九年级暑假班衔接班第06讲 机械效率2024-2025学年苏科版物理八升九全程通关

第06讲 机械效率 [学习目标] 1． 知道有用功、额外功、总功； 2． 理解机械效率定义、大小范围、表示方法、公式、影响因素； 3． 知道有用功、额外功、总功关系式； 4． 理解机械效率的计算及公式。 1. 有用功 (W有用)：人们为了达到工作目的____必须____要做的功。 2. 额外功(W额)：利用机械时不想需要但___不得不做____的功。 3. 总功(W总)：外力所做的功，即有用功和额外功的总__和___。 4. 定义：机械效率是有用功与总功的比值，分析判定一个机械的机械效率高低要分析两个因素：有用功与总功。任何机械的机械效率都小于___1___. 5. 计算公式:___ η=×100％_____。 6. 提高机械效率的途径：尽可能增加提升物体的___重力___；减轻机械的___自身___重量；合理地减少部件间的有害___摩擦____。 考点一：有用功、额外功、总功 1.有用功：人利用机械在达到目的的过程中，所做的对人们有用的功，叫做有用功。有用功相当于不使用机械时，人直接对物体所做的功。 注意：机械的使用目的，决定了有用功是克服哪个力做功。 2.额外功：在工作时，人们不需要的但不得不做的功，叫做额外功。使用机械时，由于克服机械摩擦以及机械自重所做的功就是额外功。 3.总功：动力做的功，也即有用功加额外功。 考点二：机械效率 机械效率：有用功跟总功的比值叫机械效率。 1.公式 （1）定义式： （2）变形式： 注意：有用功总小于总功，机械效率总小于1。机械效率用百分数表示，公式中的百分号不可省略。 2.机械效率的常见错误理解 错误一：机械越省力，机械效率越高 解释：一般情况下，机械越省力就越复杂，额外功就越多，机械效率就越低。 错误二：机械做功越多，机械效率越高 解释：机械做功越多，有用功、额外功、总功均增多，机械效率不变。 错误三：机械功率越大，机械效率越高 解释：机械功率越大，做功越快，但机械效率与功率无关。 3.提高机械效率的方法： （1）额外功一定时，增大有用功； （2）有用功一定时，减小额外功； （3）增大有用功的同时减小额外功。 考点三：滑轮组的机械效率 1.实验：探究影响滑轮组机械效率的因素 （1）实验原理： （2）需要测量的物理量：物体的重力G、物体被提升的高度h、拉力F、绳子自由端移动的距离s （3）实验器材：钩码、铁架台、滑轮、细线；弹簧测力计、刻度尺 （4）实验方法：控制变量法 ①探究滑轮组的机械效率与物重的关系时，使用相同的滑轮组，改变所挂钩码的数量； ②探究滑轮组的机械效率与动滑轮重力的关系时，控制所挂钩码的数量相同，改变滑轮组中动滑轮的重力； （5）实验操作 ①按照图示安装滑轮组，测钩码重力G并记钩码和绳端的位置； ②用弹簧测力计缓慢拉动绳端，使钩码匀速上升，读出拉力F的值，并测出钩码上升的高度h和绳端移动的距离s；记录实验数据填入表格中； 次数 钩码重G/N 钩码上升的高度h/m 有用功 W有用/J 弹簧测力计示数F/N 绳子自由端移动的距离s/m 总功 W总/J 机械效率 η ③多次改变钩码的数量，重复步骤（2）实验； ④改变绳子的绕法，重复步骤（2）实验； ⑤用动滑轮质量不同的两个滑轮组吊相同的构码，重复步骤（2）实验； ⑥分别计算出机械效率，分析测量结果，讨论影响机械效率的因素。 （6）注意事项： ①实验中弹簧测力计沿竖直方向匀速拉动，目的是保证拉力等于弹簧测力计的示数； ②绳子自由端移动的距离和物体上升高度的关系s=nh(n为作用在动滑轮上绳子的股数)； ③在读数时，不能停住，要在匀速运动时度测力计示数，因为静止时读数小于匀速运动时的读数； ④没有刻度尺也能完成实验，可以通过绕绳的方式即n’的股数来确定物体上升的高度和绳端移动距离的倍数关系。 （7）交流反思： ①分析实验数据，总结滑轮组机械效率的影响因素：物体重力、动滑轮重力； ②提高滑轮组机械效率的方法：减少机械间的摩擦、减小动滑轮的重力、增加物重； ③滑轮组的机械效率与物体被提升的高度及滑轮组的绕线方式无关； ④物重增大，额外功也变大，是因为随着物重的增加，滑轮与轴之间的摩擦力增大，克服摩擦力做的额外功增加。 （8）实验结论： 在其他条件相同时，动滑轮越重，机械效率越低；在绳子所能承受的范围内，所吊物体越重，机械效率越高。 2. 竖直滑轮组计算 ①使用目的：使物体在竖直方向上升一定的距离 ②有用功：克服物体自重所做的功，即 ③额外功：克服动滑轮、绳自重及摩擦力所做的功。若不计绳重和摩擦， ④总功：拉力做的功，即 ⑤机械效率： （不计绳重及摩擦） 3水平滑轮组的计算 ①使用目的：使物体在水平方向移动一定的距离 ②有用功：克服物体自重所做的功，即 ③额外功：克服滑轮与绳之间的摩擦所做的功。 ④总功：拉力做的功，即 ⑤机械效率： 考点四：斜面的机械效率 1.实验：探究影响斜面机械效率的因素 （1）实验原理： （2）需要测量的物理量：物体的重力G、斜面的高度h、拉力F、斜面的长度s （3）实验器材：斜面、重力不同长方体物块、弹簧测力计、刻度尺、毛巾、棉布、大木块（用来垫高） （4）实验方法：控制变量法 ①探究斜面的机械效率与斜面倾斜程度的关系时，控制物体重力、与斜面接触面积、斜面长s不变，改变的是斜面的高度h从而改变斜面倾斜程度； ②探究斜面的机械效率与物体斜面之间接触面大小的关系时，控制木块的重量G不变，斜面长s不变，斜面的高度h不变，改变的是物体斜面接触面积使（用同一个长方体物块，使它的不同面与题意个斜面接触） ③探究斜面的机械效率与它的粗糙程度的关系时，控制木块的重量G不变，斜面长s不变，斜面的高度h不变，改变的是斜面的粗糙程度（使用同一个长方体物块的同一个面，使它分别在倾角相同的木板、铺由毛巾、棉布的斜面上运动）； ④探究斜面的机械效率与物体的重力的关系时，控制斜面粗糙程度相同、接触面积相同，斜面长s不变，斜面的高度h不变，改变物体重力G。 （5）注意事项： 要使用弹簧测力计拉着物体沿斜面方向匀速运动。 （6）实验表格下表可供参考（按照下表做实验时需要控制斜面粗糙程度一定） 斜面倾斜程度 物体的重力 G/N 斜面高度 h/m 有用功 W有/J 拉力F/N 斜面长度 s/cm 总功 W总/J 机械效率 η 最缓 G1 最缓 G2 最缓 G3 较陡 G1 最陡 G1 （7）结论： ①在其他条件一定时，斜面的倾斜程度越大，机械效率越高； ②斜面的机械效率与物体斜面之间接触面大小无关； ③在其他条件一定时，斜面表面粗糙程度越大，机械效率越低； ④斜面的机械效率与物体重力无关。 （8）提高斜面机械效率的方法： 在其他条件一定时，斜面的倾斜程度越大，机械效率越高，斜面表面粗糙程度越小，机械效率越高。所以提高斜面机械效率的方法是增大斜面的倾斜程度、减小斜面表面粗糙程度。 2. 斜面的计算 ①使用目的：使物体在竖直方向上升一定的距离 ②有用功：克服物体重力所做的功，即 ③额外功：克服物体与斜面间的摩擦力所做的功， ④总功：拉力做的功，即 ⑤机械效率： 考点五：杠杆的机械效率 ①使用目的：使物体在竖直方向上升一定的距离 ②有用功：克服物体自重所做的功，即 ③额外功：克服杠杆自重及摩擦力所做的功。 ④总功：拉力做的功，即 ⑤机械效率： 典型一：有用功、额外功、总功和机械效率概念 【探究重点】 总功是有用功与额外功之和，即W有用+W额外=W总。 