12.4 机械效率 课件 2025-2026学年人教版八年级物理下册

该初中物理课件聚焦“机械效率”，涵盖有用功、额外功、总功概念，机械效率定义、公式及影响因素，通过提水、捞桶等生活实例导入，衔接“功”的前序知识，搭建从具体到抽象的学习支架。 其亮点在于以科学思维为核心，通过例题（如提茶杯功的分析）和变式训练（如不同滑轮组效率对比）进行科学推理，用表格梳理不同机械效率计算模型。助力学生形成物理观念，提升解题能力，也为教师提供系统教学资源，提高课堂效率。

12.4 机械效率 1 知识点1 有用功和额外功 1.有用功 在物理学中，把完成某项任务时有实用价值的功，叫作有用功，用符 号W有用表示。 2.额外功 把其他无实用价值而又不得不做的功，叫作额外功，用W额外表示。 3.总功 有用功与额外功之和是总功，用W总表示，W总= W有用+W额外。 知识点1 有用功和额外功 区分有用功与额外功的关键是看做功需要达到什么目的。在同一做功过程中，目的不同，功的性质就不一样。若一只桶掉入井里，我们要将桶从井中提出来，则克服桶的重力做的功是有用功，而克服桶中可能带出来的水的重力与绳的重力做的功是额外功。 知识点1 有用功和额外功 例1 喝茶水时，人从桌面上端起盛茶水的茶杯，人对茶杯做的功是 ，对茶水做的功是 ，对茶杯和茶水做的功是 。(均选填“有用功” “额外功”或“总功”) 喝茶水的人, 从桌面上端起盛茶水的茶杯, 目的是端茶水, 因此对茶水做的功是有用功; 端起盛茶水的茶杯, 克服茶杯重力做的功, 并非我们需要但又不得不做的是额外功; 对茶杯和茶水做的功是总功。 有用功 额外功 总功 举一反三 1-1 用水桶从井中提水的时候，对 做的功是有用功，对 做的功是额外功；如果桶掉到井里，捞上的桶里带了一些水，则对水做的功是 功。 根据有用功和额外功的定义可知,用水桶从井中提水的时候,对水做的功是有用功,对水桶做的功是额外功; 如果桶掉到井里,捞上的桶里带了一些水,对水桶做的功是有用功,对水做的功是额外功。 水 水桶 额外 知识点2 机械效率 1.定义 物理学中，把有用功跟总功的比值叫作机械效率，用η表示。 2.计算公式 知识点2 机械效率 3.影响机械效率高低的因素 (1)影响杠杆机械效率的因素 杠杆自身的重力、杠杆与物体之间的摩擦力，物体的重力等都会影响杠杆的机械效 率。杠杆自身的重力越小、杠杆与物体之间的摩擦力越小、物重越大，杠杆的机械 效率越高。 (2)影响滑轮组机械效率的因素 动滑轮的重力、绳的重力、滑轮与绳间的摩擦力、滑轮与轴间的摩擦力、物体的重 力等都会影响滑轮组的机械效率。动滑轮和绳的重力越小、滑轮与绳间的摩擦力越 小、滑轮与轴间的摩擦力越小、物重越大，滑轮组的机械效率越高。 (3)影响斜面机械效率的因素 斜面的倾斜程度、斜面的粗糙程度会影响斜面的机械效率。斜面的倾斜程度越大、 斜面越光滑，斜面的机械效率越高。 知识点2 机械效率 机械效率的高低并不决定使用机械是省力还是费力，效率高只说明有用功在总功中所占的比例大，不一定省力。 知识点2 机械效率 例2 生产生活中常常会用到各种机械设备，下列判断正确的是（ ） A.做功多的机械功率一定大 B.功率大的机械做功一定快 C.做功快的机械效率一定高 D.精密机械的效率能达到 100% A:功率等于做功的多少与所用时间的比值, 做功多, 但所用时间不确定, 所以不能确定功率的大小; B:功率是描述物体做功快慢的物理量, 功率大的机械做功一定快; C:效率越高的机械, 表示有用功占总功的比例越大, 与做功的快慢无关; D:有用功和总功的比值叫作机械效率, 只要使用机械, 就必然会克服机械重力或克服摩擦力做额外功, 即额外功总是存在的, 所以有用功总是小于总功, 机械效率总小于1, 即效率不可能达到100%。 B 举一反三 2-1 下列说法正确的是（ ） A.用同一水桶从井中提水时，提一桶水比提半桶水的机械效率高 B.水桶掉到井里，把水桶捞上来时，对桶做的功是额外功 C.用动滑轮提升重物时，绳子自由端拉力做的功是有用功 D.