11.5机械效率（知识解读）-2024-2025学年九年级物理上册同步知识解读与专题训练（苏科版）

11.5机械效率（知识解读）（原卷版） •知识点1 机械效率的概念 •知识点2 机械效率的计算和大小比较 •知识点3 机械效率的应用及改变方法 •知识点4 有关机械效率的探究实验 •作业 巩固训练 知识点1 机械效率的概念 1、概念：有用功跟总功的比值叫做机械效率，通常用百分数表示。 （1）有用功：利用机械做功的时候，对人们有用的功就叫做有用功。 （2）额外功：并非我们需要但又不得不做的功叫做额外功。 （3）总功：有用功与额外功的和叫总功。 （4）总功的计算：W总=Fs；W总=W有用+W额外。 （5）有用功的计算方法：W有用=Gh；W有用=W总-W额外。 （6）额外功的计算方法：W额外=G′h，W额外=f摩s；W额外=W总-W有用。 2、计算公式：用W总表示总功，用W有用表示有用功，用η表示机械效率，则：。 由于额外功不可避免，有用功只是总功的一部分，因而机械效率总小于1。 3、提高机械效率的主要办法 （1）在有用功一定时，尽量减少额外功，采用减轻机械自身的重力和加润滑油来减少摩擦的措施。 （2）在额外功一定时，增大有用功，在机械能够承受的范围内尽可能增加每次提起重物的重力，充分发挥机械的作用。 【典例1-1】（2024春•昌平区期中）关于功，功率，机械效率，下列说法正确的是（　　） A．做功多的功率大 B．使用机械可以省功 C．有用功越少，机械效率越低 D．做功快的功率大 【典例1-2】（2023春•诏安县校级月考）有用功和额外功的总和叫做总功。有用功跟 　 　的比值叫机械效率，机械效率总是 　 　（填“小于”、“等于”或“大于”）1。 【变式1-1】（2024春•房山区期中）下列说法中正确的是（　　） A．功率大的机器做功多 B．功率大的机器做功快 C．机械效率高的机械做的有用功多 D．机械效率高的机械做的额外功少 【变式1-2】（2023秋•江都区月考）（1）功率是表示物体做功 　 　（填“多少”或“快慢”）的物理量。人骑自行车的功率约为80W，物理意义是：　 　。骑行5秒人做功为 　 　J。 （2）机械效率指的是 　 　（选填“有用功”或“额外功”）占总功的份额。若某种机械的机械效率为80%，其物理意义是：　 　。 知识点2 机械效率的计算和大小比较 1、机械效率表达式为，对于三种简单机械的机械效率的计算总结如下 2、机械效率的大小比较 （1）机械效率由有用功和总功两个因素共同决定，不能理解成：“有用功多，机械效率高”或“总功大，机械效率低”。 （2）当总功一定时，机械做的有用功越多（或额外功越少），机械效率就越高； （3）当有用功一定时，机械所做的总功越少（或额外功越少），机械效率就越高； （4）当额外功一定时，机械所做的总功越多（或有用功越多），有用功在总功中所占的比例就越大，机械效率就越高。 【典例2-1】（2024春•通州区期中）如图所示晓明用两个质量相同的滑轮，分别将同一物体以相同速度匀速提高到相同高度，滑轮的机械效率分别为η1、η2，拉力分别为F1、F2，拉力的功率分别为P1、P2，不计绳重及摩擦。下列关系可能正确的是（　　） A．F1＞F2，η1＜η2，P1＝P2 B．F1＜F2，η1＞η2，P1＜P2 C．F1＞F2，η1＝η2，P1＞P2 D．F1＞F2，η1＞η2，P1＝P2 【典例2-2】（2023•海陵区一模）如图所示，用相同的滑轮安装成甲、乙两种装置，分别用FA、FB匀速提升重力为GA、GB的A、B两物体，不计绳重和摩擦。若GA＞GB，则η甲　 　 η乙；若FA＝FB，则GA　 　GB。（选填“＞”、“＜”或“＝”） 【典例2-3】（2024春•滨湖区期中）如图所示，大国重器盾构机是挖掘隧道的能手。盾构机体积极为庞大，需将其拆成多个部件吊装到施工现场。已知某部件的质量为3×104kg，与水平地面的接触面积为6m2（g取10N/kg）。 （1）该部件静止时对水平地面的压强为多大？ （2）某次挖掘隧道时，盾构机对砂土的推进力为3.6×107N，每分钟推进0.08m，推进系统功率为80kW，则盾构机的推进效率为多少？ 【变式2-1】（2024•二道区校级一模）如图所示，用机械提起同一重物，不考虑绳重和摩擦，其中机械效率最高的是（　　）（滑轮的重力相同） A． B． C． D． 【变式2-2】（2023春•思明区校级期末）用总功率为10千瓦，最大抽水高度10米的水泵给水塔抽水，水塔顶端水箱容积为200米3，水塔水箱距地面高度为24米，抽水机的机械效率为50%，则最少需要　 　台这样的抽水机，同时满负荷工作　 　秒可以将水塔抽满？ 【变式2-3】（2024•雅安模拟）某市动物园新进了一头质量为5×103kg的泰国小象，四只脚掌着地总面积为0.05m2，运输过程中，工作人员利用电动起重机在4s内把小象匀速拉到2m高处的卡车上。求： （1）起重机拉起小象的速度为多少？ （2）小象四脚站立在水平地面时，对地面的压强是多少？ （3）若电动机的功率是5×104W，则这台起重机的机械效率是多少？ 知识点3 机械效率的应用及改变方法 1、有用功是由使用机械的目的所决定的，当用斜面提升物体时，克服物体重力做的功就是有用功，W有=Gh。   2、额外功是克服相互接触物体间的摩擦阻力所做的功，对于斜面而言，W额=fs。   3、总功是指动力对所做的功，一般情况下使用斜面时，动力做功W总=Fs。 4、由功的原理：“动力对机械所做的功等于机械克服阻力所做的功”，而机械克服阻力所做的功就包含了有用功和额外功，即：W总=W有+W额。   5、机械效率是有用功与总功的比值，只能小于1（理想状态下可能等于1），并且无单位   斜面的机械效率，在同一斜面上，由于倾斜程度相同，即。 一定，故在同一斜面上拉同一物体（粗糙程度相同）时，在斜面上所移动的距离（或物体被提升的高度）不同时，机械效率是相同的。 6、斜面的机械效率与斜面的倾斜程度、斜面的粗糙程度有关，斜面粗糙程度相同时，斜面的倾斜程度越大，机械效率越高；斜面的倾斜程度一定时，斜面越粗糙，机械效率越低。 7、提高机械效率的主要办法 （1）有用功一定时，尽量减少额外功，采用减轻机械自身的重力和加润滑油来减少摩擦的措施。 （2）额外功一定时，增大有用功，在机械能够承受的范围内尽可能增加每次提起重物的重力，充分发挥机械的作用。 【典例3-1】（2024•长春一模）如图所示为古人借助辘轳从井中汲水。以下方法中可以提高辘轳机械效率的是（　　） A．增大水桶的重力 B．增大绳子的重力 C．增大桶内的水量 D．增大转动的速度 【典例3-2】（2024•宿迁三模）如图所示，是安装在某种塔式起重机吊臂一侧的滑轮组，某次匀速起吊300kg的物体时，上升10m，用时15s，此时滑轮组的机械效率是80%，则所做有用功是 　 　J，总功是 　 　J，拉力F的功率是 　 　W。（g取10N/kg） 【变式3-1】（2023秋•梁溪区校级期中）如图所示，把物体匀速推到斜面顶端，斜面长s，高h，推力为F，斜面上的摩擦力为f。下列判断正确的是（　　） A．匀速推重物上行时F＝f B．若使斜面更光滑，推力和机械效率都减小 C．高度h不变，缩短斜面长度s，额外功将变大 D．高度h不变，缩短斜面长度s能提高机械效率 【变式3-2】（2024•澄迈县一模）如图，工人利用动滑轮在10s内把重800N的物体匀速提升6m，拉力做功为6000J，不计绳重及摩擦，则动滑轮重力为 　N。利用动滑轮提升物体时的机械效率是 　 　。 知识点4 有关机械效率的探究实验 1、滑轮（组）机械效率的测量实验 （1）实验目的：测量滑轮组的机械效率 （2）实验原理： 注意事项： （l）匀速拉动弹簧测力计，目的是保证弹簧测力计的示数F大小不变； （2）为了便于读数，钩码下沿和绳子末端在刻度尺上的位置最好取整数； （3）多次测量的目的是进行一些必要的比较，利用不完全归纳法总结规律，而不是求平均值； 实验结论：使用同一滑轮组提升不同的重物时，重物越重，滑轮组的机械效率越大。 2、斜面机械效率的测量实验 （1）实验目的：探究斜面的机械效率 （2）实验原理： （3）实验结论：斜面越陡机械效率越高，斜面越缓，机械效率越低。 3、杠杆机械效率的测量实验 用如图所示的实验装置测量杠杆的机械效率，实验时，竖直向上匀速拉动弹簧测力计，使挂在较长杠杆下面的钩码缓缓上升。 （1）实验中，将杠杆拉至图中虚线位置，测力计的示数F为0.5N，钩码总重G为1.0N，钩码上升高度h为0.1m，测力计移动距离s为0.3m，则杠杆的机械效率为66.7%．