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怎样讲清“机械效率”这一概念
作者：佚名 来源：本站整理 发布时间：2008-8-20 15:48:46
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增大字体 滑轮组的机械效率是初中物理的重要内容，也是学生学习中的一个难点．在平时练习中，往往会碰到这样一道选择题：
下列说法正确的是：( )
Ａ．功率越大的机械，机械效率一定越高
Ｂ．做有用功越多的机械，机械效率一定越高
Ｃ．越省力的机械，机械效率一定越高
Ｄ．有用功一定，额外功越小的机械，机械效率一定越高
要使学生理解“机械效率”的概念，在讲授“机械效率”的概念时，首先要讲清有用功、额外功、总功三个概念．
一、什么叫有用功?
课本中是这样叙述的：人们在做功时，有利用价值的功，我们把它叫做有用功．
如何理解“机械效率”呢?我们不妨通过几个实例来研究有用功的含义．例如利用滑轮组在竖直方向吊高重物，利用滑轮组在水平方向匀速移动物体，或在斜面上用滑轮组移动重物．在这些事例中，我们把重物吊高到一定的高度，或在水平、斜面上使重物移动一定的距离．这就是我们使用这简单机械的目的，这个目的的实现，对我们使用这种机械是有利用价值的，因为要在实现目的过程中，克服重物的重力或克服物体所受阻力做的功 ，这才是对人们有用的，即做了有用功(W有＝G物h或W有＝f阻s）．
二、什么是总功?额外功?
人们利用机械做功时，作用在机械上的动力对机械做的功就是总功，即W总＝F动s．总功包括有用功和额外功．总功中去了有用功部分，就是额外功，就是人们在做功过程中，为了要实现目的，必须做了不得不做的额外部分的功，叫做额外功．额外功具体指什么呢?就是机械运作过程中，克服自身的重力、摩擦力等所做的功．更加明确地指出，这里的额外功是指滑轮组克服滑轮与其转轴之间的摩擦力做功、提升重物过程中克服动滑轮及绳子的重力做功等部分．
三、对上述题目的讨论
1．机械效率和功率都是反映机械性能的物理量，但它们是完全不同的概念 ．功率反映的是做功的快慢，而机械效率反映的是有用功与总功的比值，因为它们之间没有必然的联系，所以选项A是错误的．2．机械效率与机械是否省力不同，机械是否省力，是指动力和阻力相比较而言，当动力比阻力小就省力，它与机械效率之间同样没有必然的联系，因而选项C也是错误的．3．根据机械效率η＝W有／W总可知，η是由W有和W总两个因素决定的．当总功一定时，有用功越大，有用功在总功中所占的比例越大，机械效率就越高；W有用一定，W总越小，机械效率也就越高．而选项B中仅叙述了一个因素变化，没有提到W有／W总比值的大小，故选项B也是错误的．4．因为W总＝W有＋W额，所以η＝W有／（W有＋W额），有用功一定，额外功越小，机械效率越高 , 或者额外功一定，有用功越多，显然机械效率越高．因此，选项D是正确答案．
四、比较滑轮组在不同使用情况下的机械效率
1．对于同一个滑轮组，使用中提升不同的重物，其机械效率是不同的．提升重物多的机械效率就高，因为额外功基本一定，做的有用功越多，机械效率就越高．(2)不同结构的滑轮组，在提升相同的重物，机械效率一般也不同．结构复杂的滑轮组所做的额外功多，因此做同样的有用功，其机械效率也就低．
五、关于任何机械的机械效率总小于1
为什么机械的机械效率总小于1呢?因为W总＝W有＋W额，由于额外功的存在，即W额＞0，因此总功必定大于有用功，这就是机械效率一定小于1的原因．
六、要想提高滑轮组的机械效率，可以采用哪些办法
这里的总功、有用功、额外功中哪些功是一点都不能“省”的?哪些功是可以想办法“省”掉一些的?虽然有用功是不能省的，而总功、额外功是可以省掉一些的，这与前面讲的“使用任何机械都不能省功”是否矛盾?我们说不矛盾．因为W总＝W有＋W额始终是一个等式．即动力对机械做的功，等于机械克服所有阻力所做的功(功的原理) ．那么“省”掉额外功从哪些方面着手呢?一是减轻机械自重；二是减小摩擦．
总之，初学“机械效率”，往往对这些概念陌生难懂，思维不通、前后矛盾，甚至与学过的功率相混淆．通过以上分析阐述，能帮助学生理解机械效率的物理含义，认识机械效率的高低是反映机械性能优劣的重要指标之一．通过剖析额外功产生的原因，从而了解提高机械效率的办法，突破掌握这一概念的难点
下列说法正确的是：( )
Ａ．功率越大的机械，机械效率一定越高
Ｂ．做有用功越多的机械，机械效率一定越高
Ｃ．越省力的机械，机械效率一定越高
Ｄ．有用功一定，额外功越小的机械，机械效率一定越高
要使学生理解“机械效率”的概念，在讲授“机械效率”的概念时，首先要讲清有用功、额外功、总功三个概念．
一、什么叫有用功?