使用机械过程中，额外功越少，则机械效率就越高 A:额外功等于水桶重力乘提水高度,水桶重力和提水高度都相等,所以额外功相等;第一次取半桶水,第二次取满桶水,根据W有用=Gh可知,第二次所做有用功要多;在额外功相等的情况下,有用功多的机械效率高,所以 提一桶水比提半桶水的机械效率高; B：从井里捞桶时,目的是捞桶,所以对桶做的功是有用功,同时,还要将桶中的部分水提起来,所以对水做的功是额外功; C：用动滑轮提升重物时,绳子自由端拉力做的功是总功; D：机械效率高的机械,说明所做有用功占总功的比值大,额外功占总功的比值小,不是做的额外功越少。 η=×100％，η=== A 举一反三 2-2 用四只完全相同的滑轮和两根相同的绳子组成如图 所示的甲、乙两个滑轮组，将重450 N 的货物匀速吊起 2 m 高。每只滑轮重为50 N，绳自由端的拉力的大小分 别为F1和F2，若不计绳重和摩擦，F1 F2 (选填 “大于“等于”或“小于”)，甲滑轮组的机械效率为 。 甲滑轮组承担物重的绳子段数为2段。 不计绳重和摩擦，可得 F1=（G物+G滑）=×（450N+50N）=250N 乙滑轮组承担物重的绳子段数为3段。 不计绳重和摩擦，可得 F2=（G物+G滑）=×（450N+50N）≈166.7N 甲滑轮组的机械效率η=×100％=×100％==90 ＞ 90 知识点3 不同机械的机械效率的计算 知识点3 不同机械的机械效率的计算 预习检测 1.下列关于功、功率、机械效率的说法正确的是（ ） A.越省力的机械, 机械效率越高 B.做功越快的机械, 所做的总功越大 C.所做有用功越多的机械, 机械效率越高 D.使用机械可以省力或省距离, 但不能省功 A:机械效率是指有用功与总功的比值,机械效率的高低与是否省力没有必然的联系; B:功率是表示做功快慢的物理量,所以功率越大的机械,做功越快,但是所做的总功不一定越大; C:所做有用功越多的机械,如果总功不确定,机械效率不一定越高; D:使用机械时,如果省力了,根据功的原理可知,就一定费距离,使用机械时,如果省了距离,根据功的原理可知,就一定费了力 D 预习检测 2.如图所示为动滑轮提起重物的过程，下列选项对动滑轮的机械效率的分析正确的是（ ） A.拉力 F 越大，机械效率越高 B.升高的越高，机械效率越高 C.物体越重，机械效率越高 D.动滑轮越重，机械效率越高 A、B:增大拉力和增加升高的高度,不能提高有用功与总功的比值,由η=×100%=×100%=×100% (不计绳重和摩擦)可知,不能提高机械效率; C:物体越重,有用功占总功的比值越大, 由η===可知,机械效率越高; D:动滑轮越重,额外功越大,有用功占总功的比值越小,机械效率越低 C 知识点3 不同机械的机械效率的计算 例3 小聪想搬起地面上重 350 N 的石块，但未搬起；小明用重 50 N 的动滑轮在 6 s 内将此石块匀速竖直提升 3 m，如图所示 (不计绳重和滑轮摩擦)，下列说法不正确的是（ ） A.搬石块时，小聪没有对石块做功 B.绳子自由端的拉力为 200 N C.动滑轮的机械效率为 87. 5% D.拉力的功率为 100 W A：搬石块时, 小聪用了力, 但没有搬动石块,有力、无距离,小聪没有对石块做功; B：动滑轮上的绳子段数为n=2, 不计绳重和滑轮摩擦,绳子自由端的拉力 F=(G+G动)=×(350N+50N)=200N; C、D：拉力做的功W=Fs=Fnh=200N×2×3m=1200J, 拉力的功率P===200W; 动滑轮的机械效率η======87.5％ C 举一反三 3-1 建筑工人通过如图所示的装置将一桶质量为 45 kg 的涂料从地面提起, 桶离开地面后在 4 s 内缓慢上升 0.8 m，工人所用的拉力为 500 N。g 取 10 N/ kg，下列说法正确的是（ ） A.该装置做的有用功为 400 J B. 该装置的机械效率为 90%. C. 绳子自由端移动的平均速度为 0.4 m/ s D. 