12.4 机械效率 课件-2025-2026学年人教版物理八年级下册

该初中物理课件聚焦“机械效率”第1课时，核心涵盖有用功、额外功、总功的概念及关系，机械效率的定义、公式和理解。通过动滑轮提升重物与直接提升的实验对比导入，引导学生发现“使用机械不能省功”，构建从具体现象到抽象概念的学习支架。 其亮点在于以实验探究为核心，通过测量滑轮组提升不同重物效率、对比横竖拉滑轮组模型，培养科学探究与模型建构能力。结合生活实例（如提水、捞桶）和机械发展史资料，渗透物理观念与科学态度，助力学生理解概念、提升应用能力，为教师提供清晰教学路径与多元评价素材。

12.4　机械效率（第2课时） 2022课程标准 学习目标 知道机械效率。 了解提高机械效 率的意义和途 径。 1.【难点】通过实验探究找到影响滑 轮组机械效率的主要因素。 2.了解提高机械效率的意义和途径。 知识点1　测量滑轮组的机械效率 实验 目的 测量同一滑轮组提升不同重物至相同高度时的机 械效率 实验 原理 η＝ ⁠ 实验 器材 弹簧测力计、刻度尺、钩码若干、棉线、白板、 滑轮 　 实验 步骤 ①用 测量钩码所受的 力， 记为 ⁠； ②按照图甲所示安装滑轮组，分别记下钩码和绳 端的位置； ③ 拉动弹簧测力计，使钩码升高，读出 此时 ，记为 ，用 ⁠测 出 （记为 ）和 ⁠ （记为 ⁠）； 弹簧测力计　 重　 G　 匀速　 拉力　 F　 刻度尺　 钩码上升的高度　 h　 绳端 移动的距离　 s　 甲 实验 步骤 ④算出有用功W有、总功W总和机械效率η； ⑤如图乙、丙所示，多次改变 ⁠， 重复上述实验步骤。 钩码的数量　 　乙 　丙 实验 数据 （请在表格中的空白处，完善你的实验数据表格 设计） 实 验 钩码所受的重力G/N 提升高 度h/m 有用功W有 /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 2 3 实验 现象 与结 论 1.三次实验中测得的机械效率一样吗？ ⁠。 2.同一滑轮组提升不同重物至相同高度，重物的 重力越大时，滑轮组的机械效率 （选填 “越大”“越小”或“不变”）。 3.滑轮组的机械效率与物体被提升的高度有关 吗？ ⁠。 4.不计绳重和摩擦时，滑轮组的机械效率与绕线 方法有关吗？ ⁠。 不一样 越大　 无关　 无关　 实验 反思 与拓 展 1.试分析影响滑轮组机械效率的因素可能有哪些呢？ ⁠。 2.根据公式W总＝W有＋W额，若要提高滑轮组的 机械效率，可以有哪些具体方法呢？ ①额外功不变的情况下， （选填“增大”或“减小”）有用功。具体方法包括 ⁠。 ②有用功无法改变的情况下， （选填“增大”或“减小”）额外功。具体方法包括 ⁠ ⁠。 包括动滑轮重力、绳子重力、机械摩擦等因素 增大　 增加物重 　 减小　 使用轻质的动滑轮、轻质的绳子、机械经常保养 和定期润滑等　 实验 反思 与拓 展 3.（拓展）为什么要在匀速竖直向上拉动过程中 测拉力？ ⁠ ⁠ ⁠。 静止时拉力只与滑轮和物体的总重平衡，拉动 时拉力还要克服滑轮的摩擦、绳重等因素做功。 匀速提升物体时的拉力与静止时不同　 ▶方法点拨 1. 提高机械效率可以充分地发挥机械设备的作用，对节 能减排、提高经济效益有重要的意义。 2. 提高机械效率的主要办法是改进结构，使机械设备更 合理、更轻巧。在使用中按照技术规程经常保养，使机 械设备处于良好的状态，对于保持和提高机械效率也有 重要作用。 【典例1】如图为测量滑轮组机械效率的实验装置，钩码 总重为6 N。 【典例1】图 （1）实验时要竖直向上 拉动弹簧测力计，由图 可知，拉力大小为 N，若钩码上升的高度为10 cm，则有用功是 J，滑轮组的机械效率为 ⁠ （结果精确到0.1％）； （2）若增加钩码的个数（每个钩码一样 重），该滑轮组的机械效率将 （选 填“增大”或“减小”）。 