11.3.1认识机械效率（课件）2025-2026学年八年级物理全册沪科版（2024）

幻灯片 1：封面标题：11.3.1 认识机械效率副标题：探究机械做功的有效程度学科：物理适用年级：八年级教材版本：人教版幻灯片 2：学习目标理解有用功、额外功和总功的概念，能区分机械工作中的三种功。知道机械效率的定义，掌握机械效率的计算公式，并能进行简单计算。了解机械效率的物理意义，知道机械效率总小于 1 的原因。能结合实例分析影响机械效率的因素，了解提高机械效率的方法。认识机械效率在实际生产生活中的应用，体会优化机械性能的重要性。幻灯片 3：引入 - 实际机械的做功差异情景对比：情景 1：用动滑轮提升重物时，需要克服动滑轮自重和摩擦做功。情景 2：用滑轮组搬运货物时，不仅要提升货物，还要拉动绳子、克服滑轮摩擦。提问：我们使用机械做功时，是否所有的功都是我们需要的？为什么实际用机械做的功比直接用手做的功多？本节课我们将通过 “有用功、额外功和总功” 的概念，探究机械效率的问题。展示图片：用动滑轮提重物、用滑轮组搬货物的示意图，标注额外做功的部分。幻灯片 4：有用功、额外功和总功有用功（\(W_有\)）：定义：对我们有用的功，即我们需要机械完成的功。实例：用滑轮提升重物时，克服重物重力做的功（\(W_有 = Gh\)）。用滑轮水平拉动物体时，克服物体摩擦力做的功（\(W_有 = fs\)）。额外功（\(W_额\)）：定义：对我们无用但不得不做的功，通常是克服机械自重、摩擦等做的功。实例：用动滑轮提重物时，克服动滑轮自重做的功（\(W_额 = G_动 h\)）和克服绳与滑轮摩擦做的功。用杠杆撬物体时，克服杠杆自重和支点摩擦做的功。总功（\(W_总\)）：定义：动力对机械做的功，等于有用功与额外功之和。公式：\(W_总 = W_有 + W_额\)。实例：用滑轮组提升重物时，拉力做的功（\(W_总 = Fs\)）。展示图片：用动滑轮提重物时三种功的示意图，标注重物、动滑轮、拉力的作用。幻灯片 5：机械效率的概念定义：有用功跟总功的比值叫做机械效率，用符号 “\(\eta\)” 表示。物理意义：表示机械对总功的有效利用程度，机械效率越高，说明有用功在总功中占的比例越大，机械的性能越好。计算公式：\(\eta = \frac{W_有}{W_总} \times 100\%\)。单位：机械效率是比值，没有单位，用百分数表示。规律：由于额外功不可避免（\(W_额 > 0\)），所以有用功总小于总功（\(W_有 < W_总\)），因此机械效率总小于 1（\(\eta < 100\%\)）。示例：用某滑轮组提升重物时，有用功为 800J，总功为 1000J，机械效率\(\eta = \frac{800J}{1000J} \times 100\% = 80\%\)。幻灯片 6：理想机械与实际机械的对比类型做功情况机械效率实例理想机械没有额外功（\(W_额 = 0\)），\(W_总 = W_有\)\(\eta = 100\%\)忽略摩擦和机械自重的滑轮组、杠杆实际机械存在额外功（\(W_额 > 0\)），\(W_总 = W_有 + W_额\)\(\eta < 100\%\)实际使用的动滑轮、起重机、抽水机说明：理想机械是物理学中的理想化模型，实际中不存在，机械效率是衡量实际机械性能的重要指标。展示图片：理想滑轮组和实际滑轮组的做功对比示意图。幻灯片 7：机械效率的计算示例（一）例题 1：用动滑轮将重为 500N 的物体匀速提升 2m，所用拉力为 300N，求动滑轮的机械效率。解：有用功\(W_有 = Gh = 500N \times 2m = 1000J\)。动滑轮绳子段数\(n=2\)，绳子自由端移动距离\(s = nh = 2 \times 2m = 4m\)。总功\(W_总 = Fs = 300N \times 4m = 1200J\)。