请写出使用该杠杆做额外功的一个原因：由于使用杠杆时需要克服摩擦做功。 （2）为了进一步研究杠杆的机械效率与哪些因素有关，一位同学用该实验装置，先后将钩码挂在A、B两点，测量并计算得到下表所示的两组数据 次数 钩码悬挂点 钩码总重G/N 钩码移动距离h/m 拉力F/N 测力计移动距离s/m 机械效率η/% 1 A点 1.5 0.10 0.7 0.30 71.4 2 B点 2.0 0.15 1.2 0.30 83.3 根据表中数据，能否得出“杠杆的机械效率与所挂钩码的重有关，钩码越重其效率越高”的结论？答：不能； 请简要说明两条理由：①两次实验时钩码没有挂在同一位置；②仅根据一次对比实验所得结论是不可靠的。 【典例4-1】（2024春•江都区月考）如图，某实验小组的同学们在探究“斜面的机械效率”实验时，用弹簧测力计沿斜面匀速向上拉动物块，收集了下表中的实验数据。 （1）第1次实验中，木块所受摩擦力为 　 　N。（计算结果保留1位小数） （2）分析表中的数据可得出：在其他条件一定时，斜面越缓越 　 　（选填“省”或“费”）力；斜面越陡，机械效率越 　 　（选填“高”或“低”）。 实验次数 斜面的倾斜程度 物块重力G/N 斜面高度h/m 拉力F/N 斜面长度s/m 机械效率η 1 较缓 5 0.2 2.4 1 41.7% 2 较陡 5 0.5 3.2 1 78.1% 3 最陡 5 0.7 4.3 1 81.4% （3）该小组又进行了第4次实验，他们在斜面上铺上棉布，使斜面变粗糙，保持斜面高和长分别是0.5m和1m，用弹簧测力计拉动同一物块沿斜面向上做匀速直线运动，读出此时弹簧测力计的示数为4N，他们测得这种情况下斜面的机械效率为 　 　。把第4次与第 　 　次测量结果相比较，还能得出：在其他条件一定时，斜面越粗糙，斜面的机械效率越低。 【典例4-2】（2024春•昌平区期中）如图甲是某小组的同学测量动滑轮的机械效率的示意图。用弹簧测力计竖直向上匀速拉动绳子自由端，将重为3N的物体从A位置匀速提升到B位置，同时弹簧测力计从图中的A′位置上升到B′位置，在这个过程中，弹簧测力计的示数如图乙所示，请你根据他们做的实验完成下列问题，实验过程中： （1）绳端上升的距离是 　 　cm。 （2）有用功是 　 　J。 （3）此动滑轮的机械效率是 　 %。 （4）机械效率是机械性能好坏的重要标志，结合生产生活实际，下列提高机械效率的措施不可行的是 　 　（填字母）。 A.增加所提物重 B.减轻机械自重 C.给机械加润滑油 D.增加物体上升高度 【典例4-3】（2023秋•天宁区校级月考）某实验小组利用如图所示的装置研究杠杆的机械效率： （1）实验中，两个钩码挂在A处，若提升的钩码重一定，则影响杠杆机械效率的主要因素是 　 　。 （2）实验中，再将三个相同的钩码悬挂在A点匀速提高相同高度时，该杠杆的机械效率为η2，则η1　 　（＞/＝/＜）η2。 （3）若将同一钩码分别悬挂在A、C两点，匀速提高相同高度，机械效率分别为ηA和ηC，则ηA　 　（＞/＝/＜）ηC。 【变式4-1】（2024•临高县校级一模）如图所示是小明测量斜面的机械效率的实验装置，及实验数据记录表： 斜面的倾斜程度 物块重（N） 斜面高（m） 沿斜面拉力（N） 斜面长（m） 机械效率 较缓 10 0.1 5.0 1 20% 较陡 10 0.3 6.7 1 45% 最陡 10 0.5 8.4 1 60% （1）沿斜面拉动木块时，应保持测力计的弹簧轴线与斜面 　 　；并且使木块做 　 　运动。 （2）比较表中“物块重”和“　 　”两栏对应的数据，可知斜面是一种 　 　（选填“省力”或“费力”）的简单机械。 （3）本实验数据还可以分析出斜面的倾斜程度对斜面机械效率的影响，结论是：斜面的倾斜程度越大，　 　。 【变式4-2】（2024•淮阴区一模）在“测量滑轮组的机械效率”的实验中，某组同学用同样的滑轮安装了如图甲、乙所示的滑轮组，实验测得的数据如表所示。 次数 物体的重力G/N 提升高度h/m 拉力F/N 绳端移动的距离s/m 机械效率η 1 2 0.2 1 0.6 66.7% 2 3 0.2 1.4 0.6 71.4% 3 4 0.2 1.8 0.6 74.1% 4 2 0.2 1.5 0.4 （1）第1次数据是图 　 　（选填“甲”或“乙”）所示的滑轮组测得的； （2）采用甲图装置实验时，应用手竖直向上 　 　拉动弹簧测力计，使挂在动滑轮下的物体缓慢上升； （3）比较1、2、3次实验数据可判定，在装置相同情况下，物体越重，滑轮组的机械效率越 　 　； （4）第4次实验中的机械效率为 　 　； （5）采用甲图装置实验时，若弹簧测力计没有竖直向上拉，则测得的机械效率将 　 　 （选填“偏大”、“偏小”或“不变”）。 【变式4-3】（2023•包河区校级开学）利用如图所示的实验装置来测量杠杆的机械效率。实验过程中，竖直向上匀速拉动弹簧测力计，使挂在较长杠杆下面的钩码缓缓升高。 （1）在杠杆被缓慢拉至图中虚线位置的过程中，测力计移动距离为0.3m挂在A点的钩码上升高度为0.1m，测力计示数F如图所示，已知每个钩码重为0.5N，则此过程中，该杠杆机械效率为 　 　。（保留一位小数） （2）将质量相同的钩码分别挂在A、B两点，并将钩码提升相同的高度，经测量和计算发现将钩码挂在B点比挂在A点时，杠杆的机械效率大一些，其原因是：　 　 。 1．（2024春•香坊区校级期中）如图中相关的力学知识说法不正确的是（　　） A．手对钢片的力等于钢片对手的力 B．重力的方向总是竖直向下 C．茶壶利用连通器原理来工作的 D．使用图示的滑轮组能省功 2．（2024•根河市校级模拟）理解物理概念是学好物理的关键。下列关于功、功率和机械效率的说法，正确的是（　　） A．功率越大，做功就越快，机械效率也越大 B．做功所花时间越短，功率就越大 C．有用功一定，减小额外功，可以提高机械效率 D．机械效率越高的机械，表明它做的有用功越多 3．（2024•青岛二模）如图所示的滑轮组，工人用200N竖直向上的拉力F，将物体匀速提高2m，所用时间为6s，若此时滑轮组机械效率为80%，不计绳重和摩擦。以下说法正确的是（　　） A．工人所做的有用功是1200J B．拉力的功率是200W C．动滑轮的重是100N D．其他条件不变，被提升物体重力越大，机械效率越小 4．（2024春•越秀区校级期中）某型号挖掘机在6s内将装满铲斗的质量为0.75t的泥土送到10m外的岸边，挖掘深度H＝2m（如图乙所示）发动机的总功率是20kW，（取g＝10N/kg）则（　　） A．挖掘机每挖一次泥土并水平移送到岸边，挖掘机对泥土做功为7.5×104J B．挖掘机每挖一次泥土并水平移送到岸边，挖掘机对泥土做功为9×104J C．挖泥过程中挖掘机的机械效率为12.5% D．挖泥过程中挖掘机的额外功为0.3×104J 5．（2024•安阳一模）如图所示，在斜面上将一个重9N的物体从A处匀速拉到B处，沿斜面向上的拉力F＝3N，此过程中（　　） A．木块所受的拉力与摩擦力是一对平衡力 B．斜面的机械效率是75% C．对重物做的有用功为0.9J D．这个斜面装置没有省力 6．（2024•五华区二模）如图所示，小明用100N的拉力，通过滑轮将一个重95N的物体，从地面匀速提到3m高的位置，用时10s。这一过程中（　　） A．滑轮相当于省力杠杆 B．滑轮的有用功为300J C．拉力的功率为28.5W D．滑轮的机械效率为95% 7．（2024•丰都县二模）如图所示，是建筑工地上常见的塔式起重机，起重机上的滑轮组在匀速起吊质量为1t的材料时，滑轮组的机械效率是75%。下列分析正确的是（　　） A．起重机的吊臂AOB不能视为杠杆 B．起重机的吊臂将材料水平移动时重力做了功 C．将材料提升3m，滑轮组拉力所做总功是4×104J D．增加起吊材料的质量，滑轮组的机械效率将减小 8．（2023春•诏安县校级月考）使用一个滑轮组吊起重物，若拉绳子的力为200N，且绳子的自由端被移动5m时，重物被提升1m，那么重物的重力为 　 　N，滑轮组的机械效率是 　 　（滑轮重、绳重及摩擦不计）。 9．（2023秋•泗洪县校级月考）如图所示，用竖直向上的力匀速拉动较长的杠杆，使重为18N的物体在2s内，缓慢升高0.1m，拉力大小F＝8N，拉力移动的距离为0.25m，拉力所做的功的功率为 　 　W，杠杆的机械效率为 　 ，影响杠杆机械效率的主要因素为 　 　。 