11.5机械效率 讲义-2026-2027学年苏科版物理九年级上学期

本讲义聚焦初中物理“机械效率”核心知识点，系统梳理机械的三种功（有用功、额外功、总功）的定义及关系，明确机械效率的公式与影响因素，衔接提高机械效率的方法及测量滑轮组机械效率的实验，构建从概念到应用的完整学习支架。 该资料通过提水与捞桶实例帮助学生建立有用功、额外功相对性的物理观念，实验环节强调匀速拉动等规范操作培养科学探究能力，例题与难题结合生活场景（如滑轮组提升重物）提升科学思维，课中辅助教师高效授课，课后作业助力学生巩固知识、查漏补缺。

第五课 机械效率 知识清单 1.机械的三种功 （1）有用功：目的功，人们为了完成任务而必须做的功，称为有用功，符号为W有． （2）额外功：无奈功，人们为了完成任务不需要但又不得不做的功（常为克服动滑轮重力、绳重、摩擦力做功） （3）总功：人们为了完成任务而实际做的功， 符号为W总．它等于有用功与额外功之和。 例： 有用功：W=G·h 总功：W=F·S 额外功：W=f·S 注意：有用功与额外功可以随着人们目的的不同而改变． 例如：在用桶从水井提水的过程中，人对水做的功为有用功，对桶做的功为额外功；如果是从水井将落入的桶捞起的过程中，则人对水做的功为额外功，对桶做的功为有用功． 2. 机械效率： 机械效率是有用功与总功的比值，即 机械效率没有单位，通常用百分数表示，由上式我们可作如下分析讨论： （1）当总功一定时，机械所做的有用功越多，机械效率就越高； （2）当有用功一定时，机械所做的总功越少，机械效率就越高； （3）当额外功一定时，机械所做的有用功越多，有用功在总功中所占的比例就越大，机械效率越高． 注意： （1） 对于实际机械来说，因为利用任何机械做功时，总免不了要做额外功．对于额外功，我们只能尽量减小，而不能使其为零，根据W总＝W有用 + W额外，故W有用 ＜W总，所η=＜1，因此机械效率总小于1． （2）对于不考虑机械自重和摩擦的理想机械来说，W总 ＝W有用，其η ＝ W有用 / W总的比值就等于1，因此只有理想机械的机械效率才等于1． 例： 用质量相同的滑轮分别将质量相同的甲、乙两物体匀速提升相同的高度，不考虑绳重和摩擦力时，η甲=1. （3）注意区分机械效率和功率的区别： 功率和机械效率是两个不同的概念．功率是表示做功的快慢，即单位时间内完成的功．机械效率表示机械做功的效率，即所做的总功中有多大比例是有用的． 功率和机械效率是两个物理意义不同也没有直接联系的物理量． 3．如何提高机械效率 根据η ＝ ，W总＝W有用十W额外可知，影响机械效率高低的主要因素是：有用功和额外功的大小．因此，提高机械效率的方法有： （1）增大有用功．例如增加被提升物体的重力等． （2）减小额外功．例如改进结构，使机械更合理、更轻巧；经常保养，定时润滑，使机械运转良好等． 例题精讲 【例 1】 （江苏无锡·阶段检测）下列关于功、功率和机械效率的说法中正确的是（     ） A．功率越大的机械，做的功越多 B．做有用功越多的机械，机械效率越高 C．功率越低的机械，做功一定越慢 D．增大功率可以提高机械效率 【例 2】 下列说法中正确的是（　　） A．省力的机械不能省功，机械越省力，其机械效率越高 B．做功越快的机械，虽然它做的功不一定多，但是其机械效率是越高的 C．做相同的额外功时，有用功越大的机械效率越高 D．机械效率越低的时候，做功一定是越慢的 【例 3】 （2020•南京模拟）用图中的甲、乙两种方式分别提升同一重物，使它们在相同时间内匀速升高相同的高度，拉力F甲、F乙的作用点移动的速度分别为υ甲、υ乙，滑轮的机械效率分别为η甲、η乙（不计绳重和摩擦），则（　　） A.