暑假预习13（机械效率）-2024-2025学年浙教版九年级上册科学

第13课 机械效率 知识板块：功的原理；有用功、额外功、总功；机械效率 一.功的原理 在不计滑轮重及摩擦的情况下 （1）实验证明：使用机械时，人们所做的功，都不会少于直接用手所做的功．人们使用机械的目的，一是为了省力，二是为了省距离，三是为了操作方便(改变力的方向)，但使用任何机械都不省功．这个结论叫做功的原理． （2）功的原理是能量守恒定律的一种表现形式，是一个普遍的结论，对任何机械都适用，但必须满足物体是匀速运动的．这个原理可通俗地解释为：利用机械使物体匀速运动时，动力做的功等于克服阻力做的功． 注意： （1）功的原理：使用任何机械都不省功 （2）理想机械——不计自重和摩擦的机械 （3）使用理想机械做功 = 用手直接对物体做功 二. 有用功、额外功、总功 1. 功的类型 （1）有用功：对人们有用的非做不可的功，可理解为一种“目的”功． 例如，用滑轮组匀速提升重物时，使用机械的目的是提高重物，那么克服物体的重力做的功是有用功，即W有用=Gh；又如用滑轮组拉动重物在水平面上匀速移动时，使用机械的目的是水平移动重物，那么克服物体与水平面间的摩擦力做的功是有用功，即W有用=fs． 注意：有用功还可以认为是不用机械，直接用手做的功． （2）额外功：对人们无用但又不得不额外做的功，即克服机械自重和自身部件的摩擦而做的功，由于机械自重和摩擦总是存在的，因而额外功是不可避免的，对任何实际的机械总有W额外＞0． （3）总功是人们使用机械时动力做的功．包括通过机械克服物体阻力做的有用功和克服机械自身重力、摩擦做的额外功，有W总=W有+W额外． 2.机械做额外功的原因 （1）杠杆：杠杆自重、支点处摩擦 （2）定滑轮：绳重、摩擦 （3）动滑轮与滑轮组：绳重、摩擦、动滑轮重 例1：下列说法正确的是（ ） A．人用水桶从井中提水的时候，对桶做的功是有用功 B．人用水桶从井中提水的时候，对水做的功是总功 C．桶掉到井里，从井里把桶捞上来的时候，对桶做的功是有用功 D．桶掉到井里,从井里把桶捞上来的时候，桶里带了一些水，对桶和水做的功是有用功 例2：板车上装有货物，一人拉着该板车将货物送到目的地，对货物所做的功叫__________功，对板车所做的功叫_________功，如果目的是送板车，则对板车所做的功叫___________功，对货物所做的功叫___________功。 三. 机械效率 1. 物理学中，将有用功与总功的比值叫做机械效率。 即： 计算公式： 2.机械效率特点 （1）机械效率越高，表示有用功占总功中的比值越大．它与机械是否省力、机械做功的多少、功率的大小是无关的． （2）一般情况下，越省力的机械效率越低 （3）机械效率是一个比值，没有单位，通常用百分数表示．使用机械做功时机械效率总小于1． 例1：关于机械的功率和机械效率，下列说法正确的是（　　） A．机械的功率越小，表示机械做功越慢 B．机械的功率越小，表示机械做功越快 C．机械的机械效率越高，表示有用功在总功中所占比例越多 D．机械的机械效率越高，表示做的有用功越多 例2：如图所示是“测量滑轮组机械效率”的实验装置,钩码总重6N。实验时要竖直向上匀速拉动弹簧测力计，由图可知拉力大小为 N，若，钩码上升的高度为8cm，则弹簧测力计向上移动 cm，该滑轮组的机械效率为 ％(结果保留一位小数)。 例3：分别用杠杆、斜面和滑轮组将同一物体举升相同高度，做的有用功（ ） A．杠杆最多 B．斜面最多 C．滑轮组最多 D．一样多 例4：如图所示，在50N的水平拉力F作用下, 重800Ｎ的物体沿水平地面做匀速直线运动, 物体与地面间滑动摩擦力为120Ｎ.则滑轮组的机械效率为 _______ ；若物体的速度为0.2m/s,则1min内拉力做的功为 ___________ J． 例5：张强同学利用如图所示的滑轮组将货物运送到楼上，图中每个滑轮等重，不计绳子重和摩擦。如果所送货物重G从200N开始逐渐增加，直到绳子被拉断。每次均匀速拉动绳子，且提升同样的高度。图乙记录了在整个过程中滑轮组的机械效率随货物的重力的增加而变化的图像。请根据有关信息完成以下问题： （1）每个滑轮的重是多少？ （2）绳子能承受的最大拉力是多少？ （3）当绳子的拉力最大时，滑轮组的机械效率是多少? 