11.3 如何提高机械效率（同步训练）-【上好课】2024-2025学年九年级物理上册同步精品课堂（沪粤版）

沪粤版九年级物理上册 《11.3 如何提高机械效率》 同步训练 一、考点训练 · 考点01 有用功与额外功 · 考点02 机械效率 【机械效率的概念】 【机械效率的计算】 · 考点03 机械效率的测量 二、感受真题 考点训练 · 考点01 有用功与额外功 1．当你用桶从井中提水的时候，你对桶所做的功是 ；如果桶掉进井里了，我们从井中提水桶的过程中，捞上的桶中总会有一些水，这时你对桶所做的功是 。（选填“总功”“有用功”或“额外功”） 【答案】额外功；有用功 【解答】解： 用水桶从井中提水的时候，目的是提水，所以对水做的是有用功，同时还要将水桶提起来，所以对桶做的是额外功； 从井中提水桶的过程中，目的是捞桶，所以对桶做的是有用功，同时，还要将桶中的部分水提起来，所以对水做的是额外功。 故答案为：额外功；有用功。 2．著名作家冯骥才在《挑山工》中描述了挑山工用扁担将货物运送上山的情景，如图所示。在这个过程中，挑山工做的有用功是对 做的功，挑山工做的总功是对 做的功。挑扁担时，左右两边都放上货物，这是利用了 的原理。 【答案】货物；人、扁担、货物；杠杆平衡。 【解答】解：挑山工用扁担将货物运送上山时。在这个过程中，挑山工做的有用功是对货物做的功，挑山工做的总功是对人、扁担和货物做的功。挑扁担时，左右两边都放上货物，即使货物不等重也能平衡，这是利用了杠杆的平衡的原理。 故答案为：货物；人、扁担、货物；杠杆平衡。 3．小明利用如图甲所示的滑轮组，将不同的物体匀速提升1m,图乙所示为克服物体重力做的功和拉力做的功随物重变化的柱状图，不计绳重和摩擦。物重为150N时，小明做的有用功为 J，动滑轮的重力为 N。 【答案】150；50。 【解答】解：小明做的有用功：； 由图乙可得，不计绳重和摩擦，额外功为 则根据可得，动滑轮的重力为。 故答案为：150；50。 · 考点02 机械效率 · 【机械效率的概念】 1．同学们学习物理，一定要把所学物理量表示的物理意义搞清楚，比如质量是表示物体所含物质多少的物理量， 是表示压力作用效果的物理量，功率是表示 的物理量， 是表示用简单机械做功时有用功在总功中所占比例大小的物理量。 【答案】压强；做功快慢；机械效率。 【解答】解：压强是表示压力作用效果的物理量。 功率是表示做功快慢的物理量。 机械效率是表示用简单机械做功时有用功在总功中所占比例大小的物理量。 故答案为：压强；做功快慢；机械效率。 2．如图是甲、乙两机械的参数，若将甲机械更换成乙机械，机械效率将  （选填“增大”、“减小”或“不变”），乙机械做了有用功  J。表格是某些机械的一组数据，请你找出这些机械设备效率的共同特点  。 如表：某些机械设备的机械效率 喷气发动机 16%～24% 柴油机 28%～30% 起重机 40%～50% 抽水机 60%～80% 汽油机 22%～27% 【答案】减小；2100；机械效率总小于1。 【解答】解：观察图中甲、乙两机械的能量流向及比例可知，甲机械的效率为75%，乙机械的效率为70%，若将甲机械更换成乙机械，机械效率将减小； 根据 可知，乙机械的有用功为： ； 根据表中数据的分析可知，机械效率总小于1。 故答案为：减小；2100；机械效率总小于1。 3．某同学在学习了机械的相关知识后，总结了几条“规律”，其中总结正确的是（　　） A．功率大的机械做功一定越多 B．机械效率大的机械做的有用功一定越多 C．机械的功率越大，机械效率也一定越大 D．使用任何机械都一定不会省功 【答案】D 【解答】解：A、功率越大，表示机械做功越快，由可知，功率大的机械，做功不一定多，还要看做功的时间，故A错误； B、机械效率是有用功和总功的比值，因此机械效率大，有用功不一定多，故B错误； C、功率越大，表示机械做功越快，单位时间内做的功越多，但机械效率不一定就高，故C错误； D、使用任何机械可以省力或省距离，但不能省功，故D正确。 故选：D。 · 【机械效率的计算】 详见《专题2机械效率的计算》 · 考点03 机械效率的测量 1．（2023•绥化）如图所示，在“测量滑轮组机械效率”的实验中，利用图2甲、乙、丙三个实验装置进行实验，测得的实验数据如表。（钩码规格相同、动滑轮个数越多重力越大） 实验次数 钩码重力G/N 提升高度h/m 绳端拉力F/N 绳端移动距离s/m 机械效率η 1 4 0.1 0.3 2 8 0.1 3.2 0.3 83.3% 3 8 0.1 2.0 0.5 80.0% （1）在实验中，应沿竖直方向 拉动弹簧测力计。 （2）第一次实验中，如图1所示，弹簧测力计的示数是 N，机械效率是 （精确到0.1%）。 （3）由1、2两次实验数据可得出结论： 。 （4）由 两次实验数据可得出结论：使用不同滑轮组提升相同重物，动滑轮越重，机械效率越低。 （5）在第三次实验操作的基础上，如图2丁所示改变绳端拉力方向，测得的滑轮组机械效率将 。（选填“偏高”、“偏低”或“不变”） 【答案】（1）匀速；（2）1.8；74.1%；（3）使用同一滑轮组，物重越大，机械效率越高；（4）2、3；（5）偏低。 【解答】解：（1）实验中要沿竖直方向匀速拉动弹簧测力计，弹簧测力计示数不变，便于读数； （2）图示弹簧测力计的1N之间平均分成5等份，所以其分度值为0.2N；指针所指示的刻度值为1.8N； 第一次实验机械效率：； （3）由1、2两次实验数据可知，使用同一滑轮组，物重越大，机械效率越高； （4）比较第2、3次实验数据可得出结论：使用不同的滑轮组提升相同的重物时，动滑轮越重，滑轮组的机械效率越低； （5）在丁图中，若拉力F向右倾斜，则拉力的力臂变小，拉力变大，总功变大，有用功不变，故测出的机械效率将偏低。 故答案为：（1）匀速；（2）1.8；74.1%；（3）使用同一滑轮组，物重越大，机械效率越高；（4）2、3；（5）偏低。 2．（2021•广元）小敏在利用斜面搬运物体A的过程中，提出了一个问题：“斜面的机械效率与斜面的倾斜程度有没有关系？”针对这个问题，他通过在斜面上匀速直线拉动物体进行了实验探究（如图所示），测得的实验数据如表所示： 实验序号 斜面的倾斜程度 物体重力G/N 物体上升高度h/m 沿斜面拉力F/N 物体移动距离s/m 有用功 W有/J 总功 W总/J 机械效率η/% ① 较缓 5.0 0.10 1.6 0.50 0.50 0.80 62.5 ② 较陡 5.0 0.15 2.2 0.50 0.75 1.10 68.2 ③ 最陡 5.0 0.25 3.1 0.50 1.25 1.55 （1）根据表中的数据可求出第③次实验中斜面的机械效率是 。 （2）通过对上述实验数据的分析可知，斜面的省力情况与斜面倾斜程度的关系是：斜面越陡，越 。 （3）通过对上述实验数据的分析，对斜面机械效率的问题可获得的初步结论是：在其他条件不变的情况下，斜面越陡，机械效率 。 【答案】（1）80.6；（2）费力；（3）越高 【解答】解：（1）第3次的有用功：， 机械效率：； （2）通过比较发现，实验1中力最小，实验3中力最大，而实验1中斜面最缓，实验3中斜面最陡，故可得：在粗糙程度一定时，斜面倾斜程度越缓越省力，越陡越费力； （3）由数据分析可知，三次实验中，物体的重力相同，上升的高度不同，斜面的倾斜程度不同，斜面越陡，机械效率越高。 故答案为：（1）80.6；（2）费力；（3）越高。 3．（2024•惠阳区校级开学）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 N，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,则用杠杆对货物做的有用功是 J，杠杆的机械效率为 %。请写出使用该杠杆做额外功的一个原因： 。 （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 0.16 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： ； 请简要说明两条理由： ① ； ② 。 【答案】（1）0.5；0.1；66.7；克服摩擦以及杠杆自重做的功； （2）不能；①两次实验时钩码没有挂在同一位置；②一次对比实验所得结论是不可靠的。 【解答】解： （1）由图可知，弹簧测力计的分度值是0.1N，所以它的示数是0.5N。 在实验过程中，有用功是：， 总功是：， 所以杠杆的机械效率是：； 利用杠杆提升物体时，克服摩擦以及杠杆自重做的功是额外功。 （2）分析机械效率的影响因素采取控制变量法，研究提起的物重和机械效率的关系时，应保持位置不变。 应进行多次实验，分析多组数据，才能得出正确结论。只凭一次实验数据做出结论是不科学的。 故答案为：（1）0.5；0.1；66.7；克服摩擦以及杠杆自重做的功； （2）不能；①两次实验时钩码没有挂在同一位置；②一次对比实验所得结论是不可靠的。 感受真题 一、单项选择题 1．（2023•连云港）下列关于机械效率的说法正确的是（　　） A．越省力的机械，机械效率越高 B．做功越快的机械，机械效率越高 C．