桶离开地面前，工人拉力逐渐增大，桶对地面的压强不变 A:该装置做的有用功W有用=Gh=mgh=45kg×10N/kg×0.8m=360J; B:如图所示滑轮为定滑轮,绳子自由端移动的距离等于桶上升的高度, 即s=h=0.8m,该装置做的总功W总=Fs=500N×0.8m=400J 机械效率η= ×100％=×100％=90％; C:绳子自由端移动的平均速度v===0.2m/s; D：桶离开地面前,工人拉力逐渐增大时,桶受到的竖直向上的拉力 增大,则桶对地面的压力减小,受力面积一定时,根据p=F/s可知桶对地面的压强变小 · G F F支 B 课本练习 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？ 利用滑轮组提起重物时,克服重力所做的功就是有用功,克服机械间的摩擦做的功以及提起动滑轮和绳子做的功, 属于额外功。 课本练习 2.一台起重机将重 3 600 N 的货物缓慢提高 4 m，起重机做有 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有用=Gh=3600N×4m=14400J. 总功W总=W有用+W额外=14400J+9600J=24000J, 机械效率η= ×100％=×100％=60％ 起重机所做的额外功是由绳重、 摩擦、 动滑轮重等因素引起的。 课本练习 3.两位同学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。 0.1 0.15 66.7% 0.3 0.36 83.3% W有用=Gh W总=Fs 机械效率η=×100％ 课本练习 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。 没有。 因为使用机械做功时, 必然要克服机械受到的重力、 摩擦力等做额外功。 使用轻质的动滑轮和绳子,减小滑轮和轴间的摩擦, 增大提升的物重 η=×100％，η=== 课本练习 5.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。 这个动滑轮的机械效率是多少？拉力的功率 是多少？ 物体上升高度h=3m，所以拉力方向上移动的距离s=nh=2h=3m×2=6m 所以拉力所作的总功为W总=Fs=150N×6m=900J 克服物体重力做的有用功 W有用=Gh=200N×3m=600J 机械效率η=×100％=×100％≈66.7％ 拉力的功率P===180W 所以，这个动滑轮的机械效率是66.7%，拉力的功率是180W。 题型1 竖直滑轮组机械效率的计算 例1 建筑工地上，工人用如图所示的装置将重为 300 N 的建材从地面匀速运送到离地面 8 m 的高处，所用时间为 40 s。已知动滑轮重为 40 N，不计滑轮组的绳重和摩擦，下列说法正确的是（ ） A.工人做的总功为 2 400 J B.工人拉力的功率为 60 W C.此过程中该装置的机械效率约为 88% D.可以通过增加动滑轮个数的方法提高该装置的机械效率 A：不计滑轮组的绳重和摩擦, 动滑轮绳子的段数是2, 此时的拉力为F=(G+G动)=(G+G动)=×(300N+40N)=170N, 拉力方向上移动的距离为s=2h=2×8m=16m, 工人做的总功W总=Fs=170N×16m=2720J; B：工人拉力的功率P===68W 题型1 竖直滑轮组机械效率的计算 例1 建筑工地上，工人用如图所示的装置将重为 300 N 的建材从地面匀速运送到离地面 8 m 的高处，所用时间为 40 s。已知动滑轮重为 40 N，不计滑轮组的绳重和摩擦，下列说法正确的是（ ） A.工人做的总功为 2 400 J B.工人拉力的功率为 60 W C.此过程中该装置的机械效率约为 88% D.可以通过增加动滑轮个数的方法提高该装置的机械效率 C：此过程中该装置的机械效率η=×100％=×100％≈88％; D：增加动滑轮个数, 所做的额外功会增加, 该装置的机械效率会减小 η=×100％，η=== C 变式训练 1-1 如图所示，用滑轮组匀速提升重为 200 N 的物体，拉力 F 为 125 N，物体升高的高度为 4 m，不计绳重和摩擦，则在此过程中，下列说法正确的是（ ） A.