匀速　 2.4　 0.6　 83.3 ％　 增大　 【变式1】如图所示，用滑轮组帮助汽车脱困时，滑轮A 的作用是 ；汽车被匀速拉动时，作用 在绳子上的拉力F为1 000 N，滑轮组的机械效率为80 ％，则汽车受到的摩擦力为 N。写出一条可以 提高滑轮组机械效率的措施： ⁠ ⁠。 改变力的方向　 2 400　 减小动滑轮的重力（或 加润滑油、减小机械间摩擦等）　 【变式1】图 ▶方法点拨 1. 滑轮组竖直匀速提升物体时： （1）机械效率可以表达为η＝＝＝＝。 （2）若不计绳重、摩擦时，机械效率可以表达为η＝ ＝＝＝＝＝＝。 2. 滑轮组水平匀速拉动物体时，机械效率可以表达为η＝ ＝＝＝。 知识点2　斜面的机械效率 1. 问题：斜面也是一种省力机械，能省功吗？ 甲　搬上车，太费劲 乙　用斜面，就搞定 2. 情境：在斜面上将一个重4.5 N的物体匀速拉到高处 （如图所示），沿斜面向上的拉力为1.8 N。斜面长1.2 m，高0.3 m。 3. 分析： A. 克服物体重力做的功 B. 克服摩擦力做的功 C. 拉力做的功 （1）有用功是 ，有用功的计算公式是 ， 情境中有用功的大小是 J。 （2）总功是 ，总功的计算公式是 ⁠， 情境中总功的大小是 J。 A　 W有＝ Gh 1.35　 C　 W总＝Fs　 2.16　 （3）额外功是 ，额外功的计算公式是（两种求 法）： 或 ，情境中额外 功的大小是 J。 （4）机械效率的计算公式是η＝，情境中机械效率的 大小为 ，提高斜面机械效率的方法为 ⁠ ⁠。 B　 W额＝W总－W有　 W额＝fs　 0.81　 62.5％　 减小 斜面的粗糙程度或增大斜面的倾斜程度　 【典例2】如图所示，小华利用斜面拉一重50 N的木块到 0.3 m高处，木块沿斜面向上移动1 m，共耗时10 s。已 知拉力为20 N，则小华做的有用功为 J，拉力的功 率为 W，斜面的机械效率为 ⁠。 【典例2】图 15　 2　 75％　 【变式2】有一斜面长s＝5 m，高h＝2 m，用弹簧测力计 把一物块沿斜面从底部匀速拉到顶部，弹簧测力计的示 数如图所示。若该斜面的机械效率为80％，则物体的重 力为 N，物体受到斜面的摩擦力为 N， 使用斜面可以 （选填“省力”或“省功”）。 7.2　 0.72　 省力　 【变式2】图 ▶方法点拨　利用斜面拉动重物时，有用功为克服重力 做的功W有＝Gh，总功为拉力做的功W总＝Fs，机械效 率为η＝＝。 1. 影响滑轮组机械效率的主要因素： ⁠ 等。 2. 提高滑轮组机械效率的方法： ⁠ ⁠ 等。 3. 斜面在生活中的应用：盘山公路、搬运滚筒和斜面传 送带等。 动滑轮自身重 力、绳子重力及摩擦　 增加被拉物体的质 量、使用轻质的动滑轮和绳子、机械经常保养和定期润 滑　 4. 斜面的机械效率主要与斜面的 ⁠和斜面 的 有关，与物重没有直接关系。 粗糙程度　 倾斜程度　 基础评价 1. 下列各措施中能提高滑轮组机械效率的是（　D　） A. 减小提升高度 B. 增大提升速度 C. 改用质量大的定滑轮 D. 增大被提升物体的质量 D 2. 如图甲，用力F1水平拉动重为G的物体A在水平路面匀 速移动了s。如图乙所示，改用滑轮组拉动A在同一路面 匀速移动了s，拉力为F2。此过程滑轮组（　D　） 甲 乙 第2题图 D A. 总功为F2s B. 额外功为F1s C. 机械效率为 D. 额外功为3F2s－F1s 3. 如图所示，把重为G的物体甲从A点竖直向上匀速拉至 B点，此过程绳的拉力对甲做的功为WAB；用平行于斜面 的拉力把重也为G的物体乙沿斜面从C点匀速拉至与B点 等高的D点，此过程中绳的拉力对乙做的功为WCD，斜面 的机械效率为（　A　） A. B. C. D. 第3题图 A 4. 