所做有用功越多的机械，机械效率越高 D．有用功与总功的比值越大的机械，机械效率越高 【答案】D 【解答】解：A、根据功的原理可知省力的机械不能省功，机械效率是有用功与总功的比值，机械省力与否与机械效率大小没有关系，因此省力的机械，机械效率不一定越高，故A错误； B、做功越快的机械功率越大，功率反映了物体做功的快慢，机械效率是指有用功与总功的比值，机械效率与功率大小没有直接关系，故B错误； C、机械效率是指有用功与总功的比值，有用功越多的机械，有用功与总功的比值不一定大，机械效率不一定高，故C错误； D、机械效率是有用功与总功的比值，有用功与总功的比值越大的机械，机械效率就越高，故D正确。 故选：D。 2．（2024•重庆）建筑工人通过如图所示的装置将一桶质量为45kg的涂料从地面提起，桶离开地面后在4s内缓慢上升0.8m,工人所用的拉力为500N。下列说法中正确的是​（　　） A．该装置做的有用功为400J B．该装置的机械效率为90% C．绳子自由端移动的平均速度为0.4m/s D．桶离开地面前，工人拉力逐渐增大，桶对地面的压强不变 【答案】B 【解答】解：A、该装置做的有用功：，故A错误； B、如图所示滑轮为定滑轮，绳子自由端移动的距离等于桶上升的高度，即：, 该装置做的总功：， 该装置的机械效率：，故B正确； C、绳子自由端移动的平均速度：,故C错误； D、桶离开地面前，工人拉力逐渐增大时，桶受到的竖直向上的拉力增大，则桶对地面的压力减小，受力面积一定时，根据可知桶对地面的压强变小，故D错误。 故选：B。 3．（2024•河南）如图，甲、乙两人用不同的装置，在相同时间内把质量相等的货物匀速提升到同一平台，不计绳重及滑轮的摩擦。下列说法正确的是（　　） A．甲做的有用功多 B．乙做的总功多 C．甲做总功的功率大 D．乙所用装置的机械效率小 【答案】C 【解答】解： A、提升物体的重力相等，在相同的时间内物体升高了相同的距离，由可知两次提升物体所做的有用功相等，故A错误； BC、图甲使用的是动滑轮，拉力端移动距离,不计绳重和摩擦； 使用甲动滑轮时，拉力F；所以拉力做功； 使用乙定滑轮时，拉力，拉力做功,所以乙装置中拉力F做的总功少，由知乙装置中拉力F做的总功率小，甲做总功的功率大，故B错误，C正确； D、不计绳重和摩擦，使用定滑轮时，额外功为0J，机械效率为100%；使用动滑轮时，要提升动滑轮做额外功，机械效率小于100%；所以两种装置的机械效率，故D错误。 故选：C。 4．（2022•眉山）小廖同学家里正在修建楼房，他通过调查了解到工人利用如图的装置，将重力为900N的物体匀速提升了6m,工人对绳子施加的拉力F为475N。忽略绳重和机械之间的一切摩擦。下列说法中正确的是（　　） ①拉力F做功为2850J ②动滑轮的重力为50N ③拉力F做的额外功为600J ④如用该装置匀速提升重力为950N的物体，则该滑轮组的机械效率为95% A．①③ B．②④ C．①② D．③④ 【答案】B 【解答】解：①由图知，使用滑轮组承担物重的绳子股数，拉力移动距离,拉力F做功：J，故①错误； ②不计绳重和摩擦时，由可得，动滑轮的重力： ，故②正确； ③有用功， 拉力F做的额外功，故③错误； ④滑轮组的机械效率 ， 故④正确。 故选：B 5．（2023•永州）如图所示，将一个重9.0N的物体从斜面底端匀速直线拉到斜面顶端，沿斜面向上的拉力为3.6N，在斜面上移动的距离s=1.2m,物体升高的高度h=0.3m,则（　　） A．物体所受的摩擦力3.6N B．物体克服重力做功4.32J C．拉力做功2.7J D．斜面的机械效率62.5% 【答案】D 【解答】解：B、克服物体重力做功即有用功为：，故B错误； C、拉力做功为：，故C错误； D、机械效率为：，故D正确； A、额外功为：； 由得，摩擦力为，故A错误。 故选：D。 6．（2023•荆州）一位同学用如图所示的滑轮组拉着重500N的物体，使物体以0.1m/s的速度沿水平地面向右匀速直线运动10s,已知物体与地面间的滑动摩擦力为150N，滑轮组的机械效率为60%，在此过程中下列选项正确的是（　　） A．绳子自由端移动的距离为3m B．拉力做的有用功为500J C．拉力做的额外功为150J D．拉力做功的功率为25W 【答案】D 【解答】解：A、由 可知，物体移动的距离：, 由图可知，绳子自由端移动的距离：,故A错误； B、拉力做的有用功：，故B错误； C、由可知，拉力做的总功：， 拉力做的额外功：，故C错误； D、拉力做功的功率：，故D正确。 故选：D。 二、多项选择题 7．