υ甲＞υ乙 η甲＞η乙 B.υ甲＜υ乙 η甲＞η乙 C.υ甲＜υ乙 η甲＜η乙 D.υ甲＞υ乙 η甲＝η乙 【例 4】 用某滑轮组匀速提升重物，改进后提高了机械效率，若用它把同一物体匀速提到同样的高度，改进后与改进前相比较，下列说法中错误的是（　　） A．做的总功减少了 B．做的额外功减少了 C．做的有用功增加了 D．做的有用功跟总功的比值增大了 【例 5】 （徐州期末）下列做法中不能提高滑轮组机械效率的是（　　） A．增加物体提升的高度 B．使用轻质动滑轮 C．增加物体的质量 D．在轴上加润滑油 【例 6】 如图所示，用F1的力将物体B匀速提升h，F1做功600J，若借助滑轮组用F2的力把物体B匀速提升相同高度，F2做功为1000J．下列说法正确的是（　　） A．两个过程中的拉力F1＝3F2 B．F1做功的功率比F2做功的功率小 C．滑轮组机械效率为40% D．F2做功的距离为3h 【例 7】 如图所示，搬运工人用滑轮将重为425N的重物匀速提升4m，所用拉力为250N，时间为20s．则此过程中有用功是　　　　　　J，额外功是　　　　　　J，拉力的功率是　　　　　　W，滑轮的机械效率是　　　　　　． （第7题） （第8题) 【例 8】 如图所示，建筑工人用200N的拉力沿竖直方向匀速拉起400N的重物，重物上升2m所用的时间为15s，此过程中工人所做的功是　　　　　　J，拉力的功率为　　　　　　W，滑轮的机械效率是　　　　　　． 【例 9】 如图所示，建筑工人用250N的拉力，沿竖直方向匀速拉起400N的重物，重物上升4m所用时间为25s，在此过程中工人所做的有用功是　　　　J，拉力的功率为　　　　W，滑轮的机械效率是　　　　　　． 【例 10】 如图所示，斜面长3m，高为1m，工人用400N的力沿斜面方向将重为840N的箱子推到车上，则有用功为　　　　　　J，总功为　　　　　　J，斜面的机械效率为　　　　　　．如果斜面摩擦不计，则斜面的机械效率为　　　　　　，沿斜面的推力大小为　　　　　　． 【例 11】 如图所示，用F=50N的力通过滑轮组水平拉重为80N的物体使其向左匀速运动0.4m，在这个过程中拉力F做功为_____J，已知物体受到水平地面的摩擦力为60N，该滑轮组的机械效率为_____（忽略绳子和动滑轮的重力） 【例 12】 如图所示，工人师傅用三种办法把重270N的沙子提到三楼去。请根据图中所提供的信息计算（绳与滑轮的摩擦不计，不考虑滑轮和桶、滑轮和口袋的间距）： (1)第①种办法所做的有用功是多少？ (2)第②种办法的机械效率是多少？ 知识清单 测量滑轮组的机械效率实验中的注意点： （1）实验原理： （2）应测物理量：钩码重力G、钩码提升的高度h、拉力F、绳的自由端移动的距离s． （3）器材：钩码、铁架台、滑轮、细线、刻度尺和弹簧测力计． （4）关键步骤：必须匀速拉动弹簧测力计使钩码升高． （5）目的：保证测力计示数大小不变． （6）结论：影响滑轮组机械效率高低的主要因素有：动滑轮重，提升重物重，摩擦． 另外，滑轮组的绕线方法、重物提升速度和重物提升高度不影响滑轮机械效率． 例题精讲 【例 13】 某实验小组在测滑轮组机械效率的实验中得到的数据如表所示，实验装置如图所示。 （1）实验中应沿竖直方向　　　　　　拉动弹簧测力计，使钩码上升。 实验次数 物理量 1 2 3 钩码重G/N 4 4 6 钩码上升高度h/m 0.1 0.1 0.1 绳端拉力F/N 1.8 1.6 2.4 绳端移动距离s/m 0.3 0.4 机械效率η 74.1% 62.5% （2）通过表中数据可分析出第2次实验是用　　　　　　（选填“甲”或“乙”）图所示装置做的实验。 （3）通过第1次实验和第2次实验的数据分析可得出结论：使用不同的滑轮组提升相同的重物时，动滑轮的个数越多（动滑轮的质量越大），滑轮组的机械效率　　　　　　（选填“越高”、“不变”或“越低”）。 （4）小组同学再用第1次实验中使用的装置做第3次试验，表中第3次试验中空缺的数据应为：绳端移动距离s=　　　　　　 m，机械效率η=　　　　　　。 （5）比较第1次实验和第3次实验可得出结论：使用同一滑轮组，　　　　　　。 【例 14】 在湛江港码头，小华看到工人利用斜面把货物推到车上，联想到上物理课时老师讲过的知识，小华想探究斜面的机械效率可能与哪些因素有关？小华提出了以下的猜想： A．斜面的机械效率可能与物体的重力有关。 B．斜面的机械效率可能与斜面的倾斜程度有关。 小华同学为了证实自己的猜想是否正确，于是他用同一块木板组成如图所示的装置进行了实验探究，记录的实验数据如下表： 实验 次数 斜面倾角θ 物块重量 G/N 斜面高度 h/m 沿斜面拉力F/N 斜面长 S/m 有用功 W有/J 总 功 W总/J 斜面的机械效率 1 30° 5.0 0.6 4.2 1.2 3.0 5.0 2 30° 3.0 0.6 2.5 1.2 1.8 60% 3 45° 3.0 0.8 2.8 1.2 2.4 3.4 71% （1）在实验操作过程中，应沿斜面向上　　　　　　拉动木块；实验时要使木板的倾斜角变大，应该把木板下面的木块向　　　　　　移动（填“左”或“右”）。 （2）根据表格中数据，第①次实验斜面的机械效率为　　　　　　%，第②次实验中总功为　　　　　　J。 （3）通过对比实验①、②数据，可验证小华的猜想　　　　　　（填写字母）；通过对比实验②、③数据，可以得出的探究结论是：　　　　　　。 （4）此实验主要用到的研究方法是　　　　　　。 （5）除了小华的猜想以外，请你猜想斜面的机械效率还可能与　　 　　　　（写出一个）有关。 难题突破 【例 15】 （2026·江苏南京·二模）如图所示，利用动滑轮匀速提升物体，已知物体重400N，动滑轮重60N，在10s内将物体提升2m，动滑轮的机械效率为80%。此过程中有用功为__ J，拉力的功率为___ _W，克服动滑轮重力所做的功占总功的____ %。若仅增加物体提升的高度，动滑轮机械效率将____ 。 【例 16】 如图所示，某人将一物体用F=40N的推力匀速将一个重180N的物体推上高h=1m、长s=6m的斜面，则此人对物体做的总功为　　　　　　J，额外功为　　　　　　J，斜面的机械效率为　　　　　　，摩擦力　　　　　　N． 【例 17】 （江苏淮安·期中）如图甲所示，工人用推力F将重为1000N的箱子沿斜面推至水平车厢中，斜面高1.5m，F始终与箱子运动方向相同。箱子运动路程随时间变化关系如图乙所示，推力F的大小随时间变化关系如图丙所示。由此可知：斜面的机械效率为___________%；箱子在车厢中运动时克服摩擦力做功大小为___________J。 【例 18】 用动力臂是阻力臂3倍的杠杆将货物抬高30cm，手下降的高度是　 　cm，小明根据杠杠的平衡条件算出手向下的力为200N，但是经过测量手向下压杠杆的力实际为250N，人做的总功是　 　J，有用功是　 　J，这根杠杆的机械效率是　 　。 【例 19】 如图所示，有一斜面长L为10m，高h为6m，现用F为360N的力沿斜面把重物G为500N的物体从底端匀速拉到顶端．