11.5 机械效率（分层作业）-【上好课】九年级物理上册同步高效课堂（苏科版）

11.5 机械效率 一、有用功和额外功 1．甲用桶从井中提水，其中对 做的功是有用功，对 做的功是额外功，乙从井中捞水桶，桶中带有半桶水，则对 做的功是有用功，对 做的功是额外功。 2. 升旗过程中，克服旗的重力做的功是 ，克服绳子的重力所做的功是 ，人所施加的拉力所做的功是 （均选填“有用功”、“额外功”或“总功”）。 3. 小明用动滑轮提升重为800N的物体，所用的拉力为500N，物体上升的高度为1m，则人做的总功为____J，有用功为______J，额外功为_______J。 4．为了粉刷教室，需要将涂料运到五楼。工人师傅可以采用的方法有：①用人直接搬运上去；②用定滑轮提上去；③用动滑轮提上去。在这几种方法中（　　） A．最省力的是② B．效率最高的是② C．做有用功最多的是① D．效率最高的是③ 5．使用如图所示的滑轮组，用力F水平拉动重为G的物体A在水平路面匀速移动了s，移动速度为v，此过程中物体A受到的摩擦力为f，则（　　） A．有用功为W有=Fs B．F做功的功率为P=Fv C．总功为W总=3Fs D．额外功为W额外=fs 二、 机械效率 6. 某工人用如图所示的装置把重240N的物体提高lm，所用拉力为150N，则该工人克服物体重力做的有用功为 J，总功为 J，该滑轮组的机械效率是 ，动滑轮重 N。（不计绳重和摩擦） 7. 如图所示，用2.5N的拉力匀速竖直向上拉绳子自由端，将重为4N物体提升0.1m，不计绳重与摩擦，动滑轮机械效率为______；若物体重力变大，则动滑轮机械效率将______。（选填“增加”“减小”或“不变”） 第7题图 第8题图 8．如图所示，是两个工人分别用滑轮按甲、乙两种方式把质量相同的两袋沙子从地面提到二楼，两种方式若不计绳重和摩擦，且G沙子>G滑轮。使用甲图中的滑轮的目的是______；使用乙图中滑轮的好处是可以______，机械效率更高的是______（选填“甲”或“乙”）。 9．如图所示，重为300 N的物体在10 s内水平匀速移动了1.5 m，若物体受到地面的摩擦力为60 N，绳端所用的拉力F的功率为12 W，则绳端所用的拉力为_____N。滑轮组的机械效率为_____。 10．如图所示，斜面长0.5 m，高0.1 m，把重为50 N的物体匀速地拉向斜面顶端，弹簧测力计的示数为12.5N，则： （1）有用功是多少？ （2）总功为多少？ （3）该斜面的效率为多少？ 11. 无人机应用广泛，现在无人机的很多钢材部件用密度更小的碳纤维替换，来减轻机身重量。如图所示，用碳纤维替换后的无人机与未替换前相比，将同一个快递包裹从地面运送到五楼，可以：（　　） A．减少有用功 B．增大有用功 C．减少额外功 D．增大额外功 12. 如图所示，用一个动滑轮把重100N的沙袋从地面匀速提到6m高的楼上，所用拉力60N（绳重和摩擦不计），下列说法正确的是（　　） A．动滑轮重40N B．绳子自由端通过的距离为12m C．拉力做的有用功为720J D．动滑轮的机械效率为8.3% 13．如图，三种不同方法往楼上运沙子，绳重及摩擦不计，下面分析错误的是（　　） A．三种方法运沙子上楼所做的有用功相同 B．方法一没有使用滑轮，但所做的额外功最多，所以效率最低 C．方法二和方法三这两种方法使用了动滑轮，可以省力但不能省功 D．方法三方法做的额外功为60J 14．用如图所示的滑轮组拉动物体A，使物体A以0.2m/s的速度水平向左匀速运动10s，已知物体A重500N，物体A受到的摩擦力为120N，拉力F的功率为30W，下列说法正确的是（　　） A．绳子自由端移动的距离为2m B．克服物体A与地面间摩擦力做的功是额外功 C．滑轮组的机械效率为80% D．相同情况下，若用该滑轮组匀速拉动质量更大的物体，滑轮组的机械效率不变 15. 小明用图甲滑轮组在20s内把120N的水桶匀速提升5m，拉力做的总功为800J。求： （1）小明克服水桶重力所做的功； （2）拉力的大小； （3）此过程中，滑轮组的机械效率。 16．（2024·江苏无锡·中考真题）如图所示，用滑轮组匀速提升重为200N的物体，拉力F为125N，物体升高的高度为4m，不计绳重和摩擦，则在此过程中，下列说法中正确的是（　　） A．