总功为800 J B.动滑轮重为5N C.绳端移动的距离为4 m D.滑轮组的机械效率为80% A:由图可知,n=2,滑轮组做的总功W总=Fs=Fnh=125N×2×4m=1000J; B:不计绳重和摩擦,根据F=(G+G动 ) 可知, 动滑轮重G动=nF-G=2×125N-200N=50N; C:绳端移动的距离s=nh=2×4m=8m D:该滑轮组的机械效率η=====0.8=80％ D 题型2 水平滑轮组机械效率的计算 例2 如图所示，在 50 N 的水平拉力 F 的作用下，重 600 N 的物体沿水平地面做匀速直线运动，物体与地面间的滑动摩擦力是自身重力的 0. 2 倍，绳子自由端向前移动的速度为 0.6 m/s。则（ ） A.拉力 F 的功率为 3 W B.1 min 内物体移动的距离为 36 m C.1 min 内所做的有用功为 1 440 J D.该滑轮组的机械效率为 85% A：根据P===Fv计算拉力的功率P=Fv=50N×0.6m/s=30W; B：绳子自由端移动的距离s=vt=0.6m/s×60s=36m; 动滑轮上绳子的段数n=3，物体移动的距离 s物=s=×36m=12m 题型2 水平滑轮组机械效率的计算 例2 如图所示，在 50 N 的水平拉力 F 的作用下，重 600 N 的物体沿水平地面做匀速直线运动，物体与地面间的滑动摩擦力是自身重力的 0. 2 倍，绳子自由端向前移动的速度为 0.6 m/s。则（ ） A.拉力 F 的功率为 3 W B.1 min 内物体移动的距离为 36 m C.1 min 内所做的有用功为 1 440 J D.该滑轮组的机械效率为 85% C：物体与地面间的滑动摩擦力f=0.2G=0.2×600N=120N, 克服物体与地面间的滑动摩擦力做的功为有用功, W有用=fs物=120N×12m=1440J; D：1min内拉力做的功W总=Pt=30W×60s=1800J, 该滑轮组的机械效率η=×100％=×100％=80％ C 变式训练 2-1 ( 双选) 如图所示，一位同学用滑轮组拉着重 450 N 的物体 A，使它 5 s 内在水平面上匀速前进 1 m，拉力 F =75 N，若与地面的摩擦力是物重的 0. 2 倍，下列说法正确的是（ ） A.他做的总功是 150 J B.他做的有用功是 450 J C.拉力做功的功率是 15 W D.该滑轮组的机械效率是 60% A:由图可知,n=2,则绳子自由端沿水平方向移动的距离s=nsA=2×1m=2m; 由题知,物体受到的摩擦力f=0.2G=0.2×450N=90N;拉力 F 做的总功W总=Fs=75N×2m=150J; B:有用功W有用=fsA=90N×1m=90J; C:拉力做功的功率P===30W D:该滑轮组的机械效率η=×100％=×100％=60％ D 题型3 斜面机械效率计算 例3 如图所示，固定的斜面长 s=2 m，高 h = 0.5 m，沿斜面向上用 50 N 的拉力在 4 s 内把一个重 60 N 的物体从斜面底端匀速拉到顶端，这一过程中（ ） A.对物体做的有用功为 120 J B.物体受的摩擦力为 50 N C.拉力做功的功率为 25 W D.斜面的机械效率为 70% A：提升物体做的有用功W有用=Gh=60N×0.5m=30J; B：拉力做的总功W总=Fs=50N×2m=100J, 克服摩擦力做功W额外=W总-W有用=100J-30J=70J, 由W额外=fs 得物体受到的摩擦力f===35N C:拉力的功率P===25W D:斜面的机械效率η=×100％=×100％=30％ C 变式训练 3-1 如图是小龙“测量斜面机械效率”的实验装置。斜面粗糙程度相同。用平行斜面向上的恒定拉力 F，将重 6 N 的物体以 1 m/s 的速度匀速拉到斜面顶端，测得斜面的机械效率为 75% 。则下列说法正确的是（ ） A.拉力做功为 3 J B.物体受到的摩擦力为 1. 5 N C.在匀速拉动过程中，物体的机械能不变 D.