两位同学分别根据如图所示的器材测量滑轮组的机械 效率，下表是他们实验中的一组数据。请将表格中的数 据补充完整并回答下面问题： 第4题图 钩码所 受的重 力G/N 提升 高度 h/m 拉力 F/N 绳端移 动的距 离s/m 有用 功 W有/J 总功 W总/J 机械 效率 η 甲同 学 1.0 1.0 0.5 3.0 ⁠ ⁠ ⁠ 乙同 学 3.0 1.0 1.2 3.0 ⁠ ⁠ ⁠ 1.0 1.5 66.7％ 3.0 3.6 83.3％　 （1）机械效率不同的原因可能是什么？ ⁠ ⁠。 提升物体的质量不同、动滑轮的质量不同、摩擦和绳 重不同　 （2）有没有机械效率为100％的机械？为什么？ ⁠ ⁠ ⁠。 （3）举例说明，通过什么途径可以提高机械效率。 ⁠ ⁠。 没有机械效率为100％的机械。这是因为使用任何机械 时，不可避免地要做额外功，如克服机械重力、摩擦力 等，因此总功一定大于有用功，机械效率一定小于100％ 增加每次提起的重物质量、减轻动滑轮本身的质量、 减轻绳子的质量、加润滑油减小摩擦等　 素养评价 5. 如图，塔式起重机上的滑轮组将重为1.6×104 N的重 物匀速吊起2 m时，用时20 s，滑轮组的机械效率为80％。 （1）求钢丝绳自由端的移动速度； 解：（1）由图可知，物体有3段绳子承担，n＝ ， 钢丝绳移动的距离s＝3h＝3×2 m＝6 m 钢丝绳自由端的移动速度v＝＝＝0.3 m/s 第5题图 解：（1）由图可知，物体有3段绳子承担，n＝3， 钢丝绳移动的距离s＝3h＝3×2 m＝6 m 钢丝绳自由端的移动速度v＝＝＝0.3 m/s （2）求提升重物做的有用功； 解：（2）提升重物做的有用功W有＝Gh＝ 1.6×104 N×2 m＝3.2×104 J 解：（2）提升重物做的有用功 W有＝Gh＝1.6×104 N×2 m＝3.2×104 J 5. 如图，塔式起重机上的滑轮组将重为1.6×104 N的重 物匀速吊起2 m时，用时20 s，滑轮组的机械效率为80％。 （3）求绳端拉力的总功； 解：（3）由η＝可知，拉力做的总功W总＝ ＝＝4×104 J 第5题图 解：（3）由η＝可知，拉力做的总功 W总＝＝＝4×104 J （4）若克服摩擦和钢丝绳重所做的功是7 000 J，求动滑 轮的重。 解：（4）额外功W额＝W总－W有＝4×104 J－ 3.2×104 J＝8 000 J 则克服动滑轮重力做的功W动＝W额－Wf＝8 000 J －7 000 J＝1 000 J 由W动＝G动h，可知动滑轮的重力G＝＝ ＝500 N 第5题图 解：（4）额外功W额＝W总－W有＝4×104 J－ 3.2×104 J ＝8 000 J 则克服动滑轮重力做的功W动＝W额－Wf＝8 000 J － 7 000 J＝1 000 J 由W动＝G动h，可知动滑轮的重力 G＝＝＝500 N 5. 如图，塔式起重机上的滑轮组将重为1.6×104 N的重 物匀速吊起2 m时，用时20 s，滑轮组的机械效率为80％。 （5）说出一个提高滑轮组机械效率的方法。 解：（5）换用更轻的动滑轮、增大物体重力等。 第5题图 解：（5）换用更轻的动滑轮、增大物体重力等。 5. 如图，塔式起重机上的滑轮组将重为1.6×104 N的重 物匀速吊起2 m时，用时20 s，滑轮组的机械效率为80％。 $ 12.4　机械效率（第1课时） 核心 素养 学业质量 教学内容 物理 观念 1.知道什么是有用功、额外功和总功。并能正确陈述它们之间的关系。 2.能说出机械效率的含义，知道机械效率总小于1。 3.知道影响滑轮组机械效率的主要因素。 1.通过列举生活中使用机械的情境和实验，引导学生了解有用功、额外功和总功。 2.通过实验，让学生初步了解机械效率的含义。 3.通过实验，知道影响滑轮组机械效率的主要因素。 