北師大版八年級下冊物理講義功的原理 機械效率（基礎(chǔ)） 知識講解

PAGE功的原理機械效率（基礎(chǔ)）

責(zé)編：馮保國【學(xué)習(xí)目標】

1、知道功的原理，知道使用任何機械都不省功；2、知道什么是有用功、額外功和總功；3、理解機械效率及其影響因素；4、理解機械效率的計算及公式?！疽c梳理】

要點一、功的原理使用任何機械都不省功。要點詮釋：功的原理對任何機械都適用。使用機械可以省力，或省距離，或改變動力的方向，使用方便等好處。要點二、有用功、額外功、總功（高清課堂《機械效率》有用功、額外功和總功）1、有用功：在用動滑輪提升重物時，動滑輪對物體所做的功是有用的，是必須做的，這部分功叫做有用功；如提沙子上樓時對沙子做的功就是有用功。2、額外功：提升重物時，不可避免地要對動滑輪本身做功和克服摩擦做功，這部分功叫做額外功；如提沙子上樓時對桶、滑輪等做的功就是額外功。3、總功：有用功與額外功的總和叫做總功；例如：用桶從井中打水。由于工作目的是水，所以對水做的功是有用功，對桶做的功是額外功，人在整個提水過程中做的功是總功。

要點詮釋：

1、總功是有用功與額外功之和，即W有+W額外=W總2、額外功的產(chǎn)生是因為利用機械做功時，除了對工作目的物做功外，還要克服機械本身的摩擦力或重力做功。要點三、機械效率我們用有用功跟總功的比值來描述機械的這種特性，稱之為機械效率，它等于有用功W有與總功W總之比，符號為η。要點詮釋：

1、公式為，式中η表示機械效率，它是一個百分數(shù)。η的值越大，表明有用功在總功中所占的比例越大，做功的效率越高。2、η的值總小于100%，由于機械本身的摩擦力或重力不可能為零，所以額外功總是存在的，即有用功總是小于總功。要點四、機械效率的幾個推導(dǎo)公式求簡單機械的機械效率是初中物理教學(xué)的重點內(nèi)容，也是近年來中考的熱點問題。由于計算中涉及到總功、有用功、額外功等抽象概念，特別是滑輪組的機械效率題目中，同一滑輪組在不同負載情況下機械效率不同，有用功在具體情況中的形式不同，隱含條件的滲入，以及特殊形式的滑輪組等等，在學(xué)習(xí)的過程中常感覺困惑，易造成錯解。為了解決這類問題，同學(xué)們要搞清楚以下幾點：

要對機械效率公式進行歸類細化

根據(jù)對、、的具體理解，可以將機械效率的定義式進行如下歸類：

要點詮釋：

1、在豎直方向上，G是物體重，G動是動滑輪重，h是物體被提升的高度，也是動滑輪被提升的高度?！?，若繩重及摩擦不計，F(xiàn)是拉力，S是拉力F移動的距離，n是動滑輪上承擔(dān)力的繩的段數(shù)。，；①②③公式都適合。若是考慮繩重和摩擦力，用滑輪組把物體提升的高度h，拉力F移動的距離S，總滿足S=nh；只可用于①②。

2、在水平方向上，由于物體是勻速運動，滑輪組對物體的拉力F′與水平地面對物體的摩擦力f是一對平衡力，∴，即克服水平面對物體摩擦所做的功在數(shù)值上是等于有用功。