（2024•成都）小成在实验室组装如图所示的滑轮组进行实验探究，实验过程如下：先测得定滑轮的重力为0.2N，动滑轮的重力为0.25N，再使用组装好的滑轮组在10s内将质量为100g的钩码竖直匀速提升20cm,此过程中弹簧测力计的示数为0.5N。g取10N/kg,下列说法正确的是（　　） A．弹簧测力计对细绳拉力的功率为0.03W B．滑轮组的机械效率为80% C．克服绳重和摩擦做的额外功为0.05J D．若增大提升钩码的质量，滑轮组的机械效率不变 【答案】AC 【解答】解：A、由图可知，，细绳的拉力等于弹簧测力计的示数，即，簧测力计对细绳拉力的功率为： ，故A正确； B、滑轮组做的有用功为：， 滑轮组做的总功为：， 滑轮组的机械效率为：，故B错误； C、滑轮组做的额外功为：， 克服动滑轮重做的功为：， 则克服绳重和摩擦做的额外功为：， 故C正确； D、若增大提升钩码的质量，即提升重物的重力增加，做的有用功就变大，而额外功几乎不变，因此机械效率变大，故D错误。 故选：AC。 8．（2024•滨州）如图所示装置，工人用250N的拉力，在30s内将重为400N的物体匀速提高了6m,在此过程中，不计绳重和摩擦，下列说法正确的是（　　） A．绳子自由端移动的速度是0.2m/s B．拉力做的有用功为2400J C．拉力做功的功率为100W D．若用此滑轮提升重500N的物体，滑轮的机械效率为80% 【答案】BC 【解答】解：A、动滑轮绳子股数为2，绳子自由端的速度为： 故A错误； B、拉力做的有用功为：，故B正确； C、拉力做功的功率为： ，故B正确； D、不计绳重和摩擦，根据可知，动滑轮重为： ， 若用此滑轮提升重500N的物体，滑轮的机械效率为： ， 故D错误。 故选：BC。 三、填空题 9．（2022•江西）明代学者宋应星（江西人）著有《天工开物》，如图所示，是书中描绘古代劳动人民用桔槔汲水的场景。桔槔属于 （选填“杠杆”“滑轮”或“轮轴”），使用时，机械效率η 1（选填“＞”“＜”或“=”）。 【答案】杠杆；＜ 【解答】解：使用桔槔时，桔槔能绕悬挂点转动，桔槔属于杠杆； 用桔槔汲水时，要提升桔槔、水桶做额外功，使得有用功小于总功，机械效率。 故答案为：杠杆；＜。 10．（2024•广元）假期间，小明随爸爸去建筑工地劳动体验。用如图所示的滑轮组来提升材料，当提升的材料重力为300N时，滑轮组机械效率为75%，则动滑轮的重力为 N；若绳子能承受的最大拉力为500N，则该滑轮组能提起材料的最大质量为 kg。（空气阻力、摩擦力及绳重不计，g取10N/kg） 【答案】100；90 【解答】解：由图知，，根据 可得，绳子的拉力：， 空气阻力、摩擦力及绳重不计，根据可得， 动滑轮的重力：； 若绳子能承受的最大拉力为500N，根据可得， 滑轮组能提起材料的最大重力：， 则材料的最大质量：。 故答案为：100；90。 11．（2024•南充）用四只完全相同的滑轮和两根相同的绳子组成如图所示的甲、乙两个滑轮组，将重450N的货物匀速吊起2m高。每只滑轮重为50N，绳自由端的拉力的大小分别为F1和F2，若不计绳重和摩擦，F1 F2（选填“大于”“等于”“小于”），甲滑轮组的机械效率为 。​ 【答案】大于；90% 【解答】解：（1）由图甲可知，甲滑轮组承担重物绳子的段数，若不计绳重和摩擦，根据可得：， 由图乙可知，，所以F2的大小为：，所以； （2）由题意知，物体上升的高度,不计绳重和摩擦，图甲滑轮组的机械效率 故答案为：大于；90% 12．（2024•无锡）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,此时辘沪提水的机械效率为50%，则桶对水做的功为 J，人做功的功率为 W。 【答案】（1）60；60；（2）1200；120 【解答】解（1）以O1为支点，A点力的力臂最小，B点力的力臂最大，此时杠杆A点受力最大， 根据杠杆平衡条件：可得， ， 即：， 解得，石块质量最多为：； 以O2为支点，B点力的力臂最小，A点力的力臂最大，此时杠杆B点受力最大，根据杠杆平衡条件：可得， ， 即：, 解得，水的质量最多为：； （2）桶对水做的功：， 人做的功：， 人做功的功率：。 故答案为：（1）60；60；（2）1200；120。 四、计算题 13．（2023•眉山）如图所示，工人用滑轮组提升重物，已知重物重力G物=1000N，动滑轮重力G动=200N。在工人用力F作用下，重物匀速上升，30s达到规定高度6m处。不计绳重和机械之间的摩擦。求： （1）拉力做功的功率； （2）滑轮组的机械效率； （3）若用该装置提升另一重物时，机械效率达到90%，则该重物的重力是多少？ 