总功为800J B．动滑轮重为5N C．绳端移动的距离为4m D．滑轮组的机械效率为80% 17．（2023·江苏淮安·中考真题）如图所示，小明用大小为100N、竖直向上的拉力在内将重力为的木箱匀速提升。提升过程中，以小明为参照物，木箱是 的。不计绳重和摩擦，拉力的功率为 W，动滑轮的机械效率为 ，动滑轮的重力为 N。 18. （2023·湖南娄底·中考真题）如图所示，重6N的物体在F=2N的水平拉力作用下，以10cm/s的速度向左匀速运动了5s，已知物体所受的摩擦力为3N，则拉力做的功为 J，动滑轮的机械效率为 。 19．（2024·江苏扬州·中考真题）如图所示，工人用动滑轮匀速提升重为400N的窗玻璃，所用的竖直拉力为250N，窗玻璃上升的高度为10m，用时50s。求： （1）所做的有用功W有； （2）工人所用拉力的功率P； （3）动滑轮的机械效率η。 20. （2024·江苏无锡·中考真题）如图是《天工开物》中记载的我国古代的提水工具“辘轳”，在两个支架上摆放一根直的硬棒，支点为O1、O2，A端系一石块，B端装有轮轴，轮轴能绕着硬棒转动，悬吊空桶的绳索另一端绕过轮轴后系紧在轮轴上，若空桶质量为10kg，轮轴质量为10kg，空桶和轮轴对硬棒的作用力视作施加在B位置。O1A长为0.6m，O1O2长为1m，O2B长为0.8m，硬棒及绳索质量忽略不计。（g取10N/kg） （1）人对辘轳不施加力。桶中未装水，为保证硬棒不会翻转，石块质量最多为 kg；若A点系上质量为40kg的石块，提水时为保证硬棒不翻转，桶中最多可装 kg的水； （2）若桶内水的质量为40kg，人用时20s将桶匀速提升3m，此时辘轳提水的机械效率为50%，则桶对水做的功为 J，人做功的功率为 W。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 21 / 27 学科网（北京）股份有限公司zxxk.com 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$ 11.5 机械效率 一、有用功和额外功 1．甲用桶从井中提水，其中对 做的功是有用功，对 做的功是额外功，乙从井中捞水桶，桶中带有半桶水，则对 做的功是有用功，对 做的功是额外功。 【答案】水，桶，桶，水。 【详解】当用桶从井中提水时，目的就是为了把水提上来，所以对水做的功为有用功；但水是盛在桶里面的，又不得不对桶做功，所以对桶做的功为额外功。 若从井中捞水桶，目的就是为了把桶提上来，所以对桶做的功为有用功；但桶里面有一些水，又不得不对水做功，所以此时对水做的功为额外功。 2. 升旗过程中，克服旗的重力做的功是 ，克服绳子的重力所做的功是 ，人所施加的拉力所做的功是 （均选填“有用功”、“额外功”或“总功”）。 【答案】 有用功 额外功 总功 【详解】为完成工作目的而做的功叫有用功；不需要但又不得不做的功叫额外功；升旗过程中目的是把旗升高旗杆顶部，所以克服旗的重力做的功是有用功，克服绳子的重力做的功是额外功；人所施加的拉力所做的功包括有用功和额外功，是总功。 3. 小明用动滑轮提升重为800N的物体，所用的拉力为500N，物体上升的高度为1m，则人做的总功为____J，有用功为______J，额外功为_______J。 【答案】1000；800；200. 【解析】物体上升的高度为1m，则人拉绳子移动的距离为s=2m， 人做的总功为W总=Fs =500N×2m=1000J 有用功为W有=Gh =800N×1m=800J 根据W总= W有+ W额 W额= W总-W有=1000J-800J=200J 4．为了粉刷教室，需要将涂料运到五楼。工人师傅可以采用的方法有：①用人直接搬运上去；②用定滑轮提上去；③用动滑轮提上去。在这几种方法中（　　） A．最省力的是② B．效率最高的是② C．做有用功最多的是① D．效率最高的是③ 【答案】B 【详解】A．用人直接搬运上去和用定滑轮提上去都不省力，用动滑轮提上去可以省一半的力，故A不符合题意； C．在三种方式中，重物被提升的高度相同，所以有用功相同，故C不符合题意； BD．