12.4.1 认识机械效率-【学海风暴】2025-2026学年八年级下册物理同步备课（人教版,通用）

第4节 第1课时 巴课前预习导航 一、有用功、额外功和总功 1.有用功(W有用)：在物理学中，人们使用 机械完成某一任务时必须做的功叫作有用功， 它在数值上等于机械作用在物体上的力与物 体在这个力的方向上移动距离的乘积。 2.额外功(W额外)：使用机械时，对人们没 有利用价值，但又不得不做的功叫作额外功， 它通常包括克服机械本身重力做的功和克服 机械之间的摩擦做的功。 3.总功(W总)：有用功与额外功之和叫作 总功，总功就是使用机械时动力所做的功。 名师恩睛 由于总功总是大于有用功，因此使用任 何机械都不省功。 二、机械效率 1.定义：有用功与总功的比值叫作机械效 率，通常用百分数来表示。 W有用×100%。 2.公式：0= 因为有用功总小于总功，所以机械效率总 小于1。 易错警园 利用滑轮水平拉动物体时，有用功等于 克服物体与水平面间的摩擦所做的功，即 W有用=fs物。 已经典例题剖析 【例1】(2025乐山)如下图所示，在斜面上 将一个重10N的物体匀速拉到高处，沿斜面向 上的拉力F=6N,斜面长s=0.6m、高h= 机械效率 (识机械效率 0.3m,则拉力所做的功为 J；对物体所 做的功为有用功，忽略弹簧测力计的重力和空 气阻力，则斜面对物体的摩擦力为 N。 【解题点拨】已知拉力和斜面长，根据W= Fs求出拉力所做的功，即总功；根据W=Gh 求出有用功，忽略弹簧测力计的重力和空气阻 力，克服斜面对物体的摩擦力做的功为额外 功，根据W意=W有用十W颜外可求出额外功，再 利用公式W颜外=fs求出斜面对物体的摩 擦力。 【例2】(2025凉山)用图甲所示的滑轮组 提升物体A。已知物体A的重力为900N,卷 扬机施加在绳子自由端的拉力F将物体A以 0.5m/s的速度匀速提高了5m。拉力F做的 功随时间变化的图像如图乙所示（不计绳重和 滑轮与轴的摩擦)。此过程滑轮组提升物体的 机械效率为 %,动滑轮的重力为 N。 ↑W刀 10000… 卷扬机7500 5000 2500 05101520t/ 甲 乙 【解题点拨】已知物体A的重力和上升的 高度，根据公式W=Gh计算拉力F提升物体 A时做的有用功；已知物体A上升的高度和速 度，由速度公式计算出物体A上升的时间，由 图乙可知此时拉力做的总功，再根据公式)= 下册第十二章 131 W是×100%计算出此时滑轮组的机械效率； 由图甲可知，绳子的有效段数n,由s=h和 W=Fs可以计算出绳子自由端的拉力F,不计 绳重和滑轮与轴的摩擦，由F=】(G十G) 可计算出动滑轮的重力。 参考答案0【例1】3.61【例2】90 100 已课内基础闯关 考点①有用功、额外功和总功 1.右图所示的是在生产力比较 低下的时期，人们从人工挖的 水井中获取生活用水时使用 的辘轳和水桶。（以下均选填“总功”“有用 功”或“额外功”) (1)当使用辘轳和水桶从井中提水时，对水 桶做的功是 ,对水做的功是 ,手的拉力所做的功是 (2)如果打水时操作不当，把水桶掉进水井 中，人们把水桶打捞上来时，水桶中有泥沙 和水，此时对水桶做的功是 ,对泥沙和水做的功是 考点②机械效率 2.(2025重庆)在老旧小区改造中，工人 用右图所示的装置把质量为60kg的 材料从地面竖直匀速提高10m,则 绳子自由端移动的距离是 m,若拉力F为400N,这个装置的机械效 率是 %。(g取10N/kg) 3.右图所示的是一名同学组装的 提升重物的装置。他用400N 的力在30s内把重1000N的物 体匀速提升6m(不计绳重及摩 擦)，则动滑轮的重力为 32 八年级物理RJ版 N,滑轮组的机械效率为 (结果精确到0.1%)。 4.(2025天津，多选)用图甲所示的动滑轮，先 后将两个不同重物在相同时间内匀速提升 相同高度，两次做功的情况如图乙所示。第 一次的额外功为900J,不计绳重和摩擦，则 () 第一次 第二次 25% 30% 75% 70% ☐有用功■额外功 乙 A.