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第 20 课 机械效率（学生版）
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课程标准 课标解读
1.知道有用功、额外功和总功，并会计算；
1.知道什么是有用功、额外功和总功；
2.知道机械效率的定义、公式，认识机械效率是表示机械性
2.理解机械效率的概念；
能的重要指标；
3.通过测量滑轮组机械效率加强对机械
3.通过测量滑轮组的机械效率，加深对机械效率的理解；了
效率的理解；
解测量滑轮组机械效率的方法、步骤；
4.会进行有关机械效率的计算。
4.会进行机械效率的相关计算。
知识精讲
知识点01 机械效率
１.有用功：对机械、活动有用的功。
公式：W ＝Gh（提升重物）=W －W =ηW ；斜面：W = Gh。
有用 总 额 总 有用
2.额外功：并非需要但又不得不做的功。
公式：W = W －W =G h（忽略轮轴摩擦的动滑轮、滑轮组）；斜面： W =fL。
额 总 有用 动 额
3.总功：有用功加额外功或动力所做的功。
公式： W =W ＋W =FS= W ／η；斜面：W = fL+Gh=FL。
总 有用 额 有用 总
4.机械效率：有用功跟总功的比值。机械效率计算公式： 。
5.滑轮组的机械效率（不计滑轮重以及摩擦时）
（1）滑轮组（竖直方向提升物体）： （G为物重，h为物体提升高度，F为拉力，S为绳子自由
端走的距离）。
（2）滑轮组（水平方向拉动物体）： （f为摩擦力，l为物体移动距离，F为拉力，S为绳子自
由端走的距离）。
6.斜面的机械效率： (h为斜面高，S为斜面长，G为物重，F为沿斜面对物体的拉力)。
【知识详解】机械效率1.根据人们使用机械的不同，有用功的计算也不尽相同。例如：若使用机械的目的是提升重物，那么
克服物体的重力做的功就是有用功。如果使用机械的目的是在水平面上平移重物，那么克服物体与水平面
间的摩擦力做的功就是有用功。
2.如果有用功不变，我们可以通过减小额外功(减少机械自重、减少机械的摩擦)来增大机械效率；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。
3.滑轮组机械效率影响因素：影响滑轮组机械效率的因素是物重，其次才是滑轮重、绳重和摩擦。无
论你用同一滑轮组吊起一根绣花针或一个重量远远大于动滑轮的重物，你都需要把动滑轮举上去，还要克
服绳重与摩擦，前者额外功远远大于有用功，其机械效率几乎为零，后者额外功在总功中占的比值就小得
多，所以物重越大，机械效率就越高。
主要因素：物体重力一定时，动滑轮越重，机械效率越低，动滑轮重一定时，物体重力越大，机械效
率越高。
机械效率是反映机械性能的优劣的重要标志之一。总功等于有用功与额外功之和，因而有用功只占总
功的一部分。显然，有用功所占比例越大，机械对总功的利用率就越高，机械的性能就越好。
【知识拓展一】机械效率的相关计算
机械效率计算是本单元学习中的热点问题，也是常考考点。
在计算机械效率时，注意物理量名称所表示的意义。并深刻理解不同状态下，各种机械的机械效率计
算公式（不计滑轮重以及摩擦时）：
（1）滑轮组（竖直方向提升物体）： （G为物重，h为物体提升高度，F为拉力，S为绳子自由
端走的距离）。
（2）滑轮组（水平方向拉动物体）： （f为摩擦力，l为物体移动距离，F为拉力，S为绳子自
由端走的距离）。
（3）斜面的机械效率： (h为斜面高，S为斜面长，G为物重，F为沿斜面对物体的拉力)。
【知识拓展二】提高合滑轮组机械效率的方法1．影响滑轮组机械效率的因素滑轮组是人们经常使用的简单机械，用同一滑轮组提升物体G升高h时，
滑轮组对物体做的功为有用功，而人对滑轮组的拉力F做的功为总功，F移动的距离s=nh(n为与动滑轮相
连绳子的段数)，则滑轮组的机械效率 ；
若不计摩擦力，而动滑轮的重为G’，那么提升动滑轮做的功就是额外功，则滑轮组的机械效率还可
表示为 。讨论这个表达式可知，对于同一滑轮组(G’一
定)，提升重物越重，滑轮组的机械效率越高；而提升相同重物时，动滑轮越少、越轻的滑轮组，机械效
率越高。
2．提高滑轮组机械效率的方法
(1)减小额外功在总功中占的比例。可采取改进机械结构、减小摩擦阻力等方法。如可使滑轮组在满
载情况下工作，以增大有用功在总功中的比例，在滑轮的转轴中加润滑油，以减小摩擦阻力，或减小滑轮
组中动滑轮的自重等，即在有用功一定的情况下，减小额外功，提高效率。