在三种方式中，所做额外功最少的是用定滑轮把涂料提上去，所做额外功最多的是用人直接搬运上去，三种方式所做的有用功相同，所以机械效率最高的是②，故B符合题意，D不符合题意。 故选B。 5．使用如图所示的滑轮组，用力F水平拉动重为G的物体A在水平路面匀速移动了s，移动速度为v，此过程中物体A受到的摩擦力为f，则（　　） A．有用功为W有=Fs B．F做功的功率为P=Fv C．总功为W总=3Fs D．额外功为W额外=fs 【答案】C。 【解析】A．有用功为物体克服与地面间的摩擦力做的功W有=fs；故A错误； BC．拉力F移动的距离3s，做的功为W总=3Fs，功率为P=3Fv；故B错误，C正确； D．额外功为W额外=W总- W有= 3Fs- fs；故D错误； 所以选C。 二、 机械效率 6. 某工人用如图所示的装置把重240N的物体提高lm，所用拉力为150N，则该工人克服物体重力做的有用功为 J，总功为 J，该滑轮组的机械效率是 ，动滑轮重 N。（不计绳重和摩擦） 【答案】 240 300 80% 60 【详解】该工人克服重力所做的有用功为 W有用＝Gh＝240N×1m＝240J 如图所示，n=2，总功为 W总＝Fs＝Fnh＝150N×2×1m＝300J 机械效率为 不计绳重和摩擦，额外功为 W额＝W总﹣W有用＝300J﹣240J＝60J 动滑轮重力为 7. 如图所示，用2.5N的拉力匀速竖直向上拉绳子自由端，将重为4N物体提升0.1m，不计绳重与摩擦，动滑轮机械效率为______；若物体重力变大，则动滑轮机械效率将______。（选填“增加”“减小”或“不变”） 【答案】80%，增加。 【解析】由图知n=2，不计绳重与摩擦，则动滑轮的机械效率 η＝＝＝＝×100%=80% 若物体重力变大，根据W=Gh知，有用功增加，额外功不变，由于 η＝＝＝ 所以，滑轮组的机械效率将增加。 第7题图 第8题图 8．如图所示，是两个工人分别用滑轮按甲、乙两种方式把质量相同的两袋沙子从地面提到二楼，两种方式若不计绳重和摩擦，且G沙子>G滑轮。使用甲图中的滑轮的目的是______；使用乙图中滑轮的好处是可以______，机械效率更高的是______（选填“甲”或“乙”）。 【答案】改变力的方向；省力；甲。 【解析】不计绳重和摩擦，甲图为定滑轮，F甲=G沙子，不能省力，可以改变力的方向。 乙图为动滑轮，人施加的拉力与沙子重力的关系为 所以F甲>F乙，故使用乙图中滑轮的好处是可以省力。 甲图为定滑轮，不计绳重及摩擦，只有克服沙袋重力做额外功；乙图为动滑轮，不计绳重及摩擦，除了需要克服沙子重力做功外（这一部分功为有用功），还需要克服动滑轮和沙袋的重力做功（这一部分功是额外功），因此总功大于有用功，机械效率小于100%。因为沙袋重力做功相同，故乙中的额外功多，则机械效率更高的是甲。 9．如图所示，重为300 N的物体在10 s内水平匀速移动了1.5 m，若物体受到地面的摩擦力为60 N，绳端所用的拉力F的功率为12 W，则绳端所用的拉力为_____N。滑轮组的机械效率为_____。 【答案】40，75%。 【解析】由图可知，n＝2，则绳端移动的距离：s绳＝ns物＝2×1.5 m＝3 m， 由P＝可得，绳端所用拉力做的功：W总＝Pt＝12 W×10s＝120 J， 由W＝Fs可得，绳端所用的拉力：F＝＝＝40 N； 克服物体摩擦力所做的有用功：W有＝fs物＝60 N×1.5 m＝90 J， 滑轮组的机械效率：η＝×100%＝×100%＝75%。 10．如图所示，斜面长0.5 m，高0.1 m，把重为50 N的物体匀速地拉向斜面顶端，弹簧测力计的示数为12.5N，则： （1）有用功是多少？ （2）总功为多少？ （3）该斜面的效率为多少？ 【答案】（1）5J；（2）6.25J；（3）80% 【解析】（1）所做的有用功：W有＝Gh＝50 N×0.1 m＝5 J （2）拉力所做的总功：W总＝Fs＝12.5 N×0.5 m＝6.25 J （3）该斜面的效率为 η＝＝×100%=80% 11. 无人机应用广泛，现在无人机的很多钢材部件用密度更小的碳纤维替换，来减轻机身重量。如图所示，用碳纤维替换后的无人机与未替换前相比，将同一个快递包裹从地面运送到五楼，可以：（　　） A．