机械效率\(\eta = \frac{W_有}{W_总} \times 100\% = \frac{1000J}{1200J} \times 100\% \approx 83.3\%\)。答：动滑轮的机械效率约为 83.3%。例题 2：用杠杆将重为 120N 的物体举高 0.2m，动力作用点下降 0.5m，动力为 50N，求杠杆的机械效率。解：有用功\(W_有 = Gh = 120N \times 0.2m = 24J\)。总功\(W_总 = Fs = 50N \times 0.5m = 25J\)。机械效率\(\eta = \frac{24J}{25J} \times 100\% = 96\%\)。答：杠杆的机械效率为 96%。幻灯片 8：机械效率的计算示例（二）例题 3：用滑轮组提升重物，已知物重\(G=800N\)，动滑轮总重\(G_动=200N\)，不计绳重和摩擦，求滑轮组的机械效率。解：理想情况下（仅考虑动滑轮自重），拉力\(F = \frac{1}{n}(G + G_动)\)，但机械效率与\(n\)无关（推导见备注）。有用功\(W_有 = Gh\)。总功\(W_总 = W_有 + W_额 = Gh + G_动 h\)。机械效率\(\eta = \frac{Gh}{Gh + G_动 h} \times 100\% = \frac{G}{G + G_动} \times 100\% = \frac{800N}{800N + 200N} \times 100\% = 80\%\)。答：滑轮组的机械效率为 80%。备注：不计摩擦时，\(\eta = \frac{G}{G + G_动}\)，与绳子段数\(n\)无关，说明机械自重是影响效率的关键因素。幻灯片 9：影响机械效率的因素主要因素：机械自重：动滑轮、杠杆等机械自身越重，额外功越多，机械效率越低（如轻质滑轮比 heavy 滑轮效率高）。摩擦阻力：机械部件间的摩擦越大，额外功越多，效率越低（如润滑后的机械效率更高）。被提升物体的重力：对同一机械，提升的物体越重，有用功占总功的比例越大，效率越高（如用同一滑轮组提重物，物重越大效率越高）。次要因素：绳重（绳子自身有重力时，会增加额外功）、机械结构复杂度（结构越复杂，摩擦点越多，额外功越多）。展示图片：不同自重滑轮组的效率对比、润滑前后机械的效率对比示意图。幻灯片 10：提高机械效率的方法减小额外功：减轻机械自重：选用轻质材料制作动滑轮、杠杆等（如用铝合金替代钢铁）。减小摩擦：对机械转动部分加润滑油，用滚动摩擦代替滑动摩擦（如给滑轮轴加润滑油）。简化机械结构：减少不必要的部件，降低额外功产生的可能性。增大有用功：合理使用机械：在机械承载范围内，尽量提升更重的物体（如用同一起重机吊更重的货物）。优化工作方式：使机械在高效区间工作，避免轻载运行（如满载运输比空载运输效率高）。注意：提高效率需平衡成本与效果，不能为了减小自重而牺牲机械强度，也不能过度润滑导致安全隐患。幻灯片 11：生活中常见机械的效率实例 1：滑轮组：实验室小型滑轮组：效率约 70%-85%（摩擦和自重影响较大）。起重机滑轮组：效率约 80%-90%（经过优化设计，自重轻、摩擦小）。实例 2：杠杆：理想杠杆（不计自重和摩擦）：效率 100%（实际中约 90%-95%）。复杂杠杆（如剪板机）：效率约 85%-95%。实例 3：汽车发动机：汽油机：效率约 20%-30%（额外功主要来自散热、摩擦和废气）。柴油机：效率约 30%-45%（比汽油机效率高，因燃烧更充分）。展示图片：不同机械的效率范围示意图，标注影响因素。幻灯片 12：课堂小练习 1 - 三种功的判断题目：用滑轮组提升重物时，下列属于有用功的是（ ），属于额外功的是（ ）A. 克服重物重力做的功 B. 克服动滑轮重力做的功 C. 