3. 几种常见机械做功时机械效率的计算 （说明： G表示物体的重力，F表示作用在绳子自由端的拉力，h表示物体上升的高度，s表示拉力移动的距离，装置图只表示机械对应使用类型，解题时应以实际为准．） 装 置 图 提升重物 水平移动重物 提升重物 提升重物 W有用 W总 η = 例1：用定滑轮、动滑轮、滑轮组分别提升同一重物，在不计摩擦阻力和绳子重力的情况下，机械效率最高的是( ) A．定滑轮 B．动滑轮 C．滑轮组 D．都一样 例2：用动力臂是阻力臂3倍的杠杆将600N的货物抬高30cm，手向下压杠杆的力是250N，手下降的高度是_______cm，人做的总功是_______ J，有用功是_______J，这根杠杆的机械效率是 _______． 例3：用如图所示的滑轮组将重500N的物体，在2S内匀速提升6m，已知拉力的大小为200N，不计绳重及摩擦，求： （1）滑轮组提升重物时所做的功 （2）滑轮组的机械效率 （3）拉力的功率 （4）动滑轮的重 四.课堂巩固 1. 各种机械在使用时产生额外功的原因不完全相同，要根据具体情况具体分析。具体分析图1中三种做功情况(滑轮规格均相同，不计绳重)，产生额外功最多的应 是 图。若钩码的质量为100g，在三种情况中均被提高1m，各种情况机械做的有用功均为 J，通过分析可判断出 图的机械效率最大。 2. 一台起重机将重5000N的货物提高2m，如果额外功是2500J，则起重机做的有用功是 　　　　　J，该起重机的机械效率是　　　　　。 3. 如图所示，物体G在竖直向上的拉力F的作用下，匀速上升0.2m．已知G=18N，F=10N．这一过程中，不能得到的结论是（　　） A．绳子自由端上升0.4m B．拉力F做功4J C．动滑轮重为2N D．该动滑轮的机械效率为90% 4．如图所示，小丽分别用甲、乙两滑轮把同一桶沙从一楼地面提到二楼地面，用甲滑轮所做的总功为W1，机械效率为η1；用乙滑轮所做的总功为W2，机械效率为η2，若不计绳重与摩擦，则（ ） A．W1 = W2 η1 = η2 B．W1 = W2 η1 < η2 C．W1 < W2 η1 > η2 D．W1 > W2 η1 < η2 5．建筑工地上，装修工人用如图所示的滑轮组运送材料和废料，先将质量为m的地板砖从地面匀速提升到三楼，工人所用拉力为F1，滑轮组的机械效率为η1；然后又将质量为m的废料从三楼匀速运送到地面，工人所用拉力为F2，滑轮组的机械效率为η2，则（　　） A．η1=η2 B．η1＞η2 C．F1<F2 D．F1＞F2 6．利用图中甲、乙两种装置，将同一重物分别匀速提升同一高度，不计摩擦及绳子的重量，则（　　） A．以各自的滑轮为参照物，重物都是静止的 B．拉力F甲一定比拉力F乙大 C．两种装置的机械效率不一样 D．两次重物增加的重力势能不一样 7.如图甲所示，滑轮组在竖直向上的拉力F作用下，将重为105N的物体匀速提起，在5s时间内绳子自由端移动的距离为s=3m．图乙是滑轮组工作时的拉力F与绳自由端移动距离s的关系图． （1）计算物体上升的速度． （2）图乙中阴影部分的面积表示的物理量是 ，并列式计算出该物理量． （3）计算滑轮组提升该重物时的机械效率。 8．一体重为600N，双脚与地面接触面积为0.05m2的工人，用如图所示的滑轮组将重为800N的物体匀速提高了0.5m，此时该滑轮组的机械效率为80%，求：（不计绳重及摩擦） （1）在匀速提升物体的过程中，工人对绳子的拉力为多大； （2）在匀速提升物体的过程中，工人对地面的压强为多大； （3）使用该滑轮组，这个工人最多能提起多重的物体? 9．如图所示，用一滑轮组将重为400N的物体A沿水平方向匀速拉动10m，物体A与地面间的摩擦力是240N，水平拉力F为100N，求总功、有用功、额外功和滑轮组的机械效率。 10. 在荆州火车站附近的荆州中学新校区的建设工地上，工人把重1200 N的物体沿着长L=5m、高h=1 m的斜面从底部匀速拉上斜面的顶端，沿斜面所用的拉力为300 N（不计空气阻力）。求 （1）将物体从斜面底部匀速拉到斜面顶端的过程中，拉力做了多少功? （2）工人使用斜面做功的机械效率是多少？ （3）物体和斜面之间的摩擦力是多大? 学科网（北京）股份有限公司 $$