初中八年级物理下册机械效率基础知识讲解

机械效率（基础）【学习目标】1、知道有用功、额外功、总功；2、理解机械效率定义、大小范围、表示方法、公式、影响因素；3、知道有用功、额外功、总功关系式；4、理解机械效率的计算及公式。【要点梳理】要点一、有用功、额外功、总功（高清课堂《机械效率》有用功、额外功和总功）1、功的原理：使用机械时，人们所做的功，都不会少于直接用手所做的功，也就是使用任何机械都不省功。在理想情况下，使用机械所做的功等于不使用机械所作的功。在实际情况中，使用机械所做的功大于不使用机械所作的功。2、有用功：为了达到某一目的而必须做的功。如提沙子上楼时对沙子做的功就是有用功。利用机械工作时对工作目的物做的功叫有用功。3、额外功：对人们完成某件事情来说没有用，但又不得不做的功，如提沙子上楼时对桶、滑轮等做的功就是额外功。4、总功：使用机械时，动力做的功，例如：用桶从井中打水。由于工作目的是水，所以对水做的功是有用功，对桶做的功是额外功，人在整个提水过程中做的功是总功。要点诠释：1、总功是有用功与额外功之和，即W有用+W额外=W总。2、额外功的产生是因为利用机械做功时，除了对工作目的物做功外，还要克服机械本身的摩擦力或重力做功。要点二、机械效率为了表示有用功在总功中所占的比例，物理学中引入了机械效率，它等于有用功W有用与总功W总之比，符号为η。要点诠释：1、公式为总有用WW，式中η表示机械效率，它是一个百分数。η的值越大，表明有用功在总功中所占的比例越大，做功的效率越高。2、η的值总小于100%，由于机械本身的摩擦力或重力不可能为零，所以额外功总是存在的，即有用功总是小于总功。3、知道增大机械效率的方法根据公式可知：如果有用功不变，我们可以通过减小额外功来增大机械效率，（例如我们用轻便的塑料桶打水，而不用很重的铁桶打水，就是运用这个道理）；如果额外功不变，我们可以通过增大有用功来提高机械效率；（例如，在研究滑轮组的机械效率时，我们会发现同一个滑轮组，提起的重物越重，机械效率越高，就是这个道理）；当然了，如果能在增大有用功的同时，减小额外功更好。【典型例题】类型一、基础知识1、做值日时，小阳将一桶水从一楼提到二楼。此过程中，关于做功的说法正确的是（）A．对桶做的功是有用功B．对水做的功是有用功C．对水做的功是额外功D．克服自身重力做的功是总功【答案】B【解析】小阳目的是提水，对水做的功为有用功，故B正确、C错；对桶做的功为额外功，故A错；小阳把水、桶、自身提升做的功为总功，故D错。【总结升华】本题考查了学生对有用功、总功、额外功的了解与掌握，区分时要从我们的目的出发分析判断。举一反三：【变式】工人用滑轮组把一箱箱货物从一楼提升到五楼，在滑轮组上加润滑油后，机械效率提高了，则加润滑油后工人提升同样的重物时，做功的（）A．有用功减小，总功不变B．有用功增加，总功增加C．有用功减小，总功减小D．有用功不变，总功减小【答案】D2、（2016•当涂县一模）关于机械效率的下列说法中，正确的是（）A．利用机械越省力，机械效率越高B．机械做功越快，机械效率越高C．有用功相同、总功越大机械效率越高D．额外功相同、有用功越大的机械效率越高【思路点拨】解决此题不仅要知道机械效率的概念，而且还要清楚在使用机械时的总功、额外功与有用功。【答案】D【解析】机械效率是指有用功与总功之比，它反映了机械的品质，与机械是否省力，做功快慢无关，所以A、B错误；由公式有总=100%WW和W总=W有+W额外可知：有用功相同，总功越大，额外功就越多，机械效率越低，所以C错误，D正确；故选D。【总结升华】此题不仅考查了学生对机械效率理解以及区分机械效率与功率的能力，还对总功、有用功、额外功的关系进行了考查。举一反三：【变式】（高清课堂《机械效率》例1）关于机械效率，下列说法正确的是（）A.越省力的的机械，机械效率越高B.有用功多的机械，效率越高C.额外功少的机械，机械效率高D.总功一定时，有用功多的机械的效率高【答案】D3、（2015•贵港中考）工人用如图所示的滑轮组提起重2000N的物体，若工人匀速提升这个物体所用的拉力是800N，则该滑轮组的机械效率为；若工人用800N的拉力在1min内将这个物体匀速提高了3m，他做功的功率为W。