【答案】答：（1）拉力做功的功率为240W； （2）滑轮组的机械效率为83.3%； （3）若用该装置提升另一重物时，机械效率达到90%，则该重物的重力是1800N。 【解答】解：（1）有用功为：； 额外功为：； 总功为：； 拉力做功的功率为：； （2）滑轮组的机械效率：； （3）不计绳重和机械之间的摩擦，根据可知， 机械效率达到90%时，有：，解得：。 答：（1）拉力做功的功率为240W； （2）滑轮组的机械效率为83.3%； （3）若用该装置提升另一重物时，机械效率达到90%，则该重物的重力是1800N。 14．（2023•江西）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多了。某同学用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=10N/kg。求： （1）箱子受到的重力； （2）箱子受到的摩擦力； （3）斜面的机械效率； （4）使用斜面推箱子时有哪些更省力的方法。 【答案】（1）箱子受到的重力为200N； （2）箱子受到的摩擦力为20N； （3）斜面的机械效率为80%； （4）减小斜面的坡度、减小斜面的粗糙程度，都可以省力。 【解答】解：（1）箱子受到的重力：； （2）推力所做的总功：， 推力做的有用功：， 沿斜面推动箱子，克服斜面对箱子的摩擦力做的功是额外功，， 由可得箱子受到的摩擦力：； （3）斜面的机械效率：； （4）减小斜面的坡度、减小斜面的粗糙程度，都可以省力。 答：（1）箱子受到的重力为200N； （2）箱子受到的摩擦力为20N； （3）斜面的机械效率为80%； （4）减小斜面的坡度、减小斜面的粗糙程度，都可以省力。 15．（2024•达州）如图所示，一重为200N底面积为0.4m2的方形玻璃缸（玻璃缸壁的厚度忽略不计），玻璃缸中装有重1000N的水。上方有一轻质杆OA，在绳子AC的拉力作用下可绕竖直墙上O点转动，现在OA的中点B处悬挂一滑轮组。已​知每个滑轮重20N，滑轮组上悬挂着重300N的物体甲，将浸没的重物甲缓慢拉离水面后，玻璃缸中水位下降了5cm,（忽略物体带出的水，，g取10N/kg）求： （1）当重物甲拉离水面后，玻璃缸对地面的压强； （2）重物甲浸没在水中时所受的浮力； （3）滑轮组的绳子不会断裂，当∠CAO=30°时，杆OA刚好水平，若绳子AC能承受的最大拉力FA=620N时，利用此装置将重物拉离水面后缓慢上升过程中的最大机械效率是多少。（不计杆OA和绳子的重力及绳与滑轮间的摩擦） 【答案】（1）当重物甲拉离水面后，玻璃缸对地面的压强3000Pa； （2）重物甲浸没在水中时所受的浮力200N； （3）滑轮组的绳子不会断裂，当∠CAO=30°时，杆OA刚好水平，若绳子AC能承受的最大拉力FA=620N时，利用此装置将重物拉离水面后缓慢上升过程中的最大机械效率是95%。 【解答】解：（1）玻璃缸对地面的压力等于玻璃缸的重力加上水的重力，即，则当重物甲拉离水面后，玻璃缸对地面的压强为：； （2）将浸没的重物甲缓慢拉离水面后，玻璃缸中水位下降了5cm,则重物甲排开水的体积为， 重物甲浸没在水中时所受的浮力为： ； （3）先做出绳AC拉力的力臂OD，如图，直角三角形ADO中，∠A=30°，，B是OA的中点，， 根据杠杆平衡条件，，， 绳子AC能承受的最大拉力，B点最大拉力； 滑轮组绳子的最大拉力； ，物体最大重力：， 滑轮组的最大机械效率：。 答：（1）当重物甲拉离水面后，玻璃缸对地面的压强3000Pa； （2）重物甲浸没在水中时所受的浮力200N； （3）滑轮组的绳子不会断裂，当∠CAO=30°时，杆OA刚好水平，若绳子AC能承受的最大拉力FA=620N时，利用此装置将重物拉离水面后缓慢上升过程中的最大机械效率是95%。 五、实验探究题 16．（2023•枣庄）提高机械效率可以充分发挥机械设备的作用，对节能减排、提高经济效益有重要的意义。某科技创新小组根据生活经验和客观事实，对影响滑轮组机械效率的因素作出如下猜想： 猜想Ⅰ：滑轮组的机械效率与物体被提升的高度有关 猜想Ⅱ：滑轮组的机械效率与动滑轮的重力有关 猜想Ⅲ：滑轮组的机械效率与所提物体的重力有关 根据猜想，运用如图甲、乙、丙所示的装置进行了实验探究，测得的实验数据如下表所示。 