10．（2024春•钢城区期中）如图所示，用相同的滑轮组甲、乙匀速提升数目不等的钩码（每个钩码质量相同，且不计绳重和摩擦），则绳端所受拉力F甲　 　F乙，两滑轮组的机械效率η甲　 　η乙。（两空均选填“大于”“小于”或“等于”） 11．（2024•玄武区一模）（1）如图甲所示的轻质杠杆AB，O为支点，动力F1的作用线是PQ，物体M放在C点，其中OC＝OD。当杠杆处于水平平衡时，F1沿PQ线向 　 　（选填“上”或“下”），该杠杆为 　 　杠杆。 （2）用如图乙所示的滑轮组竖直向上匀速提升重物，动滑轮重为40N，不计摩擦和绳重。若物重为300N，将重物匀速提升2m用时5s，则有用功是 　 　J，拉力做功的功率为 　 　W；若滑轮组的机械效率为80%，则物重为 　 　N。 12．（2024•平凉二模）如图甲所示是高空作业的师傅在美化楼体外墙的情景，其平台结构的原理简图如图乙所示，吊篮的质量为40kg，两名工人及工具的总质量为200kg，某次吊升过程中，吊篮在30s内匀速上升了6m，不计滑轮重、绳重和摩擦，g取10N/kg。电动机拉动绳子的功率为 　 　W；在承载范围内，工人及工具总质量越大，该装置的机械效率越 　 　（选填“高”或“低”）。 13．（2024•亳州二模）如图所示，有一辆质量为2500kg的小汽车沿着盘山公路以5m/s的速度匀速行驶，当它从山脚行驶到高为0.6km的山顶时，耗时30min，汽车发动机牵引力的功率为25kW，此时盘山公路的机械效率是 　 　。 14．（2023春•西丰县期末）在“探究影响滑轮组机械效率的因素”实验中，某实验小组用如图所示的同一滑轮组提升不同钩码的方法，分别做了甲、乙、丙3次实验，实验数据记录如下： 次数 钩码重/N 钩码上升的距离/cm 弹簧测力计的示数/N 弹簧测力计上升的距离/cm 机械效率/% 1 2 3 1 9 67% 2 4 3 1.8 9 3 6 3 9 83% （1）在实验中，应该用弹簧测力计应沿 　 　方向拉着绳子，当钩码 　 　（选填“匀速上升”或“静止”）时读取测力计示数； （2）进行第2次测量时，滑轮组的机械效率约为 　 　（保留两位有效数字）； （3）进行第3次测量时，弹簧测力计示数如图丙所示，拉力大小为 　 　N，滑轮组做的有用功是 　 　J； （4）分析实验数据得出的实验结论是：滑轮组的机械效率与 　 　有关。 15．（2024•大东区模拟）如图所示，利用斜面将箱子推进车厢，通常要比把箱子直接从地面搬进车厢省力很多。若小明用100N的力沿斜面向上匀速推动箱子，已知箱子质量为20kg，斜面长3m，斜面高1.2m，g取10N/kg。求： （1）箱子受到的重力多大？ （2）斜面的机械效率是多少？ （3）使用斜面推此箱子时有哪些方法可以提高装置的机械效率？（写出一种即可） 16．（2024春•昌平区期中）实验桌上有带横杆的铁架台、刻度尺、弹簧测力计、细绳，另外还有钩码一盒，质量不等的滑轮2个，滑轮的轮与轴之间的摩擦很小，可忽略不计。小华选用这些器材，探究“动滑轮的机械效率与动滑轮所受重力有关”。小华的主要实验步骤如下（如图所示）： ①用调好的弹簧测力计分别测出一个钩码、一个动滑轮所受的重力，分别用G、G动表示。组装实验器材，用弹簧测力计竖直向上匀速拉绳子自由端，绳子自由端所受拉力用F表示，绳子自由端移动的距离用s表示，钩码上升的高度用h表示。用弹簧测力计测出F，用刻度尺分别测出s、h。并把测量数据记录在表格中。 ②用弹簧测力计测出另一动滑轮所受重力G动，再测出两个钩码的重力G，仿照步骤①分别测量对应的F、s、h，并把测量数据记录在表格中。 ③利用公式，计算两次实验动滑轮的机械效率η，并将η值记录在表格中。 （1）小华的探究过程中存在的问题：　 　。 （2）请你针对小华探究过程中存在的问题，写出改正措施：　 　 。 17．（2024•庐阳区校级二模）如图所示，工人沿斜面用300N的力F把一重为500N的物体从斜面底部匀速推到顶端（不考虑物体的大小）。已知斜面长L＝4m，高h＝2m。求此过程中： （1）做的有用功； （2）该装置的机械效率（结果保留一位小数）。 18．（2024•南充二模）为了建设绿色生态城市，每到春天园林工人要在过街天桥图上放置花草，为城市增添一抹绿色。如图所示，工人用长木棒、滑轮、轻绳组装提升装置。木棒放置在天桥栏杆上始终保持水平，与栏杆M接触点为O；用沙袋将木棒B端压在栏杆N上，在木棒A端吊装滑轮组。OA：OB＝1：2，每个沙袋重400N，每个滑轮重40N。（木棒和绳的重力、滑轮与轴的摩擦均忽略不计） （1）若A点受到竖直向下的拉力为1000N，为了保持木棒水平平衡，在B端至少需要放置几个沙袋？ （2）若某次工人利用滑轮组竖直向下拉绳子，将重为360N的花架匀速提升5m。求： ①滑轮组的机械效率； ②滑轮组对绳AC的拉力。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！1 学科网（北京）股份有限公司 $$ 11.5机械效率（知识解读）（解析版） •知识点1 机械效率的概念 •知识点2 机械效率的计算和大小比较 •知识点3 机械效率的应用及改变方法 •知识点4 有关机械效率的探究实验 •作业 巩固训练 知识点1 机械效率的概念 1、概念：有用功跟总功的比值叫做机械效率，通常用百分数表示。 （1）有用功：利用机械做功的时候，对人们有用的功就叫做有用功。 （2）额外功：并非我们需要但又不得不做的功叫做额外功。 （3）总功：有用功与额外功的和叫总功。 （4）总功的计算：W总=Fs；W总=W有用+W额外。 （5）有用功的计算方法：W有用=Gh；W有用=W总-W额外。 （6）额外功的计算方法：W额外=G′h，W额外=f摩s；W额外=W总-W有用。 2、计算公式：用W总表示总功，用W有用表示有用功，用η表示机械效率，则：。 由于额外功不可避免，有用功只是总功的一部分，因而机械效率总小于1。 3、提高机械效率的主要办法 （1）在有用功一定时，尽量减少额外功，采用减轻机械自身的重力和加润滑油来减少摩擦的措施。 （2）在额外功一定时，增大有用功，在机械能够承受的范围内尽可能增加每次提起重物的重力，充分发挥机械的作用。 【典例1-1】（2024春•昌平区期中）关于功，功率，机械效率，下列说法正确的是（　　） A．做功多的功率大 B．使用机械可以省功 C．有用功越少，机械效率越低 D．做功快的功率大 【答案】D 【解答】解：A、从公式P＝可知功率的大小与做功的多少和做功的时间都有关，做功多的功率不一定大，故A错误； B、借助机械都要有额外功，所以可以省力但是不能省功，故B错误； C、机械效率的定义就是有用功占总功的百分比，有用功越少，机械效率不一定低，故C错误； D、功率表示的是做功的快慢，所以功率大的机械做功快，故D正确。 故选：D。 【典例1-2】（2023春•诏安县校级月考）有用功和额外功的总和叫做总功。有用功跟 　总功　的比值叫机械效率，机械效率总是 　小于　（填“小于”、“等于”或“大于”）1。 【答案】总功；小于。 【解答】解：有用功和额外功的总和叫总功，有用功与总功的比值叫机械效率； 使用机械时，不可避免地要做额外功，所以总功一定大于有用功，由η＝×100%可知，机械效率一定小于1。 故答案为：总功；小于。 【变式1-1】（2024春•房山区期中）下列说法中正确的是（　　） A．功率大的机器做功多 B．功率大的机器做功快 C．机械效率高的机械做的有用功多 D．机械效率高的机械做的额外功少 【答案】B 【解答】解：A、功率在数值上等于功与时间的比，不知道做功的时间，功率大的机器做功不一定多，故A错误； B、功率是表示做功快慢的物理量，功率大的机器做功快，故B正确； CD、机械效率高的机械有用功占总功的百分比高，但不能说做的有用功多，其做的额外功也不一定少，故CD错误。 故选：B。 【变式1-2】（2023秋•江都区月考）（1）功率是表示物体做功 　快慢　（填“多少”或“快慢”）的物理量。人骑自行车的功率约为80W，物理意义是：　人骑自行车时，1s内做功为80J　。骑行5秒人做功为 　400　J。 （2）机械效率指的是 　有用功　（选填“有用功”或“额外功”）占总功的份额。若某种机械的机械效率为80%，其物理意义是：　机械工作时有用功占总功的80%　。 【答案】（1）快慢；人骑自行车时，1s内做功为80J；400；（2）有用功；机械工作时有用功占总功的80%。 【解答】解：（1）在物理学中，用功率来表示物体做功的快慢； 功率是物体在1s内完成的功，80W＝80J/s，人骑自行车的功率约为80W，表示人在1s内做功约为80J； 骑行5s人做的功为： W＝Pt＝80W×5s＝400J； （2）机械效率是指有用功占总功的百分比；某种机械的机械效率为80%，即机械工作时有用功占总功的80%。 故答案为：（1）快慢；人骑自行车时，1s内做功为80J；400；（2）有用功；机械工作时有用功占总功的80%。 知识点2 机械效率的计算和大小比较 1、机械效率表达式为，对于三种简单机械的机械效率的计算总结如下 2、机械效率的大小比较 （1）机械效率由有用功和总功两个因素共同决定，不能理解成：“有用功多，机械效率高”或“总功大，机械效率低”。 （2）当总功一定时，机械做的有用功越多（或额外功越少），机械效率就越高； （3）当有用功一定时，机械所做的总功越少（或额外功越少），机械效率就越高； （4）当额外功一定时，机械所做的总功越多（或有用功越多），有用功在总功中所占的比例就越大，机械效率就越高。 【典例2-1】（2024春•通州区期中）如图所示晓明用两个质量相同的滑轮，分别将同一物体以相同速度匀速提高到相同高度，滑轮的机械效率分别为η1、η2，拉力分别为F1、F2，拉力的功率分别为P1、P2，不计绳重及摩擦。下列关系可能正确的是（　　） A．F1＞F2，η1＜η2，P1＝P2 B．F1＜F2，η1＞η2，P1＜P2 C．F1＞F2，η1＝η2，P1＞P2 D．F1＞F2，η1＞η2，P1＝P2 【答案】B 【解答】解：设物体的重力为G，左图是定滑轮，右图是动滑轮，不计绳重及摩擦，将同一物体以相同速度匀速提高到相同高度，定滑轮不省力，F1＝G，动滑轮可以省一半力，F2＝（G+G动），如果G动＞2G，则F1＜F2， 因忽略绳重与摩擦时，克服物体重力做的功为有用功，且两物体提升相同高度，所以，由W有＝Gh可知，两滑轮组做的有用功相等，左图中总功等于有用功，机械效率是100%，右图克服物体和动滑轮总重力做的功为总功，机械效率小于1，所以η1＞η2，右图中总功大于左图中的总功，由P＝可知P1＜P2。故选：B。 【典例2-2】（2023•海陵区一模）如图所示，用相同的滑轮安装成甲、乙两种装置，分别用FA、FB匀速提升重力为GA、GB的A、B两物体，不计绳重和摩擦。若GA＞GB，则η甲　＞　η乙；若FA＝FB，则GA　＜　GB。（选填“＞”、“＜”或“＝”） 【答案】＞；＜ 【解答】解：（1）不计绳重和摩擦，克服物体重力做的功为有用功，克服物体重力和动滑轮重力做的功为总功， 则滑轮组的机械效率：η＝×100%＝×100%＝×100%＝×100%，因物体的重力G越大，1+越小，越大，且动滑轮的重力相等，所以GA＞GB时，η甲＞η乙； （2）由图可知，n甲＝2，n乙＝3，由F＝（G+G动）可得，提升物体的重力：G＝nF﹣G动，则FA＝FB时，提升物体的重力关系为GA＜GB。 故答案为：＞；＜。 【典例2-3】（2024春•滨湖区期中）如图所示，大国重器盾构机是挖掘隧道的能手。盾构机体积极为庞大，需将其拆成多个部件吊装到施工现场。已知某部件的质量为3×104kg，与水平地面的接触面积为6m2（g取10N/kg）。 （1）该部件静止时对水平地面的压强为多大？ （2）某次挖掘隧道时，盾构机对砂土的推进力为3.6×107N，每分钟推进0.08m，推进系统功率为80kW，则盾构机的推进效率为多少？ 【答案】（1）该部件静止时对水平地面的压强为5×104Pa； （2）盾构机的推进效率为60%。 【解答】解：（1）该部件静止时对地面的压力大小它自身的重力，即：F＝G＝mg＝3×104kg×10N/kg＝3×105N； 与水平地面的受力面积为：S＝6m2； 该部件对地面的压强为：p＝＝＝5×104Pa； （2）盾构机对砂土的推进力为：F推＝3.6×107N； 盾构机对砂土做得功：W有用＝F推s＝3.6×107N×0.08m＝2.88×106J； 盾构机做得总功：W总＝Pt＝80×103W×60s＝4.8×106J； 盾构机的推进效率为： η＝＝×100%＝60%。 答：（1）该部件静止时对水平地面的压强为5×104Pa； （2）盾构机的推进效率为60%。 【变式2-1】（2024•二道区校级一模）如图所示，用机械提起同一重物，不考虑绳重和摩擦，其中机械效率最高的是（　　）（滑轮的重力相同） A． B． C． D． 【答案】B 【解答】解：用机械提起同一重物，若不计绳重及摩擦，每个滑轮的重力相同，ACD选项图中都要克服动滑轮重力做额外功，而B选项图使用是定滑轮，做额外功为0，所以其机械效率最高。 故选：B。 【变式2-2】（2023春•思明区校级期末）用总功率为10千瓦，最大抽水高度10米的水泵给水塔抽水，水塔顶端水箱容积为200米3，水塔水箱距地面高度为24米，抽水机的机械效率为50%，则最少需要　3　台这样的抽水机，同时满负荷工作　3.2×103　秒可以将水塔抽满？ 【答案】见试题解答内容 【解答】解： （1）因为每台抽水机的最大抽水高度为10米，而水塔水箱距地面高度为24米，所以，至少需要3台这样的抽水机； （2）由ρ＝可得，将水塔抽满时水的质量： m＝ρV＝1.0×103kg/m3×200m3＝2×105kg， 抽水机提升水重力做的功： W有＝Gh＝mgh＝2×105kg×10N/kg×24m＝4.8×107J， 由η＝×100%可得，抽水机做的功： W总＝＝＝9.6×107J， 由P＝可得，将水塔抽满时抽水机同时满负荷工作的时间： t＝＝＝3.2×103s。 故答案为：3；3.2×103。 【变式2-3】（2024•雅安模拟）某市动物园新进了一头质量为5×103kg的泰国小象，四只脚掌着地总面积为0.05m2，运输过程中，工作人员利用电动起重机在4s内把小象匀速拉到2m高处的卡车上。求： （1）起重机拉起小象的速度为多少？ （2）小象四脚站立在水平地面时，对地面的压强是多少？ （3）若电动机的功率是5×104W，则这台起重机的机械效率是多少？ 【答案】（1）起重机拉起小象的速度为0.5m/s； （2）小象四脚站立在水平地面时，对地面的压强是9.8×105Pa； （3）若电动机的功率是5×104W，则这台起重机的机械效率是49%。 【解答】解：（1）起重机拉起小象的速度：v＝＝＝0.5m/s； （2）小象受到的重力： G＝mg＝5×103kg×9.8N/kg＝4.9×104N； 小象四脚站立在地面时，对地面的压力： F＝G＝4.9×104N， 小象四脚站立对地面的压强： p＝＝＝9.8×105Pa； （3）电动机做的总功： W总＝Pt＝5×104W×4s＝2×105J， 电动起重机对小象做的功： W有用＝Gh＝4.9×104N×2m＝9.8×104J； 起重机的效率： η＝×100%＝×100%＝49%。 答：（1）起重机拉起小象的速度为0.5m/s； （2）小象四脚站立在水平地面时，对地面的压强是9.8×105Pa； （3）若电动机的功率是5×104W，则这台起重机的机械效率是49%。 知识点3 机械效率的应用及改变方法 1、有用功是由使用机械的目的所决定的，当用斜面提升物体时，克服物体重力做的功就是有用功，W有=Gh。   2、额外功是克服相互接触物体间的摩擦阻力所做的功，对于斜面而言，W额=fs。   3、总功是指动力对所做的功，一般情况下使用斜面时，动力做功W总=Fs。 4、由功的原理：“动力对机械所做的功等于机械克服阻力所做的功”，而机械克服阻力所做的功就包含了有用功和额外功，即：W总=W有+W额。   5、机械效率是有用功与总功的比值，只能小于1（理想状态下可能等于1），并且无单位   斜面的机械效率，在同一斜面上，由于倾斜程度相同，即。 一定，故在同一斜面上拉同一物体（粗糙程度相同）时，在斜面上所移动的距离（或物体被提升的高度）不同时，机械效率是相同的。 6、斜面的机械效率与斜面的倾斜程度、斜面的粗糙程度有关，斜面粗糙程度相同时，斜面的倾斜程度越大，机械效率越高；斜面的倾斜程度一定时，斜面越粗糙，机械效率越低。 7、提高机械效率的主要办法 （1）有用功一定时，尽量减少额外功，采用减轻机械自身的重力和加润滑油来减少摩擦的措施。 （2）额外功一定时，增大有用功，在机械能够承受的范围内尽可能增加每次提起重物的重力，充分发挥机械的作用。 