第十二章 第4节 机械效率-【教材笔记】2025-2026学年八年级下册物理（人教版·新教材）

第4节 机城效率 ?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？ ,不相同 新知解读 知识点1》有用功和额外功 为了回答这个问题，我们可以通过一个简单的实验来进行研究。 >演示 研究使用动滑轮是否省功 1.如图12.4-1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。 弹霎测力计应竖直向上做匀速直线运动 甲 乙 图12.4-1研究使用动滑轮是否省功 2.如图12.4-1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。 这两次拉力所做的功相同吗？为什么？ ·不相同；因为在使用动滑轮提升物体时，拉力不但对物体慨功， 还要对动滑轮做功以及克服绳重及动滑轮上的摩擦微功 实验结果表明，虽然在两次实验中钩码被提升了相同的高度，但第二次实验 中拉力做的功要多一些。 第十二章简单机械1山7 在第二次实验中，将钩码提升一定的高度是我们的工作目的，动滑轮对钩码 的拉力所做的功叫作有用功，用W有用表示。弹簧测力计的拉力所做的功，叫作总 功，用W急表示。用动滑轮提升钩码时，我们还不可避免地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籁外 表示。总功等于有用功与额外功之和，即 W总=W有用+W额外 大量实验表明，动力对机械所做的功（总功）总是大于机械对外所做的功 (有用功)。事实上，使用任何机械都不能省功。 “不省功”有两层舍义：其一是对于理想机椒，使用机械所做的功跟不用机械所做的 功相等；其二是对于非理想机椒，使用机栽所做的功要大于不用机械所做的功，多做的 那一部分功，就是克服机械自重和摩擦所微的功 知识点2●》 机械效率 在保证所做有用功一定的情况下，人们总是希望额外功越少越好，即额外 功在总功中所占的比例越小越好，也就是有用功在总功中所占的比例越大越好。 物理学中，将有用功跟总功的比值叫作机械效率。如果用？表示机械效率，那 么有 W有用 W总 有用功总是小于总功，所以机械效率总是小于1。机械效率通常用百分数 表示。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%。 例题起重机把质量为0.5t的重物匀速提升了3m,而它的电动机所做的功 是3.4×10J,起重机的机械效率是多少？g取10N/kg。 解起重机匀速提升重物所用的力与物体所受的重力大小相等 F=G=mg=0.5×103kg×10N/kg=5×103N 起重机提升重物所做的功是有用功 18 教材笔记物理八年级下册 W有用=Fh=5×103N×3m=1.5×104J 起重机的电动机所做的功是总功 W点=3.4×104J 因此，起重机的机械效率 W有用_1.5×10J-0.44=44% 7= W总3.4×104J 这台起重机的机械效率为44%。 下面我们通过实验测量滑轮组的机械效率。 实验 测量滑轮组的机械效率 实验思路 要想测量滑轮组的机械效率，就要想办法找出使用滑轮组工作时的有用功和 总功，然后求出二者的比值。本实验可以测量如图12.4-2所示滑轮组的机械效 率，请根据此实验装置思考：要想知道有用功和总功，需要测量哪些量？ 实验过程 根据实验思路中的分析，可以像下面这样进行实 验。 1.用弹簧测力计测量钩码所受的重力G并填入后 面的表格中。 弹簧测力计静止时再读数 2.按照图12.4-2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, 图12.4-2测量滑轮组的 ·这种情况下弹簧测力计示数稳定，易读数 机械效率 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、机械效率刀并填入下表。 改变钩码的数量，重复上面的实验。 第十二章简单机械119 钩码所受 提升的 有用功 拉力 绳端移动 总功 机械效 次数 的重力G/N 高度h/m W有用/小 F/N 的距离s/m W意/丁 率” 1 2 3 ®想想议议 你在三次实验中测得的机械效率一样吗？说一说影响滑轮组机械效率的因 素有哪些。 机械装置的结构、轻巧程度以及润滑程度 提高机械效率可以充分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。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。 练习与应用 ①用滑轮组匀速提升重物的过程中，哪个是有用功？哪些是额外功？ 1.利用滑轮组提升重物时，克服重力所做的功是有用功，克服机椒间的摩擦所做的功 以及提起动滑轮和绳子所做的功是额外功。 ②一台起重机将重3600N的货物匀速提高4m,起重机做的有用功是多少？如果 额外功是9600J,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？ 2.起重机微的有用功 W有用=Gh=3600N×4m=1.44×10J 总功W悬=W有用+W=1.44×10J+9600J=2.4×104J W有n1.44×10J-0.6=60% 机瓶效率n=W是2.4x10J 起重机所做的额外功是由绳重、摩擦、动滑轮自重等因素引起的。 ③两位同学根据图12.4-2分别用自己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说明机械效率不同的原因 可能是什么。 120教材笔记物理八年级下册 钩码所受 提升的 拉力 绳端移动 有用功 总功 机械效 的重力G/N 高度h/m F/N 的距离s/m W有用/小 W意/小 率7 甲同学 1.0 0.1 0.5 0.3 0.1 0.15 66.7% 乙同学 3.0 0.1 1.2 0.3 0.3 0.36 83.3% 3.见表格；略。 ④有没有机械效率为100%的机械？为什么？举例说明，通过什么途径可以提高 机械效率。 4.没有。因为使用机械做功时，不可避免地要克服机械重力、摩擦力等做额外功，所 以总功一定大于有用功，机獭效率一定小于100%。如使用滑轮组提升重物时，尽 量使用轻质的动滑轮和绳子，尽量减小滑轮和绳子间的摩擦，增大提升的物重，这 样可以藏小额外功，增大有用功，提高机椒效率。 ⑤用一个动滑轮在5s内将一个重200N的物体向上匀速提起3m,拉力为150N。 这个动滑轮的机械效率是多少？拉力的功率是多少？ 5.有用功W南需=Gh=200N×3m=600J s=2×3m=6m 总功W善.=Fs=150N×6m=900J 这个动滑轮的机椒效率 W有用600J n2W是900J 0.667=66.7% 拉力的功率 ,W善_900J P=- =180W t5s 第十二章简单机械121 复习与提高 ①如图12-1所示，夹核桃时，用力向下压夹子上部的手柄即可夹碎核桃。把 上部手柄视为杠杆，用力时支点在哪里？阻力的作用点、动力的作用，点在 哪里？ 图12-1 1.支点在A点，阻力的作用点在B点，动力的作用点在C点。 ②在“探究杠杆的平衡条件”的实验中，把钩码挂在水平静止的杠杆两侧后， 杠杆向右侧倾斜（图12-2）。为了使杠杆在水平位置平衡，如果保持左侧 钩码不动，应该怎样调节右侧钩码的位置？如果保持右侧钩码不动，应该 怎样调节左侧钩码的位置？ 图12-2 2.向左移动右侧钩码；向左移动左侧钩码。 ③脚踏式垃圾箱的结构可简化为图12-3。在A处向下踩动脚踏板，连杆CD 便向上顶起箱盖。在上述过程中，你发现了哪几个杠杆？它们是省力杠杆， 还是费力杠杆？ 图12-3 3.两个杠杆，分别是ABC和EDF,杠杆ABC是省力杠杆，杠杆EDF是费力杠杆。 ④图12-4是人们仿照《天工开物》中的桔槔利用杠杆原理从水井中提水的情 景。假设不悬挂重物时木杆恰好能保持平衡。为了省力，在木杆左端悬吊 水桶，木杆右端固定一个石块。已知支点到水桶所受的重力作用线的距离 是支点到石块所受重力作用线距离的3倍。用该装置提水时，水桶所受的 重力为20N,每次提水时连水带桶所受的重力为80N。请你设计石块所受 122 教材笔记物理八年级下册 的重力的大小，使提水时用力最小，说出你的设计思路和数据。 图12-4 4.已知支点到水桶所受的重力作用线的距离是支点到石块所受重力作用线距离的3倍。 若要使提水时用力最小，则根据杠杆平衡条件，可知G水，=G2,即80N× 3l=G。,解得G=240N,故石块所受的重力的大小为240N时，提水时用 力最小。 ⑤如图12-5所示，戮子是一种微型杆秤，过去的中药房里都用践子称量中 药。为使问题简化，以下不考虑秤杆的重力。已知秤砣的质量为m0,零刻 度线在提纽右侧、离提纽的距离为。，秤盘离提纽悬挂点的距离为1。当秤 盘中放入一定质量的中药后，移动秤砣至杆秤水平平衡时，秤砣悬挂点到 提纽的距离是2，中药的质量是多少？ 图12-5 5.中药的质量 m0(L2-l） m=- ⑥某同学利用滑轮组提升一个重物，设计了两种方案，如图12-6所示。请在 图中分别画出绳子的绕法，要求用上所有的滑轮。这两种方案各有什么特 点？ 1 白 图12-6 6.见图12-6。右图中连接动滑轮绳子的段裁多，更省力；左图中绕法改变了拉力 的方向。 第十二章简单机械123 ⑦工人师傅用如图12-7所示的装置把质量为48kg的货物从地面匀 速提升至3楼，所用的拉力为300。图示装置的机械效率是多 少？g取10N/kg。 7.货物的重力 G=mg=48 kgx10 N/kg=480 N 由图可知n=2,机械效率 白 ,W有用_Gh_Gh_G_480N WFsFnh nF 2x300 N 0.8=80% 图12-7 ⑧小明的妈妈蒸馒头需要1kg面粉。在没有秤的情况下，他利用一根轻杆、 一瓶550mL的矿泉水和几根细线等物品帮妈妈大致称出了1kg的面粉。如 果换作是你，你会怎样做？ 8.略。k ⑨在天宫课堂中，我国航天员王亚平讲了在太空中测量航天员质量的方法。 其中用到了一个“弹簧凸轮机构”，它可以产生恒力来牵引航天员运动，以 便计算航天员的质量。有同学根据杠杆原理设计了一个装置（图12-8）： 把一个半径为0C的圆轮和一个凸轮固定在一起组成一个杠杆，支点为0。 如图12-8甲所示，圆轮边缘的绳索与被牵引的航天员相连，拉力是F1,力 臂为OC;凸轮上的绳索一端连接着被拉长的弹簧，拉力为F2,力臂为OA, 另一端连接图中的B点。当弹簧收缩使杠杆沿顺时针方向转过一定角度到 达图12-8乙所示的位置时，弹簧缩短，拉力减小为F2',凸轮使其力臂变 成了OD,OD比OA长，而F,的力臂仍然等于圆轮半径。如果OA为 12cm、F2为30N、F,'为20N,图中OD的长度应为多少？ 甲 图12-8 9. 略 124 教材笔记物理八年级下册