資源簡介

11.5 機械效率
姓名：_________________ 日期：_____月______日 等第___________
【知識講解】
一、機械效率
1、有用功：為實現一定的目的而必須做的功，叫做有用功，用符號W有用表示。
2、額外功：在做功的過程中，不需要但又不得不做的功，稱之為額外功，用符號W額外表示。
3總功：在做功的過程中，簡單機械整個系統消耗的能量，等于有用功與額外功之和，用符號W總表示。W總=W有用+W額外
4、機械效率：在物理學中，將有用功與總功的比值，叫做機械效率，用符號η表示（η讀作yita）。機械效率=有用功/總功x100%，用字母表示：η=W有用/W總x100%
注意：機械效率是反映機械性能優劣的重要標志之一。使用任何機械都不可避免要做額外功，因而有用功只占總功的一部分，故機械效率總小于1。有用功所占比例越大，機械對總功的利用率就越高，機械的性能就越好。機械效率的高低與使用機械是省力還是費力無關。物理中，用機械效率來表示機械對總功的利用率。
5、注意事項
理解機械效率等于有用功與總功之比。對于這一個知識點，應該注意以下幾點：
（1）會判斷有用功、額外功和總功
知道我們需要的功叫有用功；在工作時，額外負擔而不得不做的功叫額外功；總功是有用功與額外功之和。一般情況下，我們根據做功的目的來區分這三種功。
（2）知道增大機械效率的方法　　
根據公式機械效率=有用功/總功x100%可知：
①如果有用功不變，我們可以通過減小額外功來增大機械效率。例如：我們用輕便的塑料桶打水，而不用很重的鐵桶打水，就是運用這個道理；
②如果額外功不變，我們可以通過增大有用功來提高機械效率。例如：在研究滑輪組的機械效率時，我們會發現同一個滑輪組，提起的重物越重，機械效率越高，就是這個道理。
典型例題：關于功、功率和機械效率，下列說法正確的是（　　）
A．通過改進機械的性能可以使機械效率達到100% B．做功多的機械，功率一定大
C．功率大的機械，做功一定快 D．做功快的機械，機械效率一定高
二、測量滑輪組機械效率
1、實驗原理：η=W有用/W總=Gh/Fs
2、實驗器材：滑輪組、鉤碼、彈簧測力計、刻度尺
3、實驗步驟
①用彈簧測力計測量鉤碼所受重力G并填入表格；
②按下圖所示安裝滑輪組，分別記下鉤碼和繩端的位置；
③豎直向上勻速拉動彈簧測力計，使鉤碼升高，讀出拉力F的值，用刻度尺測出鉤碼上升的高度h和繩端移動的距離s，將這三個量填入表格；
④按下圖所示安裝滑輪組，分別記下鉤碼和繩端的位置并重復步驟③；
⑤改變鉤碼的數量，重復步驟①和③；
⑥算出有用功、總功、機械效率并填入表格。
4、實驗結論
同一滑輪組，物重越大，機械效率越高；
物重相同時，動滑輪越重，機械效率越低。
5、通過上面的實驗可知，物重和動滑輪重力會影響滑輪組機械效率。由于繩重和摩擦力的存在，拉力也會克服繩重及摩擦力做功。故影響滑輪組機械效率的因素有：物重、動滑輪重、繩重及摩擦。
6、滑輪組機械效率的簡單計算
在不計摩擦及繩重的情況下，W額外=G動h，故，滑輪組機械效率為
η=W有用/W總=W有用/（W有用+W額外）=Gh/（Gh+G動h）=G/（G+G動）
因此，增加物重G、減小動滑輪重G動（使用輕質動滑輪）可以提高滑輪組機械效率。
減小繩重（使用輕質繩）及摩擦阻力（輪與軸之間加潤滑油）也可以提高滑輪組機械效率。
典型例題：如圖所示為“測滑輪組機械效率”的實驗。在彈簧測力
計拉力作用下，重6N的物體2s內勻速上升0.1m，彈簧測力計示數
如圖示（不計繩重與摩擦）。下列說法錯誤的是（　　）
A．彈簧測力計的拉力是2.4N
B．物體上升的速度為0.05m/s
C．彈簧測力計拉力的功率為0.12W
D．滑輪組的機械效率約83.3%
【鞏固練習】
1、以下分別是4個機械做功情況記錄，其中機械效率最高的是（ ）
A.總功是100 J，額外功是20 J B.有用功是100 J，額外功是20 J