【答案】62.5%；160【解析】由图知，n=4，（1）滑轮组的机械效率：η=×100%=×100%=×100%=×100%=×100%=62.5%；（2）s=4h=4×3m=12m，W总=Fs=800N×12m=9600J，拉力的功率：P===160W。【总结升华】本题是一个综合计算题，要求灵活运用功的公式、功率公式、机械效率的公式，能确定承担物重的绳子股数是关键（直接从动滑轮上引出的绳子股数）。举一反三：【变式】用某一滑轮组提起某重物，滑轮组所做的额外功是总功的25%，则此滑轮组的机械效率是（）A．20%B．25%C．75%D．80%【答案】C类型二、知识运用4、在不计摩擦和绳子质量的情况下,分别使用定滑轮、动滑轮、滑轮组(两个定滑轮和两个动滑轮)匀速提升同一物体到同一高度处,其机械效率分别为η定、η动、η组,则下列选项正确的是（）A.η组η动η定B.η定η动η组C.η动η定η组D.η定η组η动【思路点拨】克服物体的重力所做的功是有用功，由题知匀速提升同一物体到同一高度处，可知做的有用功相同；不计绳子质量和摩擦，额外功W额=G轮h，知道使用定滑轮、动滑轮、滑轮组的动滑轮的个数为0、1、2，可以得出做的额外功的大小关系，由于W总=W有用+W额，可以得出所做的总功的大小关系，再利用效率公式比较三种情况下机械效率的高低。【答案】A【解析】∵匀速提升同一物体到同一高度处，∴三种情况下做的有用功相同，大小都为W有用；∵不计绳子质量和摩擦，∴使用滑轮做的额外功：W额=G轮h，又∵使用定滑轮、动滑轮、滑轮组的动滑轮的个数为0、1、2，∴使用定滑轮、动滑轮、滑轮组做的额外功：W额1＜W额2＜W额3，∵W总=W有用+W额，∴三种情况下做的总功：W定＜W动＜W组，∵η=W有用/W总，∴使用定滑轮、动滑轮、滑轮组的机械效率：η定＞η动＞η组。【总结升华】本题考查了机械效率高低的比较，关键是使用定滑轮、动滑轮、滑轮组时有用功、额外功、总功的区分。5、一个工人用由一个定滑轮和一个动滑轮组成的滑轮组（不计摩擦和绳重），站在地上将400N重的货物经过10s匀速提高4m，所用的拉力是250N，求：（1）这个工人做功的功率是多少？（2）此时滑轮组的机械效率是多少？（3）若把800N的重物提起，工人至少要用多大的拉力？【思路点拨】解答本题关键是要了解：（1）在不计绳重和摩擦的情况下，若有n段绳子在拉重物，则)(1动物GGnF。（2）有n段绳子在拉重物，则s=nh。（3）由一个定滑轮和一个动滑轮组成的滑轮组，又是站在地上往下拉，故可得知此滑轮组应有2段绳子在拉重物。（4）工人做的功为总功，重物被拉升的为有用功。【答案与解析】（1）由一个定滑轮和一个动滑轮组成的滑轮组，又是站在地上往下拉，故可得知此滑轮组应有2段绳子在拉重物工人做功W=FS=250N×2×4m=2000J，则200020010WJPWts。（2）W有用=Gh=400N×4m=1600J，80%20001600JJWW总有用。（3）不计绳重及摩擦，故有F=21（G动+G物），拉400N重物用的拉力为250N，则动滑轮重G动=2F-G物=2×250N-400N=100N，则拉800N重物时，拉力F=21（G动+G′物）=21（100N+800N）=450N。【总结升华】本题是比较综合性的滑轮组试题，有不少隐藏条件需要在题目中去挖掘，对学生的要求较高。举一反三：【变式】（2015•工业园区模拟）一名工人用如图所示的滑轮组提起重450N的重物，重物在5s内匀速上升了1m，动滑轮重50N，不计绳重及摩擦。求：（1）此过程中的有用功和额外功；（2）滑轮组的机械效率；（3）工人所用拉力的大小和拉力的功率。【答案与解析】（1）有用功：W有用=Gh=450N×1m=450J，不计绳重及摩擦，额外功：W额外=G动h=50N×1m=50J；（2）总功：W总=W有用+W有用=450J+50J=500J，450J100%=100%90%500JWW有用总;（3）绳子自由端移动的距离s=3h=3m，由W总=Fs得拉力：500J=166.7N3mWFs总，功率：500J==100W5sWPt总。答：（1）此过程中的有用功和额外功分别为450J、50J；（2）滑轮组的机械效率为90%；（3）工人所用拉力的大小和拉力的功率分别为166.7N、100W。