第十二章第3节机械效率

机械效率
【教学目标】 1、通过探究动滑轮，知道有用功、总功、额外功及它们之间的关系。

2、理解机械效率的概念。

知道机械效率的计算公式，会计算简单机械的机械
效率。

3、知道机械效率的物理意义，知道机械效率不可能是100%。

4、能设计实验，测定某种简单机械的机械效率。

5、知道提高机械效率的实际意义和方法。

【教学重点】理解机械效率的概念。

知道机械效率的计算公式，会计算简单机械的机械效率。

【教学难点】测定动滑轮的机械效率。

知道提高机械效率的方法。

【实验器材】多媒体材料、（动滑轮、钩码、直尺、弹簧测力计 30套）
【教学方法】实验、探究、讨论、归纳
=
例1：用如图所示的滑轮组提起重100N 的物体，提高了3m ，拉力F 是60N ，那么该滑轮组做有用功是多少？总功是多少？机械效率是多少？额外功是多少？
[分析与解答] 使用滑轮组的目的是提升物体，所以滑轮组将重为100N 的物体提高了3m 所做功的功为有用功。

作用在绳子自由端拉力做的功为总功。

已知拉力大小为60N ，自由端移动的距离s=2h=2×3m=6m ，1003300W Gh N m J ==⨯=有用，
6032360W Fs N m J
==⨯⨯=总，
300100%100%83.3%360W J
W J
η=
⨯=
⨯≈有用总。

由 W W W =+总有用额外可得：36030060W W W J J J =-=-=总额外有用。

例2：如图所示，物体G=30N ，在水平向右拉力F 的作用下，以10cm/s 的速度在水平面上作匀速运动。

已知拉力F=6N ，滑轮组在使用时机械效率为80%，则物体受到水平地面的摩擦力大小及5s 内拉力F 所做功的大小各为多少？
[分析与解答]从题意分析，克服地面摩擦力所做的功为有用功，与物体的重力无关，
即W f s =⋅有用；绳自由端拉力F 所做的功为总功，因动滑轮上有三段绳子，故3W F s =⋅总。

由33W fs f
W Fs F
η=
=
=
有用总
，得330.8614.4f F N N η==⨯⨯=， 33630.1/59W F s F vt N m s s J =⋅=⋅=⨯⨯⨯=总。

例3：当打水的水桶不小心落入井里后，要设法将水桶打捞出水井，在打捞起水桶的同时，水桶中剩余的水也被提起。

在这过程中，下列说法正确的是（ ）
A 、水被提高过程所做的功为有用功
B 、水桶和桶内的水被提高过程所做的功为有用功
C 、水桶被提高过程所做的功为有用功
D 、以上三种说法都不正确
[分析与解答]本题所述情景是水桶落到井内，需将水桶捞出来的过程，并不是通常讲的打水。

因此将水桶提高所做的功为有用功，而捞起水桶的同时，也将水桶内的水向上提起，这不是目的，因此是额外功，水桶及水桶内剩余水在同时被提高过程中所做的功是人实际做的功，即总功。

所以，应选C 。

例4：完全相同的滑轮，用细绳组装成如图所示的甲、乙两个滑轮组，不计摩擦，比较两个滑轮组工作时的省力情况和机械效率正确的是（ ）
A 、甲较省力，甲的机械效率高
B 、乙较省力，乙的机械效率高
C 、甲较省力，甲、乙机械效率一样高
D 、甲较省力、乙的机械效率高
[分析与解答]两个滑轮组的省力情况，通过观察滑轮组中的动滑轮由N 段绳子提着，很容易作出判断。

它们机械效率的高低，通过以下也可以比较出。

如图所示，甲中的动滑轮由三段绳子提着，乙中的滑轮由两段绳子提着，所以甲滑轮更省力。

设：每个钩码重为G ，每个滑轮重为G 滑轮，钩码被提高的高度为h ，绳子的自由端移动的距离分别为1S 和2S 。

拉力()113F G G =+滑轮，拉力()21
22
F G G =+滑轮。

甲滑轮组：1113W Gh Gh G
W F s F h G G η=
=
==
+甲有用甲甲总
滑轮。

乙滑轮组：222221222W Gh Gh G W F s F h G G
η=
=
==⋅+乙有用乙乙总
滑轮。

1
2G G G G +>+ 滑轮滑轮，
ηη∴乙甲<。

本题选D 。

例5：下表是某学生做“测定滑轮组机械效率”实验时的记录数据。

从表格中已填数据回答以下问题（每个滑轮重相等）：
⑴滑轮组都是按最简单的情况组装，在表格中填出其滑轮组组装情况（写明滑轮组由几动，几定组成）。

⑵填写各次实验时的机械效率于表格中。

⑶比较第1、2两次与第3、4两次的实验情况，你能得出的结论是____________________ ________________________________________。

⑷比较第1、3两次与第2、4两次实验情况，你能得出的结论是___________________ ________________________________________。

[分析与解答]拉力与重力的关系不能判定动滑轮上的绳子股数，要从移动距离上去判断。

在确定动滑轮上拉绳段数后，再确定动滑轮个数及与之相配的定滑轮个数。

机械效率的计算依据：W Gh
W Fs
η=
=
有用总
关系。

在分析数据时应注意各次实验中什么条件相同，什么条件不同，会有什么结论。

⑴从第1、2次移动距离得s=3h ，即动滑轮上有三段绳子，因此其最简单的组装应为“一动，一定”；从第3、4次得s=4h ，即动滑轮上有4段绳子，因此其最简单的滑轮组应为“二动，一定”。

⑵1111120.1100%100%66.7%10.3G h N m
F s N m
η⨯=
⨯=⨯=⨯，
22222 3.50.2100%100%77.8%1.50.6G h N m
F s N m η⨯=
⨯=⨯=⨯， 3333320.1100%100%50.0%10.4G h N m
F s N m η⨯=⨯=⨯=⨯， 44444 3.50.05100%100%62.5%1.40.2
G h N m
F s N m
η⨯=
⨯=⨯=⨯。

⑶第1、2两次与第3、4两次使用同一个滑轮组，但提升重物不同。

因此得出结论是：相同滑轮组，提升重物重力越大，其机械效率越高。

⑷第1、3两次或第2、4两次提升重物重力相同，但使用滑轮组不同。

因此昨出结论是：提升相同重物时，滑轮组中动滑轮越重，其机械效率越低。