【典例3-1】（2024•长春一模）如图所示为古人借助辘轳从井中汲水。以下方法中可以提高辘轳机械效率的是（　　） A．增大水桶的重力 B．增大绳子的重力 C．增大桶内的水量 D．增大转动的速度 【答案】C 【解答】解：A、增大水桶的重力，在水的重力不变的情况下，有用功不变，额外功变大，根据η＝＝可知，机械效率会变小，故A错误； BD、根据η＝＝可知，增大摇把转动的速度、增大绳子的粗细都不会改变机械效率的大小，故BD错误； C、增大桶内的水量，有用功会变大，桶的重力不变，额外功不变，根据η＝＝可知，机械效率会变大，故C正确。 故选：C。 【典例3-2】（2024•宿迁三模）如图所示，是安装在某种塔式起重机吊臂一侧的滑轮组，某次匀速起吊300kg的物体时，上升10m，用时15s，此时滑轮组的机械效率是80%，则所做有用功是 　3×104　J，总功是 　3.75×104　J，拉力F的功率是 　2.5×103　W。（g取10N/kg） 【答案】3×104；3.75×104；2.5×103。 【解答】解：滑轮组所做有用功为： W有＝Gh＝mgh＝300kg×10N/kg×10m＝3×104J； 滑轮组的机械效率是80%，根据η＝可知，总功为： W总＝＝＝3.75×104J； 拉力做功的功率为： P＝＝＝2.5×103W。 故答案为：3×104；3.75×104；2.5×103。 【变式3-1】（2023秋•梁溪区校级期中）如图所示，把物体匀速推到斜面顶端，斜面长s，高h，推力为F，斜面上的摩擦力为f。下列判断正确的是（　　） A．匀速推重物上行时F＝f B．若使斜面更光滑，推力和机械效率都减小 C．高度h不变，缩短斜面长度s，额外功将变大 D．高度h不变，缩短斜面长度s能提高机械效率 【答案】D 【解答】解：A．斜面上的推力需要克服摩擦力做额外功，还要做有用功，因而总功大于额外功，Fs＞fs，所以推力F＞f，故A不正确； B．若使斜面更光滑，可以减小摩擦力，摩擦力减小，额外功减小，而有用功不变，总功减小，机械效率增大，斜面长度不变，总功减小，推力减小，故B错误； C D．高度不变，缩短斜面长度，减小了物体对斜面的压力，摩擦力减小，额外功减小，而有用功不变，总功减小，将增大机械效率，故C错误，D正确。 故选：D。 【变式3-2】（2024•澄迈县一模）如图，工人利用动滑轮在10s内把重800N的物体匀速提升6m，拉力做功为6000J，不计绳重及摩擦，则动滑轮重力为 　200　N。利用动滑轮提升物体时的机械效率是 　80%　。 【答案】200；80%。 【解答】解：由于是动滑轮，绳子股数为2，根据W总＝Fs＝Fnh可知，拉力F为： F＝＝＝500N， 不计绳重及摩擦，利用F＝（G+G动）可知，动滑轮重为： G动＝nF﹣G＝2×500N﹣800N＝200N； 该滑轮组的机械效率为： η＝＝＝＝＝×100%＝80%。 故答案为：200；80%。 知识点4 有关机械效率的探究实验 1、滑轮（组）机械效率的测量实验 （1）实验目的：测量滑轮组的机械效率 （2）实验原理： 注意事项： （l）匀速拉动弹簧测力计，目的是保证弹簧测力计的示数F大小不变； （2）为了便于读数，钩码下沿和绳子末端在刻度尺上的位置最好取整数； （3）多次测量的目的是进行一些必要的比较，利用不完全归纳法总结规律，而不是求平均值； 实验结论：使用同一滑轮组提升不同的重物时，重物越重，滑轮组的机械效率越大。 2、斜面机械效率的测量实验 （1）实验目的：探究斜面的机械效率 （2）实验原理： （3）实验结论：斜面越陡机械效率越高，斜面越缓，机械效率越低。 3、杠杆机械效率的测量实验 用如图所示的实验装置测量杠杆的机械效率，实验时，竖直向上匀速拉动弹簧测力计，使挂在较长杠杆下面的钩码缓缓上升。 （1）实验中，将杠杆拉至图中虚线位置，测力计的示数F为0.5N，钩码总重G为1.0N，钩码上升高度h为0.1m，测力计移动距离s为0.3m，则杠杆的机械效率为66.7%．请写出使用该杠杆做额外功的一个原因：由于使用杠杆时需要克服摩擦做功。 （2）为了进一步研究杠杆的机械效率与哪些因素有关，一位同学用该实验装置，先后将钩码挂在A、B两点，测量并计算得到下表所示的两组数据 次数 钩码悬挂点 钩码总重G/N 钩码移动距离h/m 拉力F/N 测力计移动距离s/m 机械效率η/% 1 A点 1.5 0.10 0.7 0.30 71.4 2 B点 2.0 0.15 1.2 0.30 83.3 根据表中数据，能否得出“杠杆的机械效率与所挂钩码的重有关，钩码越重其效率越高”的结论？答：不能； 请简要说明两条理由：①两次实验时钩码没有挂在同一位置；②仅根据一次对比实验所得结论是不可靠的。 【典例4-1】（2024春•江都区月考）如图，某实验小组的同学们在探究“斜面的机械效率”实验时，用弹簧测力计沿斜面匀速向上拉动物块，收集了下表中的实验数据。 （1）第1次实验中，木块所受摩擦力为 　1.4　N。（计算结果保留1位小数） （2）分析表中的数据可得出：在其他条件一定时，斜面越缓越 　省　（选填“省”或“费”）力；斜面越陡，机械效率越 　高　（选填“高”或“低”）。 实验次数 斜面的倾斜程度 物块重力G/N 斜面高度h/m 拉力F/N 斜面长度s/m 机械效率η 1 较缓 5 0.2 2.4 1 41.7% 2 较陡 5 0.5 3.2 1 78.1% 3 最陡 5 0.7 4.3 1 81.4% （3）该小组又进行了第4次实验，他们在斜面上铺上棉布，使斜面变粗糙，保持斜面高和长分别是0.5m和1m，用弹簧测力计拉动同一物块沿斜面向上做匀速直线运动，读出此时弹簧测力计的示数为4N，他们测得这种情况下斜面的机械效率为 　62.5%　。把第4次与第 　2　次测量结果相比较，还能得出：在其他条件一定时，斜面越粗糙，斜面的机械效率越低。 【答案】（1）1.4；（2）省；高；（3）62.5%；2。 【解答】解： （1）由第1次实验的数据可知，沿斜面拉木块做的有用功：W有＝G1h1＝5N×0.2m＝1J， 拉力做的总功：W总＝F1s1＝2.4N×1m＝2.4J， 则额外功：W额＝W总﹣W有＝2.4J﹣1J＝1.4J， 由W额＝fs得，木块所受摩擦力：f＝＝＝1.4N； （2）由记录的数据可以看出斜面的倾斜程度越缓时，沿斜面的拉力F越小，则斜面越省力；由记录的数据可以看出斜面倾斜程度越陡时，斜面的机械效率越高； （3）物体重G1＝5N，提升高度h2＝0.5m，克服物块重力做的有用功为：W有用＝G1h2＝5N×0.5m＝2.5J， 拉力F2＝4N，拉力移动的距离s2＝1m，拉力做的总功为：W总＝F2s2＝4N×1m＝4J， 则斜面的机械效率为：η＝×100%＝×100%＝62.5%； 要探究机械效率与斜面粗糙程度关系，必须保证斜面倾斜程度和长度相同的情况下（即高度相同，斜面长度相同），第4次和第2次斜面的长度和高度相同，从数值上可以看出斜面越粗糙机械效率越小。 故答案为：（1）1.4；（2）省；高；（3）62.5%；2。 【典例4-2】（2024春•昌平区期中）如图甲是某小组的同学测量动滑轮的机械效率的示意图。用弹簧测力计竖直向上匀速拉动绳子自由端，将重为3N的物体从A位置匀速提升到B位置，同时弹簧测力计从图中的A′位置上升到B′位置，在这个过程中，弹簧测力计的示数如图乙所示，请你根据他们做的实验完成下列问题，实验过程中： （1）绳端上升的距离是 　20.0　cm。 （2）有用功是 　0.3　J。 （3）此动滑轮的机械效率是 　75　%。 （4）机械效率是机械性能好坏的重要标志，结合生产生活实际，下列提高机械效率的措施不可行的是 　D　（填字母）。 A.增加所提物重 B.减轻机械自重 C.给机械加润滑油 D.增加物体上升高度 【答案】（1）20.0；（2）0.3；（3）75%；（4）D。 【解答】解：（1）物体从A位置匀速提升到B位置，绳端上升的高度为： h＝45.0cm﹣25.0cm＝20.0cm＝0.2m； （2）使用动滑轮时n＝2，绳端上升的距离（高度）s＝nh， 物体上升的高度h＝s＝×0.2m＝0.1m， 克服物体重力做的有用功： W有用＝Gh＝3N×0.1m＝0.3J； （3）由图乙可知拉力大小F＝2N，拉力做的总功： W总＝Fs＝2N×0.2m＝0.4J， 动滑轮的机械效率： η＝＝×100%＝75%； （4）A、增加所提物重，有用功增大，额外功几乎不变，有用功与总功比值增大，机械效率增大； B、机械对克服自重做的功是额外功，减轻机械自重就减小额外功，有用功不变，额外功减小，则有用功与总功比值增大，机械效率增大； C、给机械加润滑油是为了减小摩擦，机械克服摩擦力做的功是额外功，有用功不变，额外功减小，则有用功与总功比值增大，机械效率增大； D、根据η＝＝＝＝可知，增加重物上升高度，不影响滑轮组的机械效率大小。 