知识源于沉淀 【图文】八年级：如何计算机械效率
[知识回顾]
功的原理告诉我们，用什么机器都不省力。那么，人们在使用机械时会做更多的工作吗？
回顾以前的实验，我们用杠杆和动滑轮提钩码时，拉力必然对杠杆和动滑轮做功，然后杠杆和动滑轮才能对钩码做功。
如下图所示:利用杠杆做功。
实验场景
弹簧测力计要完成两个任务，一是克服杠杆本身的重力，W杠杆=G杆H，二是克服钩码的重力，W钩码=Gh。
利用杠杆做功的示意图
弹簧测力计的张力所做的功w =FS大于杠杆克服钩码w =Gh的重力所做的功。
如下图所示:利用动滑轮做功
实验场景
弹簧测力计要完成两项任务，一是克服动滑轮重力做功W =G H，二是克服钩码重力W = GH。
动滑轮做功示意图
弹簧测力计拉力所做的功w =FS大于移动滑轮克服钩码重力所做的功w =Gh。
其他复杂机器的使用原理和简单机器是一样的。
比如在工地，用挖掘机挖土，用塔吊吊建材等。，所有动力对机械所做的功，都比机械克服阻力所做的功多。
开凿者
塔式起重机
[举手提问]
1.什么是有用功、额外功和总功？
2.什么是机械效率？
3.机械效率怎么算？
4.为什么机械效率总是小于1？
[新课学习]
一.有用工作、额外工作和总工作
在用滑轮组提升钩码的实验中，目的是将钩码提升到一定的高度，这是一项必要的工作。
提钩码必须提动滑轮，动力对动滑轮做的功是人不需要的。如果不提升动滑轮，钩码就无法提升。
动力对动滑轮做功和动滑轮对钩码做功的实验场景图
类似于滑轮组，它利用机械来完成生活中的一个项目。比如用挖掘机挖泥塘的目的就是把泥塘里的泥挖出来，所以挖掘机在泥上做的工作就是必须要做的工作。
如果没有机械臂和铲斗挖不到泥，动力对机械臂和铲斗做的功，人是不需要的，但又是必须要做的。在物理学中，这部分工作称为额外工作。
●日子不好过。
在物理学中，必须做的事叫做有用功。
●额外工作
人们不需要但必须做的工作叫做额外工作。
在利用滑轮组提升钩码的过程中，动力除了对运动的滑轮做额外的功，还要克服滑轮与轴、绳索与滑轮之间的摩擦力以及绳索本身的重力。
加班
3.总工作量
不管是有用功还是额外的功，都是机械做的功，所以，
人们把功率所做的功称为总功。
即:w总计=FS
或者总功等于有用功和额外功之和。
即:W总=W有用+W额外。
[想一想]
在学校，学生背着书包爬楼梯。人在工作中是勤奋的，而其他人是额外的工作，他们做的工作是完全的工作。(请留言参与讨论)
二、机械效率
1.定义
在物理学中，有用功与总功的比值称为机械效率。
2.公式
如果总功用W表示，有用功用W表示，机械效率用η表示，则
机械效率公式为:
因为W总是=W是有用的+W是额外的，因此，机械效率也可以用下面的公式计算:
3.表示方法
机械效率通常用百分比表示。
例如，总功为W total =500J，有用功为W useful =400J，额外功为
w金额=500J-400J=100J。
机械效率的计算方法:
或者
三、机械效率计算
示例:
如果让你把100N重的沙子运到三楼，你会选择下图三种方式中的哪一种？
(已知沙子重100N，水桶重20N，人体重400N，袋子重5N，动滑轮重10 n..)