额外功的产生是因为利用机械做功时，除了对工作目的物做功外，还要克服机械本身的摩擦力或重力做功。 【例1】做值日时，小阳将一桶水从一楼提到三楼．此过程中，关于做功的说法正确的是 A．对桶做的功是有用功 B．对水做的功是有用功 C．对水做的功是额外功 D．克服自身重力做的功是总功 【答案】B 【详解】 小阳目的是提水，对水做的功为有用功，故B正确、C错； 对桶做的功为额外功，所以A错； 小阳把水、桶、自身提升做的功为总功，所以D错． 【变式1】下列关于功率、机械效率说法中，正确的是（ ） A．机械效率越高，机械做功一定越快 B．做功越多的机械，机械效率越高 C．做功越快的机械，功率越大 D．功率越大的机械，做功一定越多 【答案】C 【详解】 A．机械效率是指有用功与总功的比值，功率表示物体做功的快慢，机械效率与机械功率大小没有直接关系，机械效率越高，机械做功不一定越快，故A错误； B．有用功与总功的比值叫机械效率，与做功的多少没有直接关系，故B错误； C．做功快的机械，说明单位时间内完成的功多，所以功率一定大，故C正确； D．由W＝Pt可知，做功的多少与时间和功率有关，只是功率大，但时间短做功也不一定多，故D错误。 故选C。 典型二：滑轮组的机械效率 【例1】用如图所示滑轮组在10s内将重为300N的物体匀速提升1m，拉力大小为120N，拉力做功的功率为______W，有用功为______J，滑轮组的机械效率为______。 【答案】 (1). 36 (2). 300 (3). 83.3% 【解析】[1]由图可知，承担重物的绳子段数n=3，所以绳子自由端通过距离s=3×1m=3m 总功W总=Fs=120N×3m=360J拉力做功的功率P==36W [2]有用功为W有=Gh=300N×1m=300J [3]滑轮组的机械效率为η==83.3% 【例2】如图，用滑轮组将一重物竖直向上匀速提升2m，所用拉力F=100N，若该过程中滑轮组的机械效率为80%，则滑轮组对重物做的有用功为______J。 【答案】320 【解析】 滑轮组的动滑轮绕2段绳，绳子自由端移动的距离 s=2h=2×2m=4m 总功 W总=Fs=100N×4m=400J 对重物做的有用功为 W有=W总η=400J×80%=320J 【变式1】如图所示，小明利用动滑轮匀速提升木箱。以下做法可以提高动滑轮机械效率的是(　　) A．适当增加木箱重力 B．增大木箱上升高度 C．增大提升木箱的速度 D．换用质量更大的动滑轮 【答案】A 【解析】A．额外功不变，如果增加木箱重力，有用功会增大，有用功在总功中所占的比例将增大，机械效率会增大，故A符合题意； BC．动滑轮机械效率的高低与木箱上升的高度和上升的速度无关，故BC不符合题意； D．换用质量更大的动滑轮，额外功增加，有用功在总功中所占的比例将减小，机械效率降低，故D不符合题意。 故选A。 【变式2】用如图所示的滑轮组，将5块相同的大理石，分二次从地面匀速提升相同的高度；若每块大理石重为G，第一次运2块，第二次运3块，两次拉力分别为F1、F2，效率为η1、η2(绳重及摩擦均忽略不计)，下列选项正确的是(　　) A．F1=G B．F2＜1.5G C．η1＝η2 D．η1＜η2 【答案】D 【解析】 AB．滑轮组的动滑轮绕2段绳，绳重及摩擦均忽略不计，两次拉力F1= (2G+G动)=G+G动F1＜G F2= (3G+G动)=1.5G+G动F2＞1.5G 故AB错误； CD．绳重及摩擦均忽略不计，由 可得，动滑轮的重一定，物重越大，滑轮组的机械效率越大，所以η1＜η2故C错误，D正确。故选D。 【变式3】如图所示，一位同学用滑轮组拉着重的物体A，使它内在水平面上匀速前进，水平拉力，若与地面的摩擦力是物重的0.2倍，下列说法正确的是(　　) A．他做的总功是 B．他做的有用功是 C．拉力做功的功率是 D．该滑轮组的机械效率是 【答案】AD 【解析】 A．滑轮组的动滑轮绕2段绳，绳子自由端移动的距离s=2s物=2×1m=2m总功W总=Fs=75N×2m=150J故A正确； B．摩擦力f=0.2G=0.2×450N=90N他做的有用功W有=fs物=90N×1m=90J故B错误； C．拉力做功的功率 故C错误； D．该滑轮组的机械效率=60%故D正确。故选AD。 典型三：斜面的机械效率 【例1】如图所示，在斜面上将一个重6N的物体匀速拉到高处，沿斜面向上的拉力为2N，斜面长4m，高1m。下列说法正确的是（　　） A．运动过程中，重物一定受到三个力的作用 B．运动过程中，重物的动能转化为重力势能 C．斜面的机械效率为75% D．重物受到的摩擦力为2N 【答案】C 【解析】 A．将物体匀速拉到高处的过程中，物体受到了重力、支持力、摩擦力、拉力共4个力的作用，故A错误； B．物体被匀速拉到高处的过程中，重物的质量不变，速度不变，则动能不变，高度增加，重力势能增加，所以重物的机械能增大，不是动能转化为重力势能，故B错误； C．此过程所做有用功为 W有=Gh=6N×1m=6J 所做总功为 W总=Fs=2N×4m=8J 机械效率 故C正确； D．此过程所做额外功为 W额=W总-W有=8J-6J=2J 物体受到的摩擦力为 故D错误。 故选C。 【例2】如图所示，工人师傅用沿斜面向上1000 N的推力。将重为2000 N的物体从斜面底端匀速推至斜面顶端。已知斜面长4m、高1.5m，则此过程中的有用功为______J ，斜面的机械效率为______。使用斜面可以______ (选填“省力”或“省功”)。 【答案】3×103 75 % 省力 【解析】 [1]斜面作为简单机械使用时，有用功等于克服物体重力做的功，因此 [2]总功等于推力做的功，因此 所以，机械效率为 [3]任何机械都不能省功，反而会需要做额外功。使用斜面的时候，推力比重力小，因此可以省力。 【变式1】如图，重为G的物体在沿斜面向上的拉力作用下，从斜面的底部移到顶部，设沿斜面移动的距离为s，高为h，拉力为F，物体受到的摩擦力为f。则斜面的机械效率为(　　) A. B. C. D. 【答案】B 【解析】有用功为W有=Gh 总功为W总=Fs斜面的机械效率为η=故选B。 1. 关于功、功率、机械效率，下列说法正确的是（　　） A．作用在物体上的力越大，该力对物体做的功越多 B．机械做功越多，机械的功率越大 C．机械的功率越大，机械效率越高 D．机械做功越快，机械的功率越大 【答案】D 【解析】 A．功的大小等于力与物体在力的方向上通过的距离的乘积，作用在物体上的力越大，但不知道物体在力的方向上通过的距离，无法判断该力对物体做的功多少。故A错误； BD．功率是描述做功快慢的物理量，机械做功越快，机械的功率越大，其数值等于功与做功所用时间的比。做功越多，但做功时间未知，无法判断功率的大小。故B错误，D正确； C．物理学中，将有用功与总功的比值叫作机械效率，机械效率的大小与功率大小无关。机械的功率越大，说明该机械做功快，不能说明机械效率高。故C错误。故选D。 2. 如图所示，用F=12N的拉力竖直向上匀速提升木块，2s内木块升高的高度为0.1m，木块重力G=30N，在此过程中下列判断正确的是（ ） A．拉力F做功为1.2J B．滑轮组做的有用功为3J C．滑轮组机械效率为40% D．拉力F做功的功率为0.6W 【答案】B 【详解】 AB．滑轮组做的有用功为 W有用=Gh=30N×0.1m=3J 由图可知，动滑轮上的绳子段数n=3，则绳端的移动距离 s=nh=3h=3×0.1m=0.3m 拉力F做功为 W总=Fs=12N×0.3m=3.6J 故A错误，B正确； C．