C.總功是1000 J，有用功是800 J D.有用功是1000 J，額外功是1000 J
2、將一動滑輪改為定滑輪使用時，與使用該動滑輪比較，在相等時間內把同一物體勻速提高到同一高度，一定（ ）
A.提高了機械效率 B.節省了力 C.提高了功率 D.改變了動力的方向
3、如圖所示，用100 N的拉力沿一斜面向上拉重為400 N的物體，剛好可使其沿斜面勻速上滑.如果此斜面的機械效率為80%，則斜面的高與長之比為（ ）
A.4∶1 B.5∶1 C.1∶5 D.以上都不對
4、如圖所示，用同一滑輪組分別將物體A和物體B勻速提升相同的高度。與提升B相比，提升A的過程滑輪組的機械效率較大。若不計繩重與摩擦的影響，則提升A的過程（　　）
A．額外功較小 B．額外功較大 C．總功較小 D．總功較大
5、如圖所示，用力F通過滑輪組提高重物.下述幾種方法中能夠提高機械效率的是（　　）
A.改變繩子的纏繞方法 B.增加重物提升高度 C.減少重物提升高度 D.增加重物質量
6、關于機械效率，下列說法中正確的是（　　）
A.機械效率越大，表示機械做功越多 B.功率越小的機械，機械效率一定越低
C.機械效率越高，一定越省力 D.無論機械效率高低，機械都不能省功
7、體重是400 N的同學用重10 N的水桶，提起重為100 N的水沿樓梯送到5 m高的宿舍里使用，完成這一次提水，做有用功和額外功分別是（　　）
A.500 J、50 J B.500 J、2050 J C.550 J、2000 J D.2500 J、50 J
8、工人用如圖所示的動滑輪，將重1000N的物體在5s內勻速豎直提升了1m，人對繩自由端的拉力F為600N，不計繩重和摩擦。以下結論正確的是（　　）
A．動滑輪的有用功為600J B．動滑輪的重力為400N
C．滑輪的機械效率為83.3% D．拉力F的功率為120W
9、如圖所示，用滑輪組提升重物時，重400N的物體在10s內勻速上升了1m。已知拉繩子的力F為250N，則提升重物的過程中（　　）
A．做的總功是400J B．拉力F的功率是25W
C．繩子自由端被拉下1m D．滑輪組的機械效率是80%
10、某實驗小組分別用如圖所示的甲、乙兩個滑輪組（每個滑輪等重），在相同時間內把重物G提升相同高度，F1和F2大小相等，不計繩重及摩擦，下列說法正確的是（　　）
A．力F1和F2做功的功率相同 B．力F1和F2做的總功相同
C．乙滑輪組更省力，兩個滑輪組機械效率一樣大 D．甲滑輪組的機械效率比乙滑輪組高
11、分別用杠桿、動滑輪和滑輪組將同一物體提升到相同的高度，做的有用功（　　）
A.杠桿最多 B.動滑輪最多 C.滑輪組最多 D.一樣多
12、下列有關機械效率的說法中，正確的是（　　）
A.機械做的有用功占總功的比例越大，機械效率越高 B.機械做的有用功越多，機械效率越高
C.機械效率越高越省力 D.機械的功率越大，機械效率越高
13、某同學用實驗的方法測定動滑輪的機械效率，得到以下幾個答案，其中有可能的是（　　）
A.0.75% B.75% C.100% D.101.5%
14、如圖所示，規格完全相同的滑輪，用相同的繩子繞成甲、乙兩個滑輪組，
分別提起重為G1和G2的兩個物體，不計摩擦，比較它們的省力情況和機械效
率，下列說法正確的是（　　）
A.若G1=G2，則F1＜F2，甲的機械效率高
B.若G1=G2，則F1＞F2，乙的機械效率高
C.若G1＜G2，則F1＜F2，甲、乙的機械效率相同
D.若G1＜G2，則F1＜F2，乙的機械效率高
15、用一個動滑輪把重為200 N的砂子在4 s內提到6 m高的腳手架上，所用的拉力F=120 N，那么做的有用功是 ，拉力的功率是 ，機械效率是 .
16、利用斜面把重物勻速推上汽車，如果斜面的長與高之比為10∶3，物重為500 N，不計摩擦，推力應為 N.如果實際推力為250 N，則斜面的機械效率為 .