(2)增大有用功在总功中所占的比例，在额外功不变的情况下，增大有用功的大小。
(3)换用最简单的机械。
【知识拓展】本节知识导图分层提分
题组A 基础过关练
1.小明用两个相同的滑轮组成不同的滑轮组（如图所示），分别将同一物体匀速提高到相同高度，滑
轮组的机械效率分别为η、η。下列关系正确的是（忽略绳重及摩擦）（ ）。
1 2
A．F＞F，η=η B．F＞F，η＞η C．F＜F，η=η D．F＜F，η＞η
1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2
2.如图所示的滑轮组中，动滑轮重1N，小强用6N的拉力F通过该滑轮组匀速拉起重10N的物体，物体
沿竖直方向上升0.4m。此过程中，额外功和机械效率分别是（ ）。
A．0.4J、83.3% B．0.8J、91.7% C．0.8J、83.3% D．0.4J、91.7%3.如图所示，用相同的滑轮不同的绕法提起相同的重物，摩擦力可以忽略不计，在物体匀速上升的过
程中（ ）。
A．甲图省力，机械效率甲图大；B．甲图省力，机械效率一样大；
C．乙图省力，机械效率乙图大；D．乙图省力，机械效率一样大
4．关于机械效率的说法中正确的是（ ）。
A．越省力的机械，效率越高；
B．做有用功越多的机械，效率越高；
C．做相同的功，额外功的值越小，则机械效率一定越高；
D．做功越快的机械，机械效率越高
5.如图所示，利用轻质滑轮组匀速拉动水平地面上重为300N的物体，拉力F的大小为30N。若物体和
地面之间的摩擦力大小为45N，则A处的拉力大小和滑轮组的机械效率分别为（ ）。
A.45N、50% B.45N、75% C.60N、50% D.60N、75%
6.滑轮组将重500N的物体，举高80cm的过程中，机械效率为80%，则此过程中有用功为 J；额外
功为 J。若不计滑轮摩擦及拉线质量的影响，则可知动滑轮重 N；当提升重物为400N时，滑轮
组的机械效率为 。
7.某人将一物体用F=40N的推力匀速将一个重200 N的物体推上高h=1m、长s=6m的斜面，则此人对物
体做的总功为 J，额外功为_____J，斜面的机械效率_____，斜面和物体间的摩擦力是______N。
8.小华用如图所示的滑轮组拉动货箱，已知货箱的质量为 60Kg，在F=50N的拉力作用下，货箱以
0.1m/s的速度做匀速直线运动，地面对货箱的滑动摩擦力f为货箱重的0.2倍．求：
（1）货箱的重力是多少？
（2）拉力F的功率是多少？
（3）货箱运动了1min，克服摩擦所做的功是多少？
（4）此滑轮组的机械效率是多少？9.下面是小明和小红的“测量滑轮组的机械效率”实验报告。
实验名称：测量滑轮组的机械效率
实验步骤：
（1）用弹簧测力计测量钩码所受的重力G并填入表格。
（2）按如安装滑轮组，分别记下钩码和弹簧测力计的位置。
（3）拉动弹簧测力计并读出拉力F的值，用刻度尺测出的钩码上升的高度h和弹簧测力计移动的距离
S，将这三个量填入表格。
（4）算出有用功W 、总功W 、机械效率η并填入表格。
有 总
（5）改变钩码上升的高度，重复上面的实验，记录并计算实验数据。
实验记录：
实验 钩码重 物体上升的高 有用功 拉力 弹簧测力计 总功 机械效率
次数 力G/N 度h/cm W /J F/N 移动的距离 W /J η
有 总
s/cm
1 6 3.00 18.00 2.38 9.00 21.42 84.0%
2 6 5.00 30.00 2.40 15.00 36.00 83.3%
3 6 8.00 48.00 2.36 24.00 56.64 84.7%
4 6 10.00 60.00 2.35 30.00 70.50 85.1%
实验结论：在忽略绳子的重力和摩擦的情况下，滑轮组的机械效率与所提升物体的重力和高度无关。
请你评价小明和小红的实验报告。
（1）指出实验步骤中存在的错误和不足；
（2）从理论上分析说明他们实验结论的局限性。
题组B 能力提升练
1.将一个定滑轮和挂有一个重60N钩码的动滑轮，分别组装成如图甲和乙所示的两种滑轮组．在图甲
滑轮组，用大小为36N的竖直向下的拉力F 把钩码匀速提升了0.3m；在图乙滑轮组，用竖直向上的拉力F
1 2
把钩码匀速提升了0.6m．不计摩擦和绳重．设图甲滑轮组的机械效率为η ，图乙滑轮组的机械效率为η
甲
，则（ ）。
乙A．η ＞η B．η ＜η C．η ≈55.5% D．η ≈83.3%
甲 乙 甲 乙 甲 乙
2.工人利用滑轮组吊起重为2400N的路灯杆（质量分布均匀）。如图所示，这是路灯杆一端刚被匀速
