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問題38. 如何計算機械效率？
◇學生提問
（不計繩重和摩擦）小明用如圖所示的滑輪組將一個重為120N的物體勻速提升2m，所用的拉力為50N，此時拉力所做的功為W，滑輪組的機械效率為；若不計繩重和摩擦仍用該滑輪組提升一個重為I70N的物體，此時滑輪組的機械效率為，則W、、分別是（　）
A.240J　80％　85％　　　　B.300J　80％　85％
C.300J　80％　80％　　　　D.240J　75％　80％
老師，機械效率是不是功率？怎樣計算機械效率呢？
◇問題探究
有用功、額外功、總功（重要性：★★★★）
老師：機械效率是功率是截然不同的兩個物理量，要正確認識機械效率，我們先來全面認識機械功吧。
如圖甲所示，直接用彈簧測力計勻速提升重物，拉力要對重物做功；如圖乙所示，拉動繩子使動滑輪上升時，拉力在對重物做功的同時也要對滑輪做功，同時還要克服動滑輪軸上的摩擦做功。
你分析一下圖乙：哪些功是有用的，必須做的？哪部分功是沒用的，但又不得不做的？
學生：動滑輪對重物所做的功是有用的，是必須做的；提升動滑輪做的功和克服摩擦力做的功是沒用的，不得不做。
老師：實際拉力做的功與這兩部分功存在什么關系？
學生：實際拉力做的功應該等于這兩部分功之和。
老師：對，我們可以把這三個功分別叫做有用功、額外功和總功。你能給它們歸歸類嗎？
學生：我認為：在使用機械時，對物體做的功對我們有用，這部分功就是有用功；對動滑輪和克服摩擦做的功對我們無用但又不得不做，就是額外功；我們所做的全部的功，也就是有用功與額外功之和叫做總功。
老師：好，你能求出長沙中考題目中拉力所做的功了嗎？
學生：沒問題！
（1）因為有3段繩子吊著物體，提升重120N的物體時拉力做的是總功
老師，我還能求出這時拉力做的有用功呢！
（2）提升重170N的物體時，拉力的大小
拉力做的是總功，暈，不知道重物上升的高度以及繩子移動的距離，我求不上來了！
老師：別急，你的學習效率還是非常高的！你先想想另一個問題吧，有用功在總功中所占的比例越大越好，還是越小越好？
機械效率是有用功與總功的比值（重要性：★★★★）
學生：當然是比例越大了越好！就象上了一節課一樣，收獲的有用知識越多，學習效率就越高！
哦，我明白了，與我們的學習效率類似，機械效率就是表示機械的工作效率吧？
老師：是的，你類比的很好！機械效率就是有用功與總功的比值！如果用表示機械效率，你能寫出機械效率的計算公式嗎？
學生：機械效率的計算公式就是
老師，有用功的單位是J，總功的單位也是J，那機械效率這個物理量很特殊，沒有單位吧？
老師：對，你對機械效率還有什么認識？
學生：既然有用功是總功的一部分，機械效率的大小應該小于1。
老師：對，由于機械效率總小于1，用小數表示比較起來有時不方便，所以常常把機械效率用百分數表示。
那你再看看你剛才求解的問題，題目要你計算第二次的有用功與總功了嗎？
學生：沒有，只是讓求出兩次的機械效率，我試試吧。
（1）提升重120N的物體時，
（2）提升重170N的物體時，
所以選項B正確
◇學生筆記
機械效率表示做功的有用程度，它沒有單位，總小于1，用百分數表示；
機械效率可用公式計算；
滑輪組的機械效率可用推導公式計算
◇要點訓練
1.如圖所示，在唐家山堰塞湖搶險中，俄羅斯“米-26”直升機在2min內把12t的推土機勻速提高1000m（注：吊繩長度不變）。己知直升機的質量是推土機的5倍，請解答下列問題：
（1）若直升機三個著地輪的總觸地面積是l.2m2，則直升機停在地面（螺旋槳未轉動）時對地面的壓強有多大？
（2）試畫出直升機吊著推土機勻速上升時，直升機的受力示意圖（作圖時用小方塊代表直升機），并求出升力的大小是多少？
（3）上述過程中，升力提升推土機做功的機械效率是多少？
　　　
解：（1）直升機的重力
直升機停在地面時對地面的壓強
（2）受力示意圖答案如圖所示
推土機的重力
勻速上升時，升力等于總重力
（3）升力提升推土機做功的機械效率
解析：（1）直升機停在地面時對地面的壓強可利用公式計算，而地面受到的壓力大小等于直升機的重力；（2）直升機吊著推土機勻速上升，整體處于平衡狀態，即升力與直升機和推土機的總重力相等；但就直升機而言，升力要比直升機本身的重力大，所以畫受力示意圖時，升力應畫得長些；（3）升力提升推土機做功的機械效率可利用公式求解。
2.如圖所示是小明測量杠桿機械效率的實驗情景(杠桿的重力忽略不計)
(1)請在表中把相關的數據填寫完整
物體重
G／N
物體上升的
高度h／cm
彈簧測力計
的示數F／N
彈簧測力計移動
的豎直距離S／cm
有用功
W有／J
總功
W總／J
機械效率
η／％
4
30
(2)為提高本實驗中杠桿的機械效率，請提—條合理的建議：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。
答案：（1）15　2.4　0.6　0.72　85.7　　（2）選擇支點靈活的杠桿
解析：（1）物體上升的高度應以物體的上端為參照物讀數；讀彈簧測力計的示數時一定要注意彈簧測力計是倒著用的，且分度值是0.2N；有用功的計算利用公式、總功的計算利用公式、機械效率則為。
（2）提高杠桿的機械效率，可以從減小杠桿重力及減小摩擦力的角度回答。

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