核心 素养 学业质量 教学内容 科学 思维 能利用公式η＝ 计算不同机械的效 率。 通过滑轮组横、竖拉及斜面 的机械效率进行对比，帮助 学生建构模型，培养学生类 比的思维。 核心 素养 学业质量 教学内容 科学 探究 1.通过实验，探究使用动滑轮是否省力。 2.通过实验，测量滑轮组的机械效率，了解提高机械效率的方法。 1.对比直接提升重物、使用机械提升重物两种情况拉力所作的功，引导学生科学论证使用动滑轮是否省力。 2.引导学生设计测量同一滑轮组提升不同重物的机械效率的实验，培养学生科学探究能力。并对实验结论作出解释，从而得出影响滑轮组 机械效率的主要因素以及提高机械效率的方法，培养学生独立思考、合作交流的能力。 核心 素养 学业质量 教学内容 科学 态度 与责 任 了解人类使用机械 的历程及其对社会 发展的作用。会根 据所学的简单机械 解决生活中遇到的 问题。 1.学生自查关于“人类机械 发展史上的机械装置”资料 并作交流分享，提高学生的 学习兴趣、增强民族自豪感 和使命感。 2.利用生活中的机械，让学 生更好地将物理知识应用在 实际生活中。 2022课程标准 学习目标 知道机械效率。了 解提高机械效率的 意义和途径。 1.【重点】能结合实例分析什么是 有用功、额外功和总功。并能正确 陈述它们之间的关系。 2.【难点】能说出机械效率的含 义，并能利用机械效率的公式进行 简单的计算。 知识点1　有用功和额外功 1. 问题：利用机械帮助我们工作，会给我们带来极大的 方便。有的机械可以省力，有的机械可以省距离。利用 滑轮组提升重物，绳端拉力所做的功与滑轮组对重物所 做的功相同吗？ 2. 演示：使用动滑轮是否省功 （1）实验：如图甲所示，直接匀速提升重物 　　　　 表一 提升钩码的拉力 F1/N 提升钩码的高度 h/m 拉力对钩码做的 功W1/J 甲 （2）实验：如图乙所示，使用动滑轮把同样的钩码匀速 提升相同高度 　　　　 表二 提升钩码的拉力 F2/N 拉力端通过的距 离s/m 拉力对钩码做的 功W2/J 乙 （3）分析：比较表一、表二中做功的大小，用动滑轮做 的功W2比不用动滑轮做的功W1要 （选填“多”或 “少”）。 （4）结论：说明使用动滑轮可以省力， （选填 “能”或“不能”）省功。 多　 不能　 3. 概念：在图中对应位置写出物理量和其表示符号。 （1）三者之间的关系为 （用物理符 号表示）。 （2）W有＝ ；W总＝ （分别写出计算公 式）。 W总＝W有＋W额　 F1h　 F2s　 【典例1】当你用桶从井中提水时，你对水做的功是 ⁠ ，对桶做的功是 ；如果桶掉进井里， 从井中捞桶时，桶里带着一些水，这时你对水做的功 是 。（均选填“总功”“额外功”或“有用 功”） 有 用功　 额外功　 额外功　 【变式1】质量是40 kg的小王同学用重10 N的水桶，提 起重力为100 N的水，沿楼梯送到三楼，每层楼高3 m， 完成这一次提水，她对水做的功为有用功，则她做的有 用功和额外功分别是（　B　） A. 600 J，2 400 J B. 600 J，2 460 J C. 600 J，60 J D. 3 000 J，60 J B ▶方法点拨　有用功指为了达成某种 ⁠至少 要做的功，比如为了得到水还是为了得到水桶。额外功 指在达成某种目的时，并非我们需要但又 ⁠ 的功。 工作目的　 不得不做　 知识点2　机械效率 1. 定义：物理学中，将 跟 ⁠的比值叫 作机械效率。 2. 符号： ⁠。 3. 公式：η＝ ⁠。 有用功　 总功　 η　 　 4. 理解： （1）动力对机械所做的功（即总功）总是 ⁠机械 对外所做的功（即有用功）。 （2）使用任何机械都不能省功，故机械效率总是 ⁠ 1。 （3）机械效率通常用百分数表示。 ▶知识补充　起重机的机械效率一般为40％～50％，抽 水机的机械效率一般为60％～80％。 