若以 2 m/s 的速度匀速拉动物体，斜面机械效率仍为 75% A:此过程所做的有用功W有用=Gh=6N×0.5m=3J,根据η=变形得,拉力做功W总==4J; B:由图可知,斜面的夹角为 30°,高为0.5m,所以斜面的长度L=1m; 拉力做的额外功W额外=W总-W有用=4J-3=1J，物体所受的摩擦力f===1N, C: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; D: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% D 题型4 杠杆机械效率的计算 例4 如图所示，一根质量分布均匀的细棒 OA，C 是它的中点，现在 A 点竖直向上施力将挂在 C 点的重为 180 N 的物体匀速提升 0.3 m，木棒的机械效率为 90%，不计摩擦，木棒重为 N。 有用功W有用=G物h=180N×0.3m=54J, C为OA的中点, 故当物体上升0.3m时,C点(杠杆的重心)上升0.3m; 不计摩擦,机械效率η= 即90%=G木=20N 20 变式训练 4-1 用如图装置提升物体，先将重为 G 的钩码挂在均匀铁质杠杆上的 A 点， 弹簧测力计作用于 C 点，竖直向上匀速拉动测力计，使钩码上升 h，杠杆的机械效率为η1；若仅将弹簧测力计改挂到 B点，仍竖直向上匀速拉动测力计， 使钩码上升 h，杠杆的机械效率为η2，摩擦不计，则（ ） A.η1<η2 B.η1=η2 C.η1>η2 D.无法判断 原来弹簧测力计作用于C点, 竖直向上匀速拉动弹簧测力计时,测得杠杆的机械效率η1 ;将弹簧测力计移动到B点时,仍将钩码竖直向上匀速提升相同的高度, 根据W有用=Gh可知有用功不变; 因杠杆的偏转角度不变，则杠杆重心上升的高度不变，根据W额外=G杠杆h杠杆可知，克服杠杆自重所做额外功不变;由于有用功和额外功都不变,所以总功也不变， 根据η=×100％可知杠杆的机械效率不变，即η1=η2 B 考点 机械效率的相关计算 典例1 在“观察滑轮的使用”实验中，用如图所示的两种方式将同一物体匀速提升 20 cm (不计绳重和摩擦)。下列说法正确的是（ ） A.物体所受的重力是 3. 6 N B.图乙中弹簧测力计上升 20 cm C.图乙中弹簧测力计的示数是物重的一半 D.图甲中滑轮的机械效率比图乙中的高 A:由图甲可知, 该滑轮的轴固定不动, 该滑轮是定滑轮, 不计绳重和摩擦, 则弹簧测力计的示数等于物体所受的重力, 其中弹簧测力计的分度值为0.2N, 示数为2.4N, 则物体所受的重力是2.4N; B、C:由图乙可知,该滑轮的轴随物体一起运动,该滑轮是动滑轮,n=2,将物体提升20cm, 则弹簧测力计上升20cm×2=40cm, 不计绳重和摩擦, 则弹簧测力计的示数为物体和动滑轮总重的一半; D：不计绳重和摩擦, 图甲中滑轮的机械效率η甲=100% , 图乙中滑轮的机械效 率η乙=,则η甲＞η乙,即图甲中滑轮的机械效率比图乙中的高 D 考点 机械效率的相关计算 典例2 如图，甲、乙两人用不同的装置，在相同时间内把质量相等的货物匀速提升到同一平台，不计绳重及滑轮的摩擦。下列说法正确的是（ ） A.甲做的有用功多 B.乙做的总功多 C.甲做总功的功率大 D.乙所用装置的机械效率小 A：提升物体的重力相等, 在相同的时间内物体升高了相同的距离, 由W有用=Gh可知, 两次提升物体所做的有用功相等; B、C：甲使用的是动滑轮, 拉力端移动距离s甲=2h, 不计绳重和摩擦, 甲使用动滑轮时, 拉力F甲=(G+G动 ) ; 所以拉力做功W甲= F甲s甲=(G+G动 )×2h= (G+G动 ) h＞Gh; 乙使用定滑轮时, 拉力F乙=G, 拉力做功W乙=F乙s乙=Gh，所以乙所用装置中拉力F做的总功少, 由P=知乙所用装置中拉力 F做总功的功率小, 甲做总功的功率大; D：不计绳重和摩擦, 使用定滑轮时, 额外功为0J, 机械效率为100% ; 使用动滑轮时, 要提升动滑轮做额外功, 机械效率小于100% ; 所以两种装置的机械效率η乙＞η甲。 C A 480143.53 $