2024年人教版八年級物理講義：機械效率（知識解讀）（原卷版）

12.3機械效率（知識解讀）（原卷版）

知識導航

?知識點1有用功和額外功

?知識點2機械效率的概念

?知識點3機械效率的計算和大小比較

?知識點4機械效率的應用及改變方法

?知識點5有關機械效率的探究實驗

?作業(yè)鞏固訓練

知識點1有用功和額外功

知識點講解

1、有用功：利用機械做功的時候，對人們有用的功就叫做有用功。

2、額外功：并非我們需要但又不得不做的功叫做額處功。

3、總功：有用功與額外功的和叫總功。

4、總功的計算：W總二Fs；W總=3有用+W額外。

5、有用功的計算方法：W有方Gh；W有方W總-W額外。

z

6、額外功的計算方法：Ww=Gh,W?h=f?s；W額外=W—W有用。

’典例分析題型分類舉一反三

【典例1-1】（2023春?肅寧縣校級期末）小紅用鐵桶從井中打水；小軍把不小心掉進井中的

鐵桶打撈上來。在這兩個情形中水桶中都有水。那么下列分析中正確的是（）

A.兩個情形中，兩人對水做的功都是有用功

B.兩個情形中，兩人對水做的功都是總功

C.兩個情形中，兩人對水做的功都是額外功

D.小紅對水做的功是有用功，小軍對水做的功是額外功

【典例1-2】（2023秋?電白區(qū)期末）著名作家馮驥才在《挑山工》中描述了挑山工用扁擔將

貨物運送上山的情景，如圖所示。在這個過程中，挑山工做的有用功是對做的

功，挑山工做的總功是對做的功。挑扁擔時，左右兩邊都放上貨物，

這是利用了的原理。

【變式1-1]（2023春?沂水縣期末）質(zhì)量是40kg的小王同學用重10N的水桶，提起重力為

100N的水，沿樓梯送到三樓，每層樓高3m,完成這■次提水，她對水做的功為有用功，

則她做的有用功和額外功分別是（）

A.600J,2400JB.600J,2460J

C.600J,60JD.3000J,60J

【變式1-2]（2022春?海陽市期末）用如圖甲的滑輪組提升重200N的物體，已知拉力F為

80N,不計繩重和摩擦，物體和繩子自由端的運動情況如圖乙所示，反映繩子自由端運動

的圖線是（選填"A”或"B”），動滑輪重為N,3s內(nèi)對物體做的有用

功為Jo

知識點講解

1、概念：有用功跟總功的比值叫做機械效率，通常用百分數(shù)表示。

2、計算公式：用W總表示總功,用W有用表示有用功,用n表示機械效率,貝lj：^fflxl00%。

%

由于額外功不可避免，有用功只是總功的一部分，因而機械效率總小于1。

3、提高機械效率的主要辦法

（1）在有用功一定時，盡量減少額外功,采用減輕機械自身的重力和加潤滑油來減少摩擦

的措施。

（2）在額外功一定時，增大有用功,在機械能夠承受的范圍內(nèi)盡可能增加每次提起重物的

重力，充分發(fā)揮機械的作用。

’典例分析題型分類舉一反三

X___________Z

【典例2-1）（2023秋?江城區(qū)期末）關于功、功率、機械效率，下列說法中正確的是（）

A.機械效率越大，物體所做的總功越多

B.作用在物體上的力越大，對物體所做的功越多

C.功率越大，物體做功越多

D.功率越大，則機械做功越快

【典例2-2】（2023秋?德慶縣期末）機械效率越高的簡單機械，必定是有用功占總功的比例

越（選填“大”或“小”），機械效率的數(shù)值總（選填“大于”、“等于"

或“小于”）lo以同樣速度行駛的列車和小汽車，（選填“列車”或“小汽車”）

動能大。

【變式2-1]（2023春?高陽縣期末）如圖為正在施工的工程車，下列關于工程車的說法正確

的是（）

A.做的功越多，機械效率越高

B.縮短工作時間，可提高機械效率

C.工程車做功越多，功率越大

D.工程車做功越快，功率越大

【變式2-2]（2023春?昌黎縣期末）使用機械時對人們沒有用，但又不得不做的功，稱

為，所以機械效率總是（填“小于”“等于”或“大于”）lo

知識點3機械效率的計算和大小比較

知識點講解

1、機械效率表達式為"=零、100%,對于三種簡單機械的機械效率的計算總結(jié)如下:

息

滑輪骨輪組

^4面

提升重物水平勻蝴動物體

小nW有GhG加="=2

①n=——=—=——有摩物—空

w有w總FsnFq_W_FsW總FL

n==—Gh

W總Fs/計繩重及摩擦W總Fs繩nF?Gh

②n=------------

Gh+F摩L

其中為提升重物的重其中F摩為物體與水平面的摩擦力；F為拉

G_Gh=G

“Gh+G動hG+G動其中G為物重；h為斜

力；h為重物升高的高力；s物為物體移動的距離；S繩為繩子自

其中G為物重；G動為動滑輪的重力；面高度；L為斜面長

度；F為動力；s為動力由端移動的距離；n為承擔摩擦力的繩子

h為重物上升的高度；s為繩自由端移度；F為拉力F摩為摩

作用點移動的距離的段數(shù)

動的距離；n為承擔物重的繩子的E超擦力

2、機械效率的大小比較

（1）機械效率由有用功和總功兩個因素共同決定,不能理解成：“有用功多，機械效率高”

或“總功大，機械效率低”。

（2）當總功一定時,機械做的有用功越多（或額外功越少），機械效率就越高;

（3）當有用功一定時,機械所做的總功越少（或額外功越少），機械效率就越高;

（4）當額外功一定時,機械所做的總功越多（或有用功越多），有用功在總功中所占的比例

就越大，機械效率就越高。

’典例分析題型分類舉一反三

【典例3-1】（2023秋?五華區(qū)校級期末）如圖所示，小明用兩個不同的滑輪組，在相同時間

內(nèi)分別用大小相等的拉力F將同一物體勻速提高了相同的高度，若兩個滑輪組的動滑輪

重分別為G動1和G動2,機械效率分別為甲、T]2,小明做功的功率分別為Pl、P2,不計

繩重和摩擦。則（）

A.G動i<G動2,r)i>r]2,P1<P2B.G動i<G動2,r)i>r|2,P1=P2

C.G動1>6動2,r|i<T]2,P1<P2D.G動1=6動2,r)i=r)2，P1=P2

【典例3-2】（2022秋?修水縣期末）小華通過走樓梯的方式將一大包衣服搬到五樓，他有兩

種方案：一是把所有衣服一次性搬到五樓；二是先將部分衣服搬到五樓，再搬剩下的衣

服。假設他上樓的速度相同，則方案一的上樓功率方案二的上樓功率；方案一

的機械效率方案二的機械效率。（均填“大于”“小于”或“等于”）

【典例3-3［（2023秋?惠城區(qū)期末）早在3000年前我們的祖先就設計了結(jié)構(gòu)很合理的轆朗，

通常用于從井中提水。如圖所示是古代民間的提水設施轆轅，由轆輪頭、支架、井繩、

水桶等部分構(gòu)成。某次取水時井繩拉著質(zhì)量為10kg的水緩慢上升了4m,水桶的質(zhì)量為

1kg,在這一過程中，人做的總功為500J。g取10N/kg。求此次取水的過程中：

（1）人做的有用功為多少？

（2）轆轉(zhuǎn)的機械效率多大？

【變式3-1］（2023秋?碑林區(qū)校級期末）如圖1,小明分別使用甲、乙兩種機械勻速提升物

體M（繩長不變），做功情況如圖2,則（）

圖1圖2

A.甲的總功大于乙B.甲的機械效率大于乙

C.甲提升M的高度小于乙D.甲的機械效率等于乙

【變式3-2］（2023春?招遠市期末）如圖所示，用同一滑輪（G滑＜G物）按甲、乙兩種方式

勻速提升同一物體，繩重和摩擦均忽略不計，F(xiàn)￥F乙，機械效率n甲n乙（選

填“>”、"=，，或“<，，），圖乙的滑輪可以看作是（選填“省力”、“等臂”或

“費力”）杠桿。

甲乙

【變式3-3］（2023春?迪慶州期末）今年以來云南干旱少雨，為解決生活用水，扎西同學用

一臺功率為500W的抽水機將水從井中抽往12m高的樓頂水箱中，用時lOmin把容積為

2m3的水箱裝滿。求：

C1）水箱中水的質(zhì)量；

（2）抽水機抽水過程中對水做的有用功；