克服绳重和摩擦做的功 D. 拉力对滑轮组做的功答案：有用功：A；额外功：B、C。解析：A 是我们需要的功（有用功）；B、C 是无用但不得不做的功（额外功）；D 是总功。幻灯片 13：课堂小练习 2 - 机械效率计算题目：用一个动滑轮将重 600N 的物体匀速提升 1m，所用拉力为 350N，求动滑轮的机械效率。答案：85.7%解析：\(W_有 = Gh = 600N \times 1m = 600J\)；\(s = 2h = 2m\)，\(W_总 = Fs = 350N \times 2m = 700J\)；\(\eta = \frac{600J}{700J} \times 100\% \approx 85.7\%\)。幻灯片 14：课堂小练习 3 - 效率影响因素分析题目：为什么用同一滑轮组提升更重的物体时，机械效率会提高？答案：同一滑轮组的额外功（克服动滑轮自重和摩擦）基本不变，提升更重的物体时，有用功增大，有用功在总功中的比例提高，因此机械效率增大。幻灯片 15：机械效率与节能节能意义：机械效率越高，完成相同有用功消耗的总功越少，节约能源（如高效率发动机更省油）。实际应用：工业生产中，通过优化机械设计提高效率，降低能耗（如高效起重机比低效起重机省电）。家用设备中，选择高性价比的高效机械（如一级能效的家电比三级能效更节能）。展示图片：高效节能机械的能效标识、节能设备与普通设备的能耗对比图。幻灯片 16：课堂总结核心概念：有用功（\(W_有\)）：对我们有用的功。额外功（\(W_额\)）：无用但不得不做的功。总功（\(W_总\)）：\(W_总 = W_有 + W_额\)。机械效率（\(\eta\)）：\(\eta = \frac{W_有}{W_总} \times 100\%\)，\(\eta < 100\%\)。影响因素：机械自重、摩擦阻力、被提升物体的重力。提高方法：减轻机械自重、减小摩擦、增大有用功比例。物理意义：机械效率反映机械做功的有效程度，是衡量机械性能的重要指标。幻灯片 17：课后作业布置完成课本上关于机械效率的练习题。用所学知识分析：为什么用湿布擦黑板比干布更费力？这与额外功有什么关系？设计一个实验，测量滑轮组的机械效率（写出实验器材、步骤和数据记录表格）。思考：为什么汽车在满载时比空载时更省油？结合机械效率知识解释。2024沪科版物理八年级全册11.3.1认识机械效率第十一章 简单机械授课教师： . 班 级： . 时 间： . 小明家住在二楼，买了一批木料，可以直接用手拉到二楼，也可以使用动滑轮，使用动滑轮的作用是为了 。省力 有的机械可以省力，有的机械可以改变作用力的方向或达到“省距离”的效果。有用功、额外功和总功知识点一怎样判断使用机械是否省功呢?那么，使用机械能省功吗?如图所示，直接用弹簧测力计将钩码匀速提升一定高度。再借助一个动滑轮用弹簧测力计将同样的钩码匀速提升相同高度。比较两次拉力所做的功，你发现了什么?你能找出其中的原因吗?探究使用动滑轮是否省功使用动滑轮会省力，但由于滑轮的自重以及摩擦等因素的影响，需要额外多做一些功，即使用动滑轮不省功。【实验结论】功的原理：使用任何机械都不省功认识有用功、额外功和总功用动滑轮提升重物目的：把重物提升一段距离对重物做功 Gh:提升绳子所做的功提升动滑轮所做的功克服摩擦力所做的功动力所做的功Fs对人们无用但又不得不做的功对人们有用必须做的功有用功额外功总功认识有用功、额外功和总功(1)有用功(W有)：为了达到目的，必须做的功。(2)额外功(W额)：为了达到目的，并非我们所需 要但又不得不做的功。(3)总功(W总) ：动力所做的所有功。三种功之间的关系: W总= W额+ W有例1 我们用水桶从井中汲水，那么对桶中的水做的功是_______，拉力所做的功是________，对水桶做的功是_______。