物体受到斜面的摩擦力用f表示，求： （1）斜面机械效率η． （2）推导物体受到斜面摩擦力f的表达式． 【例 20】 （2026·江苏南京·二模）为了将放置在水平地面上重G=800N的重物提升到高处，小明同学设计了如图所示的滑轮组装置，在重物匀速上升2m的过程中拉力F的功率为200W，整个装置的机械效率为80%，（不计绳重和摩擦）。求： (1)滑轮组做的有用功； (2)拉力F所做的总功； (3)若滑轮组上的绳子能承受的最大拉力500N，该滑轮组最大能提升多重的物体？ 【例 21】 （九年级上·江苏南京·期末）如图甲所示是一种新型的水陆两栖挖掘机，其简化示意图如图乙所示，某次该挖掘机从水底挖取2000kg泥沙，然后用时4s将铲斗从A位置移动至B位置，再用时6s在水平面移动4m后将泥沙倒入渣土车中，整个工作过程中挖掘机的平均功率为。求：（忽略挖沙过程中水产生的浮力影响） (1)挖掘机对泥沙做的功。 (2)前4s挖掘机所做有用功的功率。 (3)整个过程中挖掘机的机械效率。 课后有作业好开心！ 【练 1】 如图所示，用质量相同的滑轮分别将质量相同的甲、乙两物体匀速提升相同的高度，所用的拉力分别为F甲、F乙，两装置的机械效率分别为η甲、η乙．不计绳重与摩擦，且动滑轮重力G动小于物体重力G物，则下列关系正确的是（　　） A．甲装置的机械效率大于乙装置的机械效率 B．甲装置的机械效率等于乙装置的机械效率 C．甲图中的拉力等于乙图中的拉力 D．甲图中的拉力小于乙图中的拉力 【练 2】 如图甲、乙、丙中，每个滑轮重G0都相同，将同一重物G（G大于G0）匀速提高相同高度，不计绳重及摩擦，以下说法正确的是（　　） A．F1做功最多 B．F2最大 C．丙图做功一定最快 D．甲图效率最高 【练 3】 如图所示，张伟同学通过斜面用平行于斜面F=200N的推力，将质量为30kg的物体在5s时间内匀速推到1m高的平台上，斜面长s=2m．（g取10N/kg）则（　　） A．推力的功率为40W B．斜面的机械效率为75% C．推力做的总功300J D．斜面对物体的摩擦力100N （第3题） （第4题) 【练 4】 如图所示，用滑轮组匀速提升重为700N的物体，人对绳的拉力F为400N，在10s内把物体匀速提升了2m，不计绳重和摩擦，则下列说法正确的是（　　） A．拉力的功率是80W B．拉力所做的总功是1400J C．拉力所做的额外功是200J D．滑轮组的机械效率是58.3% 【练 5】 如图所示，用14N的水平拉力F拉滑轮，可以使重20N的物体A以0.2m/s的速度在水平地面上做匀速直线运动．若不计滑轮重和绳重，下列说法正确的是（　　） A．地面受到的滑动摩擦力为7N B．滑轮移动的速度为0.4m/s C．水平拉力F做功的功率为2.8W D．在2s内绳子对物体A所做的功为2.8J 【练 6】 用图所示实验装置测量动滑轮的机械效率。 （1）实验时，应竖直向上　　　　　　拉动弹簧测力计，使挂在动滑轮下的物体A缓慢上升。 （2）将滑轮拉至图中虚线位置的过程中测力计的示数F为　　　　　　N，物体A重G为3.6N，物体A上升高度h为0.1m，测力计移动距离s为0.2m，则动滑轮的机械效率为　　　　　　。 【练 7】 某人用如图所示的滑轮组匀速提升500N的重物，所用的拉力F为150N，绳子自由端被拉下2m在此过程中，（不计摩擦和绳重）求： （1）拉力F所做的功； （2）求有用功； （3）滑轮组的机械效率； （4）动滑轮的总重； （5）若提升重为900N的物体，求拉力大小． 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $