名师指点丨初中物理机械效率三大题型解析，实战教你如何问效率

初中常见的简单机械有以下几种：杠杆、滑轮、斜面、轴、螺钉等。

现在我们以三个典型模型为例，详细阐述机械效率的相关知识点和内在联系，供大家欣赏和评价。希望对同学们今后解答此类问题有所帮助。

本文内容由庆庆特约老师黄老师整理

三种典型简单机械效率详解

简单的机械可以理解为一种方法和手段。首先考虑物理模型。如果我们需要将一个块（重力G）提升到高度h，我们可以直接用手将其提升。此时机械效率最大，接近100%；但有时重量G太大，徒手难以移动。在这种情况下，我们需要使用简单的机械。

杠杆机械效率eta

相关概念

图1-1 杠杆

如图1-1所示，用一个大小为F的垂直向下的力，通过杠杆将木块G提升到高度h。

有用的工作，顾名思义，就是对我们有用的工作，即在实现目标的过程中产生的工作。这里我们需要将物体提升到高度h，所以W=G·h

额外的功，也就是无用功，在这个模型中主要来自于杆的重量G0，杆的重心上升到一个高度H，所以额外的功就是克服自重所做的功杆，所以W=G0·H。

（注：关于杠杆型号，看问题时请看清楚描述。轻量杠杆是指不考虑杆的自重。均匀杠杆是指杆的重心在如果没有提及轻重量，则一般应注意杆体自重造成的附加重量）。

总工作量是所有工作量的总和。总功的来源来自于拉力F所做的功，因此W总=F·S。

试想一下，如果没有拉力F，就没有有用功或额外功，所以W总是=W有+W量（F·S=G·h+G0·H）。综上所述，机械效率=Whas/Wtotal=G·h/F·S

实例讲座

如图所示，一根均匀的木棍为OC，OA=1/4OC，B为OC的中点。在C点施力，会将A点重200N的物体以匀速（不含摩擦力）提升0.2m。机械效率为80%，举起物体所做的有用功为J，木棍的重量为N。若将重物移动到B点，仍匀速举升0.2m，则机械效率为将是（大于/等于/小于）80% 。

解析答案：

滑轮组机械效率

相关概念

图2-1 滑轮组

如图2-1所示，滑轮组用于以拉力F将木块G提升到高度h。同样，这里我们需要将木块提升到高度h，所以W=G·h

滑轮组的额外功主要来自两部分：克服动滑轮G0自重、绳子重量所做的功和摩擦力所做的功（一般习题都会在括号中注明此项不会可以考虑，但如果没有提到，则需要考虑，如例2-1）。由于动滑轮与滑块一起运动，故W=G0·h。

综上所述，机械效率=Whas/Wtotal=G·h/F·S=G·h/(G·h+G0·h)=(G/G+G0)=1/(1+G/G0) ）

（注：最后一个公式表明，无论绳股数量如何，增加或减少G 都可以改善滑轮组）

另外，在滑轮组模型中，有两个重要的关系，F与(G+G0)、S与h的关系如下所示：

图2-2 力与距离关系图

F=(G+G0)/n由力平衡相关知识证明，如图2-3所示。

（图2-3力平衡）

一般问题中，会说木块匀速上升，匀速拉动，或者模型处于静止状态，说明滑轮组时刻处于平衡状态。动滑轮和滑轮选为一个整体（图中虚线框内），因为同一根绳子所受的力处处相等，则全身受到3个向上的力（绳股数）为3），其大小等于拉力F、木块重力G、动滑轮重力G0。根据力平衡(F+F+F)=(G+G0)，则F=(G+G0)/3。

实例讲座

如图所示，用滑轮组将重量为G的物体以匀速提升h。每个动滑轮的自重为G轮（不包括绳重和摩擦力）。滑轮组的机械效率是多少？滑轮组自由端的张力F是多少？

解析答案：

倾斜机械效率

相关概念

如图3-1所示，斜面利用拉力F将木块G提升到高度h。同样，这里我们需要将木块提升到高度h，所以W=G·h。

斜面上的额外功主要来自于木块与斜面之间的摩擦力f。由于动滑轮与滑块一起运动，故G=f·S

综上所述，机械效率=Whas/Wtotal=G·h/F·S=G·h/(G·h+f·S)

实例讲座

例3：如图3-2所示，坡长4m，高2m。

小明站在斜坡的顶端，体重50公斤。他用平行于斜坡的75N的拉力，将重100N的物体从斜坡的底部以恒定的速度拉到斜坡的顶部。 g=10N/kg，则( )

A、小明对该物体所做的总功是1300J

B、斜面机械效率75%

C、物体所受到的摩擦阻力为75N

D、物体所受到的摩擦阻力为25N

图3-2 斜面

解析答案：