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第3节机械效率一、有用功和额外功1.有用功:为了达到目的必须做的功。2.额外功:为了达到某一目的,不得不克服机械本身的重力和摩擦力等因素而做的功。3.总功:有用功和额外功的总和。4.关系:W总=W有+W额。二、机械效率1.定义:有用功跟总功的比值。2.公式:η=𝑊有𝑊总。3.规律:因为有用功小于总功,所以机械效率总小于1。4.影响滑轮组机械效率的因素:(1)提升的物重;(2)动滑轮的重力;(3)滑轮与绳子之间的摩擦力。理解机械效率(1)机械效率是有用功在总功中所占比例的多少,是一个比值。(2)因为W有总小于W总,所以机械效率η总小于1。(3)机械效率是描述机械性能优劣的物理量,机械效率高的机械性能优良。机械效率的高低,与机械工作时是否省力及省力多少无关;与机械工作时完成的功的多少也无关。(4)用滑轮组提升重物时,W有=Gh,W总=Fs,η=𝑊有𝑊总=𝐺ℎ𝐹𝑠=𝐺ℎ𝐹𝑛ℎ=𝐺𝑛𝐹,其中G=G物+G动。(5)机械效率具有可变性。由公式η=𝑊有𝑊总=𝑊有𝑊有+𝑊额可知,当额外功一定时,机械做的有用功越多,机械效率越高。当机械所做的有用功一定时,机械做的额外功越少,机械效率越高。【例题】用如图所示的滑轮组将货物缓慢提升3m,已知货物重850N,所用拉力F为300N(不计摩擦和绳重带来的影响)。求:(1)有用功W有。(2)总功W总。(3)额外功W额。(4)动滑轮的重力。(5)滑轮组的机械效率η。点拨解析(1)有用功W有=Gh=850N×3m=2550J。(2)绳子自由端移动的距离s=nh=3×3m=9m,总功W总=Fs=300N×9m=2700J。(3)额外功W额=W总-W有=2700J-2550J=150J。(4)动滑轮的重力G动=𝑊额ℎ=150J3m=50N。(5)滑轮组的机械效率η=𝑊有𝑊总=2550J2700J≈0.94=94%。答案(1)2550J(2)2700J(3)150J(4)50N(5)94%1234567一、有用功、额外功1.李玲同学值日时用水桶将水从一楼提到三楼教室,她做的有用功是()A.对桶所做的功B.对水所做的功C.对水和桶所做的功D.对水、桶和人所做的功答案解析解析关闭本题考查有用功、总功和额外功,李玲同学值日将水桶从一楼提到三楼的目的是将水提上去,而水桶是为了装水,故对水所做的功为有用功,对桶和人所做的功为额外功,对水、桶和人做的功为总功。答案解析关闭B12345672.卖茶杯的人,从货架上拿起茶杯;喝茶水的人,从桌面上端起盛茶水的茶杯,就两人克服茶杯重力做的功,下列说法中正确的是()A.都是有用功B.都是额外功C.对喝茶的人而言是有用功D.对卖茶杯的人而言是有用功答案解析解析关闭喝茶的人目的是茶水,因此对茶水做的功是有用功,对茶杯做的功是额外功;卖茶杯的人目的是茶杯,对茶杯做的功是有用功。选D。答案解析关闭D1234567二、机械效率3.关于机械效率,下列说法中正确的是()A.机械做的功越多,机械效率越高B.机械做的总功越多,机械效率越高C.做额外功越多,机械效率就越高D.额外功在总功中占的比例越大,机械效率就越低答案解析解析关闭机械效率等于有用功与总功的比值,即η=𝑊有𝑊总=𝑊有𝑊有+𝑊额,有用功在总功中占的比例越大,机械效率就越高;相反,额外功在总功中占的比例越大,机械效率就越低。机械效率与做功的多少无关。故D项正确。答案解析关闭D12345674.甲吊车比乙吊车的机械效率高,当它们分别把相同质量的物体匀速提升相同高度时,则()A.甲吊车的电动机做的有用功较多B.乙吊车的电动机做的额外功较多C.甲吊车的电动机做的总功较多D.甲、乙两吊车的电动机做的总功相同答案解析解析关闭甲吊车的机械效率比乙吊车的机械效率高,说明甲吊车所做的有用功在总功中占的比值比乙吊车大;把相同质量的物体提高相同的高度,根据公式W有=Gh=mgh可知,两辆吊车所做的有用功相同;机械效率不同,是因为做的额外功不同,导致总功不同。答案解析关闭B12345675.如图所示,工人师傅用250N的力将重400N的物体匀速提升1m,在此过程中滑轮组的机械效率是()A.80%B.62.5%C.125%D.20%答案解析解析关闭拉力F所做的有用功W有=Gh=400N×1m=400J拉力F移动的距离s=2h=2×1m=2m拉力F所做的总功W总=Fs=250N×2m=500J滑轮组的机械效率η=𝑊有𝑊总=400J500J=80%。答案解析关闭A12345676.如图所示,用动滑轮匀速提起重力为3N的物体,拉力F为2N,物体在10s内上升1m。在此过程中,动滑轮的机械效率为,拉力F的功率为W,若要提高动滑轮提升物体的效率,可以采取的措施是:。答案75%0.4增加提升的物重、减小动滑轮的重力、减小动滑轮与绳子之间的摩擦力解析绳端移动的距离s=nh=2×1m=2m,拉力做的总功W总=Fs=2N×2m=4J,有用功W有=Gh=3N×1m=3J,动滑轮的机械效率η=𝑊有𝑊总=3J4J=75%;拉力F的功率:P=𝑊总𝑡=4J10s=0.4W。12345677.右图是一种塔式起重机,它将600kg的建筑材料匀速吊起时,对绳子的拉力为2500N,在建筑材料上升5m高度过程中,绳端移动的距离为15m,g取10N/kg,求:(1)建筑材料所受的重力;(2)起重机对绳拉力做的功;(3)塔式起重机的机械效率。答案(1)6000N(2)3.75×104J(3)80%解析(1)材料所受的重力G=600kg×10N/kg=6000N。(2)拉力做的功W总=2500N×15m=3.75×104J。(3)机械效率η=𝑊有用𝑊总=𝐺ℎ𝐹𝑠=6000N×5m2500N×15m=80%。