17、用質量為1.0 kg的鐵桶從井中打水，井中水面到井口距離為3 m，裝滿水后桶和水總質量為11.0 kg，則提起一桶水的過程中，人至少做了_______J的功，這次利用水桶提水的機械效率是_______.
18、建筑工人用滑輪組把一摞磚勻速拉到3 m高的樓上，共做功1.2×104 J，這摞磚重_______N，如果滑輪組的機械效率是80%，用500 N的力把磚拉上去，繩子要拉下_______m.
19、利用如圖所示的滑輪組來拉動汽車，已知汽車與地面間的摩擦力是4.08×103 N，將汽車移動1 m，拉力做的總功是4800 J，試求此時滑輪組的機械效率.
參考答案：
1、B；2、D；3、C；4、D；5、D；6、D；7、B；8、C；
9、D；10、D；11、D；12、A；13、B；14、D；
15、1200 J；360 W；83.3%； 16、150；60%；
17、323.4；90.9%； 18、4000；30； 19、85%；11.5 機械效率
姓名：_________________ 日期：_____月______日 等第___________
【知識講解】
一、機械效率
1、有用功：為實現一定的目的而必須做的功，叫做有用功，用符號W有用表示。
2、額外功：在做功的過程中，不需要但又不得不做的功，稱之為額外功，用符號W額外表示。
3總功：在做功的過程中，簡單機械整個系統消耗的能量，等于有用功與額外功之和，用符號W總表示。W總=W有用+W額外
4、機械效率：在物理學中，將有用功與總功的比值，叫做機械效率，用符號η表示（η讀作yita）。機械效率=有用功/總功x100%，用字母表示：η=W有用/W總x100%
注意：機械效率是反映機械性能優劣的重要標志之一。使用任何機械都不可避免要做額外功，因而有用功只占總功的一部分，故機械效率總小于1。有用功所占比例越大，機械對總功的利用率就越高，機械的性能就越好。機械效率的高低與使用機械是省力還是費力無關。物理中，用機械效率來表示機械對總功的利用率。
5、注意事項
理解機械效率等于有用功與總功之比。對于這一個知識點，應該注意以下幾點：
（1）會判斷有用功、額外功和總功
知道我們需要的功叫有用功；在工作時，額外負擔而不得不做的功叫額外功；總功是有用功與額外功之和。一般情況下，我們根據做功的目的來區分這三種功。
（2）知道增大機械效率的方法　　
根據公式機械效率=有用功/總功x100%可知：
①如果有用功不變，我們可以通過減小額外功來增大機械效率。例如：我們用輕便的塑料桶打水，而不用很重的鐵桶打水，就是運用這個道理；
②如果額外功不變，我們可以通過增大有用功來提高機械效率。例如：在研究滑輪組的機械效率時，我們會發現同一個滑輪組，提起的重物越重，機械效率越高，就是這個道理。
典型例題：關于功、功率和機械效率，下列說法正確的是（　　）
A．通過改進機械的性能可以使機械效率達到100% B．做功多的機械，功率一定大
C．功率大的機械，做功一定快 D．做功快的機械，機械效率一定高
【分析】（1）機械效率反映了機械的性能優劣，是有用功與總功的比值，與做功快慢沒有關系；使用任何機械不可避免地做額外功，所以機械效率一定小于100%；
（2）功率是描述物體做功快慢的物理量，它等于單位時間內所做的功，功率大則做功快。
【解答】解：A、使用任何機械都要做額外功，所以總功一定大于有用功，即有用功與總功的比值一定小于1，也就是機械效率小于100%．故A錯誤；
B、功率是做功多少與所用時間的比值。做功多，時間不確定，功率大小不能確定。故B錯誤；
C、功率反映做功的快慢，功率大則做功快，功率小，則做功慢。故C正確；
D、機械效率與做功快慢沒有關系。故D錯誤。故選：C。
【點評】正確理解功率和機械效率的概念是解決此題的關鍵；還要充分考慮選項中的條件，必要時可運用公式分析。
二、測量滑輪組機械效率
1、實驗原理：η=W有用/W總=Gh/Fs
2、實驗器材：滑輪組、鉤碼、彈簧測力計、刻度尺
