课程解读
一、学习目标：
1. 了解轮轴的工作原理和斜面可以省力的原因；
2. 知道功的原理；
3. 了解什么是有用功、额外功和总功，理解三者之间的数量关系；
4. 理解什么是机械效率，学会用机械效率的公式进行有关问题的简单计算；
5. 了解常用机械的效率，通过讨论、分析，了解影响机械效率的因素；
二、重点、难点：
重点：1、轮轴的工作原理和斜面省力的原因；
2、能结合实例认识什么是有用功、额外功和总功；理解机械效率的概念，会利用公式η＝W有／W总进行有关计算。
难点：1、功的原理；
2、会分析影响机械效率大小的因素，指出提高机械效率的方法。
三、考点分析：
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知识细目 |
考核目标与要求 |
题型 |
分值 |
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有用功、额外功、总功 |
了解 |
选择题、填空题 |
2分 |
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机械效率 |
了解 |
选择题、填空题、实验题 |
2－6分 |
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运用机械效率的公式解决有关问题 |
理解 |
选择题、填空题、计算题 |
2－6分 |
知识梳理
1. 功的原理：使用机械时，人们所做的功都等于不用机械而直接用手所做的功，也就是使用任何机械都不省功。
2. 轮轴：拉动轮做的功等于绕在轴上的绳拉动重物所做的功，即FR=Gr。动力作用在轮上省力，动力作用在轴上费力。
3. 斜面：使用时费距离但可以省力的简单机械（斜面长是斜面高的几倍，所用的推力就是物体重的几分之一。可见，当物体升高相同的高度，斜面越长推力越小，即越省力。）
4. 有用功、额外功、总功：
正确认识机械效率，关键是弄清有用功、额外功和总功的含义。有用功是对人们有用的功，无论采用什么机械，有用功的数量是不变的。若使用机械的目的是提升物体，那么克服物体的重力所做的功就是有用功，即W有用=Gh；若目的是在水平面上平移物体，那么克服物体与水平面间的摩擦力所做的功就是有用功，即W有用=fs。额外功是指由于使用机械而额外多做的功，机械的摩擦和机械的自重往往是产生额外功的原因。
5. 机械效率：
使用不同的机械做功，需要做的额外功是各不相同的，额外功在总功中所占的比重越小越好，或者说有用功在总功中所占的比重越大越好。机械效率是有用功跟总功的比重，即h=W有用/W总。由于W额外是不可避免的，因此W有用<W总，机械效率总小于1。
6. 注意机械效率与功率的区别：
机械效率和功率是从不同的方面反映机械性能的物理量，它们之间没有必然的联系。功率大的机械效率不一定高。
典型例题
知识点一：功的原理
例1：把一重物沿如图所示的AD、BD、CD三个光滑斜面推向顶端D，则推力所做的功是（ ）
A. 沿斜面AD推，做功最多
B. 沿斜面BD推，做功最多
C. 沿斜面CD推，做功最多
D. 三者做功一样多
思路分析：使用任何机械都不省功
解答过程：斜面长是斜面高的几倍，所用的推力就是物体重的几分之一。可见，当物体升高相同的高度，斜面越长推力越小，即越省力。使用任何机械都不省功。选D。
解题后的思考：本题主要考查学生对斜面省力不省功的理解。
例2：如图所示：A、B、C三个物体的质量关系是mA＞mB＞mC，它们在同样大的力F作用下，都沿力的方向移动相同的距离s，则力F对三个物体所做的功（ ）
A. 一样多 B.
对A做的功最多
C. 对B做的功最多 D.
对C做的功最多
思路分析：功的计算，使用任何机械都不省功
解答过程：选A。
解题后的思考：本题主要考查学生对功的计算和使用任何机械都不省功的理解。就算换成定滑轮，也只是省力但不省功。
例3：图中所示是自行车上两个典型的轮轴装置，从图中可知脚踏板与________组成了一个________轮轴，飞轮与________组成了一个________轮轴。
思路分析：轮轴
解答过程：根据轮轴的原理：拉动轮做的功等于绕在轴上的绳拉动重物所做的功，即FR=Gr。动力作用在轮上省力，动力作用在轴上费力。
答案：齿轮盘，省力，后车轮，费力
解题后的思考：本题主要考查学生对轮轴的理解及应用。
小结：功的原理、轮轴和斜面的应用是常见的考查形式，但中考中这几个知识点单独命题的几率不大，多会和其他知识综合考查，如功，功率，机械效率等。
知识点二：机械效率
例1：下列关于机械效率的说法正确的是 ( )
A. 机械效率可提高到100％
B. 机械效率总小于1
C. 功率大的机械，机械效率高
D. 机械效率越高，有用功就越多
