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第3節(jié)    機(jī)械效率

        生活中我們常常會遇到“效率”這個詞，例如學(xué)習(xí)效率、工作效率等。利用機(jī)械幫助我們完成某項任務(wù)，也會涉及效率問題，我們稱為機(jī)械效率。要研

究機(jī)械效率，就要先研究使用機(jī)械做功的情況。

有用功和額外功

        不使用機(jī)械直接提升物體做的功，與使用機(jī)械提升物體時做的功相同嗎？

演示

使用動滑輪是否省功

        1.如圖12.3-1甲，用彈簧測力計將鉤碼縵慢地提升一定的高度，計算拉力所做的功。

        2.如圖12.3.1乙，用彈簧測力計并借助一個動滑輪將同樣的鉤碼緩慢地提升相同的高度，再次計算拉力所做的功。

        這兩次拉力所做的功一樣嗎?為什么?

        實驗結(jié)果表明，雖然在兩次實驗中鉤碼被提升了相同的高度，但第二次拉力做的功反而要多一些。這說明，盡管使用動滑輪會省力，但由于滑輪本

身所受的重力以及摩擦等因素的影響，我們要多做功。

        在上面的實驗中，無論是否使用滑輪，鉤碼都被提升了，這部分功是必須要做的，叫做有用功，用W有表示。若用滑輪組提升鉤碼，我們還不得不克服動滑輪本身所受的重力以及摩擦力等因素的影響而多做一些功，這部分功叫做額外功，用W額表示。有用功與額外功之和是總共做的功，叫做總功，用W總表示?？偣?、有用功和額外功之間的關(guān)系為

W總= W有+W額

機(jī)械效率

        在保證所做有用功一定的情況下，人們總是希望額外功越少越好。即額外功在總功中所占的比例越少越好。物理學(xué)中，將有用功跟總功的比值叫做機(jī)械效率。如果用η(讀作aita)表示機(jī)械效率，那么有

        使用任何機(jī)械都不可避免地要做額外功，有用功總是小于總功，所以機(jī)械效率總是小于1的。機(jī)械效率通常用百分?jǐn)?shù)表示。

        例題  起重機(jī)把質(zhì)量為0.5t的重物勻速提升了3m，而它的電動機(jī)所做的功是3.4x10⁴ J，起重機(jī)的機(jī)械效率是多少？g 取10 N/kg。

        解    起重機(jī)勻速提升重物所用的力與物體所受的重力大小相等

F=G=mg=0.5x10³kgx 10N/kg=5x10³ N

        起重機(jī)提升重物所做的功是有用功

W_有=Fh=5x10³Nx3m=1.5x10⁴ J

        起重機(jī)的電動機(jī)所做的功是總功

W_總=3.4x 10⁴ J 

        因此，起重機(jī)的機(jī)械效率

        這臺起重機(jī)的機(jī)械效率為44%。

        起重機(jī)的機(jī)械效率一般為40%~50%，抽水機(jī)的機(jī)械效率一般為60%~80%。

        下面我們]通過實驗測量滑輪組的機(jī)械效率。實驗之前應(yīng)該考慮：需要測量哪幾個量？怎樣計算有用功？怎樣計算總功？

實驗

測量滑輪組的機(jī)械效率

        1.用彈簧測力計測量鉤碼所受的重力G并填入表格。

        2.按照圖12.3-2安裝滑輪組，分別記下鉤碼和繩端的位置。

        3.緩慢拉動彈簧測力計，使鉤碼升高，讀出拉力F的值，用刻度尺測出鉤碼上升的高度h和繩端移動的距離s，將這三個量填入表格。

        4.算出有用功W_有、總功W_總、機(jī)械效率η并填入表格。

        改變鉤碼的數(shù)量，重復(fù)上面的實驗。

        你在三次實驗中測得的機(jī)械效率一樣嗎？分析你的測量結(jié)果，看看影響滑輪組的機(jī)械效率的因素有哪些。

        提高機(jī)械效率可以充分地發(fā)揮機(jī)械設(shè)備的作用，對節(jié)能減排、提高經(jīng)濟(jì)

效益有重要的意義。提高機(jī)械效率的主要辦法是改進(jìn)結(jié)構(gòu)，使它更合理、更

輕巧。在使用中按照技術(shù)規(guī)程經(jīng)常保養(yǎng)，使機(jī)械處于良好的狀態(tài)，對于保持

和提高機(jī)械效率也有重要作用。

  動手動腦學(xué)物理        

        1.有沒有機(jī)械效率為100%的機(jī)械？為什么？舉例說明，通過什么途徑可以提高機(jī)械效率。

        2.一臺起重機(jī)將重3 600N的貨物提高4 m，起重機(jī)做的有用功是多少？如果額外功是9 600J，總功是多少？機(jī)械效率是多少？起重機(jī)所做的額外功是由哪些因素引起的？

        3.在斜面上拉一個重4.5 N的物體勻速拉到到高處(圖12.3-3)，沿斜面向上的拉力為1.8N，斜面長1.2m、高0.3m。把重物直接提升h所做的功作為有用功，求這個斜面的機(jī)械效率。

        4.用一個動滑輪在5 s內(nèi)將一重為200N的物體向上提起3 m，拉力為150 N。這個動滑輪的機(jī)械效率是多少？拉力的功率有多大?