如何计算机械效率？

问题38.如何计算机械效率？◇学生提问（不计绳重和摩擦）小明用如图所示的滑轮组将一个重为120N的物体匀速提升2m，所用1；若不计绳重和摩擦仍用该的拉力为50N，此时拉力所做的功为W，滑轮组的机械效率为2，则W、1、2分别是（）滑轮组提升一个重为I70N的物体，此时滑轮组的机械效率为A.240J80％85％B.300J80％85％C.300J80％80％D.240J75％80％老师，机械效率是不是功率？怎样计算机械效率呢？◇问题探究有用功、额外功、总功（重要性：★★★★）老师：机械效率是功率是截然不同的两个物理量，要正确认识机械效率，我们先来全面认识机械功吧。如图甲所示，直接用弹簧测力计匀速提升重物，拉力要对重物做功；如图乙所示，拉动绳子使动滑轮上升时，拉力在对重物做功的同时也要对滑轮做功，同时还要克服动滑轮轴上的摩擦做功。你分析一下图乙：哪些功是有用的，必须做的？哪部分功是没用的，但又不得不做的？学生：动滑轮对重物所做的功是有用的，是必须做的；提升动滑轮做的功和克服摩擦力做的功是没用的，不得不做。老师：实际拉力做的功与这两部分功存在什么关系？学生：实际拉力做的功应该等于这两部分功之和。老师：对，我们可以把这三个功分别叫做有用功、额外功和总功。你能给它们归归类吗？学生：我认为：在使用机械时，对物体做的功对我们有用，这部分功就是有用功；对动滑轮和克服摩擦做的功对我们无用但又不得不做，就是额外功；我们所做的全部的功，也就是有用功与额外功之和叫做总功。老师：好，你能求出长沙中考题目中拉力所做的功了吗？学生：没问题！（1）因为有3段绳子吊着物体，提升重120N的物体时拉力做的是总功300Jm23N5031111＝总hFsFW老师，我还能求出这时拉力做的有用功呢！0J42m2N12011＝有用hGW（2）提升重170N的物体时，拉力的大小N32003)N120N503(N1703)3(311222　　　动GFGGGF拉力做的是总功，晕，不知道重物上升的高度以及绳子移动的距离，我求不上来了！老师：别急，你的学习效率还是非常高的！你先想想另一个问题吧，有用功在总功中所占的比例越大越好，还是越小越好？机械效率是有用功与总功的比值（重要性：★★★★）学生：当然是比例越大了越好！就象上了一节课一样，收获的有用知识越多，学习效率就越高！哦，我明白了，与我们的学习效率类似，机械效率就是表示机械的工作效率吧？老师：是的，你类比的很好！机械效率就是有用功与总功的比值！如果用表示机械效率，你能写出机械效率的计算公式吗？学生：机械效率的计算公式就是总有WW老师，有用功的单位是J，总功的单位也是J，那机械效率这个物理量很特殊，没有单位吧？老师：对，你对机械效率还有什么认识？学生：既然有用功是总功的一部分，机械效率的大小应该小于1。老师：对，由于机械效率总小于1，用小数表示比较起来有时不方便，所以常常把机械效率用百分数表示。那你再看看你刚才求解的问题，题目要你计算第二次的有用功与总功了吗？学生：没有，只是让求出两次的机械效率，我试试吧。（1）提升重120N的物体时，%80J300J240111总有WW（2）提升重170N的物体时，%853N2003N170332222222222222＝总有FGhFhGsFhGWW所以选项B正确◇学生笔记机械效率表示做功的有用程度，它没有单位，总小于1，用百分数表示；机械效率可用公式总有WW计算；滑轮组的机械效率可用推导公式nFG计算◇要点训练1.如图所示，在唐家山堰塞湖抢险中，俄罗斯“米-26”直升机在2min内把12t的推土机匀速提高1000m（注：吊绳长度不变）。己知直升机的质量是推土机的5倍，请解答下列问题：（1）若直升机三个着地轮的总触地面积是l.2m2，则直升机停在地面（螺旋桨未转动）时对地面的压强有多大？（2）试画出直升机吊着推土机匀速上升时，直升机的受力示意图（作图时用小方块代表直升机），并求出升力的大小是多少？（3）上述过程中，升力提升推土机做功的机械效率是多少？解：（1）直升机的重力N106N/kg105kg101253''gmG直升机停在地面时对地面的压强Pa105m2.1N106535'SGSFp（2）受力示意图答案如图所示推土机的重力N102.1N/kg10kg101253mgG匀速上升时，升力等于总重力N102.7N102.1N105555'GGF（3）升力提升推土机做功的机械效率%7.16N102.7N102.155FGFhGhWW总有解析：（1）直升机停在地面时对地面的压强可利用公式SFp计算，而地面受到的压力大小等于直升机的重力；（2）直升机吊着推土机匀速上升，整体处于平衡状态，即升力与直升机和推土机的总重力相等；但就直升机而言，升力要比直升机本身的重力大，所以画受力示意图时，升力应画得长些；（3）升力提升推土机做功的机械效率可利用公式总有WW求解。2.如图所示是小明测量杠杆机械效率的实验情景(杠杆的重力忽略不计)(1)请在表中把相关的数据填写完整物体重G／N物体上升的高度h／cm弹簧测力计的示数F／N弹簧测力计移动的竖直距离S／cm有用功W有／J总功W总／J机械效率η／％430(2)为提高本实验中杠杆的机械效率，请提—条合理的建议：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。答案：（1）152.40.60.7285.7（2）选择支点灵活的杠杆解析：（1）物体上升的高度应以物体的上端为参照物读数；读弹簧测力计的示数时一定要注意弹簧测力计是倒着用的，且分度值是0.2N；有用功的计算利用公式GhW有、总功的计算利用公式FsW总、机械效率则为总有WW。（2）提高杠杆的机械效率，可以从减小杠杆重力及减小摩擦力的角度回答。