实验次数 钩码的重力G/N 钩码上升高度h/m 绳端拉力F/N 绳端移动的距离s/m 机械效率η 1 2 0.1 0.90 0.3 74.1% 2 4 0.1 1.50 0.3 88.9% 3 4 0.1 1.25 0.4 4 4 0.2 1.50 0.6 88.9% （1）实验时应沿竖直方向 缓慢向上拉动弹簧测力计； （2）分析表中数据可知：第3次实验是利用了图 的装置完成的，它的机械效率η= ； （3）比较2、4两次实验数据，可验证猜想I是 （选填“正确”或“错误”）的； （4）通过比较 （填实验序号）两次实验数据得出结论：同一滑轮组提升重物时，物重越大，滑轮组的机械效率越高； （5）通过比较2、3两次实验数据可得出结论：不同滑轮组提升相同重物时，动滑轮越重，滑轮组的机械效率 。 【答案】（1）匀速；（2）丙；80%；（3）错误；（4）1、2；（5）越低 【解答】解：（1）实验时，需要读出测力计的示数，所以需要匀速缓慢的拉动测力计，以方便读数。 （2）由表中数据可得，钩码移动的距离为0.1m时，绳子端移动的距离为0.4m,则绳子的股数为：，即动滑轮上有4股绳，所以丙图符合题意。 由表中数据可得，有用功为：； 总功为：； 机械效率为：； （3）对比2、4的数据发现，其它条件不变，只改变物体提升的高度，机械效率是不变的，所以猜想Ⅰ是错误的。 （4）要想得到同一滑轮组提升重物时，物重越大，滑轮组的机械效率越高的结论，需要保证滑轮组不变，重物提升的高度也不变，只改变重物的重力，所以表中1、2号实验符合条件。 （5）对比2、3次实验可以发现，重物的重力不变，提升的高度也不变，但滑轮组中动滑轮的个数增多了，且动滑轮个数越多，机械效率越低，所以可得结论：不同滑轮组提升相同重物时，动滑轮越重，滑轮组的机械效率越低。 故答案为：（1）匀速；（2）丙；80%；（3）错误；（4）1、2；（5）越低。 17．（2021•无锡）图甲是某居民楼前的无障碍通道，一位中年人正用轮椅推着他年迈的母亲缓缓上行，图乙是该通道斜面示意图。为了解中年人推轮椅时所用力的大小，小红和小华进行了探究。她们从斜面底端A点沿斜面确定了相距1m处的B点。（g取10N/kg） （1）使刻度尺“0”刻度线与水平地面对齐，正确测量B点高度，结果如图乙，为 cm。 （2）选用车轮与轮椅相同材质、花纹的小车为研究对象，进行了如下操作： ①正确使用弹簧测力计，测出小车重为2.0N； ②将弹簧测力计与斜面平行放置并 ，然后沿斜面方向匀速拉动小车，如图乙所示，弹簧测力计示数为 N； ③计算出将小车从A点拉到B点的过程中，拉力所做的功为 J；利用斜面将小车从水平地面提升到B点时的机械效率为 。 （3）在小车上逐渐添加重物，测出小车的总重G，测出沿斜面匀速拉动小车需要的力，计算出拉小车从A点到B点所做的功W1；计算出竖直向上将小车从水平地面提升到B点所做的功W2。以功为纵坐标，以小车总重为横坐标，建立平面直角坐标系，作出W1和W2与小车总重G的关系图像，分别如图丙中的线段a和b； ①由图像可知：用该通道斜面提升物体时的机械效率与物重 （选填“有关”或“无关”）。 ②若这位母亲的质量为50kg,所坐的轮椅质量为20kg,则中年人用沿着通道斜面方向的力推轮椅匀速上坡时，力的大小为 N。 【答案】（1）9.00；（2）②校零；0.3；③0.3；60%；（3）①无关；②105。 【解答】解：（1）刻度尺上1cm之间有10个小格，所以一个小格代表的长度是,即此刻度尺的分度值为1mm,使刻度尺“0”刻度线与水平地面对齐，B点所处高度为9.00cm； （2）②弹簧测力计使用前指针要指向零刻度线，如果没指向零刻度线，需要校零； 由图可知，弹簧测力计的分度值是0.02N，弹簧测力计的示数为0.3N； ③将小车从A点拉到B点的过程中，拉力做的功为：； 利用斜面将小车从水平地面提升到B点时所做的有用功为：； 机械效率为：； （3）从图像读出当小车的总重G增大到5N时，拉小车从A点到B点所做的功， 竖直向上将小车从水平地面提升到B点所做的功， 利用斜面将小车从水平地面提升到B点时的机械效率为：， ，所以由图像可知：用该通道斜面提升物体时的机械效率与物重无关； ②这位母亲和所坐的轮椅总重力为：， 中年人用沿着通道斜面方向的力推轮椅匀速上坡时，从A点到B点所做的有用功为：； 由得，中年人用沿着通道斜面方向的力推轮椅匀速上坡时，从A点到B点所做的总功为：； 由得，力的大小为。 故答案为：（1）9.00；（2）②校零；0.3；③0.3；60%；（3）①无关；②105。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！