧测力计示数F c.用刻度尺测量物体上升高度h以及绳子自由端移动距离s 用如图所示的滑轮组将重为12N的物体和重为3N的动滑轮匀速提升0.2m．所用的拉力F=5N，所做的有用功为___J．机械效率为_____.当改为提升15N的重物时，该滑轮组的机械效率为_______(忽略摩擦阻力) 2.4 80% 83.3% 当堂练 1.第1、2次实验分别是____图跟____图做的 2.第一次W有用= ；W总= ，机械效率= 。 3.第1、2两次实验的结论是____________ 4.第2、3两次实验的结论是____________ 5.第3、4两次实验的结论是____________ 次数 物重G/N 提升重物的高度h/cm 弹簧测力计示数F/N 绳子自由端移动的距离s/cm 机械 效率 1 4 10 1.4 50 2 4 10 1.8 30 74% 3 6 10 2.4 30 83% 4 6 20 2.4 60 83% c a 注意：滑轮组实验用哪个图先看s与h的倍数，再看物重 1.第1、2次实验分别是____图跟____图做的 2.第一次W有用= ；W总= ，机械效率= 。 3.第1、2两次实验的结论是____________ 4.第2、3两次实验的结论是____________ 5.第3、4两次实验的结论是____________ 次数 物G/N 提升重物的高度h/cm 弹簧测力计示数F/N 绳子自由端移动的距离s/cm 机械 效率 1 4 10 1.4 50 2 4 10 1.8 30 74% 3 6 10 2.4 30 83% 4 6 20 2.4 60 83% 0.4J 0.7J 注意：用表格的数据一定要先化成国际单位 c a 1.第1、2次实验分别是____图跟____图做的 2.第一次W有用= ；W总= ，机械效率= 。 3.第1、2两次实验的结论是____________ 4.第2、3两次实验的结论是____________ 5.第3、4两次实验的结论是____________ 次数 物重G/N 提升重物的高度h/cm 弹簧测力计示数F/N 绳子自由端移动的距离s/cm 机械 效率 1 4 10 1.4 50 2 4 10 1.8 30 74% 3 6 10 2.4 30 83% 4 6 20 2.4 60 83% 57% 注意：机械效率的保留位数和是否有百分号要与表格保持一致 0.4J 0.7J 57% 机械效率与什么有关？ c a 三个重要结论： ①在同一滑轮组中，物重越重，机械效率越高。 ②物重一定时，动滑轮越重，机械效率越低。 ③使用同一滑轮组提升相同的物体时，机械效率与滑轮组的绕线方式(绳子股数)和物体的上升高度无关。 影响滑轮组机械效率的因素：_______;___________;_____ 提高机械效率方法:____________；_____________；_______ 滑轮组的机械效率与____________、_________________无关 1.动滑轮越重，额外功占总功的比例约____;η越____ 2.绳子与滑轮间的摩擦越大，机械效率越____ 3.钩码越重，有用功占总功的比例越__ ;η越___ 4.竖直方向滑轮组计算W有用=____；W总=____ 5.水平方向滑轮组计算W有用=____；W总=____ 6.拉力的功率：___________________________________ 7.机械效率变形式__________________________________ __________________________________________________ 动滑轮重力 物体重力 摩擦力 增加物体重力 减轻动滑轮重力 减小摩擦力 物体上升高度 绳子股数(绕线方式) 大 低 大 低 高 Gh Fs fs物 Fs绳 19 1、如图，用同一滑轮按甲、乙两种方式将同一物体匀速提升2m，物体重100N，滑轮重20N，绳重和摩擦不计。 (1)绳子受的拉力F1______F2 (2)有用功的关系W1______W2 (3)额外功的关系W1______W2 (4)拉力所做功关系W1_____W2 (5)机械效率关系η1_______η2。 > = < < > 定滑轮的机械效率最高 2、如图，用同一滑轮按甲、乙两种方式匀速提升同一物体2m，物体重100N，滑轮重20N，绳重和摩擦不计。 （1）绳子受的拉力F1___F2 （2）有用功的关系W1___W2 （3）额外功的关系W1___W2 （4）拉力所做功关系W1__W2 （5）机械效率关系η1___η2 > = = = = 滑轮组机械效率与绳子股数（绕线方式）无关 探究斜面的机械效率实验： （1）原理：__________（2）表达式：__________ （3）需要测量的物理量：_______ _________ _______ __________ （4）测量工具：____________________ （5）弹簧测力计应_________________拉动小车。 物体重力G 沿斜面匀速直线缓慢　 弹簧测力计、刻度尺 斜面高度h 拉力F 斜面长度s 影响斜面机械效率的因素______________和______________。 提高斜面机械效率大小的方法是： ①_________________；②__________________； 斜面倾斜程度 斜面粗糙程度 增大斜面倾斜程度 减小斜面粗糙程度 温馨提示：斜面的机械效率与物重无关!!! 3、如图所示，在相同时间内，用大小相同的拉力F把相同质量的甲、乙两物体分别沿斜面AB、AC从底端拉到斜面顶端。F对物体做的功分别为W甲、W乙，F对物体做功的功率分别为P甲、P乙，机械效率分别为η甲、η乙， 则W甲 W乙；P甲 P乙，η甲 η乙（选填“大于”、“小于”或“等于”）。 大于 大于 小于 当堂练 4、甲升降机比乙升降机的机械效率高，他们分别把相同质量的物体匀速提升相同的高度，关于有用功甲____乙，关于额外功甲_____乙(均选填 大于/等于/小于) 等于 小于 5、在拉力F的作用下，将重105N的物体匀速拉起，在5s内绳子自由端移动了3m，图乙是拉力与距离的关系图像，阴影部分的面积表示的物理量是_________，动滑轮重_____N,滑轮组的机械效率是_______。 总功W总 45 70% 6、如图甲滑轮组，不计绳子与滑轮之间的摩擦，当物重为100N时，绳子的拉力是_____N，动滑轮重____N；当物重为400N时，机械效率是_____。 100 100 80% 答案：B 你能看出物体和动滑轮由几段绳子承担吗？ n=2 n=8 n=3 n=4 n=3 一个人利用如图11－18所示的滑轮组提起一个重 2 400 N的重物，所用的拉力是500 N，绳子自由端被拉 下4 m。下列说法正确的是 ( ) A. 总功是 9 600 J，机械效率是21% B. 有用功是 1 200 J，机械效率是60% C. 有用功是 2 400 J，机械效率是83% D. 总功是 2 000 J，机械效率是50% 课本P13 自我评价与作业3 B 某人通过滑轮组把重720 N的货物提升10 m，此时滑轮组的机械效率为 60%，求这个过程中此人所做的总功。 课本P14 自我评价与作业4 12000J A．绳子自由端移动的距离为2m B．拉力F做的功为120J C．有用功为120J D．物体与地面间的滑动摩擦力为48N $