课本中是这样叙述的：人们在做功时，有利用价值的功，我们把它叫做有用功．
如何理解“机械效率”呢?我们不妨通过几个实例来研究有用功的含义．例如利用滑轮组在竖直方向吊高重物，利用滑轮组在水平方向匀速移动物体，或在斜面上用滑轮组移动重物．在这些事例中，我们把重物吊高到一定的高度，或在水平、斜面上使重物移动一定的距离．这就是我们使用这简单机械的目的，这个目的的实现，对我们使用这种机械是有利用价值的，因为要在实现目的过程中，克服重物的重力或克服物体所受阻力做的功 ，这才是对人们有用的，即做了有用功(W有＝G物h或W有＝f阻s）．
二、什么是总功?额外功?
人们利用机械做功时，作用在机械上的动力对机械做的功就是总功，即W总＝F动s．总功包括有用功和额外功．总功中去了有用功部分，就是额外功，就是人们在做功过程中，为了要实现目的，必须做了不得不做的额外部分的功，叫做额外功．额外功具体指什么呢?就是机械运作过程中，克服自身的重力、摩擦力等所做的功．更加明确地指出，这里的额外功是指滑轮组克服滑轮与其转轴之间的摩擦力做功、提升重物过程中克服动滑轮及绳子的重力做功等部分．
三、对上述题目的讨论
1．机械效率和功率都是反映机械性能的物理量，但它们是完全不同的概念 ．功率反映的是做功的快慢，而机械效率反映的是有用功与总功的比值，因为它们之间没有必然的联系，所以选项A是错误的．2．机械效率与机械是否省力不同，机械是否省力，是指动力和阻力相比较而言，当动力比阻力小就省力，它与机械效率之间同样没有必然的联系，因而选项C也是错误的．3．根据机械效率η＝W有／W总可知，η是由W有和W总两个因素决定的．当总功一定时，有用功越大，有用功在总功中所占的比例越大，机械效率就越高；W有用一定，W总越小，机械效率也就越高．而选项B中仅叙述了一个因素变化，没有提到W有／W总比值的大小，故选项B也是错误的．4．因为W总＝W有＋W额，所以η＝W有／（W有＋W额），有用功一定，额外功越小，机械效率越高 , 或者额外功一定，有用功越多，显然机械效率越高．因此，选项D是正确答案．
四、比较滑轮组在不同使用情况下的机械效率
1．对于同一个滑轮组，使用中提升不同的重物，其机械效率是不同的．提升重物多的机械效率就高，因为额外功基本一定，做的有用功越多，机械效率就越高．(2)不同结构的滑轮组，在提升相同的重物，机械效率一般也不同．结构复杂的滑轮组所做的额外功多，因此做同样的有用功，其机械效率也就低．
五、关于任何机械的机械效率总小于1
为什么机械的机械效率总小于1呢?因为W总＝W有＋W额，由于额外功的存在，即W额＞0，因此总功必定大于有用功，这就是机械效率一定小于1的原因．
六、要想提高滑轮组的机械效率，可以采用哪些办法
这里的总功、有用功、额外功中哪些功是一点都不能“省”的?哪些功是可以想办法“省”掉一些的?虽然有用功是不能省的，而总功、额外功是可以省掉一些的，这与前面讲的“使用任何机械都不能省功”是否矛盾?我们说不矛盾．因为W总＝W有＋W额始终是一个等式．即动力对机械做的功，等于机械克服所有阻力所做的功(功的原理) ．那么“省”掉额外功从哪些方面着手呢?一是减轻机械自重；二是减小摩擦．
总之，初学“机械效率”，往往对这些概念陌生难懂，思维不通、前后矛盾，甚至与学过的功率相混淆．通过以上分析阐述，能帮助学生理解机械效率的物理含义，认识机械效率的高低是反映机械性能优劣的重要指标之一．通过剖析额外功产生的原因，从而了解提高机械效率的办法，突破掌握这一概念的难点
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