第一次提升重物时机械效率较高 B.第二次提升重物时的额外功较大 C.先后两次提升重物的重力之比为7：9 D.先后两次提升重物的总功率之比为6：5 巴课外拓展提高 一、填空题 1.一台起重机在10s内将重力为3600N的货 物匀速提升了4m,起重机做的有用功是 J。若起重机做的额外功是 9600J,则机械效率是 ,起重 机的总功率是 W。 2.(2025上饶广信区期末) F 如右图所示，用轻质滑轮 A】 组匀速拉动水平地面上重200N的物体，拉 力F为20N。若物体和地面之间的摩擦力 大小为30N,则细线A点的拉力大小为 N,滑轮组的机械效率为 二、选择题 3.如右图所示，工人利用滑轮组 将质量为57kg的建筑材料 匀速提升，绳子自由端移动的 速度为0.4m/s,动滑轮的质 回 量为3kg,忽略绳重和摩擦，g取10N/kg, 则 ( A.经过10s,建筑材料被提升4m B.工人对绳子的拉力为300N C.经过10s,工人做的有用功为2280J D.此过程中该滑轮组的机械效率为90% 4.(多选)下图是小龙测量斜面机械效率的实 验装置。斜面的粗糙程度相同。先用平行 斜面向上的恒定拉力F,将重6N的物体以 1m/s的速度匀速拉到斜面顶端，测得斜面 的机械效率为75%。下列说法正确的是 ( F 0.5m 30° A.拉力做的功为4J B.物体受到的摩擦力为1.5N C.在匀速拉动过程中，物体的机械能不变 D.若以2m/s的速度匀速拉动物体，斜面的 机械效率仍为75% 三、计算题 5.(2025遂宁)我国很早就有使用滑轮的记载， 图甲所示的汉代砖刻便记录了矿山使用滑 轮做起吊机械的场景。借助图乙所示的装 置（篮子质量不计），质量为60kg的采矿工 人用400N的拉力将70kg的矿石从矿坑匀 速提起，10s内矿石上升了2m。(忽略绳重 及滑轮的摩擦，g取10N/kg) 汉代砖刻 (1)求绳子自由端移动的速度。 (2)求此滑轮组的机械效率。 (3)若工作时工人双脚与地面接触面积为 400cm2,求他对水平地面的压强。 巴核心素养提升 科学思维如下图所示，弹簧测力计的示数为 N,钩码的总重力为1N,钩码 上升的高度h为0.1m,弹簧测力计竖直向 上匀速移动的距离s为0.4m,此时杠杆的 机械效率为 。忽略杠杆转动 轴处的摩擦，仅将钩码的悬挂点从A移到 B,若钩码被提升的高度相同，额外功与有用 功的比值将 (选填“增大”“减 小”或“不变”，下同)，杠杆的机械效率将 下册第十二章 133第4节机械效率 第1课时认识机械效率 )课内基础闯关 1.(1)额外功有用功总功(2)有用功额外功 2.2075【解析】绳子自由端移动的距离s=2h=2× 10m=20m;材料的重力G=mg=60kg×10N/kg= 600N,工人做的有用功W有用=Gh=600NX10m= 6000J,工人做的总功W=Fs=400N×20m= 801,动滑轮的机械效率，W×10%-808 8000J ×100%=75%。 3.20083.3%【解析】由图乙可知，绳子的有效段数n 1 =3,根据F=二(G十G)可得动滑轮的重力G动= nF-G=3×400N-1000N=200N;有用功W有用= Gh=1000NX6m=6×103J,总功W=Fs=400N ×3×6m=7.2×103J,则滑轮组的机械效率7= 6×103J W有用×100%=7,2×1037X100%≈83.3%。 We 4.AD【解析】由图乙可知，第一次提升重物时的机械 效率7：=75%，第二次提升重物时的机械效率2= 70%,所以第一次提升重物时机械效率较高，A正确。 不计绳重和摩擦，提升重物时克服动滑轮重力所做的 功为额外功，即W外=G薄h,因为动滑轮重力不变， 提升的高度相同，所以两次额外功相同，均为900J,B W有用= Gh 错误。根据”三W。