故选D。 故答案为：（1）20.0；（2）0.3；（3）75%；（4）D。 【典例4-3】（2023秋•天宁区校级月考）某实验小组利用如图所示的装置研究杠杆的机械效率： （1）实验中，两个钩码挂在A处，若提升的钩码重一定，则影响杠杆机械效率的主要因素是 　杠杆自身的重力　。 （2）实验中，再将三个相同的钩码悬挂在A点匀速提高相同高度时，该杠杆的机械效率为η2，则η1　＜　（＞/＝/＜）η2。 （3）若将同一钩码分别悬挂在A、C两点，匀速提高相同高度，机械效率分别为ηA和ηC，则ηA　＜　（＞/＝/＜）ηC。 【答案】（1）杠杆自身的重力；（2）＜；（3）＜。 【解答】解：（1）有用功是提升钩码所做的功，额外功主要是克服杠杆重力做的功，影响机械效率的因素主要是有用功和总功所占的比例；提升的钩码重一定说明有用功一定，所以影响杠杆机械效率的主要因素是杠杆自身的重力； （2）将三个相同的钩码悬挂在A点匀速提高相同高度时，根据W＝Gh可知：W有用1＜W有用2， 因为杠杆的自身重力不变，且杠杆重心移动的距离不变， 所以根据W额＝G杆h可知额外功不变， 因为η＝×100%＝，所以η1＜η2； （3）将钩码的悬挂点从A点移至C点，把钩码匀速提高相同高度时，根据W有用＝Gh知有用功不变，根据三角形的知识可知：杠杆重心提升的高度减小，所以根据W额＝Gh可知额外功减小，因此在有用功相同的条件下，杠杆的机械效率变大，即ηA＜ηC。 故答案为：（1）杠杆自身的重力；（2）＜；（3）＜。 【变式4-1】（2024•临高县校级一模）如图所示是小明测量斜面的机械效率的实验装置，及实验数据记录表： 斜面的倾斜程度 物块重（N） 斜面高（m） 沿斜面拉力（N） 斜面长（m） 机械效率 较缓 10 0.1 5.0 1 20% 较陡 10 0.3 6.7 1 45% 最陡 10 0.5 8.4 1 60% （1）沿斜面拉动木块时，应保持测力计的弹簧轴线与斜面 　平行　；并且使木块做 　匀速直线　运动。 （2）比较表中“物块重”和“　沿斜面拉力　”两栏对应的数据，可知斜面是一种 　省力　（选填“省力”或“费力”）的简单机械。 （3）本实验数据还可以分析出斜面的倾斜程度对斜面机械效率的影响，结论是：斜面的倾斜程度越大，　斜面的机械效率越大　。 【答案】（1）平行；匀速直线；（2）沿斜面拉力；省力；（3）斜面的机械效率越大。 【解答】解：（1）沿斜面拉动木块时，测力计的弹簧轴线与斜面平行，为使测力计的示数稳定，应尽量使木块做匀速直线运动。 （2）比较表中“物块重”和“沿斜面的拉力”两栏对应的数据，由实验数据可知，在同一次实验中，拉力总是小于重力，由此可知斜面是一种省力的简单机械。 （3）由表中实验数据可知，实验控制了斜面长度不变而高度不断变化，斜面的倾斜程度不断变化，实验研究的是斜面倾斜程度对斜面机械效率的影响，由表中实验数据可知：斜面长度不变时，斜面越高，即斜面的倾斜程度越大，斜面的机械效率越大。 故答案为：（1）平行；匀速直线；（2）沿斜面拉力；省力；（3）斜面的机械效率越大。 【变式4-2】（2024•淮阴区一模）在“测量滑轮组的机械效率”的实验中，某组同学用同样的滑轮安装了如图甲、乙所示的滑轮组，实验测得的数据如表所示。 次数 物体的重力G/N 提升高度h/m 拉力F/N 绳端移动的距离s/m 机械效率η 1 2 0.2 1 0.6 66.7% 2 3 0.2 1.4 0.6 71.4% 3 4 0.2 1.8 0.6 74.1% 4 2 0.2 1.5 0.4 （1）第1次数据是图 　甲　（选填“甲”或“乙”）所示的滑轮组测得的； （2）采用甲图装置实验时，应用手竖直向上 　匀速　拉动弹簧测力计，使挂在动滑轮下的物体缓慢上升； （3）比较1、2、3次实验数据可判定，在装置相同情况下，物体越重，滑轮组的机械效率越 　大　； （4）第4次实验中的机械效率为 　66.7%　； （5）采用甲图装置实验时，若弹簧测力计没有竖直向上拉，则测得的机械效率将 　偏小　（选填“偏大”、“偏小”或“不变”）。 【答案】（1）甲；（2）匀速；（3）大；（4）66.7%；（5）偏小。 【解答】解：（1）第1次数据是采用 的滑轮组得到的，因此是图甲所示的滑轮组测得的。 （2）采用甲图装置实验时，应用手竖直向上匀速拉动弹簧测力计，使挂在动滑轮下的物体缓慢上升，是拉力大小不变。 （3）由表格中数据得，1、2、3次都是使用甲滑轮组进行实验的，比较1、2、3次实验数据可判定，在装置相同情况下，物体越重，滑轮组的机械效率越大。 （4）第4次实验中的机械效率为 （5）采用甲图装置实验时，若弹簧测力计没有竖直向上拉，动力臂小于动滑轮的直径，拉力会较大，拉动重物上升相同距离，有用功不变，拉力移动距离不变，总功变大，由得，测得的机械效率将偏小。 故答案为：（1）甲；（2）匀速；（3）大；（4）66.7%；（5）偏小。 【变式4-3】（2023•包河区校级开学）利用如图所示的实验装置来测量杠杆的机械效率。实验过程中，竖直向上匀速拉动弹簧测力计，使挂在较长杠杆下面的钩码缓缓升高。 （1）在杠杆被缓慢拉至图中虚线位置的过程中，测力计移动距离为0.3m挂在A点的钩码上升高度为0.1m，测力计示数F如图所示，已知每个钩码重为0.5N，则此过程中，该杠杆机械效率为 　66.7%　。（保留一位小数） （2）将质量相同的钩码分别挂在A、B两点，并将钩码提升相同的高度，经测量和计算发现将钩码挂在B点比挂在A点时，杠杆的机械效率大一些，其原因是：　钩码从A点到B点，钩码还升高相同的高度，有用功不变，杠杆上旋的角度减小，杠杆升高的距离h变小，所以Gh1+G杠h变小，所以Fh2也变小，即总功变小，根据机械效率的公式知，机械效率变大　。 【答案】（1）66.7%；（2）钩码从A点到B点，钩码还升高相同的高度，有用功不变，杠杆上旋的角度减小，杠杆升高的距离h变小，所以Gh1+G杠h变小，所以Fh2也变小，即总功变小，根据机械效率的公式知，机械效率变大。 【解答】解：（1）弹簧测力计每一个大格代表1N，每一个小格代表0.1N，示数为0.5N； 用杠杆提起货物，对货物做的功是有用功，W有＝Gh＝1N×0.1m＝0.1J， 用杠杆提起货物，对整个杠杆做的功是总功，W总＝Fs＝0.5N×0.3m＝0.15J。 所以杠杆的机械效率：η＝×100%＝×100%≈66.7%； （2）钩码从A点到B点，钩码还升高相同的高度，杠杆上旋的角度减小，杠杆升高的距离h变小，所以Gh1+G杠h变小，所以Fh2也变小。根据η＝×100%，分母变小，分子不变，所以η变大，即ηA＜ηB。 故答案为：（1）66.7%；（2）钩码从A点到B点，钩码还升高相同的高度，有用功不变，杠杆上旋的角度减小，杠杆升高的距离h变小，所以Gh1+G杠h变小，所以Fh2也变小，即总功变小，根据机械效率的公式知，机械效率变大。 1．（2024春•香坊区校级期中）如图中相关的力学知识说法不正确的是（　　） A．手对钢片的力等于钢片对手的力 B．重力的方向总是竖直向下 C．茶壶利用连通器原理来工作的 D．使用图示的滑轮组能省功 【答案】D 【解答】解：A、手对钢片的力等于钢片对手的力，它们是一对相互作用力，故A不符合题意； B、重力的方向总是竖直向下，故B不符合题意； C、茶壶利用连通器原理来工作的，故C不符合题意； D、使用图示的滑轮组也不能省功，故D符合题意。 故选：D。 2．（2024•根河市校级模拟）理解物理概念是学好物理的关键。下列关于功、功率和机械效率的说法，正确的是（　　） A．功率越大，做功就越快，机械效率也越大 B．做功所花时间越短，功率就越大 C．有用功一定，减小额外功，可以提高机械效率 D．机械效率越高的机械，表明它做的有用功越多 【答案】C 【解答】解：A、功率越大，做功就越快，机械效率与功率无关，故A错误； B、完成相同的功，所用的时间越短，功率越大，故B错误； C、有用功一定，减小额外功，则总功减小，根据η＝可知，可以提高机械效率，故C正确； D、机械效率越高的机械，有用功在总功中所占的比值越大，但有用功不一定多，故D错误。 故选：C。 3．