机械效率 故C错误； D．拉力F做功的功率 故D错误。 故选B。 3. 如图，利用轻质滑轮组以的速度匀速拉动水平地面上重为的物体，拉力的大小为。若物体和地面之间的摩擦力大小为，则拉力的功率和滑轮组的机械效率分别为（　　） A．、 B．、 C．、 D．、 【答案】C 【解析】 从图可知，由段绳子与动滑轮相连，因为物体以的速度做匀速直线运动，因此处的速度为 则的功率 所以滑轮组的机械效率为 故ABD不符合题意，C符合题意。 故选C。 4. 如图为了提升重物，我们选用了粗细均匀重为G的杠杆，不计杠杆支点处的摩擦，先后把同一个重物挂在A、B两处，每次用力让杠杆上升同样的高度，下列说法正确的是（　　） A．重物在A点处人做的有用功多机械效率高 B．重物在A和B点处杠杆的机械效率相等 C．重物在B点处做的有用功多，杠杆的机械效率高 D．重物在B点处做的额外功多，杠杆的机械效率高 【答案】C 【详解】利用杠杆提升重物，有用功W有用=Gh，在A、B两处提升的是同一个重物，每次杠杆上升同样的高度，而重物上升的高度hB＞hA，在A、B两处人做的有用功不相同，重物在A点处做的有用功少；由图可知在A、B两处提升重物，每次用力让杠杆上升同样的高度，而杠杆的重心上升的高度hA′=hB′，额外功W额外=G杆h，所以额外功相同；在A、B两处人对重物提升的高度不同，做的有用功不相同，因为，A有用功少，额外功一样，可得ηA＜ηB，故ABD错误，C正确。 故选C。 5. 如图所示，重为G的物体在拉力F的作用下，以速度v匀速运动了s，已知物体在水平桌面上运动时受到的摩擦阻力为物重的n分之一，不计绳重、绳与轮、轮与轴间的摩擦，下列说法正确的是（　　） A．拉力的功为Fs B．额外功为 C．拉力的功率为2Fv D．滑轮组的机械效率为 【答案】C 【解析】 A．由图可知，连接动滑轮绳子的股数为2，绳子自由端移动的距离为2s，拉力做的总功为 W=Fs绳=2Fs 故A错误； B．由题意可知，物体运动时受到的摩擦阻力为 克服摩擦阻力做的功为有用功为 则额外功为 故B错误； C．绳端移动的速度为 v绳=2v 则拉力的功率为 P=Fv绳=2Fv 故C正确； D．滑轮组的机械效率为 故D错误。 故选C。 6. 如图所示，物体重为50N，小明用这个滑轮组3s内将物体匀速提升0.3m。拉力为20N，不计绳重和摩擦，下列说法错误的是(　　) A．动滑轮的重力为10N B．拉力F的功率为2W C．该滑轮组的机械效率约为83.3% D．提升的物体越重时，该滑轮组的机械效率越高 【答案】B 【解析】 A．由图像可知绳子股数n=3，则动滑轮的重力为故正确，不符合题意； B．绳子自由端移动的距离为s=3h=3×0.3m=0.9m拉力F的功率为故错误，符合题意； C．该滑轮组的机械效率约为故正确，不符合题意； D．由可知提升的物体越重时，该滑轮组的机械效率越高，故正确，不符合题意。故选B。 7. 如图所示，小州分别使用甲、乙、丙三种机械匀速提升物体M（绳长不变），测得物体M所受重力和拉力如表所示，则下列说法中正确的是（　　） GM F甲 F乙 F丙 9N 10N 10N 10N    A．使用甲、乙、丙图中的三种机械时，丙图中机械最省力 B．使用甲、乙、丙图中的三种机械时，乙图和丙图中机械都能省力 C．使用甲、乙、丙图中的三种机械时，他们的机械效率均相等 D．使用甲、乙、丙图中的三种机械时，甲图中的机械效率最大 【答案】D 【详解】AB．从图中信息可知，物重为9N，甲、乙和丙所使用的拉力均为10N，故三种机械都不省力，故AB错误； CD．甲、乙、丙图中的机械效率分别为 比较可得甲的机械效率最大，故C错误，D正确。 故选D。 8. 如图甲所示，一个滑轮组竖直固定在水平支架上，已知每个滑轮均重20N，滑轮组下端挂有重为G的物体A，用力F通过滑轮组绳的末端竖直向上匀速提升重物A，重物A向上运动的速度为v，力F做功的功率P随物体上升速度v之间的关系图像如图乙所示。不计绳重与摩擦，g=10N/kg。则下列说法正确的是（　　） A．拉力F的大小为120N B．滑轮组对A的拉力为140N C．拉力F的功率为1.2W时，10s内滑轮组对物体A做功12J D．若在物体A下再加挂80N的重物，滑轮组的机械效率可以达到90% 【答案】A 【详解】A．由图乙可知，力做功的功率与物体上升速度成正比，当时，拉力的功率为1.2W，根据 可得，拉力为 故A正确； B．由图甲可知，滑轮组有一个动滑轮和一个定滑轮组成，承担重物绳子的段数n=3，不计绳重与摩擦，由 可得，重物A的重力为 滑轮组对A的拉力大小等于物体A的重力340N，故B错误； C．由图乙可知，拉力的功率为1.2W时，物体上升速度，10s内物体上升的高度为 滑轮组对物体A做功为 故C错误； D．物体A下再加挂80N的重物时绳端拉力 此时滑轮组的机械效率为 故D错误。 故选A。 9. 如图甲所示的装置，A是重10N的空吊篮，绳子B和C能承受的最大拉力分别为100N和60N。质量为50kg的小张同学将A提升到高处，施加的拉力F随时间变化关系如图乙所示，A上升的速度v随时间变化关系如图丙所示。忽略绳重及摩擦，（g=10N/kg）。下列结论正确的是（　　）    ①动滑轮的重力为9N ②1~2s内拉力F的功率为2W ③此装置提升重物的最大机械效率约为81.8% ④用此装置匀速提升50N的货物时，小张对地面压力为470N A．①④ B．③④ C．③ D．②③④ 【答案】C 【详解】①由图丙可知，在1~2s内A被匀速提升，由图乙可知此时的拉力F=10N，由图知n=2，忽略绳重及摩擦，拉力为 则动滑轮重力为 故①错误； ②由图丙可知，1~2s内A上升的速度vA=0.2m/s，拉力端移动速度为 1~2s内拉力F的功率为 故②错误； ③忽略绳重及摩擦，C处绳子拉力为 则当C处最大拉力为60N时，B处拉力为 大于绳子B能承受的最大拉力100N，当B处最大拉力为100N时，C处拉力为 小于绳子C能承受的最大拉力60N，所以要以B处最大拉力为准，此时C处的拉力为 B处的拉力为 此装置最多能匀速运载货物的重力为 装置提升重物的机械效率随提升物重的增大而增大，此装置提升重物的最大机械效率为 故③正确； ④人的重力为 因为不计绳重和摩擦，所以绳子自由端的拉力为 因此小张对地面的压力为 故④错误，综上所述只有③正确，故C正确，ABD错误。 故选C。 10. 如图所示，工人们用同一滑轮组，根据需要有两种方式来提起等重的建筑材料，若不计摩擦和绳重，则F1______F2，机械效率ηA______ηB。(填“>”“=”或“<”) 【答案】(1)< (2) = 【解析】(1)由图可知，不计摩擦及绳重，绳子自由端拉力分别为 ， 所以 不计摩擦和绳重，两种方式来提起等重的建筑材料到相同高度，则对物体做的有功相同，动滑轮相同，则所做额外功相同。所以机械效率相同，即。 11. 如图所示，在不计绳重和摩擦的情况下，用弹簧测力计沿竖直方向匀速拉起重为6N的物体，物体上升0.4m所用时间为4s。此过程中拉力的功率为______W，滑轮组的机械效率为______。 【答案】 (1). 0.72 (2). 83.3% 【解析】[1]由图可知，滑轮组的动滑轮绕3段绳，弹簧测力计的分度值是0.2N，弹簧测力计的示数是2.4N，拉力做的总功W总=Fs=F×3h=2.4N×3×0.4m=2.88J拉力的功率P==0.72W [2]有用功W有=Gh=6N×0.4m=2.4J滑轮组的机械效率 12. 