减少有用功 B．增大有用功 C．减少额外功 D．增大额外功 【答案】C 【详解】将同一个快递包裹从地面运送到五楼，克服无人机自重做的是额外功，用碳纤维替换后的无人机与未替换前相比，机身减轻了重量，所以，减少了额外功；克服包裹的重力做的功是有用功，与未替换前相比没有变化，故C符合题意，ABD不符合题意。 故选C。 12. 如图所示，用一个动滑轮把重100N的沙袋从地面匀速提到6m高的楼上，所用拉力60N（绳重和摩擦不计），下列说法正确的是（　　） A．动滑轮重40N B．绳子自由端通过的距离为12m C．拉力做的有用功为720J D．动滑轮的机械效率为8.3% 【答案】B 【解析】A．由图知，n=2，因为不计绳重和摩擦时，F=（G+G动）， 所以动滑轮的重力G动=2F-G=2×60N-100N=20N，故A错误； B．绳子自由端移动的距离s=nh=2×6m=12m，故B正确； C．拉力做的有用功 W有用=Gh=100N×6m=600J，故C错误； D．拉力做的总功W总=Fs=60N×12m=720J 滑轮组的机械效率 η＝×100%＝×100%=83.3%；故D错误。 所以选B。 13．如图，三种不同方法往楼上运沙子，绳重及摩擦不计，下面分析错误的是（　　） A．三种方法运沙子上楼所做的有用功相同 B．方法一没有使用滑轮，但所做的额外功最多，所以效率最低 C．方法二和方法三这两种方法使用了动滑轮，可以省力但不能省功 D．方法三方法做的额外功为60J 【答案】D 【解析】A．三种方法的最终目的都是要将100N的沙子提升6m，因此，其有用功为 W有＝Gh＝100 N×6 m＝600 J 是相同的；故A正确，不符合题意； BD．方法一的额外功为 W额外1＝G总1h＝（G人+ G桶）h＝（400N+20N）×6 m＝2520 J 方法二的额外功为 W额外2＝G总2h＝（G动+ G桶）h＝（10N+20N）×6 m＝180 J 方法三的额外功为 W额外3＝G总3h＝（G口袋+ G动）h＝（5N+10N）×6 m＝90 J 因为三种方法中的有用功相同，方法一的额外功最多，所以机械效率最低，故B正确，不符合题意，D错误，符合题意； C．根据功的原理，方法二与方法三这两种方法使用了动滑轮，可以省力，但多移动了距离，可以省力但不能省功，故C正确，不符合题意。 故选D。 14．用如图所示的滑轮组拉动物体A，使物体A以0.2m/s的速度水平向左匀速运动10s，已知物体A重500N，物体A受到的摩擦力为120N，拉力F的功率为30W，下列说法正确的是（　　） A．绳子自由端移动的距离为2m B．克服物体A与地面间摩擦力做的功是额外功 C．滑轮组的机械效率为80% D．相同情况下，若用该滑轮组匀速拉动质量更大的物体，滑轮组的机械效率不变 【答案】C 【解析】A．由题意可知，物体移动的距离s＝vt＝0.2m/s×10s＝2m 动滑轮上有三股绳，绳端移动的距离是物体移动距离的3倍，为6m，故A错误； B．克服物体A与地面的摩擦力所做的功为有用功，不是额外功，故B错误； C．由题意及前面分析可知，有用功为 W有＝fs＝120N×2 m＝240 J 总功为拉力所做的功，由功率计算公式变形可知总功为 W总＝Pt＝30W×10s＝300 J 滑轮组的机械效率为η＝＝×100%＝80%，故C正确； D．相同情况下，若用该滑轮组匀速拉动质量更大的物体时，物体与地面的摩擦力增大，有用功增大，而系统的额外功不变，有用功占总功的比值增大，滑轮组的机械效率应该增大，故D错误。 故选C。 15. 小明用图甲滑轮组在20s内把120N的水桶匀速提升5m，拉力做的总功为800J。求： （1）小明克服水桶重力所做的功； （2）拉力的大小； （3）此过程中，滑轮组的机械效率。 【答案】（1）600J；（2）80N；（3）75% 【详解】（1）小明克服水桶重力所做的功 W有=Gh=120N×5m=600J （2）绳端移动的距离s=nh=5m×2=10m 由W总=Fs得，拉力的大小 （3）滑轮组的机械效率η＝×100%＝×100%=75% 答：（1）小明克服水桶重力所做的功是600J； （2）拉力的大小是80N； （3）滑轮组的机械效率是75%。 16．