示例分析和问题解决流程:
我们的目的是运送沙子到第三层，所以需要把重量G=100N的沙子提升到h = 6 m。
w有用=Gh=100N×6m=600J
三种方法的额外功、总功和机械效率如下:
方法一。
人抬桶到三楼，把沙子弄到三楼需要人和桶两个人。
人们做的额外工作:
w量=(G人+G桶)h=(400N+20N)×6m=2520J。
总功:W总=W有用+W额外=600J+2520J=3120J。
机械效率为:
方法二。
使用移动滑轮和桶来提升沙子。
人们在移动滑轮和铲斗时所做的额外工作:
w量=(G动+G桶)h=(10N+20N)×6m=180J。
总功:W总=W有用+W额外=600J+180J=780J。
机械效率为:
方法三。
用移动滑轮和口袋提起沙子。
人们在滑轮和口袋上做的额外工作:
w量=(G移动+G桶)h=(10N+5N)×6m=90J
总功:W总=W有用+W额外=600J+90J=690J。
机械效率为:
从上面的例子可以看出，额外做功越小，机械效率越高。
所以三种方法中最可用的是用动滑轮和口袋运沙，省力，机械效率高。
[想一想]
仔细看下图。如果正在建造的两台挖掘机A和B做同样的额外工作，它们做同样的有用功吗？它们具有相同的机械效率吗？(请留言参与讨论)
第一
第二
第四，机械效率总是小于1。
1.使用任何机械都不可避免地要做额外的功，有用功总是小于总功，所以机械效率总是小于1。
在生活中，起重机的机械效率一般在40%~50%。
大型起重机
龙门起重机
滑轮组的机械效率一般为50%~70%。
滑轮组
泵的机械效率一般为60%~80%。
泵
2.摩擦是影响机械效率的一个重要因素。
在使用机械的过程中，机械与物体、机械部件之间会有相对运动，产生摩擦。因此，在众多因素中，摩擦力是影响机械效率的一个重要因素。
比如运动员在斜坡上骑行，汽车在斜坡上行驶，都要做额外的功来克服车轮与地面和机械部件之间的摩擦力，从而影响其机械效率。
自行车运动
汽车
另外，不同的机器有一些其他的因素做额外的工作，也会影响机械效率。
【中考真题同步训练】
1.(2020聊城)
如图所示，两个设备A和B分别安装在同一个滑轮上，以匀速向上提升物体A和B。如果使用的拉力相等，绳子两端在相同的时间内移动相同的距离。不考虑绳索重量和摩擦力，下列说法正确的是()。
A.两个物体以相同的速度上升。
B.这两种装置的机械效率是相等的。
C.两次举起物体所做的有用功是相等的。
这两个装置做功的功率是相等的。
2.(2020丹东)
如图，一个重15N的物体被匀速从斜面的底部拉到顶部。沿斜面向上的拉力为F=6N，斜面长度为s=1.2m，斜面高度为h = 0.3m，下列说法正确的是()。
A.克服物体的重力做功7.2J
B.多出来的功是18 J。
C.物体上的摩擦力是2.25N。
d斜面的机械效率为37.5%。
3.(2019百色)
如图所示，由同一个滑轮制成的两个滑轮组A和B，在不考虑绳索重量和摩擦力的情况下，分别将同一个物体同时匀速提升到同一高度。下列说法正确的是()。
A.F A =F B。
绳子A和B的自由端以相同的速度运动。
C.两个拉力A和B的力量相等。
D.滑轮组有更多的额外工作
4.(2019鄂州)
如图，用动滑轮在5s内匀速垂直提升一个重力为100N的物体，拉力f为60N，绳子自由端移动2m，不考虑绳子重量和摩擦力。下列说法正确的是()。
A.物体的移动速度为0.4m/s
B.做的有用功是200J J。
C.动滑轮的机械效率为60%。
D.拉力f的功率是24W。
5.(2019济宁)
如图组合两个滑轮，以5N的拉力F拉动绳端，使物体在5s内水平向左滑动1m，物体与地面的摩擦力为9N。下列选项正确的是()。
A.a是天车，B是动滑轮。
拉力f所做的功是5J。
C.拉力f的功率为1.8W
D.滑轮组的机械效率为90%。