用如图所示的滑轮组将重为120N的物体竖直匀速提升5m，绳子自由端的拉力为50N，则此过程中有用功为___________J，机械效率为___________，若增大所提物体的重力，此滑轮组的机械效率将___________（选填“变大”、“变小”或“不变”）。 【答案】     600     80%     变大 【解析】 [1][2]将重为120N的物体竖直匀速提升5m，所以拉力做的有用功为 W有用=Gh=120N×5m=600J 由图可知，该滑轮组绳子的承重段数n=3，所以绳子自由端移动的距离为 s绳=nh物=3×5m=15m 又因为绳子自由端的拉力为50N，所以拉力做的总功为 W总=Fs=50N×15m=750J 所以该滑轮组的机械效率为 [3]不计摩擦和绳重，滑轮组的机械效率为 所以若增大所提物体的重力，则变小，机械效率将变大。 13. 用如图甲所示的装置来探究滑轮组的机械效率η与所挂物重G物的关系，改变G物，竖直向上匀速拉动弹簧测力计，计算并绘出η与G物关系如图乙所示，若不计绳重和摩擦，则：      ①滑轮自重是 N； ②当G物=7N时，重物以2m/s速度匀速上升，拉力F做功的功率是 W； ③仅改变图甲中的绕绳方式为图丙、重复上述实验，所得到的η-G物图线与图乙所示曲线 （选填“相同”或“不同”）。 【答案】 2 18 相同 【详解】①[1]由图乙可知，当物重时，滑轮组的机械效率为，不计绳重和摩擦，克服物重做的功为有用功，克服滑轮重和物重做的功为总功，因此滑轮组的机械效率为 解得，。 ②[2]当G物2=7N时，重物以2m/s速度匀速上升，拉力F做功的功率是 ③[3]不计绳重和摩擦，由 可知，仅改变图甲的绕绳方式，重复上述实验，所得到的η-G物图线与图乙所示曲线相同。 14. 如图所示，工人师傅用150N的力，使物体A在1min内沿水平地面匀速移动了12m，此时物体A受到水平向左的拉力为240N。在此过程中物体A移动的速度是______m/s，工人师傅拉绳子的力做功的功率是______W，该装置的机械效率η=______。当物体A的速度增大到0.5m/s时，物体A受到的摩擦力是______N。 【答案】 (1). 0.2 (2). 60 (3). 80% (4). 240 【解析】[1]物体A移动的速度v===0.2m/s物体A移动的速度为0.2m/s。 [2]由图可知，n=2，则绳子自由端沿移动的距离s=nsA=2×12m=24m 拉力F做的功W总=Fs=150N×24m=3600J拉力F的功率P===60W拉力F的功率为60W。 [3]有用功W有=FAsA=240N×12m=2880J该装置的机械效率η=×100%=×100%=80% 该装置的机械效率为80%。 [4]物体沿水平方向匀速移动时处于平衡状态，物体受到的拉力和摩擦力是一对平衡力，则物体受到的摩擦力f=FA= 240N当物体A的速度增大到0.5m/s时，物体A对地面的压力和接触面的粗糙程度不变，摩擦力大小不变，即物体A受到的摩擦力仍是240N。 15. 如何提高滑轮组机械效率，节约能源呢？为此同学们进行了"影响滑轮组机械效率因素"的实验探究，用到的装置如图所示，实验数据记录如表所示。 实验次数 钩码重力G/N 钩码上升高度h/m 绳端拉力F/N 绳端移动距离s/m 机械效率η 1 2 0.1 1.2 0.3 55.6% 2 2 0.2 1.2 0.6 55.6% 3 4 0.1 1.9 0.3 70.2% 4 4 0.1 1.3 0.5 61.5% （1）实验中应沿竖直方向___________拉动弹簧测力计； （2）分析表中数据可知第4次实验是用图___________所示装置来完成的； （3）通过比较1、2两次实验数据可得出∶使用同一滑轮组提升相同重物，滑轮组的机械效率与重物上升高度___________； （4）通过比较1、3两次实验数据可得出∶_______________； （5）通过比较3、4两次实验数据可得出∶不同滑轮组提升相同重物，动滑轮越重机械效率___________； （6）为提高滑轮组机械效率、节约电能，根据以上结论和生活经验，你建议可采取的措施有_________。 A．减轻动滑轮重    B．增加所提物体重    C．机械加润滑油    D．增加重物上升高度 【答案】     匀速     丙     无关     用同样滑轮组拉动的物体物重越大，机械效率越高     越小     ABC 【解析】 （1）[1]根据二力平衡，弹簧测力计只有竖直方向匀速拉动时，此时弹簧测力计的示数才能更精确的表示拉力的大小。 （2）[2]从第四次表中数据可知：绳端移动的距离是钩码上升的高度的5倍，所以可判断处滑轮组承重绳的段数是5，故可判断是图丙滑轮组。 （3）[3]比较1、2两次实验数据可得出：使用同一滑轮组提升相同重物，滑轮组的机械效率不变，故使用同一滑轮组提升相同重物，滑轮组的机械效率与重物上升的高度无关。 （4）[4] 通过比较1、3两次实验数据可得出：1、3两组实验是用的同一个滑轮组拉动不同物重的物体，物重越大的，机械效率越高。 （5）[5]比较3、4两次实验数据可得出∶不同滑轮组提升相同重物，动滑轮越重机械效率越小。 （6）[6]减轻动滑轮的重会导致额外功减小，有用功不变，总功减小，故减轻动滑轮的重可以提高机械效率。增加所提物体重时，有用功增大，额外功不变，这样也可以提高机械效率。机械添加润滑油可以减小克服摩擦力所做的额外功，同样也可以提高机械效率。提升物体上升的高度对于机械效率没有影响。故选ABC。 16. 为了将放置在水平地面上重G=100N的重物提升到高处。小明同学设计了图（甲）所示的滑轮组装置。当小明用图（乙）所示随时间变化的竖直向下拉力F拉绳时，物体上升速度v随时间变化关系图像为图（丙），物体上升的高度h随时间t变化的关系图像分别如图（丁）所示。若重物与地面的接触面积S=5×10-2m2，不计摩擦和绳重，绳对滑轮的拉力方向均可看成在竖直方向。求： （1）匀速提升物体时，拉力F的功率为多少W?滑轮组的机械效率η为多少? （2）在1~2s内，拉力F做的功W为多少J? 【答案】（1）300W，83.3%；（2）187.5J 【详解】解：（1）在2~3s内，重物做匀速运动，其速度 拉力 因为连接动滑轮的绳子有三根，所以拉力F的作用点下降的速度是重物上升速度 v3的三倍，则拉力F的功率 滑轮组的机械效率 （2）在1~2s内，拉力 重物上升高度 拉力 F做的功 答：（1）在2~3s内，拉力F的功率为300W，滑轮组的机械效率为83.33%； （2）在1~2s内，拉力F做的功为187.5J。 1. 一个滑轮组经改进后，机械效率比原来大大提高，用该滑轮组将同一物体匀速提升同样的高度，与改进前相比（　　） A．总功不变，但额外功减少了 B．总功不变，有用功增加了 C．有用功不变，总功减少了 D．做的有用功减少了 【答案】C 【详解】由于把同一物体匀速提升同样的高度，所以，利用滑轮组做的有用功相同，由于改装后的机械效率高，所以，由知道，改装后利用滑轮组做的总功减少，又因为 W总＝W有+W额 所以，改装后利用滑轮组做的额外功减少，综上所述，故ABD错误，C正确。 故选C。 2. 在生产和生活中经常使用各种机械，关于机械的下列说法，正确的是（　　） A．