3、實驗步驟
①用彈簧測力計測量鉤碼所受重力G并填入表格；
②按下圖所示安裝滑輪組，分別記下鉤碼和繩端的位置；
③豎直向上勻速拉動彈簧測力計，使鉤碼升高，讀出拉力F的值，用刻度尺測出鉤碼上升的高度h和繩端移動的距離s，將這三個量填入表格；
④按下圖所示安裝滑輪組，分別記下鉤碼和繩端的位置并重復步驟③；
⑤改變鉤碼的數量，重復步驟①和③；
⑥算出有用功、總功、機械效率并填入表格。
4、實驗結論
同一滑輪組，物重越大，機械效率越高；
物重相同時，動滑輪越重，機械效率越低。
5、通過上面的實驗可知，物重和動滑輪重力會影響滑輪組機械效率。由于繩重和摩擦力的存在，拉力也會克服繩重及摩擦力做功。故影響滑輪組機械效率的因素有：物重、動滑輪重、繩重及摩擦。
6、滑輪組機械效率的簡單計算
在不計摩擦及繩重的情況下，W額外=G動h，故，滑輪組機械效率為
η=W有用/W總=W有用/（W有用+W額外）=Gh/（Gh+G動h）=G/（G+G動）
因此，增加物重G、減小動滑輪重G動（使用輕質動滑輪）可以提高滑輪組機械效率。
減小繩重（使用輕質繩）及摩擦阻力（輪與軸之間加潤滑油）也可以提高滑輪組機械效率。
典型例題：如圖所示為“測滑輪組機械效率”的實驗。在彈簧測力計拉力作用下，重6N的物體2s內勻速上升0.1m，彈簧測力計示數如圖示（不計繩重與摩擦）。下列說法錯誤的是（　　）
A．彈簧測力計的拉力是2.4N
B．物體上升的速度為0.05m/s
C．彈簧測力計拉力的功率為0.12W
D．滑輪組的機械效率約83.3%
【分析】
（1）先確定彈簧測力計的分度值，再根據指針位置讀數；
（2）利用速度公式求物體上升速度；
（3）由圖知，n=3，重物上升h，則拉力端移動的距離s=3h，利用
W總=Fs求出拉力做的功；利用P=W/t求拉力做功功率；
（4）知道物體重，利用W=Gh求出有用功，滑輪組的機械效率等于有用功與總功之比。
【解答】解：A、由圖可知，彈簧測力計的分度值為0.2N，彈簧測力計的示數為2.4N，故A正確；B、物體上升速度v=s/t=0.1m/2s=0.05m/s，故B正確；C、由圖知，n=3，拉力端移動距離s=3h=3×0.1m=0.3m，拉力做功W總=Fs=2.4N×0.3m=0.72J，拉力做功的功率：P=W總/t=0.72J/2s=0.36W，故C錯誤；D、有用功W有用=Gh=6N×0.1m=0.6J；滑輪組的機械效率：η=W有用/W總=0.6J/0.72J×100%≈83.3%，故D正確。故選：C。
【點評】滑輪組做的有用功是提升物體重力做的功，額外功是克服動滑輪重力和繩子重力及摩擦做的功，總功是拉力做的功，機械效率等于有用功和總功的比值。
【鞏固練習】
1、以下分別是4個機械做功情況記錄，其中機械效率最高的是（ ）
A.總功是100 J，額外功是20 J B.有用功是100 J，額外功是20 J
C.總功是1000 J，有用功是800 J D.有用功是1000 J，額外功是1000 J
2、將一動滑輪改為定滑輪使用時，與使用該動滑輪比較，在相等時間內把同一物體勻速提高到同一高度，一定（ ）
A.提高了機械效率 B.節省了力 C.提高了功率 D.改變了動力的方向
3、如圖所示，用100 N的拉力沿一斜面向上拉重為400 N的物體，剛好可使其沿斜面勻速上滑.如果此斜面的機械效率為80%，則斜面的高與長之比為（ ）
A.4∶1 B.5∶1 C.1∶5 D.以上都不對
4、如圖所示，用同一滑輪組分別將物體A和物體B勻速提升相同的高度。與提升B相比，提升A的過程滑輪組的機械效率較大。若不計繩重與摩擦的影響，則提升A的過程（　　）
A．額外功較小 B．額外功較大 C．總功較小 D．總功較大
5、如圖所示，用力F通過滑輪組提高重物.下述幾種方法中能夠提高機械效率的是（　　）
A.改變繩子的纏繞方法 B.增加重物提升高度 C.減少重物提升高度 D.增加重物質量
6、關于機械效率，下列說法中正確的是（　　）