大于　 小于 【典例2】计算前面表二中动滑轮提升重物时机械效率是 多少？ 解：动滑轮的机械效率η＝＝ 解：动滑轮的机械效率η＝＝ 【变式2】一台起重机将重3 600 N的货物缓慢提高4 m， 起重机做的有用功是多少？如果额外功是9 600 J，总功 是多少？机械效率是多少？起重机所做的额外功是由哪 些因素引起的？ 解：有用功W有＝Gh＝3 600 N×4 m＝14 400 J 总功W总＝W有＋W额＝14 400 J＋9 600 J＝24 000 J 机械效率η＝＝＝0.6＝60％ 引起额外功的因素有抬起吊臂、钢丝绳、吊钩做的功和 转动部分机械摩擦。 ▶方法点拨　使用机械提升重物时，有用功为克服重物 重力做的功W有＝Gh，总功为 ⁠。 W总＝W有＋W额 1. 动滑轮可以省力，但不能省 ⁠。 2. 总功、有用功和额外功之间的关系为 ⁠。 3. 使用机械做功时，将 ⁠ 叫作机械效率η，即 ⁠。 功　 W总＝W有＋W额 有用功W有跟总功W总的比值　 η＝　 基础评价 1. 下列关于功、功率和机械效率的说法，正确的是 （　B　） ①物体受到的力越大，力对物体做功就越多；②做功 越快的机械，功率越大；③做功越多的机械，机械效 率越高；④使用机械效率越高的机械，完成一定量的 功就越快。 A. ① B. ② C. ①③ D. ②④ B 2. 如图所示，用两个滑轮组将同一物体同时提升到相同 高度，若动滑轮的重力相同，不计绳重和摩擦，拉力 F1 拉力F2；拉力F1做的功 拉力F2做的 功；甲滑轮组的机械效率η甲 ⁠乙滑轮组的机械效 率η乙。（以上三空都选填“大于”“等于”或“小 于”） 小于　 等于　 等于　 第2题图 ▶方法点拨　滑轮组竖直向上拉动重物时，有用功为克 服重物重力做的功W有＝Gh，总功为绳子自由端拉力做 的功W总＝Fs绳。不计绳重和摩擦，额外功为克服动滑轮 重力做功W额＝G动h，机械效率为η＝＝＝＝ 。 3. 如图所示，A物体受到的重力是100 N，在5 N的拉力F 作用下，在水平地面上向左做匀速直线运动1 m，物体A 受到水平地面的摩擦力大小是12 N，有用功为 J， 总功为 J，机械效率是 ⁠。 第3题图 12　 15　 80％　 ▶方法点拨　滑轮组水平拉动重物时，有用功为克服摩 擦力做的功W有＝fs物，总功为绳子自由端拉力做的功W 总＝Fs绳。注意此时重力不做功。机械效率为η＝＝ ＝＝。 素养评价 4. 用一个动滑轮在5 s内将一个重200 N的物体向上提起3 m，拉力为150 N。不计绳重与摩擦，求此过程中： （1）这个动滑轮的机械效率是多少？（计算结果保留到 0.1％） 解：（1）克服物体重力做的有用功W有＝Gh ＝200 N×3 m＝600 J 动滑轮上绳子自由端移动距离s＝2h＝2×3 m ＝6 m 此过程中拉力做的总功W总＝Fs＝150 N×6 m ＝900 J 所以动滑轮的机械效率η＝＝≈66.7％ 第4题图 解：（1）克服物体重力做的有用功W有＝Gh ＝200 N×3 m＝600 J 动滑轮上绳子自由端移动距离s＝2h＝2×3 m＝6 m 此过程中拉力做的总功W总＝Fs＝150 N×6 m＝900 J 所以动滑轮的机械效率η＝＝≈66.7％ （2）拉力的功率是多少？ 解：（2）拉力的功率P＝＝＝180 W 解：（2）拉力的功率P＝＝＝180 W 4. 用一个动滑轮在5 s内将一个重200 N的物体向上提起3 m，拉力为150 N。不计绳重与摩擦，求此过程中： （3）额外功是多少？ 解：（3）额外功W额＝W总－W有＝900 J－600 J ＝300 J 第4题图 解：（3）额外功W额＝W总－W有＝900 J－600 J＝300 J （4）动滑轮的重力是多少？ 解：（4）动滑轮的重力G动＝＝＝100 N 解：（4）动滑轮的重力G动＝＝＝100 N $