八年级物理简单机械第三节机械效率最全笔记

机械效率知识点一、有用功和额外功1、使用机械做功与不使用机械直接做功是否相同提出问题：不使用机械直接提升物体做的功，与使用机械提升物体时做的功相同吗？制定计划与设计实验：参照图所示的方法进行实验。

①用弹簧测力计将钩码缓慢的提升一定的高度，如图甲所示，计算拉力所做的功。

②用弹簧测力计并借助一个动滑轮将同样的钩码缓慢的提升相同的高度，如图乙所示，再次计算拉力所做的功。

比较弹簧测力计拉力两次所做的功，你能发现什么？找出原因。

实验器材：弹簧测力计、钩码两个、滑轮两个、细绳一条、铁架台实验过程：①用弹簧测力计直接将重为4N的钩码匀速提升0.5m，记下弹簧测力计的示数F1,和钩码升高的高度h1。

①用弹簧测力计并借助一个动滑轮将重4N的钩码匀速提升0.5m，记下弹簧测力计的示数F2，和绳子自由端在F2方向上移动的距离。

实验验证：①直接用弹簧测力计将钩码提升0.5m，拉力F1111。

①用弹簧测力计借助一个动滑轮将钩码提升0.5m，拉力F2所做的功W2=F2s2=3N×1m=3J。

①W2＞W1，表明借助动滑轮的弹簧测力计的拉力做功多一些，做功多的原因是机械本身的自重以及摩擦等因素的影响。

实验结论：①用滑轮提起重物时，将重物提升一定高度所做的功，叫做有用功，用W有表示，若重物的重力为G，提升的高度为h，则W有=Gh。

有用功是为了达到某一目的而必须做的功。

①使用滑轮组提升钩码，我们还不得不克服动滑轮本身所受的重力及摩擦力等因素的影响而多做一些功，这部分功叫做额外功，用W额表示。

额外功是对人们没有用但又不得不做的功。

①有用功与额外功之和是总共做的功，叫做总功，用W总表示，W总=W有+W额。

总功指拉力做的功，即动力做的功，即W总=Fs。

①总功、有用功、额外功的单位都是焦耳（J）。

2、有用功和总功的区别一般来说，动力对机械做的功为总功，机械对物体做的功为有用功。

有用功可理解为一种“目的”功。

在用动滑轮或滑轮组提升重物时，使用机械的目的是提升重物，那么克服重物的重力做的功是有用功，即W 有=Gh ；用滑轮组拉动重物在水平面上匀速移动时，使用机械的目的是水平移动重物，那么克服物体与水平面间的摩擦力做的功是有用功，即W 有=F 摩s 。

知识点二、机械效率1、机械效率：使用机械做功，不可避免地存在摩擦等，因此额外功是不可避免的。

例如：在建筑工地上，起重机将装满砖的小车吊到楼顶，在这一过程中，目的是将砖运到楼顶，所以吊起砖所做的功是有用功，但同时不得不把小车提起来，提起小车所做的功是额外功。