思路分析：机械效率的计算公式：η＝W有用／W总
解答过程：机械效率是有用功跟总功的比值，即h=W有用/W总。由于W额外是不可避免的，因此W有用<W总，机械效率总小于1，A错，B对；机械效率和功率是从不同的方面反映机械性能的物理量，它们之间没有必然的联系。功率大的机械效率不一定高，C错；机械效率是有用功跟总功的比值，即h=W有用/W总。机械效率越高，只能说明这个比值越大，而不能说明有用功越多，D错。选B。
解题后的思考：本题主要考查学生对机械效率的计算公式：η＝W有用／W总的理解和掌握情况。
例2：某同学想通过实验来探究“影响滑轮组的机械效率的因素”。他做了如图所示的实验，并测算了各次实验装置的机械效率。关于他的实验过程，下列说法中不正确的是( )
A. 根据①、②两次实验可知：滑轮组的机械效率与绳子的绕法无关
B. 根据②、③两次实验可知：同一滑轮组提起物重越大，机械效率越低
C. 根据该同学的探究结论可知，通过适当增大物重可以提高滑轮组的机械效率
D. 为使实验的结论更具可靠性，应换用不同的装置进行多次实验归纳得出普遍规律
思路分析：机械效率和哪些因素有关
解答过程：选B。
解题后的思考：本题主要考查学生对机械效率和哪些因素有关的实验的掌握。
例3：一物体质量为
思路分析：重力、有用功、机械效率及功率的计算
解答过程：重力G=mg=
有用功W有用=Gh=180N×
机械效率η=
=90%
拉力的功率P=W总/t=400J/4s=100W。
答案：180，360，90%，100
解题后的思考：本题主要考查学生对重力、有用功、机械效率及功率等基本计算公式的掌握，分清物体上升高度和绳子通过距离的关系，这类题相对来说难度不大。
例4：如图所示，用甲、乙两个不同的滑轮把同一货物提到同一高度，使用 滑轮能够省力，使用 滑轮机械效率较高。
思路分析：滑轮，机械效率
解答过程：乙（动），甲（定）
解题后的思考：本题主要考查学生对滑轮和机械效率的理解。
例5：小明学过机械效率后，提出了一个问题：“斜面的倾斜程度与斜面的机械效率有没有关系？”针对这个问题他做了在斜面上匀速拉动物块的探究实验，并记录实验数据如下表：
|
实验 次数 |
斜面的倾斜程度 |
物体重 G／N |
物体上升 高度h／m |
沿斜面拉力F／N |
物体移动距离s／m |
有用功 W有用／J |
总功W总/J |
机械效率η |
|
1 |
较缓 |
5.0 |
0.1 |
1.6 |
0.5 |
0.5 |
0.8 |
63% |
|
2 |
较陡 |
5.0 |
0.15 |
2.2 |
0.5 |
0.75 |
1.1 |
68% |
|
3 |
最陡 |
5.0 |
0.25 |
3.1 |
0.5 |
|
|
|
（1）第三次实验填入表格中的数据：有用功为 J，总功为 J，机械效率是 ；
（2）通过对上表实验数据的分析，你认为斜面省力情况与斜面倾斜程度的关系是：斜面越陡，越 ；
（3）通过对上表实验数据的分析，你对斜面机械效率与倾斜程度的关系可获得的初步结论是：
。
（4）如果小明还想要探究斜面机械效率与物重的关系，实验时应控制哪些条件不变？
思路分析：斜面倾斜程度与拉力、机械效率、重力的关系
解答过程：（1）1.25，l.55，80.6％
（2）费力（或不省力）
（3）在其他条件不变的情况下，斜面越陡，机械效率越高
（4）应控制斜面的倾斜程度，斜面与物体接触面的粗糙程度不变。
解题后的思考：本题主要考查学生通过实验探究斜面倾斜程度与拉力、机械效率、重力的关系的能力，及对控制变量法的掌握。
例6：工人师傅常利用斜面把重物搬运到汽车上，如图所示，汽车车厢底板高度h=
思路分析：功的原理，机械效率的计算
解答过程：斜面长是斜面高的几倍，所用的推力就是物体重的几分之一，所以，F＝900N；η＝
×100﹪＝
×100﹪＝
×100﹪＝75％
答案：900；75
解题后的思考：本题主要考查学生对受力平衡及机械效率的计算。
例7：滑轮在生活和生产中有很多应用，例如，旗杆上的滑轮，起重机上的滑轮，以及利用滑轮移动收音机的指针以指示电台的频率位置等。
工厂里有一种特殊结构的滑轮，叫做差动滑轮（俗称神仙葫芦），它由两个直径相差不多的定滑轮和一个动滑轮组成，其示意图如图所示。有了它，只需一个人就可缓缓吊起或移动很重的物体。你能分析一下其中的原理吗？
思路分析：轮轴，滑轮组，机械效率
解答过程：这种装置中两个连在一起的定滑轮同轴转动，绳在滑轮上不滑动，若设拉力为F，重物重为G，大定滑轮半径为R，小定滑轮半径为r，则F’＝G/2，FR=F’r，可见，F<F’<G，故有了这种装置，只需一个人就可以缓缓吊起或移动很重的物体。
若设该装置的机械效率为
，则设拉力F拉动绳绕过大定滑轮一圈时拉力F做功为F