假如水桶掉进了井中，打捞起水桶的过程中，对桶中的水做的功是_______，对水桶做的功是_______。(均选填“有用功”“额外功”或“总功”)有用功总功额外功额外功有用功机械效率的大小知识点二 在使用机械工作时，有用功在总功中所占份额越多越好。它反映了机械的一种性能，物理学中表示为机械效率。点击图片观看定义：有用功跟总功的比值，通常用百分率表示。机械效率 使用任何机械时，都不可避免地要做额外功，有用功总是小于总功，因此机械效率总小于100%。物理意义：表示有用功占总功的百分比。有用功占总功的比例越大，机械效率越高。η＜1焦耳( J )机械效率是一个比值，没有单位 η ：机械效率W有：有用功W总：总功(1)机械效率可以提高到100% 。( )(2)机械效率高的机械，做的有用功多。( )(3)做功慢的机械，机械效率不一定低。 ( )(4)机械越省力，其机械效率越高。( )(5)有用功一定时，减少额外功能提高机械效率。( )概念辨析×××机械效率与功率的对比 例2 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，效率越高 D．做功越快的机械，效率越高C 生产生活中常见机械的机械效率起重机（40%~50%）皮带传动（90%~98%）离心式水泵（60%~80%）喷气发动机（50%~60%）例 题如图所示，工人用滑轮将 45 kg 建筑材料沿竖直方向匀速提升3m，所用的拉力为 250 N。此滑轮的机械效率是多少?( g取 10 N/kg )工人用滑轮提升建筑材料的过程中，有用功是不用滑轮直接把物体提升3m做的功；总功是拉力做的功，两者的比即为机械效率。分 析由题意，建筑材料的质量 m= 45 kg，建筑材料提升的高度 h = 3 m，拉力 F = 250 N，工人用手拉起的实际绳长s = 2h = 6 m。滑轮做的有用功为W有=Gh=mgh= 45 kg×10 N/kg×3 m= 1 350 J拉力做的总功为W总=Fs=250N×6 m=1 500J解此滑轮的机械效率为机械效率变小了。原因是物重发生了变化，物重变小了，有用功就变小了，在总功的占比也变小了，所以机械效率也变小了。 机械效率不是固定不变的，同一机械在不同的做功过程中，机械效率可能会发生改变。如果用上述滑轮匀速提起 30 kg 的物体，那么机械效率还是 90%吗? 同一机械的机械效率是否会发生变化?为什么?讨 论1星题 知识过关 有用功和额外功1.甲用桶从井中提水，其中对____做的功是有用功，对____做的功是额外功；乙从井中捞水桶，桶中带有半桶水，则对____做的功是有用功，对____做的功是额外功。(均填“桶”或“水”)水桶桶水2.简单机械在我们生活中应用非常广泛，爱好实践的小明同学分别用杠杆、斜面和滑轮组将同一物体移动到相同高度，做有用功最多的是( ) DA.杠杆 B.斜面 C.滑轮组 D.一样多 机械效率的理解 小于    5.关于机械效率，下列说法正确的是( ) CA.机械越省力，机械效率越高B.做功越多的机械，机械效率一定越高C.额外功在总功中所占比例越小，机械效率越高D.机械效率可以大于1 机械效率的计算 600800  (1)此过程中的有用功。 (2)该动滑轮的机械效率。 2星题 情境应用    240        12.[2024·合肥期末] 如图所示，用甲、乙两套装置将质量相同的物体匀速竖直提升，相同时间内物体移动的距离相同。所用的滑轮质量相等，忽略绳重和摩擦，在此过程中 ( ) DA.两滑轮组绳端的拉力相等B.甲滑轮组做的总功比乙多C.甲装置中拉力做功的功率比乙小D.两装置的机械效率相等     使用机械是否省功功的原理三种功使用任何机械都不省功有用功(W有)额外功(W额)总功(W总)机械效率W总= W额+ W有 η总小于100%有用功跟总功的比值谢谢观看！