10 学科网（北京）股份有限公司 $$ 沪粤版九年级物理上册 《11.3 如何提高机械效率》 同步训练 一、考点训练 · 考点01 有用功与额外功 · 考点02 机械效率 【机械效率的概念】 【机械效率的计算】 · 考点03 机械效率的测量 二、感受真题 考点训练 · 考点01 有用功与额外功 1．当你用桶从井中提水的时候，你对桶所做的功是 ；如果桶掉进井里了，我们从井中提水桶的过程中，捞上的桶中总会有一些水，这时你对桶所做的功是 。（选填“总功”“有用功”或“额外功”） 2．著名作家冯骥才在《挑山工》中描述了挑山工用扁担将货物运送上山的情景，如图所示。在这个过程中，挑山工做的有用功是对 做的功，挑山工做的总功是对 做的功。挑扁担时，左右两边都放上货物，这是利用了 的原理。 3．小明利用如图甲所示的滑轮组，将不同的物体匀速提升1m,图乙所示为克服物体重力做的功和拉力做的功随物重变化的柱状图，不计绳重和摩擦。物重为150N时，小明做的有用功为 J，动滑轮的重力为 N。 · 考点02 机械效率 · 【机械效率的概念】 1．同学们学习物理，一定要把所学物理量表示的物理意义搞清楚，比如质量是表示物体所含物质多少的物理量， 是表示压力作用效果的物理量，功率是表示 的物理量， 是表示用简单机械做功时有用功在总功中所占比例大小的物理量。 2．如图是甲、乙两机械的参数，若将甲机械更换成乙机械，机械效率将  （选填“增大”、“减小”或“不变”），乙机械做了有用功  J。表格是某些机械的一组数据，请你找出这些机械设备效率的共同特点  。 如表：某些机械设备的机械效率 喷气发动机 16%～24% 柴油机 28%～30% 起重机 40%～50% 抽水机 60%～80% 汽油机 22%～27% 3．某同学在学习了机械的相关知识后，总结了几条“规律”，其中总结正确的是（　　） A．功率大的机械做功一定越多 B．机械效率大的机械做的有用功一定越多 C．机械的功率越大，机械效率也一定越大 D．使用任何机械都一定不会省功 · 【机械效率的计算】 详见《专题2 机械效率的计算》 · 考点03 机械效率的测量 1．（2023•绥化）如图所示，在“测量滑轮组机械效率”的实验中，利用图2甲、乙、丙三个实验装置进行实验，测得的实验数据如表。（钩码规格相同、动滑轮个数越多重力越大） 实验次数 钩码重力G/N 提升高度h/m 绳端拉力F/N 绳端移动距离s/m 机械效率η 1 4 0.1 0.3 2 8 0.1 3.2 0.3 83.3% 3 8 0.1 2.0 0.5 80.0% （1）在实验中，应沿竖直方向 拉动弹簧测力计。 （2）第一次实验中，如图1所示，弹簧测力计的示数是 N，机械效率是 （精确到0.1%）。 （3）由1、2两次实验数据可得出结论： 。 （4）由 两次实验数据可得出结论：使用不同滑轮组提升相同重物，动滑轮越重，机械效率越低。 （5）在第三次实验操作的基础上，如图2丁所示改变绳端拉力方向，测得的滑轮组机械效率将 。（选填“偏高”、“偏低”或“不变”） 2．（2021•广元）小敏在利用斜面搬运物体A的过程中，提出了一个问题：“斜面的机械效率与斜面的倾斜程度有没有关系？”针对这个问题，他通过在斜面上匀速直线拉动物体进行了实验探究（如图所示），测得的实验数据如表所示： 实验序号 斜面的倾斜程度 物体重力G/N 物体上升高度h/m 沿斜面拉力F/N 物体移动距离s/m 有用功 W有/J 总功 W总/J 机械效率η/% ① 较缓 5.0 0.10 1.6 0.50 0.50 0.80 62.5 ② 较陡 5.0 0.15 2.2 0.50 0.75 1.10 68.2 ③ 最陡 5.0 0.25 3.1 0.50 1.25 1.55 （1）根据表中的数据可求出第③次实验中斜面的机械效率是 。 （2）通过对上述实验数据的分析可知，斜面的省力情况与斜面倾斜程度的关系是：斜面越陡，越 。 （3）通过对上述实验数据的分析，对斜面机械效率的问题可获得的初步结论是：在其他条件不变的情况下，斜面越陡，机械效率 。 3．（2024•惠阳区校级开学）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 N，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,则用杠杆对货物做的有用功是 J，杠杆的机械效率为 %。请写出使用该杠杆做额外功的一个原因： 。 （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 0.16 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： ； 请简要说明两条理由： ① ； ② 。 