额外功使我们不需要的，他白白浪费能量，因此应尽量减小它。

使用不同的机械提起物体时，我们希望做的额外功越少越好，即额外功在总功中所占的比例越少越好，或者说，有用功与总功越接近越好。

不同机械在这方面的差别，通常用有用功在总功中占的百分比来表示，叫做机械效率。

即有用功跟总功的比值叫做机械效率。

公式总有W W =η。

注意：①机械效率是有用功与总功之比，它只有大小，没有单位。

①由于额外功总是存在的，所以有用功总小于总功，机械效率总是小于1。

①机械效率是标志机械做工性能好坏的物理量，有用功占总功的比例越大，机械效率越高，这个机械的性能越好。

①机械效率的高低与是够省力、滑轮组绳子的绕法、物体提升的高度无关。

它是由有用功和总功这两个因素共同决定的，当额外功一定时，有用功越大，机械效率越高。

①机械效率不是固定不变的。

机械效率反映的是机械在某次做功的过程中有用功跟总功的比值，同一机械在不同做功的过程中，机械效率往往会不同。

例如：用同一滑轮组提升重力不同的物体时，机械效率是不同的，提升的重物越重，机械效率越高，提升的重物越轻，机械效率越低。

2、机械效率由有用功和总功两个因素决定，分析机械效率高低时不能只考虑一个因素。

当总功一定时，机械所作的有用功越多，或额外功越少，机械效率就越高。

当有用功一定时，机械所做的总功越少，或额外功越少，机械效率就越高。

当额外功一定时，机械所做的做功越多，有用功在总功中所占的比例就越大，机械效率就越高。

3、提高机械效率的方法尽量减少额外功，采取减轻机械本身的质量和加润滑油减小摩擦的办法。

当额外功一定时，在机械能承受的范围内增加所做的有用功（如使用滑轮组提升物体时，在绳子能承受拉力的范围内，尽可能增加每次提起的重物质量），充分发挥机械的作用。

知识点三、机械效率的计算1、机械效率表达式为总有W W =η，对于三种简单机械的机械效率的计算总结如下：FsGh W W ==总有η 其中G 为被提升重物的重力；h 为重物升高的高度；F 为动力；s 为动力作用点移动的距离①nFG Fs Gh W W ===总有η①不急绳重及摩擦 动动G G Gh G Gh Gh +=+=η其中G 为物重；G 动为动滑轮的重力；h 为重物上升的高度；s 为绳自由端移动的距离；n 为承担重物的绳子的段数nFF Fs s F W W f f ===绳物总有η其中F f 为物体与水平面间的摩擦力；F 为拉力；s物为物体移动的距离；s绳为绳子自由端移动的距离；n 为承担摩擦力的绳子的段数①FlGh W W ==总有η ①lF Gh Gh f +=η其中G 为物重；h 为斜面高度；l 为斜面长度；F 为拉力；F f 为摩擦力①总功的计算方法a.定义公式法：W 总=Fs 。

总功等于有用功和额外功之和，即W 总=W 有+W 额。

b.导出公式法：由总有W W =η的：W 有=W 总η，而W 总=W 有+W 额=W 总η+W 额，即W 总-W 总η=W 额，η-1额总W W =；或由总有W W =η得：η有总WW = ①有用功的计算方法： a.定义公式法：W 有=Gh 。

（G 为使用机械所提升的重物的重力） b.导出公式法：W 有=W 总-W 额或W 有=W 总η。

①额外功的计算方法：a.定义公式法：W 额=G’h （G’为机械自身的重力，不计绳重与摩擦）b.导出公式法：W 额=W 总-W 有或W 额=W 总-W 有=W 总-W 有η=W 总（1-η）注意：1）公式有一定的使用条件。

①①定义公式法中G 、G’分别为用机械提升重物时重物的重力和机械自身的重力。

当人把重物放在车子上，推车前进，求人做的有用功和额外功时，公式中G 、G’就不在适用。

2）运用公式正确理解机械效率：①机械效率具“可变性”。

由公式额有有W W W +=η可知，如果该机械的额外功（W 额）一定，有用功（W 有）越大，机械效率（η）越高。

比如用同一个滑轮组把一块巨石和一个较小的石块提起相同的高度，前者的机械效率较高。

由此可见，对同一个机械，它的机械效率是可变的，而不是某一固定值。

①由公式额有有W W W +=η可知，当有用功（W 有）一定时，额外功（W 额）越小，则机械效率（η）越高。

因此设法减少额外功可以提高机械效率，如加润滑油以减小摩擦，用轻质材料制作机械来减小机械本身的重力，都可以不同程度地减小额外功，提高机械效率。

①由于使用机械时，总会不得不做一些额外功，所以机械效率总是小于1。

也就是说，使用任何机械都不省功。

注意“不省功”有两层含义：其一是对于理想机械，使用机械所做的功跟不用机械所做的功相等；其二是对于非理想机械，使用机械要费功，费功是指使用机械时，人们所做的功要大于不用机械而直接用手所做的功，多做的那一部分功，就是克服机械自重和摩擦所做的功。