，而此时小定滑轮也随之转一圈，使拉着动滑轮的绳子实际只上升了（2
R－2r），这样动滑轮下的G重物只上升了
，因此根据机械效率得：
，则：
解题后的思考：本题是一道关于轮轴、滑轮和机械效率多个知识综合的题，主要考查学生灵活应用物理知识解决实际问题的能力。
小结：机械效率和简单机械（如斜面、滑轮、滑轮组等）的综合题是常见的考查形式。
提分技巧
1. 熟记规律和计算公式
2. 认真分析题意，找到题目中涉及的物理知识
3. 应用物理知识解题
预习导学
功、功率、机械效率如何综合解题？
一、预习新知
功与机械的应用
二、预习点拨
探究与反思
探究任务：功与机械的应用
【反思】（1）关于功还有哪些常见考查形式？
（2）关于功率还有哪些常见考查形式？
（3）关于机械效率还有哪些常见考查形式？
（4）功、功率和机械效率的综合有哪些常见考查形式？
同步练习
（答题时间：45分钟）
1. 山区里常可看见挑夫挑着重物上山，在斜坡上走S形路线，他们这是为了
A. 使人做的功少一点 B. 使人省力一些
C. 不为什么，这是他们的习惯 D. 以上说法都不对
2. 用如图所示的甲、乙两种装置将同一物体升高
A. 甲多 B. 乙多 C. 一样多 D. 不能比较
3. 如图所示，利用滑轮组用拉力F=15N将重物匀速提升
A. 15J B. 30J C. 60J D. 90J
4. 沿光滑斜面把一物体由地面匀速拉到h高处，沿斜面向上的拉力是F1，所做的功是W1；利用定滑轮（不计摩擦）将同一物体由地面匀速上升到h高处，所用的拉力为F2，所做的功是W2，下列关于力和功的关系式中，正确的是
A. F1＜F2，W1=W2 B. F1＞F2，W1=W2
C. F1＜F2，W1＜W2 D. F1＞F2；W1＞W2
5. 如图是一种有把手的门锁，则门锁的把手实质上是一个
A. 定滑轮 B. 动滑轮 C. 轮轴 D. 斜面
6. 盘山公路总是筑得盘旋曲折，因为
A. 盘山公路盘旋曲折会延长爬坡的距离，根据斜面的原理，斜面越长越省功
B. 盘山公路盘旋曲折显得雄伟壮观
C. 盘山公路盘旋曲折会延长爬坡长度，斜面的原理告诉我们，高度一定，斜面越长越省力
D. 盘山公路盘旋曲折是为了减小坡度，增加车辆的稳度
7. 关于机械效率，下列说法正确的是
A. 机械效率高的机械做功一定多
B. 使用机械可以省力，省力越多，机械效率越高
C. 没有摩擦时，机械效率一定等于100%
D. 做同样的有用功，额外功越小，机械效率越高
8. 用动滑轮、定滑轮、滑轮组分别提升同一重物，在不计摩擦的情况下，机械效率最高的机械是
A. 动滑轮 B. 滑轮组 C. 定滑轮 D. 都一样
9. 一个滑轮组经改进后提高了机械效率，用它把同一物体匀速提升同样的高度，改进后与改进前相比较
A. 总功不变，有用功增加了 B. 总功不变，额外功减少了
C. 有用功不变，总功减少了 D. 以上说法都不对
10. 如图所示为利用动滑轮提升货物，动滑轮重为20牛顿，绳与动滑轮间的摩擦及绳子重不计。第一次把重为100牛顿的货物匀速提升，这个过程动滑轮的机械效率为η1；第二次把重为200牛顿的货物匀速提升，这个过程动滑轮的机械效率为η2。则
A. η1＜η2 B. η1＞η2
C. η1＝η2 D. η1和η2的关系无法确定
11. 用一动滑轮将重物匀速提升
A. 80 N，80 J B. 80 N，160 J
C. 40 N，160 J D. 40 N，80 J
12. 有一斜面高h=
13. 利用斜面把重物提升到某一高度，第一次用长为
14. 用一个动滑轮把重为1000 N的物体提高
15. 如图所示，用此装置拉一重为100 N的物体，使其在地面上做匀速直线运动，若不计滑轮重和摩擦，所需拉力F为8 N，则物体与地面间的摩擦力为_____N。实际上此装置的机械效率为80%，欲使物体以
16. 如图所示，物体G的重为16N，手拉绳的力为10N。当物体被匀速拉动提高h时，动滑轮的机械效率为
（不考虑摩擦）。若想增大动滑轮的机械效率，可采用的方法是
。（答出一种方法即可）
17. 如图所示，将绳子的一端拴在光滑斜面的顶端，使绳绕过圆木，用手拉住绳子的另一端，将圆木拉上斜面。已知圆木的质量为
18. 起重机在1 min内能把5.0×104 N的物体匀速提高
19. 如图所示，某工人用滑轮组往
求：工人匀速拉动绳子时，所用的拉力是多大？此过程中工人做的有用功是多少？此滑轮组的机械效率是多大？
试题答案
1. B 2. C 3. D 4. A 5. C 6. C 7. D 8. C 9. C 10. A 11. B
12. 50，0，变大
14. 2000，2200，91%，100
15. 16，10，60
16. 80%，增加所提物体重力或减小动滑轮的自重
19. 250 N，1200 J，80%