6.(2019常州)
如图所示，斜坡高2m，长4m。小明用平行于斜坡的拉力F把一个重400N的物体从斜坡底部拉到顶部。已知拉力F = 250 N，对于此过程，下列结果正确的是()。
A.有用的功是1000J J。
B.总功是1600J J。
C.多出来的功是200J J。
D.机械效率为60%
7.(2019潍坊)(7分)
一辆质量为1.5×10 kg的汽车卡在泥泞路段，司机师傅利用滑轮组和周围条件组装拖车装置，如图所示。已知汽车通过泥泞路段需要移动8m，汽车在泥泞路段的阻力为汽车重量的0.1倍，滑轮组的机械效率为80%，g为10N/kg。在匀速将汽车拖离泥泞路段的过程中，要求发现:
(1)做有用的工作；
(2)作用在绳索自由端的张力。
8.(2019攀枝花)(6分)
如图所示，行驶在水平道路上的汽车沿斜面匀速拉起重量为G=9×104N的货物A。货物A的速度=2m/s，t=10s后，货物A垂直上升h=10m。已知轿厢拉力F作用在绳索上的功率为P=120kW，不考虑绳索和滑轮的质量和摩擦力，因此我们可以发现:
(1)汽车在t时间内拉动绳子所做的功；
(2)轿厢对绳索的拉力；
(3)斜面的机械效率。
9.(2019张家界)(7分)
图A是工人用滑轮组打捞意外落水的圆柱形石头M的示意图。整个打捞过程中，石头匀速上升v=0.1m/s，石头离开水面后绳子自由端的拉力f = 2,000n。图B是钢丝绳张力t随时间t变化的图像，t=0时，石头刚好离开河底。g为10N/kg，水的密度ρ = 1.0× 103kg。
(1)画出图A中石头M离开水面后的应力图。
(2)石块完全浸入水中时，浮力为N，石块质量为Kg。
(3)水对河底的压力是多少？
(4)石头出水后滑轮组的机械效率如何？
10.(2020宜宾)(12分)
在抗击新型冠状病毒疫情的特殊时期，马骁设计了如图所示的装置，进行物品的“无接触投递”。现有的质量M=25kg的木箱，有一个长度L=5m，高度h = 3 m的固定斜面，他用F=100N的力拉动绳子，使木箱以V=0.2m/s的速度沿斜面匀速上升到顶部。在这个过程中，由于绳索和滑轮之间的摩擦力而做的额外功是Wo=20J。已知动滑轮的质量m=1kg，连接动滑轮的绳子是直的，平行于斜面，不考虑绳子的质量、木箱的大小、木箱到动滑轮的绳子长度，g为10N/kg。
问:
(1)木箱从斜面底部上升到顶部所用的时间；
(2)小马拉力的力量；
(3)整个装置的机械效率；
(4)斜面与木箱之间的摩擦力。
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参考答案:
1.D 2。C 3。C 4炸药。D 5。D 6。C
7.(1)W has =1.2×104J
(2)拉力F=625N。
8.(1)1.2×106焦耳
(2)2×104N(3)75%
9.(1)答案图表如下
(2)800 320
(3)5×104帕(4)80%
10.“分析”
(1)木箱从斜面底部上升到顶部所用的时间:
t=L/v=5 m/0.2m/s=25s。
(2)小马拉绳子的速度是:
V = 2v = 2× 0.2m/s = 0.4m/s .
拉力的力量是:
p = W/t = FS/t = Fv pull = 100n×0.4m/s = 40W。
(3)有用功是:
w has = Gh = mgh = 25kg×10N/kg×3m = 750j。
总工作量是:
W total =Fx2L=100N×2×5m=1000J
整个装置的机械效率:
=75%
(4)移动滑轮的重力所做的附加功为:
w移动=m移动gh=1kg×10N/kg×3m=30J。
斜面对木箱摩擦力所做的功如下:
Wf=W始终-W有-W移动-Wo=
1000J-750J-30J-20J=200J。
斜面与木箱之间的摩擦:
f=Wf/L=200J/5m=40N。