拉起的简图。路灯杆离地后被匀速提升1m，绳端拉力F＝1000N。下列说法正确的是（ ）。
A．路灯杆一端刚被匀速拉起时，相当于费力杠杆；
B．路灯杆离地后，受到的拉力小于2400N；
C．路灯杆离地后，绳端拉力F做的功为1000J；
D．路灯杆离地后，滑轮组的机械效率为80%
3.某实验小组分别用如图所示的甲、乙两个滑轮组（每个滑轮重相同）在相同时间内把重物 G提升相
同高度。若F 和F 大小相等，不计绳重及摩擦，下列说法正确的是（ ）。
1 2
A．力F 和F 做功的功率相同；
1 2
B．力F 和F 做的总功相同；
1 2
C．两个滑轮组机械效率一样大；D．甲滑轮组的机械效率比乙滑轮组高
4.如图所示，快递小哥为了把较重的货物装入运输车，用同样的器材设计了甲、乙两种方式提升货物。
若把同一货物匀速提升到同一高度，忽略绳重和摩擦。下列分析正确的是（ ）。
A．甲方式可以省力；
B．乙方式不能改变力的方向；
C．甲、乙两种方式做的有用功相等；
D．甲、乙两种方式的机械效率相等
5.如图所示，小丽用滑轮组拉动重为600N的物体A．以0.1m/s的速度沿水平地面向左匀速直线运动
10s。所施加的拉力F＝100N（忽略绳重和滑轮重）。若该滑轮组的机械效率为75%，则绳端移动的距离为
m，滑轮组做的有用功为 J，地面对物体A的摩擦力为 N。
6.人在绳子自由端用拉力F通过图甲所示的滑轮组，将重900N的物体匀速提升6m，用时15s，则所做
的有用功为 J，拉力做的功W随时间t变化的图象如图乙所示（忽略绳重和摩擦），滑轮组的机械
效率是 。
7.测量如图所示滑轮组的机械效率，部分实验数据如下表。
实验次数 钩码重力G/N 钩码上升高度h/cm 拉力F/N 绳端移动距离s/cm 机械效率
η
1 1.0 5 15 55.6%
2 1.5 5 0.8 15
3 2.0 5 1.0 15 66.7%4 2.0 10 1.0 30 66.7%
（1）实验过程中，应缓慢拉动弹簧测力计，使钩码竖直向上做 运动。第1次实验时，弹簧测力
计示数如图所示，为 N。
（2）第2次实验时所做的有用功为 J，滑轮组的机械效率是 。
（3）分析1、2、3次实验的数据可知，使用同一滑轮组提升重物时，重物重力越 （选填“大”或
“小”），滑轮组的机械效率越高；分析3、4次实验的数据可知，滑轮组的机械效率与钩码上升的高度
（选填“有关“或“无关”）。
（4）结合生产生活实际，用滑轮组提升重物时，下列选项中也可提高机械效率的是 。
A．增大绳重
B．减轻动滑轮重
C．加快物体提升的速度
8.工人师傅利用如图甲所示的滑轮组搬运石材，质量为1.8×103kg的石材放在水平地面上，在拉力F
的作用下沿水平方向做匀速直线运动，其路程随时间变化的图象如图乙所示。石材在水平方向上受到的阻
力为石材重的0.1倍，滑轮组的机械效率为75%，滑轮组和绳子的自重不计。（g＝10N/kg）求：
（1）石材受到的阻力；
（2）在石材移动40s过程中，工人做的有用功；
（3）在石材移动40s过程中，工人作用在绳子自由端的拉力F。
题组C 培优拔尖练
1．（2021·四川眉山市·中考真题）小叶同学用如图所示的滑轮组提升重物A，不计绳重和机械之间
的摩擦，每个滑轮的重力均为 ，与地面固定的细绳 的拉力 ，他通过细绳 用 的拉力
将重物A匀速提升 ，所用时间 。下列说法中正确的是（ ）。A．物体A的重力为 ；
B．拉力 做功的功率为 ；
C．该装置由两个定滑轮和一个动滑轮组成；
D．该滑轮组在使用过程中的机械效率为
2．（2021·广东中考真题）用图甲的滑轮组提升重200N的物体，已知拉力F为80N，不计绳重和摩
擦，物体和绳子自由端的运动情况如图乙所示，反映绳子自由端运动的图线是______（选填“A”或
“B”），动滑轮重为______N，3s内对物体做的有用功为______J。
3．（2021·山东枣庄市·中考真题）如图所示，工人师傅用150N的拉力，使重为1000N的物体以
0.2m/s的速度在地面上沿水平方向做匀速直线运动，已知物体在运动时受到地面的摩擦力为物重的0.2倍。
不计绳重及绳与滑轮、滑轮与轴之间的摩擦。求：
（1）工人师傅拉力的功率；
（2）动滑轮的重；
（3）若物重增大到2000N，则滑轮组的机械效率是多少？4．（2021·江苏苏州·中考真题）如图是工人师傅用滑轮组提升建筑材料的示意图，在400N的拉力
作用下，使质量为70kg的建筑材料在10s的时间里，匀速竖直上升了2m。不计绳子重力和摩擦，g取
10N/kg，求：
（1）拉力的功率P；
（2）滑轮组的机械效率η；
（3）动滑轮的重力G 。
动
