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

功的原理機械效率（基礎(chǔ)）

【學(xué)習(xí)目標(biāo)】

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。

【要點梳理】

要點一、功的原理

使用任何機械都不省功。

要點詮釋：

1、功的原理對任何機械都適用。

2、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慫

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，符號為止

要點詮釋：

1、公式為〃=式中n表示機械效率，它是一個百分?jǐn)?shù)。n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、T）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)對氣、“1黑、的具體理解，可以將機械效率的定義式進行如下歸類:

Ghh_Gh_G

~FS=~Fr~nh~^+Gji=G+G~

/用①②

7=竟;專/冰平方向）

Gh_Gh（斜面方向）

^FS~Gh+jL

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)。g*=G3,W「FS=Gh+G上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口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%=見。

要點五、如何提高機械效率

W,；：郎」

由n=%.=取,+%”可知：

1、當(dāng)%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，防廠就會越大，機械效率就會越高。

總之,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。

【典型例題】

類型一、基礎(chǔ)知識

C1、（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Fi、F2,拉力做功分別為Wi、W2,下列選擇正確的是（）

A.FI<F2,WI>W2B.FI>F2,WI=W2

C.F1>F2,W1>W2D.FI<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Wi=W2②從圖可知，LBA>LCA,而Wi=W2,

，F(xiàn)BA<FCA,即FI<F2,故選D。

【總結(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】C

C?2、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

思；

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。

【總結(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】D

?^3、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800J

B.拉力F的功率是80W

C.繩子自由端被拉下3m

D.D滑輪組的機械效率是60%

【答案】A

【解析】（1）Wws=Gh=800NXlm=800J,故A正確;

（2）由圖知n=2,s=2h=2Xlm=2m,故C錯；

(3)W,=Fs=500NX2m=1000J,P=—==100FF,故B錯;

et10s

W應(yīng)用800J

(4)滑輪組的機械效〃=^/=；7丁7=80%,故D錯

W總1000J

【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n定、n動、n皿則下列選項正確的是（）

A.n組〈n動＜n定B.n定＜n動＜n組

c.n動＜n定＜n組D.n定〈n組＜n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^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。

【答案】A

【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：Ws=Gtth,

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：WS1＜WS2＜W?3,

???亞總=、￥有用+亞額，

...三種情況下做的總功：W定＜w動＜w組，

n=w有用/w總,

..?使用定滑輪、動滑輪、滑輪組的機械效率：。定＞。動＞。組。

【總結(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/=』(G物+G動)。

n

(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=250NX2X4m=2000J

(2)W有用=Gh=400NX4m=1600J

嗅用=1600