（3）抽水機抽水時的效率。

知識點4機械效率的應用及改變方法

____________/

知識點講解

1、有用功是由使用機械的目的所決定的,當用斜面提升物體時，克服物體重力做的功就是

有用功，Ws=Gho

2、額外功是克服相互接觸物體間的摩擦阻力所做的功，對于斜面而言，W/fs。

3、總功是指動力對所做的功，一般情況下使用斜面時，動力做功W,^=Fs。

4、由功的原理：“動力對機械所做的功等于機械克服阻力所做的功”，而機械克服阻力所做

的功就包含了有用功和額外功，即：W總二叫有+W額。

5、機械效率是有用功與總功的比值，只能小于1（理想狀態(tài)下可能等于1）,并且無單位

斜面的機械效率『&=歿，在同一斜面上，由于傾斜程度相同，即乜。

W總Fss

一定，故在同一斜面上拉同一物體（粗糙程度相同）時，在斜面上所移動的距離（或物體被

提升的高度）不同時，機械效率是相同的。

6、斜面的機械效率與斜面的傾斜程度、斜面的粗糙程度有關,斜面粗糙程度相同時,斜面

的傾斜程度越大,機械效率越高;斜面的傾斜程度一定時,斜面越粗糙,機械效率越低。

7、提高機械效率的主要辦法

（1）有用功一定時，盡量減少額外功,采用減輕機械自身的重力和加潤滑油來減少摩擦的

措施。

（2）額外功一定時，增大有用功,在機械能夠承受的范圍內(nèi)盡可能增加每次提起重物的重

力，充分發(fā)揮機械的作用。

典例分析題型分類舉一反三

【典例4-1］（2023春?民權(quán)縣期末）道路救援車對故障車輛拖移時可構(gòu)建成如圖所示的模型,

當鋼繩對車輛施加沿斜面的拉力為F時，在t時間內(nèi)可將重為G的小車A沿斜面底端勻

速拉至斜面頂端。已知斜面高為h,斜面長為1。在小車A從水平路面被拖上救援車的過

程中（）

A.圖中滑輪可以省力B.拉力F做的有用功為Fh

C.斜面的機械效率為色.D.斜面長一定時，減小斜面的坡度，斜面越省功

F1

【典例4-2】（2023秋?西安期末）如圖所示，超市購物時，小明用沿斜面向上150N的推力，

將總重為500N的小車勻速推到斜面頂端，用時20s。已知斜面高1.2m,長5m。此過程

中小明做的有用功為J；小明推力做功的功率為W；該斜面的機械效

率為o日常生活中人們利用斜面可以（選填“省力”或“省功”）。

【變式4-1］（2023春?鹽湖區(qū)校級期末）我國古代科學著作《天工開物》中記載有井上汲水

裝置一一桔椽，如圖甲所示，它相當于一個杠桿。圖乙為小明根據(jù)其原理自制的模型裝

置，杠桿左端是懸掛的石塊，右端懸掛水桶。下列有關說法正確的是（）

A.左端懸掛的石塊是多余的

B.右邊水桶越重，提起水時有用功越多

C.當減輕桔棒（模型AB桿）的重時，提水時機械效率可達100%

D.汲水后，如圖乙所示時，水桶總重比石塊大

【變式4-2］（2023秋?四會市期末）如圖，這是一種塔式起重機，已知起重機上的滑輪組在

勻速起吊660kg的物體時，其機械效率是60%,g取10N/kgo物體上升2m時，滑輪組

所做有用功是J，動滑輪總重力為N（忽略繩重及摩擦）；若增

加起吊物體的質(zhì)量，滑輪組的機械效率將（選填“變大”“變小”或“不變”）。

知識點5有關機械效率的探究實驗

知識點講解

1、滑輪（組）機械效率的測量實驗

（1）實驗目的：測量滑輪組的機械效率。

（2）實驗原理：口=心里=也。

卬總Fs

（3）注意事項

①勻速拉動彈簧測力計，目的是保證彈簧測力計的示數(shù)F大小不變；

②為了便于讀數(shù)，鉤碼下沿和繩子末端在刻度尺上的位置最好取整數(shù);

③多次測量的目的是進行一些必要的比較，利用不完全歸納法總結(jié)規(guī)律，而不是求平均值;