使用机械可以省力、省距离，也可以省功 B．机械做功越快，机械效率越高 C．使用机械可以省力或省距离，但不能省功 D．机械做功越多，机械效率越高 【答案】C 【详解】AC．使用机械有时是为了省力，有时是为了省距离，有时是为了改变力的方向，但都不能省功，故A错误，C正确； BD．由于机械效率是指有用功所占总功的比例，与做功快慢和做功多少无关，故BD错误。 故选C。 3. 甲、乙两种机器所做的总功之比是2:3，机械效率之比是3:1，则它们所做的有用功之比（　　） A．2:3 B．2:1 C．2:9 D．9:2 【答案】B 【详解】由可得 则它们有用功之比为 故选B。 4. 如图所示，小明用桶把一些沙子运上三楼。在此过程中（　　） A．小明克服自身重力所做的功是总功 B．小明克服沙子重力所做的功是有用功 C．小明克服沙子重力所做的功是额外功 D．小明克服桶的重力所做的功是有用功 【答案】B 【详解】小明用桶把一些沙子运上三楼，对克服沙子重力做的功为有用功；为了提升沙子不得不克服自身重力、克服桶的重力所做的功为额外功；克服沙子重力做的功、克服自身重力、克服桶的重力所做的功之和为总功；故ACD不符合题意，B符合题意。 故选B。 5. 如图所示，物体在沿斜面向上的拉力作用下，从斜面底端匀速拉到斜面顶端，已知斜面高为h，斜面长为s，且s＝3h，物体所受重力为G，斜面的机械效率为50%，若物体受到的拉力和摩擦力分别用F和f表示，则（　　） A．F＝   f＝ B．F＝  f＝ C．F＝   f＝ D．F＝   f＝ 【答案】C 【详解】根据题意知道，拉力做的有用功 W有用＝Gh 拉力做的总功 W总＝Fs＝F×3h＝3Fh 斜面的机械效率 解得拉力 克服摩擦力所做的额外功 则摩擦力 故C符合题意，ABD不符合题意。 故选C。 6. 用图所示的动滑轮匀速提升钩码，测量动滑轮的机械效率，下表中已填入某次实验时测量出的数据。下列说法正确的是（　　） 钩码重G/N 提升高度h/m 绳自由端拉力F/N 绳自由端移动距离s/m 机械效率 2 0.1 1.2 0.2    A．实验中应在弹簧测力计保持静止时读数 B．本次实验中，动滑轮的机械效率为60% C．该动滑轮的机械效率不会改变 D．若只增加钩码受到的重力，该动滑轮的机械效率会变大 【答案】D 【详解】A．实验时，在弹簧测力计静止时拉力不需要克服绳与轮之间的摩擦，所以测得的拉力偏小，故A错误； B．本次实验中，动滑轮的机械效率为 故B错误； CD．若只增加钩码受到的重力，上升的高度相同，额外功不变，有用功增大，由 可知该动滑轮的机械效率会变大，故D正确，C错误。 故选D。 7. 如图用滑轮组提升建筑材料A的示意图，在竖直向下的拉力F作用下，使重900N的建筑材料A在5s的时间里，匀速竖直上升了1m。在这个过程中，拉力为500N；滑轮组的机械效率为η，拉力F做功的功率为P，动滑轮重力80N，绳重可忽略不计，下列说法正确的是（　　）    A．拉力F所做的总功为900J B．拉力F的功率是180W C．滑轮组的机械效率是80% D．克服动滑轮与轴的摩擦所做额外功是20J 【答案】D 【详解】A．由图知，承担重物绳子的段数，由和可得总功 故A错误； B．拉力F的功率 故B错误； C．克服物体重力做的有用功 滑轮组的机械效率 故C错误； D．额外功 克服动滑轮重力做的额外功 绳重可忽略不计，所以克服动滑轮与轴的摩擦所做额外功 故D正确。 故选D。 8. 如题图所示，甲是建筑工地上的塔式起重机示意图，乙是一端的滑轮组，用2.1×103N的拉力F在10s内将重6×103N的物体匀速提升5m，不计绳重和摩擦，下列说法正确的是（　　）    A．拉力F做功大小为2.1×104J B．绳索自由端速度大小为0.5m/s C．该滑轮组的动滑轮重300N D．该滑轮组的机械效率为80% 【答案】C 【详解】A．由图可知一端滑轮组绳子的有效段数n=3，绳子自由端移动的距离 s=nh=3×5m=15m 拉力做的总功 W总=Fs=2.1×103N×15m=3.15×104J 故A错误； B．绳索自由端的速度 故B错误； C．因为不计绳重和摩擦时 动滑轮重 G动=3F-G=3×2.1×103N-6×103N =300N 故C正确； D．滑轮组的机械效率 故D错误。 故选C。 9. 如图甲所示的装置是用来探究滑轮组的机械效率η与物重G物的关系，改变G物，竖直向上匀速拉动弹簧测力计，计算并绘出η与G物的关系图像，如图乙所示，若不计绳重和摩擦，则下列说法正确的是（　　） ①此滑轮组动滑轮的重力为3N； ②当时，滑轮组机械效率； ③当时，弹簧测力计的示数为6N； ④此滑轮组机械效率η随G物的增大而增大，最终将达到100%。 A．只有①③ B．只有②④ C．只有②③ D．只有①② 【答案】A 【详解】①不计绳重和摩擦，滑轮组的机械效率为 由图像可知当物体的重力为12N时，滑轮组的机械效率80%，即 解得动滑轮重力为 故①正确； ②不计绳重和摩擦，当时，滑轮组的机械效率为 故②错误； ③由图知，时，弹簧测力计的示数为 故③正确； ④使用滑轮组时，克服物重做功的同时，不可避免地要克服动滑轮重做额外功，所以总功一定大于有用功，由公式可知滑轮组的机械效率一定小于100%；由图像可知同一滑轮组的机械效率η随G物的增大而增大，但最终不能超过100%，故④错误。 综上可知，只有①③符合题意；故A正确，BCD错误。 故选A。 10. 在“测量滑轮组的机械效率”的实验中，用同一滑轮组进行了三次实验（如图所示），实验数据记录如表． 次数 钩码重/N 钩码上升距离/cm 弹簧测力计示数/N 弹簧测力计上升距离/cm 机械效率 1 2 10 0.8 30 83.3% 2 4 10 1.5 30 3 6 10 30 90.9% （1）实验时，要 向上 拉动弹簧测力计； （2）第2次实验中额外功为 J，滑轮组的机械效率为 （结果保留一位小数）； （3）第3次实验中，弹簧测力计的示数漏填，由图丙可知，弹簧测力计示数为 N； （4）分析数据可得结论：用同一滑轮组，提升的物体越重，滑轮组的机械效率越 （高/低）； （5）根据实验结论推测：使用该滑轮组再次将8N的物体匀速提升10cm，此时滑轮组的机械效率可能为 （只填序号）； A．71.6%        B．82.6%　        C．92.4% （6）若第1次实验中，钩码上升高度增大为20cm，则过程中做的额外功 （增大/减小/不变），滑轮组的机械效率 （大于/等于/小于）83.3%； （7）若第3次实验中，弹簧测力计的示数是在向上拉动的过程中停下来读取的，则此时滑轮组实际的机械效率 （大于/等于/小于）90.9%。 【答案】 竖直 匀速 0.05 88.9% 2.2 高 C 增大 等于 小于 【详解】[1][2]在实验时，要竖直向上匀速拉动弹簧测力计，此时弹簧测力计处于平衡状态，弹簧测力计的示数等于拉力的大小。 （2）[3]第2次实验中拉力的总功为 W总=Fs=1.5N×0.3m=0.45J 第2次实验中有用功为 W有=Gh=4N×0.1m=0.4J 第2次实验中额外功为 W额外=W总-W有=0.45J-0.4J=0.05J [4]滑轮组的机械效率为 （3）[5]由图丙可知弹簧测力计的分度值为0.2N，根据指针位置可以知道其示数为2.2N。 （4）[6]由表中实验数据可知，1、2、3次实验提升重物依次增加，滑轮组的机械效率越来越高，可得实验结论：用同一滑轮组，提升的物体越重，滑轮组的机械效率越高。 （5）[7]根据实验结论推测，使用该滑轮组再次将8N的物体匀速提升10cm，重物更重，滑轮组的机械效率会更高。 故选C。 （6）[8]若第1次实验中，钩码上升高度增大为20cm，动滑轮的重和摩擦力大小都不变，移动的距离增加，额外功增大。 [9]拉力和物体的重力大小不变，拉力移动距离仍是物体移动距离的3倍，根据机械效率公式，滑轮组的机械效率不变，等于83.3%。 （7）[10]若第3次实验中，弹簧测力计的示数是在向上拉动的过程中停下来读取的，则此时滑轮组的与绳子之间没有滑动摩擦力，造成拉力变小，滑轮组的总功比实际总功偏小，造成机械效率变大，所以实际机械效率要小于90.9%。 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第06讲 机械效率 [学习目标] 1． 知道有用功、额外功、总功； 2． 理解机械效率定义、大小范围、表示方法、公式、影响因素； 3． 知道有用功、额外功、总功关系式； 4． 理解机械效率的计算及公式。 1. 有用功 (W有用)：人们为了达到工作目的____必须____要做的功。 2. 额外功(W额)：利用机械时不想需要但___不得不做____的功。 3. 总功(W总)：外力所做的功，即有用功和额外功的总__和___。 4. 定义：机械效率是有用功与总功的比值，分析判定一个机械的机械效率高低要分析两个因素：有用功与总功。任何机械的机械效率都小于___1___. 5. 计算公式:___ η=×100％_____。 6. 提高机械效率的途径：尽可能增加提升物体的___重力___；减轻机械的___自身___重量；合理地减少部件间的有害___摩擦____。 考点一：有用功、额外功、总功 1.有用功：人利用机械在达到目的的过程中，所做的对人们有用的功，叫做有用功。有用功相当于不使用机械时，人直接对物体所做的功。 注意：机械的使用目的，决定了有用功是克服哪个力做功。 2.额外功：在工作时，人们不需要的但不得不做的功，叫做额外功。使用机械时，由于克服机械摩擦以及机械自重所做的功就是额外功。 3.总功：动力做的功，也即有用功加额外功。 考点二：机械效率 机械效率：有用功跟总功的比值叫机械效率。 1.公式 （1）定义式： （2）变形式： 注意：有用功总小于总功，机械效率总小于1。机械效率用百分数表示，公式中的百分号不可省略。 2.机械效率的常见错误理解 错误一：机械越省力，机械效率越高 解释：一般情况下，机械越省力就越复杂，额外功就越多，机械效率就越低。 错误二：机械做功越多，机械效率越高 解释：机械做功越多，有用功、额外功、总功均增多，机械效率不变。 错误三：机械功率越大，机械效率越高 解释：机械功率越大，做功越快，但机械效率与功率无关。 3.提高机械效率的方法： （1）额外功一定时，增大有用功； （2）有用功一定时，减小额外功； （3）增大有用功的同时减小额外功。 考点三：滑轮组的机械效率 1.实验：探究影响滑轮组机械效率的因素 （1）实验原理： （2）需要测量的物理量：物体的重力G、物体被提升的高度h、拉力F、绳子自由端移动的距离s （3）实验器材：钩码、铁架台、滑轮、细线；弹簧测力计、刻度尺 （4）实验方法：控制变量法 ①探究滑轮组的机械效率与物重的关系时，使用相同的滑轮组，改变所挂钩码的数量； ②探究滑轮组的机械效率与动滑轮重力的关系时，控制所挂钩码的数量相同，改变滑轮组中动滑轮的重力； （5）实验操作 ①按照图示安装滑轮组，测钩码重力G并记钩码和绳端的位置； ②用弹簧测力计缓慢拉动绳端，使钩码匀速上升，读出拉力F的值，并测出钩码上升的高度h和绳端移动的距离s；记录实验数据填入表格中； 次数 钩码重G/N 钩码上升的高度h/m 有用功 W有用/J 弹簧测力计示数F/N 绳子自由端移动的距离s/m 总功 W总/J 机械效率 η ③多次改变钩码的数量，重复步骤（2）实验； ④改变绳子的绕法，重复步骤（2）实验； ⑤用动滑轮质量不同的两个滑轮组吊相同的构码，重复步骤（2）实验； ⑥分别计算出机械效率，分析测量结果，讨论影响机械效率的因素。 （6）注意事项： ①实验中弹簧测力计沿竖直方向匀速拉动，目的是保证拉力等于弹簧测力计的示数； ②绳子自由端移动的距离和物体上升高度的关系s=nh(n为作用在动滑轮上绳子的股数)； ③在读数时，不能停住，要在匀速运动时度测力计示数，因为静止时读数小于匀速运动时的读数； ④没有刻度尺也能完成实验，可以通过绕绳的方式即n’的股数来确定物体上升的高度和绳端移动距离的倍数关系。 （7）交流反思： ①分析实验数据，总结滑轮组机械效率的影响因素：物体重力、动滑轮重力； ②提高滑轮组机械效率的方法：减少机械间的摩擦、减小动滑轮的重力、增加物重； ③滑轮组的机械效率与物体被提升的高度及滑轮组的绕线方式无关； ④物重增大，额外功也变大，是因为随着物重的增加，滑轮与轴之间的摩擦力增大，克服摩擦力做的额外功增加。 （8）实验结论： 在其他条件相同时，动滑轮越重，机械效率越低；在绳子所能承受的范围内，所吊物体越重，机械效率越高。 2. 竖直滑轮组计算 ①使用目的：使物体在竖直方向上升一定的距离 ②有用功：克服物体自重所做的功，即 ③额外功：克服动滑轮、绳自重及摩擦力所做的功。若不计绳重和摩擦， ④总功：拉力做的功，即 ⑤机械效率： （不计绳重及摩擦） 3水平滑轮组的计算 ①使用目的：使物体在水平方向移动一定的距离 ②有用功：克服物体自重所做的功，即 ③额外功：克服滑轮与绳之间的摩擦所做的功。 ④总功：拉力做的功，即 ⑤机械效率： 考点四：斜面的机械效率 1.实验：探究影响斜面机械效率的因素 （1）实验原理： （2）需要测量的物理量：物体的重力G、斜面的高度h、拉力F、斜面的长度s （3）实验器材：斜面、重力不同长方体物块、弹簧测力计、刻度尺、毛巾、棉布、大木块（用来垫高） （4）实验方法：控制变量法 ①探究斜面的机械效率与斜面倾斜程度的关系时，控制物体重力、与斜面接触面积、斜面长s不变，改变的是斜面的高度h从而改变斜面倾斜程度； ②探究斜面的机械效率与物体斜面之间接触面大小的关系时，控制木块的重量G不变，斜面长s不变，斜面的高度h不变，改变的是物体斜面接触面积使（用同一个长方体物块，使它的不同面与题意个斜面接触） ③探究斜面的机械效率与它的粗糙程度的关系时，控制木块的重量G不变，斜面长s不变，斜面的高度h不变，改变的是斜面的粗糙程度（使用同一个长方体物块的同一个面，使它分别在倾角相同的木板、铺由毛巾、棉布的斜面上运动）； ④探究斜面的机械效率与物体的重力的关系时，控制斜面粗糙程度相同、接触面积相同，斜面长s不变，斜面的高度h不变，改变物体重力G。 （5）注意事项： 要使用弹簧测力计拉着物体沿斜面方向匀速运动。 （6）实验表格下表可供参考（按照下表做实验时需要控制斜面粗糙程度一定） 斜面倾斜程度 物体的重力 G/N 斜面高度 h/m 有用功 W有/J 拉力F/N 斜面长度 s/cm 总功 W总/J 机械效率 η 最缓 G1 最缓 G2 最缓 G3 较陡 G1 最陡 G1 （7）结论： ①在其他条件一定时，斜面的倾斜程度越大，机械效率越高； ②斜面的机械效率与物体斜面之间接触面大小无关； ③在其他条件一定时，斜面表面粗糙程度越大，机械效率越低； ④斜面的机械效率与物体重力无关。 （8）提高斜面机械效率的方法： 在其他条件一定时，斜面的倾斜程度越大，机械效率越高，斜面表面粗糙程度越小，机械效率越高。所以提高斜面机械效率的方法是增大斜面的倾斜程度、减小斜面表面粗糙程度。 2. 斜面的计算 ①使用目的：使物体在竖直方向上升一定的距离 ②有用功：克服物体重力所做的功，即 ③额外功：克服物体与斜面间的摩擦力所做的功， ④总功：拉力做的功，即 ⑤机械效率： 考点五：杠杆的机械效率 ①使用目的：使物体在竖直方向上升一定的距离 ②有用功：克服物体自重所做的功，即 ③额外功：克服杠杆自重及摩擦力所做的功。 ④总功：拉力做的功，即 ⑤机械效率： 典型一：有用功、额外功、总功和机械效率概念 【探究重点】 总功是有用功与额外功之和，即W有用+W额外=W总。 额外功的产生是因为利用机械做功时，除了对工作目的物做功外，还要克服机械本身的摩擦力或重力做功。 【例1】做值日时，小阳将一桶水从一楼提到三楼．此过程中，关于做功的说法正确的是 A．对桶做的功是有用功 B．对水做的功是有用功 C．对水做的功是额外功 D．克服自身重力做的功是总功 【变式1】下列关于功率、机械效率说法中，正确的是（ ） A．机械效率越高，机械做功一定越快 B．做功越多的机械，机械效率越高 C．做功越快的机械，功率越大 D．功率越大的机械，做功一定越多 典型二：滑轮组的机械效率 【例1】用如图所示滑轮组在10s内将重为300N的物体匀速提升1m，拉力大小为120N，拉力做功的功率为______W，有用功为______J，滑轮组的机械效率为______。 【例1】 【例2】 【例2】如图，用滑轮组将一重物竖直向上匀速提升2m，所用拉力F=100N，若该过程中滑轮组的机械效率为80%，则滑轮组对重物做的有用功为______J。 【变式1】如图所示，小明利用动滑轮匀速提升木箱。以下做法可以提高动滑轮机械效率的是(　　) A．适当增加木箱重力 B．增大木箱上升高度 C．增大提升木箱的速度 D．换用质量更大的动滑轮 【变式2】用如图所示的滑轮组，将5块相同的大理石，分二次从地面匀速提升相同的高度；若每块大理石重为G，第一次运2块，第二次运3块，两次拉力分别为F1、F2，效率为η1、η2(绳重及摩擦均忽略不计)，下列选项正确的是(　　) A．F1=G B．F2＜1.5G C．η1＝η2 D．η1＜η2 【变式3】如图所示，一位同学用滑轮组拉着重的物体A，使它内在水平面上匀速前进，水平拉力，若与地面的摩擦力是物重的0.2倍，下列说法正确的是(　　) A．他做的总功是 B．他做的有用功是 C．拉力做功的功率是 D．该滑轮组的机械效率是 典型三：斜面的机械效率 【例1】如图所示，在斜面上将一个重6N的物体匀速拉到高处，沿斜面向上的拉力为2N，斜面长4m，高1m。下列说法正确的是（　　） A．运动过程中，重物一定受到三个力的作用 B．运动过程中，重物的动能转化为重力势能 C．斜面的机械效率为75% D．重物受到的摩擦力为2N 【例2】如图所示，工人师傅用沿斜面向上1000 N的推力。将重为2000 N的物体从斜面底端匀速推至斜面顶端。已知斜面长4m、高1.5m，则此过程中的有用功为______J ，斜面的机械效率为______。使用斜面可以______ (选填“省力”或“省功”)。 【变式1】如图，重为G的物体在沿斜面向上的拉力作用下，从斜面的底部移到顶部，设沿斜面移动的距离为s，高为h，拉力为F，物体受到的摩擦力为f。则斜面的机械效率为(　　) A. B. C. D. 1. 关于功、功率、机械效率，下列说法正确的是（　　） A．作用在物体上的力越大，该力对物体做的功越多 B．机械做功越多，机械的功率越大 C．机械的功率越大，机械效率越高 D．机械做功越快，机械的功率越大 2. 如图所示，用F=12N的拉力竖直向上匀速提升木块，2s内木块升高的高度为0.1m，木块重力G=30N，在此过程中下列判断正确的是（ ） A．拉力F做功为1.2J B．滑轮组做的有用功为3J C．滑轮组机械效率为40% D．拉力F做功的功率为0.6W 3. 如图，利用轻质滑轮组以的速度匀速拉动水平地面上重为的物体，拉力的大小为。若物体和地面之间的摩擦力大小为，则拉力的功率和滑轮组的机械效率分别为（　　） A．、 B．、 C．、 D．、 4. 如图为了提升重物，我们选用了粗细均匀重为G的杠杆，不计杠杆支点处的摩擦，先后把同一个重物挂在A、B两处，每次用力让杠杆上升同样的高度，下列说法正确的是（　　） A．重物在A点处人做的有用功多机械效率高 B．重物在A和B点处杠杆的机械效率相等 C．重物在B点处做的有用功多，杠杆的机械效率高 D．重物在B点处做的额外功多，杠杆的机械效率高 5. 如图所示，重为G的物体在拉力F的作用下，以速度v匀速运动了s，已知物体在水平桌面上运动时受到的摩擦阻力为物重的n分之一，不计绳重、绳与轮、轮与轴间的摩擦，下列说法正确的是（　　） A．拉力的功为Fs B．额外功为 C．拉力的功率为2Fv D．滑轮组的机械效率为 6. 如图所示，物体重为50N，小明用这个滑轮组3s内将物体匀速提升0.3m。拉力为20N，不计绳重和摩擦，下列说法错误的是(　　) A．动滑轮的重力为10N B．拉力F的功率为2W C．该滑轮组的机械效率约为83.3% D．提升的物体越重时，该滑轮组的机械效率越高 7. 如图所示，小州分别使用甲、乙、丙三种机械匀速提升物体M（绳长不变），测得物体M所受重力和拉力如表所示，则下列说法中正确的是（　　） GM F甲 F乙 F丙 9N 10N 10N 10N    A．使用甲、乙、丙图中的三种机械时，丙图中机械最省力 B．使用甲、乙、丙图中的三种机械时，乙图和丙图中机械都能省力 C．使用甲、乙、丙图中的三种机械时，他们的机械效率均相等 D．使用甲、乙、丙图中的三种机械时，甲图中的机械效率最大 8. 如图甲所示，一个滑轮组竖直固定在水平支架上，已知每个滑轮均重20N，滑轮组下端挂有重为G的物体A，用力F通过滑轮组绳的末端竖直向上匀速提升重物A，重物A向上运动的速度为v，力F做功的功率P随物体上升速度v之间的关系图像如图乙所示。不计绳重与摩擦，g=10N/kg。则下列说法正确的是（　　） A．拉力F的大小为120N B．滑轮组对A的拉力为140N C．拉力F的功率为1.2W时，10s内滑轮组对物体A做功12J D．若在物体A下再加挂80N的重物，滑轮组的机械效率可以达到90% 9. 如图甲所示的装置，A是重10N的空吊篮，绳子B和C能承受的最大拉力分别为100N和60N。质量为50kg的小张同学将A提升到高处，施加的拉力F随时间变化关系如图乙所示，A上升的速度v随时间变化关系如图丙所示。忽略绳重及摩擦，（g=10N/kg）。下列结论正确的是（　　）    ①动滑轮的重力为9N ②1~2s内拉力F的功率为2W ③此装置提升重物的最大机械效率约为81.8% ④用此装置匀速提升50N的货物时，小张对地面压力为470N A．①④ B．③④ C．③ D．②③④ 10. 如图所示，工人们用同一滑轮组，根据需要有两种方式来提起等重的建筑材料，若不计摩擦和绳重，则F1______F2，机械效率ηA______ηB。(填“>”“=”或“<”) 11. 如图所示，在不计绳重和摩擦的情况下，用弹簧测力计沿竖直方向匀速拉起重为6N的物体，物体上升0.4m所用时间为4s。此过程中拉力的功率为______W，滑轮组的机械效率为______。 