Gh+GG+G可得，第 一次提升重物时：=G,十G动 =75%,解得G1= G2 3G毒，第二次提升重物时，：一G,十G =70%,解得 7 =G1=号，C错误，第一次提 G,=3Ga所以G,= W顾外一 900J 升重物时，总功Wa=1一7一1一75% =3600J;第二 次提升重物时，总功W2= =1-0=-70z=3000J。 W 两次做功时间相同，根据P=,可知，两次提升重物 比P_W1=3600J_6 的总功率之比分-w:-3000行D正确。 >课外拓展提高 1.1.44×1060%2400 2.3075% 3.B【解析】绳子自由端移动的距离s=vt=0.4m/sX 10s=4m,由图可知，绳子的有效段数n=2,所以物体 上升的高度h三之=2=2m,A错误。建筑材料的 重力G=mg=57kg×10N/kg=570N,动滑轮的重 力G动=m动g=3kg×10N/kg=30N,因为不计绳重 和摩擦，所以绳子自由端的拉力F=(G十G)=2 ×(570N+30N)=300N,B正确。经过10s,工人做 的有用功W有用=Gh=570N×2m=1140J,C错误。 工人做的总功Wa=Fs=300N×4m=1200J,滑轮 组的机械效率)=w。 ”×10%-1209×10%- 95%,D错误。 4.AD【解析】此过程中做的有用功为W有用=Gh=6N ×0.5m=31,根据)=化可得，拉力做的功为W W有用。3J 5%=4J,故A正确。由图可知，斜面的倾 角为30°，高为0.5m,所以斜面的长度L=1m;拉力 做的额外功为W颜外=W。一W有用=4J一3J=1J;物体 所受的摩擦力为f= W外=」=1N,故B错误。在 匀速拉动过程中，物体的质量不变，速度不变，高度增 加，动能不变，重力势能增加，机械能变大，故C错误。 若以2m/s的速度匀速拉动物体，拉力、摩擦力、物体的 重力均不变，斜面的机械效率不变，仍为75%，故D 正确。 5.解：(1)由图可知，绳子的有效段数n=2,则绳子自由 端移动的距离s=nh=2X2m=4m 绳子自由端移动的速度 s 4m 0= =0.4m/s (2)矿石的重力 G=mg=70 kgX10 N/kg=700 N 工人做的有用功 W有用=Gh=700N×2m=1400J 工人做的总功 Wa=Fs=400N×4m=1600J 滑轮组的机械效率 )=W想×100%=1400X10%=87.5% η=ws 1600J (3)工人的重力 Gx=m人g=60kg×10N/kg=600N 工人对水平地面的压力 Fs=G人-F=600N-400N=200N 工人对水平地面的压强 F压 200N p=S=400×104m =5000Pa )核心素养提升 0.550%减小增大【解析】由图可知，弹簧测 力计的分度值是0.1N,示数是0.5N。在实验过程 中，通过已知条件可知有用功W有用=Gh=1N× 0.1m=0.1J,总功Wa=Fs=0.5N×0.4m=0.2J, 所以杠杆的机械效率？=W。 -w题×100%=0.2× 0.1J 100%=50%。用杠杆提升钩码时，对钩码做的功为 有用功，忽略杠杆转动轴处的摩擦，克服杠杆自重做 下册参考答案 25△ 的功为额外功，并且W有用十W=W。;设杠杆重心升 高的距离为h杠，则有Gh十G红h=Fs;将钩码的悬 挂点从A移到B,G不变，h不变，G:不变，杠杆重心 升高的高度变小，克服杠杆自重所做的额外功变小， 所以额外功与有用功的比值减小。因为Gh十G在h红 变小，所以F,也变小，根据？=W×100%-× Gh 100%可知，机械效率增大。 第2课时测量机械效率 >课内基础闯关 (1)匀速(2)2.483.3%(3)1、2无关(4)被 提升物体的重力(5)不变 【解析】(1)实验中要竖直向上匀速拉动弹簧测力计， 使钩码升高，此时弹簧测力计的示数等于拉力的大 小，且弹簧测力计的示数稳定，便于读数。(2)由图可 知，弹簧测力计的分度值为0.2N,则第4次实验的拉 力为2.4N,表格中编号①处的数据应为2.4；由表中 W有用×100% 数据可得，第4次实验的机械效率7=W。 