實驗結(jié)論：使用同一滑輪組提升不同的重物時，重物越重，滑輪組的機械效率越大。

2、斜面機械效率的測量實驗

(1)實驗目的：探究斜面的機械效率。

(2)實驗原理：〃=乎、10。％。

(3)實驗結(jié)論：斜面越陡機械效率越高，斜面越緩，機械效率越低。

3、杠桿機械效率的測量實驗

用如圖所示的實驗裝置測量杠桿的機械效率，實驗時，豎直向上勻速拉動彈簧測力計，使掛

在較長杠桿下面的鉤碼緩緩上升。

(1)實驗中，將杠桿拉至圖中虛線位置，測力計的示數(shù)F為0.5N,鉤碼總重G為1.ON,鉤

碼上升高度h為0.1m,測力計移動距離s為0.3m,則杠桿的機械效率為66.7%.請寫出使

用該杠桿做額外功的一個原因：由于使用杠桿時需要克服摩擦做功。

(2)為了進一步研究杠桿的機械效率與哪些因素有關，一位同學用該實驗裝置，先后將鉤

碼掛在A、B兩點，測量并計算得到下表所示的兩組數(shù)據(jù)：

鉤碼總重鉤碼移動距測力計移動距離機械效率

次數(shù)鉤碼懸掛點拉力F/N

G/N離h/ms/mT|/%

1A點1.50.100.70.3071.4

2B點2.00.151.20.3083.3

根據(jù)表中數(shù)據(jù)，能否得出“杠桿的機械效率與所掛鉤碼的重有關，鉤碼越重其效率越高”的

結(jié)論？答：不能；

請簡要說明兩條理由：①兩次實驗時鉤碼沒有掛在同一位置；②僅根據(jù)一次對比實驗所得結(jié)

論是不可靠的。

’典例分析題型分類舉一反三

【典例5-1】（2023秋?永修縣期末）某實驗小組在“測滑輪組機械效率”的實驗中得到的數(shù)

據(jù)如表所示，第1、2、3次實驗裝置分別如圖甲、乙、丙所示。

次數(shù)鉤碼重G/N鉤碼上升的高度h/cm測力計拉力測力計移動距機械效率”

F/N離s/cm

12100.93074.10%

24101.63083.30%

34101.050

（1）實驗中，彈簧測力計應豎直方向提升重物。第3次實驗中所做的有用

功是J,機械效率為O

（2）第3次實驗中動滑輪個數(shù)比第2次實驗多，動滑輪自重增大，所做的額外功將_

（增大/減?。?。因而，由第2、3次實驗可知：使用不同的滑輪組提升相同的重物

時，動滑輪越重，滑輪組的機械效率o

（3）比較兩次實驗數(shù)據(jù)可得出結(jié)論：使用同一滑輪組，提起的鉤碼越重，滑

輪組的機械效率o

【典例5-2】（2022秋?淮安區(qū)期末）如圖是小明同學探究斜面機械效率跟什么因素有關的實

驗裝置。

實驗次數(shù)斜面的傾斜物塊重量斜面高度沿斜面拉力斜面長s/m機械效率

程度G/Nh/mF/N

1較緩100.15.01

2較陡100.36.7145%

3最陡100.58.4160%

實驗時他用彈簧測力計拉著同一物塊沿粗糙程度相同的斜面向上做勻速直線運動。實驗

的部分數(shù)據(jù)如表：

（1）小明探究的是斜面的機械效率跟的關系。在第1次實驗中,

斜面的機械效率為。物塊和斜面的內(nèi)能增加了約Jo

（2）分析表格中數(shù)據(jù)可以得出結(jié)論:在斜面粗糙程度相同時，斜面越陡,機械效率越—

若要探究斜面機械效率跟斜面的粗糙程度的關系，應保持不變。

【變式5-1]（2023秋?泗陽縣期末）在“測量滑輪組的機械效率”的實驗中，小雨和小明用

如圖所示的滑輪組進行了三次實驗，實驗數(shù)據(jù)如下表所示。

實驗序號物重G/N物體上升高度h/m拉力F/N繩端移動距離s/m機械效率T]