3）运用以上公式计算机械效率的关键：①根据题意确定使用的机械种类和相应的公式。

①根据机械的放置情况确定有用功和总功。

如滑轮组竖直放置时，W 有=Gh ，W 总=Fs ，W 额=W 总-W 有或W 额=G’h （不计绳重与摩擦，G’为动滑轮重力）。

滑轮组水平放置时，W 有=F f s 物（F f 为物体与水平面间的摩擦，s 物为物体移动的距离），W 总=Fs （F 为绳子自由端的拉力，s 为拉力作用点通过的距离），W 额=W 总-W 有。

知识点四、测量滑轮组的机械效率实验目的：会组装滑轮组并测量滑轮组的机械效率，探究影响滑轮组机械效率的因素。

实验原理：FsGh W W ==总有η实验器材：定滑轮和动滑轮组成的滑轮组、弹簧测力计、钩码、刻度尺。

实验步骤：①按照图甲所示安装滑轮组，用弹簧测力计测出钩码所受的重力G ，分别记下钩码和绳端的位置。

①匀速竖直缓慢拉动弹簧测力计，使钩码升高，读出拉力F 的值，并用刻度尺测出钩码上升的高度h 和绳端移动的距离s ，将这三个量填入表格。

①应用公式W 有=Gh 、W 总=Fs 、总有W W =η分别求出有用功W 有、总功W总、机械效率η，并填入表格。

①改变钩码的数量，再做两次上面的实验。

如表格第1-3次实验。

①换用图乙所示的装置重复1-3步，将实验数据计入表格，如表格第4次实验。

实验表格：实验 序号 钩码所受的重力G/N 提升高度h/m 有用功 W 有/J 拉力F/N 绳端移动的距离 s/m 总功W 总/J机械效率η1 1.5 0.4 0.6 0.7 1.2 0.84 71% 23 0.4 1.2 1.2 1.2 1.44 83% 3 4.5 0.4 1.8 1.7 1.2 2.04 88% 41.50.40.60.621.250%实验分析：①有1、2、3次实验可知，提升的钩码重力增加时，有用功增加，额外功基本不变（克服摩擦力及动滑轮重力做的功基本不变），由额有有总有W W W W W +==η可知，机械效率会升高。

同一装置的机械效率与被提升的物重有关，物重增大，机械效率升高。

①由1、4两次实验可知，使用两个滑轮组提升相同的钩码，做的有用功相同，但滑轮组乙的动滑轮个数多，所做的额外功多，由额有有W W W +=η可知，但有用功相同时，额外功越多，机械效率越低。

故滑轮组乙的机械效率小于滑轮组甲的机械效率。

①由额有有总有W W W W W +==η可知，有用功不变时，额外功越小，机械效率越高；在额外功一定时，有用功越大，有用功占总功的比例就越大，机械效率越高。

提高滑轮组机械效率的具体做法是：减小动滑轮的重力，减小绳与滑轮间的摩擦，增加物重等。

探究归纳：①同一装置的机械效率并不是固定不变的，与被提升的物重有关，物重增大，机械效率升高； ①机械效率还和机械本身装置有关，与其结构、轻巧程度以及润滑程度都有关系。

注意：用滑轮组提升重物的过程中，匀速拉动绳子还是加速拉动绳子，对拉力大小都有影响，绳子是竖直拉还是斜拉，拉力大小也不同，因此在实验过程中要在竖直方向上匀速拉动弹簧测力计。

知识拓展：探究影响斜面机械效率的因素提出问题：斜面是一种简单机械，他的机械效率与什么因素有关？猜想与假设：斜面的机械效率可能与斜面的倾斜程度有关，还可能与物体和斜面间的摩擦力大小有关。

设计实验与制定计划：在影响机械效率的许多因素中，摩擦是一个重要因素。