（2024•青岛二模）如图所示的滑轮组，工人用200N竖直向上的拉力F，将物体匀速提高2m，所用时间为6s，若此时滑轮组机械效率为80%，不计绳重和摩擦。以下说法正确的是（　　） A．工人所做的有用功是1200J B．拉力的功率是200W C．动滑轮的重是100N D．其他条件不变，被提升物体重力越大，机械效率越小 【答案】B 【解答】解：A．由图可知，n＝3，工人做的总功为 W总＝Fs＝Fnh＝200N×3×2m＝1200J， 工人所做的有用功为 W有＝ηW总＝80%×1200J＝960J，故A错误； B．拉力的功率为 ，故B正确； C．额外功为W额＝W总﹣W有＝1200J﹣960J＝240J， 不计绳重和摩擦，根据W额＝G动h可知，动滑轮的重为 ，故C错误； D．不计绳重和摩擦，由可知，其他条件不变，被提升物体的重力越大，机械效率越大，故D错误。 故选：B。 4．（2024春•越秀区校级期中）某型号挖掘机在6s内将装满铲斗的质量为0.75t的泥土送到10m外的岸边，挖掘深度H＝2m（如图乙所示）发动机的总功率是20kW，（取g＝10N/kg）则（　　） A．挖掘机每挖一次泥土并水平移送到岸边，挖掘机对泥土做功为7.5×104J B．挖掘机每挖一次泥土并水平移送到岸边，挖掘机对泥土做功为9×104J C．挖泥过程中挖掘机的机械效率为12.5% D．挖泥过程中挖掘机的额外功为0.3×104J 【答案】C 【解答】解：AB、泥石的重力为： G＝mg＝750kg×10N/kg＝7.5×103N， 对泥石做的功为： W有＝GH＝7.5×103N×2m＝1.5×104J，故AB错误； C、挖掘机做的总功为： W总＝Pt＝2×104W×6s＝1.2×105J， 挖掘机的机械效率为： η＝×100%＝×100%＝12.5%，故C正确； D、挖泥过程中挖掘机的额外功为： W额＝W总﹣W有＝1.2×105J﹣1.5×104J＝1.05×105J，故D错误。 故选：C。 5．（2024•安阳一模）如图所示，在斜面上将一个重9N的物体从A处匀速拉到B处，沿斜面向上的拉力F＝3N，此过程中（　　） A．木块所受的拉力与摩擦力是一对平衡力 B．斜面的机械效率是75% C．对重物做的有用功为0.9J D．这个斜面装置没有省力 【答案】B 【解答】解：A．木块受到重力、拉力、摩擦力和斜面的支持力，所以，木块所受的拉力与摩擦力的大小不相等，不是一对平衡力，故A错误； BC．对重物做的有用功为 W有用＝Gh＝9N×0.3m＝2.7J， 拉力做的功为 W总＝Fs＝3N×1.2m＝3.6J， 斜面的机械效率为 ，故B正确，故C错误； D．由于斜面装置费距离，是省力杠杆，所以斜面省力，故D错误。 故选：B。 6．（2024•五华区二模）如图所示，小明用100N的拉力，通过滑轮将一个重95N的物体，从地面匀速提到3m高的位置，用时10s。这一过程中（　　） A．滑轮相当于省力杠杆 B．滑轮的有用功为300J C．拉力的功率为28.5W D．滑轮的机械效率为95% 【答案】D 【解答】解：A、由图可知，该滑轮为定滑轮，定滑轮实质是等臂杠杆，使用定滑轮不能省力，但能改变力的方向，故A错误； B、滑轮的有用功为： W有＝Gh＝95N×3m＝285J，故B错误； C、拉力做的功为： W总＝Fs＝Fh＝100N×3m＝300J， 拉力的功率为： P＝＝＝30W，故C错误； D、滑轮的机械效率为： η＝＝×100%＝95%，故D正确。 故选：D。 7．（2024•丰都县二模）如图所示，是建筑工地上常见的塔式起重机，起重机上的滑轮组在匀速起吊质量为1t的材料时，滑轮组的机械效率是75%。下列分析正确的是（　　） A．起重机的吊臂AOB不能视为杠杆 B．起重机的吊臂将材料水平移动时重力做了功 C．将材料提升3m，滑轮组拉力所做总功是4×104J D．增加起吊材料的质量，滑轮组的机械效率将减小 【答案】C 【解答】解：A、吊臂AOB是可以在力的作用下绕O点转动的硬棒，因此吊臂AOB可视为杠杆，故A错误； B、起重机的吊臂将材料水平移动时，重力的方向是竖直向下的，没有在重力的方向上通过距离，所以重力不做功，故B错误； C、物体的重力：G＝mg＝1000kg×10N/kg＝10000N， 滑轮组所做有用功：W有＝Gh＝10000N×3m＝3×104J，由η＝×100%可知，滑轮组所做总功：W总＝＝＝4×104J，故C正确； D、若仅增加起吊物体的质量，起吊物体的重力变大，额外功几乎不变，有用功变大，有用功在总功中所占的比例变大，则滑轮组的机械效率变大，故D错误。 故选：C。 8．（2023春•诏安县校级月考）使用一个滑轮组吊起重物，若拉绳子的力为200N，且绳子的自由端被移动5m时，重物被提升1m，那么重物的重力为 　1000　N，滑轮组的机械效率是 　100%　（滑轮重、绳重及摩擦不计）。 【答案】1000；100%。 【解答】解：由s＝nh可知，承担物重的绳子的股数n＝5， 滑轮重及摩擦不计，由F＝G，得G＝5F＝200N×5＝1000N。 轮重、绳重及摩擦不计，额外功为0，滑轮组的机械效率达到100%。 故答案为：1000；100%。 9．（2023秋•泗洪县校级月考）如图所示，用竖直向上的力匀速拉动较长的杠杆，使重为18N的物体在2s内，缓慢升高0.1m，拉力大小F＝8N，拉力移动的距离为0.25m，拉力所做的功的功率为 　1　W，杠杆的机械效率为 　90%　，影响杠杆机械效率的主要因素为 　杠杆自重或物重或摩擦。　。 【答案】1；90%；杠杆自重或物重或摩擦。 【解答】解：拉力所做的功：W总＝Fs＝8N×0.25m＝2J， 则拉力所做的功的功率为： P＝＝＝1W； 有用功：W有＝Gh＝18N×0.1m＝1.8J， 杠杆的机械效率： η＝＝×100%＝90%； 有用功是提升钩码所做的功，额外功主要是克服杠杆重力做的功，影响机械效率的因素主要是有用功和总功所占的比例；因此影响杠杆机械效率的主要因素是杠杆自重或物重或摩擦。 故答案为：1；90%；杠杆自重或物重或摩擦。 10．（2024春•钢城区期中）如图所示，用相同的滑轮组甲、乙匀速提升数目不等的钩码（每个钩码质量相同，且不计绳重和摩擦），则绳端所受拉力F甲　小于　F乙，两滑轮组的机械效率η甲　小于　η乙。（两空均选填“大于”“小于”或“等于”） 【答案】小于；小于。 【解答】解：如图甲、乙所示，用同一个滑轮组，提升不同重物，滑轮组的绕线方式也相同，把重物和动滑轮看成一个整体，甲图中重物和动滑轮的总重力小于乙图中重物与动滑轮的总重力，所以甲图中绳端的拉力小于乙图中绳端的拉力，即F甲小于F乙； 甲图中对重物所做的有用功大于乙图中对重物所做的有用功，由于动滑轮相同，对动滑轮所做的额外功相同，根据η＝＝可知，甲的机械效率小于乙的机械效率。 故答案为：小于；小于。 11．（2024•玄武区一模）（1）如图甲所示的轻质杠杆AB，O为支点，动力F1的作用线是PQ，物体M放在C点，其中OC＝OD。当杠杆处于水平平衡时，F1沿PQ线向 　下　（选填“上”或“下”），该杠杆为 　费力　杠杆。 （2）用如图乙所示的滑轮组竖直向上匀速提升重物，动滑轮重为40N，不计摩擦和绳重。若物重为300N，将重物匀速提升2m用时5s，则有用功是 　600　J，拉力做功的功率为 　136　W；若滑轮组的机械效率为80%，则物重为 　160　N。 【答案】（1）下；费力；（2）600；136；160 【解答】解：（1）O为支点，阻力为物体M对杠杆的压力，方向竖直向下，使杠杆逆时针转动；为使杠杆平衡，拉力F1应使杠杆顺时针转动，拉力F1的方向应该为沿PQ向下； 阻力臂L2＝OC＝OD，动力臂L1＜OD，所以动力臂小于阻力臂，为费力杠杆。 （2）克服物体重力做的有用功： W有用＝Gh＝300N×2m＝600J； 不计摩擦和绳重，克服动滑轮重力做的额外功： W额＝G动h＝40N×2m＝80J， 拉力做的总功： W总＝W有用+W额＝600J+80J＝680J， 拉力做功的功率： P＝＝＝136W； 不计摩擦和绳重，滑轮组的机械效率η＝＝＝＝， 若滑轮组的机械效率为80%，即＝80%， ＝80%， 解得物重： G′＝160N。 故答案为：（1）下；费力；（2）600；136；160。 12．（2024•平凉二模）如图甲所示是高空作业的师傅在美化楼体外墙的情景，其平台结构的原理简图如图乙所示，吊篮的质量为40kg，两名工人及工具的总质量为200kg，某次吊升过程中，吊篮在30s内匀速上升了6m，不计滑轮重、绳重和摩擦，g取10N/kg。电动机拉动绳子的功率为 　480　W；在承载范围内，工人及工具总质量越大，该装置的机械效率越 　高　（选填“高”或“低”）。 【答案】480；高。 【解答】解：（1）由图可知n＝4，则绳子自由端移动的距离s＝nh＝4×6m＝24m； 吊篮的重力：G篮＝m篮g＝40kg×10N/kg＝400N， 两名工人及工具的总重力：G人＝m人g＝200kg×10N/kg＝2000N， 因为不计滑轮重、绳重和摩擦，使用绳子自由端的拉力：F＝（G篮+G人）＝×（400N+2000N）＝600N， 电动机拉动绳子做的总功：W总＝Fs＝600N×24m＝1.44×104J， 电动机拉动绳子做功的功率：P＝＝＝480W； （2）在承载范围内，工人及工具的总质量越大，由W有＝Gh＝mgh可知，有用功W有越大，额外功W额外不变； 由η＝＝＝可知，有用功W有越大，额外功W额外不变时，机械效率越高。 故答案为：480；高。 13．（2024•亳州二模）如图所示，有一辆质量为2500kg的小汽车沿着盘山公路以5m/s的速度匀速行驶，当它从山脚行驶到高为0.6km的山顶时，耗时30min，汽车发动机牵引力的功率为25kW，此时盘山公路的机械效率是 　33.3%　。 【答案】33.3%。 【解答】解：汽车行驶的时间t＝30min＝30×60s＝1800s， 汽车发动机做功为， 汽车重力为G＝mg＝2500kg×10N/kg＝25000N， 山的高度为h＝0.6km＝600m， 汽车克服重力做的有用功为， 盘山公路的机械效率为 。 故答案为：33.3% 14．（2023春•西丰县期末）在“探究影响滑轮组机械效率的因素”实验中，某实验小组用如图所示的同一滑轮组提升不同钩码的方法，分别做了甲、乙、丙3次实验，实验数据记录如下： 次数 钩码重/N 钩码上升的距离/cm 弹簧测力计的示数/N 弹簧测力计上升的距离/cm 机械效率/% 1 2 3 1 9 67% 2 4 3 1.8 9 3 6 3 9 83% （1）在实验中，应该用弹簧测力计应沿 　竖直　方向拉着绳子，当钩码 　匀速上升　（选填“匀速上升”或“静止”）时读取测力计示数； （2）进行第2次测量时，滑轮组的机械效率约为 　74%　（保留两位有效数字）； （3）进行第3次测量时，弹簧测力计示数如图丙所示，拉力大小为 　2.4　N，滑轮组做的有用功是 　0.18　J； （4）分析实验数据得出的实验结论是：滑轮组的机械效率与 　物重　有关。 【答案】（1）竖直；匀速上升；（2）74%；（3）2.4；0.18； （4）物重。 【解答】解：（1）实验操作中应竖直向上匀速拉动弹簧测力计，使物体受力平衡； （2）根据表中实验数据可知，第2次测量时滑轮组的机械效率： η＝×100%＝×100%＝×100%≈78.4%； （3）由图示测力计可知，其分度值为0.2N，示数为2.4N； 第3次测量时，有用功：W有＝Gh＝6N×0.03m＝0.18J； （4）从实验数据看，钩码上升的高度相同，钩码重不断增大，机械效率不断提高，得出的实验结论是：滑轮组的机械效率与被提升物体的重力有关。 故答案为：（1）竖直；匀速上升；（2）74%；（3）2.4；0.18； （4）物重。 15．（2024•大东区模拟）如图所示，利用斜面将箱子推进车厢，通常要比把箱子直接从地面搬进车厢省力很多。若小明用100N的力沿斜面向上匀速推动箱子，已知箱子质量为20kg，斜面长3m，斜面高1.2m，g取10N/kg。求： （1）箱子受到的重力多大？ （2）斜面的机械效率是多少？ （3）使用斜面推此箱子时有哪些方法可以提高装置的机械效率？（写出一种即可） 【答案】（1）箱子受到的重力为200N； （2）斜面的机械效率为80%； （3）减小斜面的粗糙程度。 【解答】解：（1）箱子受到的重力： G＝mg＝20kg×10N/kg＝200N； （2）推力所做的总功：W总＝Fs＝100N×3m＝300J， 推力做的有用功：W有用＝Gh＝200N×1.2m＝240J， 斜面的机械效率： η＝×100%＝×100%＝80%； （3）使用斜面时，在有用功相同时，减小斜面的粗糙程度，可以减小额外功，从而提高斜面的机械效率。 答：（1）箱子受到的重力为200N； （2）斜面的机械效率为80%； （3）减小斜面的粗糙程度。 16．（2024春•昌平区期中）实验桌上有带横杆的铁架台、刻度尺、弹簧测力计、细绳，另外还有钩码一盒，质量不等的滑轮2个，滑轮的轮与轴之间的摩擦很小，可忽略不计。小华选用这些器材，探究“动滑轮的机械效率与动滑轮所受重力有关”。小华的主要实验步骤如下（如图所示）： ①用调好的弹簧测力计分别测出一个钩码、一个动滑轮所受的重力，分别用G、G动表示。组装实验器材，用弹簧测力计竖直向上匀速拉绳子自由端，绳子自由端所受拉力用F表示，绳子自由端移动的距离用s表示，钩码上升的高度用h表示。用弹簧测力计测出F，用刻度尺分别测出s、h。并把测量数据记录在表格中。 ②用弹簧测力计测出另一动滑轮所受重力G动，再测出两个钩码的重力G，仿照步骤①分别测量对应的F、s、h，并把测量数据记录在表格中。 ③利用公式，计算两次实验动滑轮的机械效率η，并将η值记录在表格中。 （1）小华的探究过程中存在的问题：　步骤②中改变了物体的重力　。 （2）请你针对小华探究过程中存在的问题，写出改正措施：　步骤②中 保持提升的物体不变，取另一个滑轮仿照步骤①重复进行实验，并记录数 据　。 【答案】（1）步骤②中改变了物体的重力； （2）步骤②中保持提升的物体不变，取另一个滑轮仿照步骤①重复进行实验，并记录数据（其他写法合理也可）。 【解答】解：（1）研究动滑轮的机械效率与动滑轮所受重力有关，应使用同一装置，控制物体的重力不变，只改变动滑轮的重力，而步骤②中改变了物体的重力，这是存在的问题； （2）步骤②中保持提升的物体不变，取另一个滑轮仿照步骤①重复进行实验，并记录数据。 故答案为：（1）步骤②中改变了物体的重力； （2）步骤②中保持提升的物体不变，取另一个滑轮仿照步骤①重复进行实验，并记录数据（其他写法合理也可）。 17．（2024•庐阳区校级二模）如图所示，工人沿斜面用300N的力F把一重为500N的物体从斜面底部匀速推到顶端（不考虑物体的大小）。已知斜面长L＝4m，高h＝2m。求此过程中： （1）做的有用功； （2）该装置的机械效率（结果保留一位小数）。 【答案】（1）做的有用功为1000J； （2）该装置的机械效率约为83.3%。 【解答】解：（1）克服物体重力做的有用功； W有用＝Gh＝500N×2m＝1000J； （2）推力F做的总功： W总＝FL＝300N×4m＝1200J， 斜面的机械效率： η＝＝×100%≈83.3%。 答：（1）做的有用功为1000J； （2）该装置的机械效率约为83.3%。 18．（2024•南充二模）为了建设绿色生态城市，每到春天园林工人要在过街天桥图上放置花草，为城市增添一抹绿色。如图所示，工人用长木棒、滑轮、轻绳组装提升装置。木棒放置在天桥栏杆上始终保持水平，与栏杆M接触点为O；用沙袋将木棒B端压在栏杆N上，在木棒A端吊装滑轮组。OA：OB＝1：2，每个沙袋重400N，每个滑轮重40N。（木棒和绳的重力、滑轮与轴的摩擦均忽略不计） （1）若A点受到竖直向下的拉力为1000N，为了保持木棒水平平衡，在B端至少需要放置几个沙袋？ （2）若某次工人利用滑轮组竖直向下拉绳子，将重为360N的花架匀速提升5m。求： ①滑轮组的机械效率； ②滑轮组对绳AC的拉力。 【答案】（1）在B端至少需要放置2个沙袋； （2）①滑轮组的机械效率为90%； ②滑轮组对绳AC的拉力为640N。 【解答】解：（1）由图可知，O为杠杆AB的支点，由杠杆平衡条件F1l1＝F2l2 可得F1×OA＝F2×OB，则 ， 因为杠杆始终保持水平，所以B点的压力大小等于沙袋的重力，则沙袋的总重力G总＝F2＝500N， 需要放置沙袋的数量 ； （2）①因为不计绳重和摩擦，故滑轮组的机械效率 ； ②由图可知n＝2，绳子自由端的拉力 ， 则滑轮组对绳AC的拉力 FAC＝3F+G定＝3×200N+40N＝640N。 答：（1）在B端至少需要放置2个沙袋； （2）①滑轮组的机械效率为90%； ②滑轮组对绳AC的拉力为640N。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！1 学科网（北京）股份有限公司 $$