110.20.70.471.4%

220.21.30.476.9%

330.21.80.4—

（1）小雨是用圖中的（選填“甲”或“乙”）滑輪組完成實驗的；

（2）實驗中用到的測量工具有彈簧測力計和；

（3）在第3次實驗中，滑輪組的機械效率是；

（4）分析數(shù)據(jù)可得結(jié)論：使用同一滑輪組，不計繩重和摩擦，滑輪組的機械效率與物重

的關系可能是

（5）小明同學發(fā)現(xiàn)實驗過程中邊拉動邊讀數(shù)，彈簧測力計示數(shù)不穩(wěn)定，應該靜止讀數(shù),

你認為他的想法是（選填“正確”或“錯誤”）的，如果這樣做，測得的機械效

率將（選填“偏大”、“偏小”或“更準確”）。

【變式5-2］（2023秋?沛縣校級期末）如圖所示，在測量斜面的機械效率時，已知木塊所受

重力G為10N,斜面長s為0.5m,高h為0.2m。

（1）實驗時，沿斜面拉動彈簧測力計，應盡量使木塊做_______直線運動；

（2）如果彈簧測力計示數(shù)為7.0N,則斜面的機械效率為；

（3）實驗中，木塊受到木板對它的摩擦力大小為N；

（4）如果要提高斜面的機械效率,請你提出一個合理可行的方法:o

鞏固訓練

1.（2023秋?惠城區(qū)校級期末）同一個滑輪分別用（a）（b）兩種方式勻速提升物體（6動<

G物），假設所用的拉力分別為Fi、F2,機械效率為中、甲，不計繩重和摩擦，則（）

〃//乂/////〈//////

（a）（b）

A.F1>F2；T）1=T|2B.F1>F2；r|i>r|2

C.F1<F2；邛=92D.F1>F2；r）l<T12

2.（2023春?蒼溪縣期末）如圖所示，用兩個完全相同的滑輪勻速提升所受重力相等的物體。

不計軸處摩擦，比較甲、乙裝置可知（

A.甲省力，機械效率較高B.甲不省力，機械效率較低

C.乙省力，機械效率較低D.乙不省力，機械效率較高

3.（2023秋?高州市期末）對物理概念的理解是學好物理的關鍵，如圖用的滑輪水平向左勻

速移動物體A,對于它的功、功率和機械效率，下列說法正確的是（）

A.拉力做功越快，滑輪的機械效率越高

B.拉力做功越多，其功率越大

C.克服物體A與地面摩擦做的功是額外功

D.地面對物體A的支持力沒有做功

4.（2023秋?東臺市期末）小明利用如圖甲所示裝置做“測量提升物體所做的功”實驗。保

持斜面傾斜程度不變，小明在小車上逐漸添加重物，計算出沿斜面所拉小車至高度h做

的功W1、豎直提升小車至高度h做的功W2,作出W1和W2與小車總重G的關系圖象，

分別如圖乙中的a和b。則關于斜面機械效率”與小車總重G的關系圖象正確的是（）

5.（2021春?漢陽區(qū)期末）用如圖甲所示的裝置來探究滑輪組的機械效率n與物重G物的關

系，改變Gw豎直向上勻速拉動彈簧測力計，計算并繪出n與G物的關系如圖乙所示,

若不計繩重和摩擦，則下列說法正確的是（）

A.此滑輪組動滑輪的重為5N

B.當G物=15N時，滑輪組機械效率為1]=75%

C.同一滑輪組的機械效率n隨G物的增大而增大，最后等于100%

D.G物不變，改變圖甲中的繞繩方式，滑輪組的機械效率仍不改變

6.（2023秋?城關區(qū)期末）某同學利用平行于斜面的力將物體沿斜面底端勻速拉上頂端，已

知沿斜面的長為5m,高度為3m,底邊長為4m,斜面對物體的支持力為240N,此過程

中機械效率為90%,則根據(jù)題給條件我們可以判斷沿斜面向上的拉力摩擦力（選

填“大于”“等于”或“小于”）；支持力對物體做的功為J

7.（2023春?永定區(qū)期末）如圖是張家界天門山景區(qū)的盤山公路，盤山公路相當于簡單機械

中的，使用它（選填“可以”或“不可以”）省功。

8.（2023秋?信宜市期末）如圖甲所示，用滑輪組將重為120N的物體勻速提起，在5s內(nèi)繩

子自由端移動的距離為3m,圖乙是拉力F與繩子自由端移動距離s的關系圖象，不計繩

重和摩擦。則圖乙中陰影部分的面積表示的物理量的單位是,繩子自由端移動的

速度是m/s,該滑輪組的機械效率為。

9.（2023秋?東莞市校級期末）如圖所示，在“測滑輪組機械效率”實驗中，物體重為6N。

實驗時要豎直向上且勻速拉動彈簧測力計。若物體上升高度為10cm,繩子自由端上升的

距離為,此時彈簧測力計的示數(shù)如圖所示為N,則滑輪組的機

械效率是o

10.（2023秋?秦淮區(qū)期末）如圖所示，是為了搬運建筑材料而使用的簡單機械。某次用該

機械勻速起吊600kg的物體時，物體上升5m用時3s,滑輪組的機械效率是80%,則所

做有用功是J,總功的功率是W,拉力F是No若用該

裝置提升質(zhì)量更大的物體，其機械效率將。

11.（2023秋?新沂市期末）在測量如圖甲所示滑輪組機械效率的實驗中。

（1）使用滑輪組提升重物時，在豎直向上拉動彈簧測力計時應保持運動；

（2）若鉤碼重為6N,彈簧測力計示數(shù)為2.5N,則滑輪組的機械效率為；

（3）如果繩重及摩擦很小，可以忽略。則一個動滑輪重為N；

（4）另一組同學多用了一個滑輪，組成了如圖乙所示的滑輪組來提升相同的鉤碼。從使

用效果看，滑輪組乙和甲相比的優(yōu)點和缺點：