Gh 6N×0.10m ×100%=2.4NX0.30m ×100%≈83.3%。 (3)探究同一滑轮组的机械效率与物体被提升的高度 的关系，要控制被提升物体的重力相同，提升高度不 同。由表中数据可知，第1、2两次实验中，提升钩码 的重力相同，高度不同，但机械效率相同，故同一滑轮 组的机械效率与物体被提升的高度无关。(4)由表中 数据可知，使用同一滑轮组，提升物体的重力越大，机 械效率越高，即同一滑轮组的机械效率主要与被提升 物体的重力有关。(5)不计摩擦及绳重，额外功为克 服动滑轮的重力所做的功，滑轮组的机械效率)= W有用 Gh G Wm+wX10%=Gh十Ga万X100%=G十 ×100%,若将此滑轮组换一种绕绳方法，由于物重和 动滑轮重不变，则滑轮组的机械效率不变。 巴课外拓展提高 1.380变大 2.(1)匀速直线0.05(2)0.380(3)大无关 ©核心素养提升 (1)9.00(2)①200②0.3③0.360%(3)①无 关②114 【解析】(1)图乙中刻度尺的分度值为1mm,故B点的 高度为9.00cm。(2)①小车重2.0N,则其质量m= G2.0N g 10 N/kg =0.2kg=200g。②图乙中弹簧测力计 的分度值为0.02N,故其示数为0.3N。③拉力所做 的功W。=Fs=0.3N×1m=0.3J,有用功W有用 W有超大 Gh=2.0N×0.9m=0.18J,则机械效率7=W。 00%。8100%=60%。③)四由图像可知，当 小车的总重G增大到5N时，将小车从A点拉到B 点所做的功W'=0.75J,竖直向上将小车从水平地 26 八年级物理RJ版 面提升到B点时做的功W有用'=0.45J,则机械效率 72×10%-8号×10%-0K,由此可 知，用该通道斜面提升物体时的机械效率与物重无 关。②人和轮椅的总重力G意=G人十G特=(56kg十 20kg)×10N/kg=760N,上升过程做的有用功W有用"” =G。h'=760N×0.09m=68.4J,由于机械效率不 变，仍为60%，所以总功W。”= W有用”=68.4J- 60% 114J,则推力F= wa”_114J-114N。 s 1m 专题九机械效率的相关计算 1.费力1815【解析】由图乙可知，动力臂OB= 0.3m,阻力臂OA=1.5m,因为动力臂小于阻力臂， 所以春相当于简单机械中的费力杠杆；已知碓头的重 力G=30N,碓头上升的高度h=60cm=0.6m,则每 踩一次克服碓头重力做的功W=Gh=30N×0.6m= 18J:1min将B处踩下30次，克服碓头重力做的有用 功为W有用=30×18J=540J,已知春的机械效率为 60%,则人做的总功W。= _W有用=540J 760% 900J,人做 功的功率为P= =We=900J =15W。 t 60s 2.解：(1)杠杆提起重物做的有用功 W有用=Gh=150N×0.5m=75J 克服杠杆自重做的功W额外=G,h=30NX0.5m=15J 力F做的总功Wa=W有用十W额外=75J+15J=90J 杠杆的机械效率 75J W有用×100%三90×100%≈83.39% η一w总 (2)由杠杆平衡条件可知F×L=G×2L+G。X .即F=2G+G)=7x150N+30N=90N 1 3.解：(1)由图乙可知，与动滑轮连接的绳子有6段，则小 华的拉力F=日Gx+Ga)=名(m,+m)g=行× 1 (54kg+6kg)×10N/kg=100N (2)绳子自由端移动的距离 s=6h=6X50cm=300cm=3m 拉力做的总功W总=Fx=100N×3m=300J 拉力做功的功率P= wg=300J=30w t 10s (3)小华做的有用功 W有用=G人h=m人gh=54kg×10N/kg×0.5m=270J 滑轮组的机械效率)=W。 ,-W×10%-08×10% =90% 4.解：(1)动滑轮的重力 G动=nF-GA=2×250N-400N=100N 动滑轮的质量