3、在斜面方向上，f是物體與斜面之間的摩擦，L是斜面的長，由于克服斜面對物體摩擦所做的功是額外功，所以。要點五、如何提高機械效率由η＝＝可知:1、當(dāng)W有一定時,減少W額,可提高效率。比如影響滑輪組效率的因素有:動滑輪和繩重；繩與輪之間的摩擦。所以,我們可以使用輕質(zhì)材料做動滑輪或盡量減少動滑輪的個數(shù)；還可通過加潤滑油來減少軸處的摩擦及使用較細的繩子等措施,以此來提高它的效率。2、當(dāng)W額一定時,增加W有,可適當(dāng)提高機械效率。比如,對于同一滑輪組(額外功不變),增加所提物體的重,就會越大,機械效率就會越高?？傊?對于滑輪組而言,要提高效率,可增加有用功的同時盡量減小額外功。要點詮釋：1、機械效率與功率的區(qū)別功率是表示機械做功的快慢,功率大只表示機械做功快；機械效率是表示機械對總功利用率高低的物理量,效率高只表示機械對總功的利用率高。因此,功率大的機械不一定機械效率高,如內(nèi)燃機車的功率是4210W,但它的效率只有30—40%；而機械效率高的機械,它的功率不一定就大,如兒童玩具汽車的電動機效率可達80%,但功率只有幾瓦。2、機械效率的高低與機械是否省力無內(nèi)在聯(lián)系,不能認為越省力的機械效率就越高?！镜湫屠}】類型一、基礎(chǔ)知識1、（秋?工業(yè)園區(qū)校級月考）如圖，將同一物體分別沿光滑斜面AB、AC以相同的速度，勻速拉到頂點A，施加的力分別為F1、F2，拉力做功分別為W1、W2，下列選擇正確的是（）A．F1＜F2，W1＞W(wǎng)2B．F1＞F2，W1=W2C．F1＞F2，W1＞W(wǎng)2D．F1＜F2，W1=W2【答案】D【解析】①∵斜面光滑說明摩擦力為0，即使用光滑的斜面沒有額外功，∴把同一物體沿斜面BA和CA分別拉到頂端A，h相同，由W=Gh可知兩次做的功相同，即W1=W2②從圖可知，LBA＞LCA，而W1=W2，∴FBA＜FCA，即F1＜F2,故選D?！究偨Y(jié)升華】本題考查斜面的省力情況，物體做功大小的判斷，關(guān)鍵是知道接觸面光滑，摩擦力為0，使用任何機械都不省功。也可以利用斜面傾斜角度越大，越費力，來判斷兩次拉力的大小關(guān)系。舉一反三：【變式】（春?宿州期末）一個滑輪組經(jīng)改進后，機械效率比原來大大提高，用該滑輪組將同一物體勻速提升同樣的高度，與改進前相比（）A．總功不變，但額外功減少了B．總功不變，有用功增加了C．有用功不變，總功減少了D．做的有用功減少了【答案】C2、關(guān)于機械效率，下列說法中正確的是（）A．機械做功越快，機械效率越高B．機械所做的總功越少，機械效率越高C．機械做的有用功在總功中占的百分比越大，機械效率越高D．使用機械時，所用動力跟物重的比值越小，機械效率越高【答案】C【解析】A、機械做功越快，表示功率越大，單位時間內(nèi)做的功越多，但機械效率不一定就高，故此項不符合題意；B、從機械效率公式可知，總功多，機械效率的大小還要看有用功的大小，故此項不符合題意；C、總功包括有用功和額外功，有用功在總功中占比例越大，機械效率越高，故此項正確符合題意；D、使用機械時，所用動力跟物重的比值與有用功占總功的比例沒有關(guān)系，故此項說法不對，不符合題意?！究偨Y(jié)升華】該題考查學(xué)生對機械效率的理解，特別要注意功率與機械效率是兩個不同的物理量，它們之間沒有任何關(guān)系。舉一反三：【變式】（高清課堂《機械效率》例1）關(guān)于機械效率，下列說法正確的是（）A.越省力的的機械，機械效率越高B.有用功多的機械，效率越高C.額外功少的機械，機械效率高D.總功一定時，有用功多的機械的效率高【答案】D3、如圖所示，用滑輪組提升重物時，重800N的物體在10s內(nèi)勻速上升了1m。已知拉繩子的力F為500N，則提升重物的過程中（）A．做的有用功是800JB．拉力F的功率是80WC．繩子自由端被拉下3mD．D滑輪組的機械效率是60%【答案】A【解析】（1）W有用=Gh=800N×1m=800J，故A正確；（2）由圖知n=2，s=2h=2×1m=2m，故C錯；（3）W總=Fs=500N×2m=1000J，，故B錯；（4）滑輪組的機械效80%，故D錯【總結(jié)升華】本題考查了學(xué)生對功率的公式、機械效率公式、滑輪組s=nh、有用功、總功的理解和運用，因條件已給出，難度不大。舉一反三：【變式】用某一滑輪組提起某重物，滑輪組所做的額外功是總功的25%，則此滑輪組的機械效率是（）A．20%B．25%C．75%D．80%【答案】C類型二、知識運用4、在不計摩擦和繩子質(zhì)量的情況下,分別使用定滑輪、動滑輪、滑輪組(兩個定滑輪和兩個動滑輪)勻速提升同一物體到同一高度處,其機械效率分別為η定、η動、η組,則下列選項正確的是（）A.η組<η動<η定B.η定<η動<η組C.η動<η定<η組D.η定<η組<η動【思路點撥】克服物體的重力所做的功是有用功，由題知勻速提升同一物體到同一高度處，可知做的有用功相同；不計繩子質(zhì)量和摩擦，額外功W額=G輪h，知道使用定滑輪、動滑輪、滑輪組的動滑輪的個數(shù)為0、1、2，可以得出做的額外功的大小關(guān)系，由于W總=W有用+W額，可以得出所做的總功的大小關(guān)系，再利用效率公式比較三種情況下機械效率的高低?！敬鸢浮緼【解析】∵勻速提升同一物體到同一高度處，∴三種情況下做的有用功相同，大小都為W有用；∵不計繩子質(zhì)量和摩擦，∴使用滑輪做的額外功：W額=G輪h，又∵使用定滑輪、動滑輪、滑輪組的動滑輪的個數(shù)為0、1、2，∴使用定滑輪、動滑輪、滑輪組做的額外功：W額1＜W額2＜W額3，∵W總=W有用+W額，∴三種情況下做的總功：W定＜W動＜W組，∵η=W有用/W總，∴使用定滑輪、動滑輪、滑輪組的機械效率：η定＞η動＞η組?！究偨Y(jié)升華】本題考查了機械效率高低的比較，關(guān)鍵是使用定滑輪、動滑輪、滑輪組時有用功、額外功、總功的區(qū)分。5、一個工人用由一個定滑輪和一個動滑輪組成的滑輪組（不計摩擦和繩重），站在地上將400N重的貨物經(jīng)過10s勻速提高4m，所用的拉力是250N，求：（1）這個工人做功的功率是多少？（2）此時滑輪組的機械效率是多少？（3）若把800N的重物提起，工人至少要用多大的拉力？【思路點撥】解答本題關(guān)鍵是要了解（1）在不計繩重和摩擦的情況下，若有n段繩子在拉重物，則。

（2）有n段繩子在拉重物，則S=nh。

（3）由一個定滑輪和一個動滑輪組成的滑輪組，又是站在地上往下拉，故可得知此滑輪組應(yīng)有2段繩子在拉重物。

（4）工人做的功為總功，重物被拉升的為有用功。【答案與解析】（1）由一個定滑輪和一個動滑輪組成的滑輪組，又是站在地上往下拉，故可得知此滑輪組應(yīng)有2段繩子在拉重物工人做功W=FS=250N×2×4m=2000J則（2）W有用=Gh=400N×4m=1600J（3）不計繩重及摩擦，故有F=（G動+G物）拉400N重物用的拉力為250N，則動滑輪重G動=2F-G物=2×250N-400N=100N則拉80