（2024·江苏无锡·中考真题）如图所示，用滑轮组匀速提升重为200N的物体，拉力F为125N，物体升高的高度为4m，不计绳重和摩擦，则在此过程中，下列说法中正确的是（　　） A．总功为800J B．动滑轮重为5N C．绳端移动的距离为4m D．滑轮组的机械效率为80% 【答案】D 【详解】AC．由图可知，滑轮组的动滑轮绕2段绳，绳子自由端移动的距离 s=2h=2×4m=8m 总功W总=Fs=125N×8m=1000J，故A正确，C错误； B．不计绳重和摩擦，动滑轮重为G动=2F-G=2×125N-200N=50N，故B错误； D．有用功W有=Gh=200N×4m=800J 滑轮组的机械效率为 故D正确。故选D。 17．（2023·江苏淮安·中考真题）如图所示，小明用大小为100N、竖直向上的拉力在内将重力为的木箱匀速提升。提升过程中，以小明为参照物，木箱是 的。不计绳重和摩擦，拉力的功率为 W，动滑轮的机械效率为 ，动滑轮的重力为 N。 【答案】 运动 100W 80% 40N 【详解】提升过程中，以小明为参照物，木箱的位置发生变化，是运动的。 不计绳重和摩擦，从图中可知n=2，绳子自由端移动的距离为s=nh=2×1m=2m 拉力F做的功为 则功率为 根据题意可知，有用功为 动滑轮的机械效率为 根据F=（G+G动）可知动滑轮的重力为 G动=nF-G=2×100N-160N=40N 18. （2023·湖南娄底·中考真题）如图所示，重6N的物体在F=2N的水平拉力作用下，以10cm/s的速度向左匀速运动了5s，已知物体所受的摩擦力为3N，则拉力做的功为 J，动滑轮的机械效率为 。 【答案】 2 75% 【详解】根据v=s/t得，物体移动的路程为s物=vt=10cm/s×5s=50cm=0.5m 由图可知，动滑轮上绳子的段数为2段，则拉力F移动的距离为 则拉力F所做的总功为 有用功为 动滑轮的机械效率为 19．（2024·江苏扬州·中考真题）如图所示，工人用动滑轮匀速提升重为400N的窗玻璃，所用的竖直拉力为250N，窗玻璃上升的高度为10m，用时50s。求： （1）所做的有用功W有； （2）工人所用拉力的功率P； （3）动滑轮的机械效率η。 【答案】（1）4000J；（2）100W；（3）80% 【详解】（1）利用动滑轮提升货物，做的有用功 W有=Gh=400N×10m=4000J （2）动滑轮绳端移动的距离为s=nh=2×10m=20m 则拉力做的总功W总=Fs=250N×20m=5000J 所以拉力F的功率 （3）动滑轮的机械效率 答：（1）有用功W有为4000J； （2）拉力F的功率P为100W； （3）此过程中动滑轮的机械效率η为80%。 20. （2024·江苏无锡·中考真题）如图是《天工开物》中记载的我国古代的提水工具“辘轳”，在两个支架上摆放一根直的硬棒，支点为O1、O2，A端系一石块，B端装有轮轴，轮轴能绕着硬棒转动，悬吊空桶的绳索另一端绕过轮轴后系紧在轮轴上，若空桶质量为10kg，轮轴质量为10kg，空桶和轮轴对硬棒的作用力视作施加在B位置。O1A长为0.6m，O1O2长为1m，O2B长为0.8m，硬棒及绳索质量忽略不计。（g取10N/kg） （1）人对辘轳不施加力。桶中未装水，为保证硬棒不会翻转，石块质量最多为 kg；若A点系上质量为40kg的石块，提水时为保证硬棒不翻转，桶中最多可装 kg的水； （2）若桶内水的质量为40kg，人用时20s将桶匀速提升3m，此时辘轳提水的机械效率为50%，则桶对水做的功为 J，人做功的功率为 W。 【答案】 60 60 1200 120 【详解】（1）桶中未装水，为保证硬棒不会翻转，支点为O1，由杠杆平衡条件得到 若A点系上质量为40kg的石块，提水时为保证硬棒不翻转，支点为O2，由杠杆平衡条件得到 桶中最多可装水 m水=m桶水-m桶=70kg-10kg=60kg （2）桶对水做的功为 总功 人做功的功率 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 21 / 27 学科网（北京）股份有限公司zxxk.com 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$