A.機械效率越大，表示機械做功越多 B.功率越小的機械，機械效率一定越低
C.機械效率越高，一定越省力 D.無論機械效率高低，機械都不能省功
7、體重是400 N的同學用重10 N的水桶，提起重為100 N的水沿樓梯送到5 m高的宿舍里使用，完成這一次提水，做有用功和額外功分別是（　　）
A.500 J、50 J B.500 J、2050 J C.550 J、2000 J D.2500 J、50 J
8、工人用如圖所示的動滑輪，將重1000N的物體在5s內勻速豎直提升了1m，人對繩自由端的拉力F為600N，不計繩重和摩擦。以下結論正確的是（　　）
A．動滑輪的有用功為600J B．動滑輪的重力為400N
C．滑輪的機械效率為83.3% D．拉力F的功率為120W
9、如圖所示，用滑輪組提升重物時，重400N的物體在10s內勻速上升了1m。已知拉繩子的力F為250N，則提升重物的過程中（　　）
A．做的總功是400J B．拉力F的功率是25W
C．繩子自由端被拉下1m D．滑輪組的機械效率是80%
10、某實驗小組分別用如圖所示的甲、乙兩個滑輪組（每個滑輪等重），在相同時間內把重物G提升相同高度，F1和F2大小相等，不計繩重及摩擦，下列說法正確的是（　　）
A．力F1和F2做功的功率相同 B．力F1和F2做的總功相同
C．乙滑輪組更省力，兩個滑輪組機械效率一樣大 D．甲滑輪組的機械效率比乙滑輪組高
11、分別用杠桿、動滑輪和滑輪組將同一物體提升到相同的高度，做的有用功（　　）
A.杠桿最多 B.動滑輪最多 C.滑輪組最多 D.一樣多
12、下列有關機械效率的說法中，正確的是（　　）
A.機械做的有用功占總功的比例越大，機械效率越高 B.機械做的有用功越多，機械效率越高
C.機械效率越高越省力 D.機械的功率越大，機械效率越高
13、某同學用實驗的方法測定動滑輪的機械效率，得到以下幾個答案，其中有可能的是（　　）
A.0.75% B.75% C.100% D.101.5%
14、如圖所示，規格完全相同的滑輪，用相同的繩子繞成甲、乙兩個滑輪組，
分別提起重為G1和G2的兩個物體，不計摩擦，比較它們的省力情況和機械效
率，下列說法正確的是（　　）
A.若G1=G2，則F1＜F2，甲的機械效率高
B.若G1=G2，則F1＞F2，乙的機械效率高
C.若G1＜G2，則F1＜F2，甲、乙的機械效率相同
D.若G1＜G2，則F1＜F2，乙的機械效率高
15、用一個動滑輪把重為200 N的砂子在4 s內提到6 m高的腳手架上，所用的拉力F=120 N，那么做的有用功是 ，拉力的功率是 ，機械效率是 .
16、利用斜面把重物勻速推上汽車，如果斜面的長與高之比為10∶3，物重為500 N，不計摩擦，推力應為 N.如果實際推力為250 N，則斜面的機械效率為 .
17、用質量為1.0 kg的鐵桶從井中打水，井中水面到井口距離為3 m，裝滿水后桶和水總質量為11.0 kg，則提起一桶水的過程中，人至少做了_______J的功，這次利用水桶提水的機械效率是_______.
18、建筑工人用滑輪組把一摞磚勻速拉到3 m高的樓上，共做功1.2×104 J，這摞磚重_______N，如果滑輪組的機械效率是80%，用500 N的力把磚拉上去，繩子要拉下_______m.
19、利用如圖所示的滑輪組來拉動汽車，已知汽車與地面間的摩擦力是4.08×103 N，將汽車移動1 m，拉力做的總功是4800 J，試求此時滑輪組的機械效率.
參考答案：
1、B；2、D；3、C；4、D；5、D；6、D；7、B；8、C；
9、D；10、D；11、D；12、A；13、B；14、D；
15、1200 J；360 W；83.3%； 16、150；60%；
17、323.4；90.9%； 18、4000；30； 19、85%；

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