11 12 12. 用如图所示的滑轮组将重为120N的物体竖直匀速提升5m，绳子自由端的拉力为50N，则此过程中有用功为___________J，机械效率为___________，若增大所提物体的重力，此滑轮组的机械效率将___________（选填“变大”、“变小”或“不变”）。 13. 用如图甲所示的装置来探究滑轮组的机械效率η与所挂物重G物的关系，改变G物，竖直向上匀速拉动弹簧测力计，计算并绘出η与G物关系如图乙所示，若不计绳重和摩擦，则：      ①滑轮自重是 N； ②当G物=7N时，重物以2m/s速度匀速上升，拉力F做功的功率是 W； ③仅改变图甲中的绕绳方式为图丙、重复上述实验，所得到的η-G物图线与图乙所示曲线 （选填“相同”或“不同”）。 14. 如图所示，工人师傅用150N的力，使物体A在1min内沿水平地面匀速移动了12m，此时物体A受到水平向左的拉力为240N。在此过程中物体A移动的速度是______m/s，工人师傅拉绳子的力做功的功率是______W，该装置的机械效率η=______。当物体A的速度增大到0.5m/s时，物体A受到的摩擦力是______N。 15. 如何提高滑轮组机械效率，节约能源呢？为此同学们进行了"影响滑轮组机械效率因素"的实验探究，用到的装置如图所示，实验数据记录如表所示。 实验次数 钩码重力G/N 钩码上升高度h/m 绳端拉力F/N 绳端移动距离s/m 机械效率η 1 2 0.1 1.2 0.3 55.6% 2 2 0.2 1.2 0.6 55.6% 3 4 0.1 1.9 0.3 70.2% 4 4 0.1 1.3 0.5 61.5% （1）实验中应沿竖直方向___________拉动弹簧测力计； （2）分析表中数据可知第4次实验是用图___________所示装置来完成的； （3）通过比较1、2两次实验数据可得出∶使用同一滑轮组提升相同重物，滑轮组的机械效率与重物上升高度___________； （4）通过比较1、3两次实验数据可得出∶_______________； （5）通过比较3、4两次实验数据可得出∶不同滑轮组提升相同重物，动滑轮越重机械效率___________； （6）为提高滑轮组机械效率、节约电能，根据以上结论和生活经验，你建议可采取的措施有_________。 A．减轻动滑轮重    B．增加所提物体重    C．机械加润滑油    D．增加重物上升高度 16. 为了将放置在水平地面上重G=100N的重物提升到高处。小明同学设计了图（甲）所示的滑轮组装置。当小明用图（乙）所示随时间变化的竖直向下拉力F拉绳时，物体上升速度v随时间变化关系图像为图（丙），物体上升的高度h随时间t变化的关系图像分别如图（丁）所示。若重物与地面的接触面积S=5×10-2m2，不计摩擦和绳重，绳对滑轮的拉力方向均可看成在竖直方向。求： （1）匀速提升物体时，拉力F的功率为多少W?滑轮组的机械效率η为多少? （2）在1~2s内，拉力F做的功W为多少J? 1. 一个滑轮组经改进后，机械效率比原来大大提高，用该滑轮组将同一物体匀速提升同样的高度，与改进前相比（　　） A．总功不变，但额外功减少了 B．总功不变，有用功增加了 C．有用功不变，总功减少了 D．做的有用功减少了 2. 在生产和生活中经常使用各种机械，关于机械的下列说法，正确的是（　　） A．使用机械可以省力、省距离，也可以省功 B．机械做功越快，机械效率越高 C．使用机械可以省力或省距离，但不能省功 D．机械做功越多，机械效率越高 3. 甲、乙两种机器所做的总功之比是2:3，机械效率之比是3:1，则它们所做的有用功之比（　　） A．2:3 B．2:1 C．2:9 D．9:2 4. 如图所示，小明用桶把一些沙子运上三楼。在此过程中（　　） A．小明克服自身重力所做的功是总功 B．小明克服沙子重力所做的功是有用功 C．小明克服沙子重力所做的功是额外功 D．小明克服桶的重力所做的功是有用功 5. 如图所示，物体在沿斜面向上的拉力作用下，从斜面底端匀速拉到斜面顶端，已知斜面高为h，斜面长为s，且s＝3h，物体所受重力为G，斜面的机械效率为50%，若物体受到的拉力和摩擦力分别用F和f表示，则（　　） A．F＝   f＝ B．F＝  f＝ C．F＝   f＝ D．F＝   f＝ 6. 用图所示的动滑轮匀速提升钩码，测量动滑轮的机械效率，下表中已填入某次实验时测量出的数据。下列说法正确的是（　　） 钩码重G/N 提升高度h/m 绳自由端拉力F/N 绳自由端移动距离s/m 机械效率 2 0.1 1.2 0.2    A．实验中应在弹簧测力计保持静止时读数 B．本次实验中，动滑轮的机械效率为60% C．该动滑轮的机械效率不会改变 D．若只增加钩码受到的重力，该动滑轮的机械效率会变大 7. 如图用滑轮组提升建筑材料A的示意图，在竖直向下的拉力F作用下，使重900N的建筑材料A在5s的时间里，匀速竖直上升了1m。在这个过程中，拉力为500N；滑轮组的机械效率为η，拉力F做功的功率为P，动滑轮重力80N，绳重可忽略不计，下列说法正确的是（　　）    A．拉力F所做的总功为900J B．拉力F的功率是180W C．滑轮组的机械效率是80% D．克服动滑轮与轴的摩擦所做额外功是20J 8. 如题图所示，甲是建筑工地上的塔式起重机示意图，乙是一端的滑轮组，用2.1×103N的拉力F在10s内将重6×103N的物体匀速提升5m，不计绳重和摩擦，下列说法正确的是（　　）    A．拉力F做功大小为2.1×104J B．绳索自由端速度大小为0.5m/s C．该滑轮组的动滑轮重300N D．该滑轮组的机械效率为80% 9. 如图甲所示的装置是用来探究滑轮组的机械效率η与物重G物的关系，改变G物，竖直向上匀速拉动弹簧测力计，计算并绘出η与G物的关系图像，如图乙所示，若不计绳重和摩擦，则下列说法正确的是（　　） ①此滑轮组动滑轮的重力为3N； ②当时，滑轮组机械效率； ③当时，弹簧测力计的示数为6N； ④此滑轮组机械效率η随G物的增大而增大，最终将达到100%。 A．只有①③ B．只有②④ C．只有②③ D．只有①② 10. 在“测量滑轮组的机械效率”的实验中，用同一滑轮组进行了三次实验（如图所示），实验数据记录如表． 次数 钩码重/N 钩码上升距离/cm 弹簧测力计示数/N 弹簧测力计上升距离/cm 机械效率 1 2 10 0.8 30 83.3% 2 4 10 1.5 30 3 6 10 30 90.9% （1）实验时，要 向上 拉动弹簧测力计； （2）第2次实验中额外功为 J，滑轮组的机械效率为 （结果保留一位小数）； （3）第3次实验中，弹簧测力计的示数漏填，由图丙可知，弹簧测力计示数为 N； （4）分析数据可得结论：用同一滑轮组，提升的物体越重，滑轮组的机械效率越 （高/低）； （5）根据实验结论推测：使用该滑轮组再次将8N的物体匀速提升10cm，此时滑轮组的机械效率可能为 （只填序号）； A．71.6%        B．82.6%　        C．92.4% （6）若第1次实验中，钩码上升高度增大为20cm，则过程中做的额外功 （增大/减小/不变），滑轮组的机械效率 （大于/等于/小于）83.3%； （7）若第3次实验中，弹簧测力计的示数是在向上拉动的过程中停下来读取的，则此时滑轮组实际的机械效率 （大于/等于/小于）90.9%。 学科网（北京）股份有限公司 $$