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1、第四章4.4 机械效率 学习目标1知道使用机械不省功。2知道有用功、额外功、总功的含义。3理解机械效率，能进行有关机械效率的简单计算。知识解读1. 有用功、额外功和总功为实现某种目的而对物体直接所做的功，称为有用功。例如：用滑轮组将重为G的物体提升高度h，则有用功W有用=Gh。在通过机械对物体做功的过程中，常常还须克服机械的摩擦做功，这部分功有时是我们不需要但又不得不做的功，所以叫做额外功。额外功产生的主要有两种原因：一是提升物体时，克服机械、容器重力等因素所做的功。例如：用滑轮组提升物体时，克服动滑轮重力所做的额外功W额外=Gh（这里G是动滑轮的重力）。二是克服机械的摩擦所做的功。例如：用滑
2、轮组或斜面提升物体时，克服轮和轴之间及轮和轮之间的摩擦、物体与斜面之间的摩擦所做的额外功W额外=fs。有用功和额外功的总和，称为总功。W总=W有用+W额外2. 机械效率机械效率表示通过机械对物体做功的有效程度的物理量效率越高，所做总功中有用功的比例就越大。在物理学中，将有用功跟总功的比值，称为机械效率。用公式表示为= W有用/ W总概念辨析1. 机械效率总小于1机械效率是反映机械性能优劣的主要标志之一，它反映了机械对总功的利用率。理想机械：W总=W有用（或W输入=W输出，W动=W阻）实际机械：W总=W有用+W额外（或W输入=W输出+W额外，W动=W有用阻力+W无用阻力）在实际机械中，由于W有用
3、W总，所以机械效率总小于1.2. 机械效率和功率的区别机械效率和功率是从不同方面反映机械性能的物理量，它们之间没有必然联系。功率大表示机械做功快，机械效率高表示机械对总功的利用率高。功率大的机械不一定效率高。例如内燃机功率可以达到6000马力（1马力=735瓦），但机械效率只有30%40%。反之，效率高的机械功率不一定大。例如安装在儿童玩具汽车里的电动机，机械效率可达80%以上，但功率只有几瓦。经典例说【例1】用动力臂是阻力臂2倍的杠杆，将重400N的货物提高20cm，手像下压杠杆的力是220N，人做的功是_J，其中的有用功是_J，杠杆的机械效率是_.【思路点拨】机械效率是有用功在总功中所占的
4、比率，解题的关键是分析有用功和总功，由于杠杆动力臂是阻力臂的2倍，可得出作用在杠杆上动力通过的距离s。【解析】设货物提高的高度为h，由功的原理，求得作用在杠杆上的动力通过的距离S=2h=20.2m=0.4m根据功的计算式，得手做的功W总=Fs=220N0.4m=88J有用功 W有用=Gh=400N0.2m=80J根据机械效率的定义，求出杠杆的机械效率=W有用/W总=80J/88J0.91=91%【答案】88J，80J，91%AF【例2】某人用动滑轮牵引物体A在水平地面上做匀速直线运动，如图所示。已知物体A受到摩擦力是36N，动滑轮的机械效率是75%，求绕过动滑轮的绳子对固定墙B 的拉力大小。【
5、思路点拨】利用动滑轮牵引物体时，由于定滑轮的机械效率小于1，因此动力F和绕过动滑轮的绳子对固定墙B 的拉力是不相等的。而拉力F作用在绳子自由端移动的距离应是物体A移动距离的2倍。【解析】设作用在物体A上的拉力是F1，物体A受到的摩擦力为f，绕过定滑轮的绳子对墙的拉力为F2，人通过绳子向左拉滑轮的力为F。当物体在水平面上作匀速直线运动时，f=F1=36N。由于滑轮随物体一起在水平面上作匀速直线运动，去滑轮为研究对象，滑轮受到3个水平作用力，即水平向左的作用力F和F2，以及水平向右的作用力F1，它们的关系是F1=F2+F。根据机械效率的定义和绳子的自由端移动的距离s与物体A移动的距离s的倍数关系，
6、可得=W有用/W总=F1s1/Fs整理得 F= F1s1/s=36N1/(0.752)=24NF2=F-F1=36N-24N=12N【答案】12NGFhl【例3】 如图所示，重力为500N 的物体在沿斜面的拉力作用下，匀速的从斜面的下端移动到斜面的顶端。已知斜面的长是高的5倍，机械效率为80%，求斜面对物体的摩擦力。【思路点拨】斜面上的物体受到重力、支持力、摩擦力和拉力等四个力的作用，由于物体所受到的重力有沿斜面向下的分力，所以物体在拉力作用下匀速向上运动时受到的拉力F大于摩擦力f。所以拉力做的功（即总功）是有用功和克服摩擦力所做的功之和。【解答】拉力做的功 W总=W有用 + W无用 = Gh
7、 + fL根据机械效率的定义=W有用/W总=Gh/（Gh+fL）整理后得， f=（1/-1）Gh/L=（1/0.8-1）500N1/5=25N【答案】25N跟踪训练1.利用任何机械做功，额外功都是不可避免的，有用功在_中占的比例叫做机械效率，机械效率总小于_。2.一台起重机将重力为5000N的重物匀速地提高4m，动力做功25000J，这台起重机做的总功为_J，有用功_J，额外功_J，起重机的机械效率为_。3.利用滑轮组将重3600N的货物提高4m，如果额外功是9600J，有用功是_J，总功是_J，机械效率是_。4.用250N的力在一根撬棒的一端将另一端的物体撬起，已知撬棒的动力臂与阻力臂之比是
8、5:2，机械效率是96%，则物体的重力为_N。5.用100N的力沿斜面向上拉物体，已知物体重力为400N，斜面的机械效率为60%，则该斜面的高度和斜面的长度之比为（）A.20 ：3B.3 ：20C.4 ：1D.1 ：46.关于机械效率，下列说法中正确的是（）A.越省力的机械，的值越大B.功率越小的机械，的值越小C.额外功在总功中占的比值越小，的值越大D.因为1，所以额外功总是小于有用功7.用定滑轮、动滑轮、滑轮组分别提升同样重物，在不计摩擦阻力和绳子重力的情况下，机械效率最高的是（）A.动滑轮B.滑轮组C.定滑轮D.都一样8.使用斜面，由两人共同将木箱拉上汽车，为了提高斜面的机械效率，下面措施
9、中可取的是（）A.以较快的速度将木箱匀速拉上汽车B.以较慢的速度将木箱匀速拉上汽车C.改由一人将木箱匀速拉上汽车D.斜面长度不变，改用更光滑的斜面将木箱匀速拉上汽车9.利用长10m，高4m的斜面，用50N沿斜面向上的拉力将重为100N的物体拉上斜面顶端，则斜面的机械效率及斜面对物体的摩擦力大小分别为（）A.80%，10NB.80%，40NC.50%，10ND.50%，40N10.机械效率为50%的起重机，在1min40s内把重48000N的货物匀速提升10m，求起重机所做的有用功率和总功率各为多少？11. 沿长4m，高1m的斜面将重物从底部匀速推上斜面的顶端，所用的推力是300N，已知斜面的机械效率为75%，求：（1）物体的重力；（2）推动物体过程中克服阻力所做的功。第四章4.4 机械效率参考答案1. 总功，12. 2.5104，2104，5103，80%3. 1.44104，2.4104，60%4. 6005. B6. D7. C8. D9. A10. 4.8103W， 9.6103W11. 900N，300J5 / 5