感受真题 一、单项选择题 1．（2023•连云港）下列关于机械效率的说法正确的是（　　） A．越省力的机械，机械效率越高 B．做功越快的机械，机械效率越高 C．所做有用功越多的机械，机械效率越高 D．有用功与总功的比值越大的机械，机械效率越高 2．（2024•重庆）建筑工人通过如图所示的装置将一桶质量为45kg的涂料从地面提起，桶离开地面后在4s内缓慢上升0.8m,工人所用的拉力为500N。下列说法中正确的是​（　　） A．该装置做的有用功为400J B．该装置的机械效率为90% C．绳子自由端移动的平均速度为0.4m/s D．桶离开地面前，工人拉力逐渐增大，桶对地面的压强不变 3．（2024•河南）如图，甲、乙两人用不同的装置，在相同时间内把质量相等的货物匀速提升到同一平台，不计绳重及滑轮的摩擦。下列说法正确的是（　　） A．甲做的有用功多 B．乙做的总功多 C．甲做总功的功率大 D．乙所用装置的机械效率小 4．（2022•眉山）小廖同学家里正在修建楼房，他通过调查了解到工人利用如图的装置，将重力为900N的物体匀速提升了6m,工人对绳子施加的拉力F为475N。忽略绳重和机械之间的一切摩擦。下列说法中正确的是（　　） ①拉力F做功为2850J ②动滑轮的重力为50N ③拉力F做的额外功为600J ④如用该装置匀速提升重力为950N的物体，则该滑轮组的机械效率为95% A．①③ B．②④ C．①② D．③④ 5．（2023•永州）如图所示，将一个重9.0N的物体从斜面底端匀速直线拉到斜面顶端，沿斜面向上的拉力为3.6N，在斜面上移动的距离s=1.2m,物体升高的高度h=0.3m,则（　　） A．物体所受的摩擦力3.6N B．物体克服重力做功4.32J C．拉力做功2.7J D．斜面的机械效率62.5% 6．（2023•荆州）一位同学用如图所示的滑轮组拉着重500N的物体，使物体以0.1m/s的速度沿水平地面向右匀速直线运动10s,已知物体与地面间的滑动摩擦力为150N，滑轮组的机械效率为60%，在此过程中下列选项正确的是（　　） A．绳子自由端移动的距离为3m B．拉力做的有用功为500J C．拉力做的额外功为150J D．拉力做功的功率为25W 二、多项选择题 7．（2024•成都）小成在实验室组装如图所示的滑轮组进行实验探究，实验过程如下：先测得定滑轮的重力为0.2N，动滑轮的重力为0.25N，再使用组装好的滑轮组在10s内将质量为100g的钩码竖直匀速提升20cm,此过程中弹簧测力计的示数为0.5N。g取10N/kg,下列说法正确的是（　　） A．弹簧测力计对细绳拉力的功率为0.03W B．滑轮组的机械效率为80% C．克服绳重和摩擦做的额外功为0.05J D．若增大提升钩码的质量，滑轮组的机械效率不变 8．（2024•滨州）如图所示装置，工人用250N的拉力，在30s内将重为400N的物体匀速提高了6m,在此过程中，不计绳重和摩擦，下列说法正确的是（　　） A．绳子自由端移动的速度是0.2m/s B．拉力做的有用功为2400J C．拉力做功的功率为100W D．若用此滑轮提升重500N的物体，滑轮的机械效率为80% 三、填空题 9．（2022•江西）明代学者宋应星（江西人）著有《天工开物》，如图所示，是书中描绘古代劳动人民用桔槔汲水的场景。桔槔属于 （选填“杠杆”“滑轮”或“轮轴”），使用时，机械效率η 1（选填“＞”“＜”或“=”）。 10．（2024•广元）假期间，小明随爸爸去建筑工地劳动体验。用如图所示的滑轮组来提升材料，当提升的材料重力为300N时，滑轮组机械效率为75%，则动滑轮的重力为 N；若绳子能承受的最大拉力为500N，则该滑轮组能提起材料的最大质量为 kg。（空气阻力、摩擦力及绳重不计，g取10N/kg） 11．（2024•南充）用四只完全相同的滑轮和两根相同的绳子组成如图所示的甲、乙两个滑轮组，将重450N的货物匀速吊起2m高。每只滑轮重为50N，绳自由端的拉力的大小分别为F1和F2，若不计绳重和摩擦，F1 F2（选填“大于”“等于”“小于”），甲滑轮组的机械效率为 。​ 12．（2024•无锡）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,此时辘沪提水的机械效率为50%，则桶对水做的功为 J，人做功的功率为 W。 四、计算题 13．（2023•眉山）如图所示，工人用滑轮组提升重物，已知重物重力G物=1000N，动滑轮重力G动=200N。在工人用力F作用下，重物匀速上升，30s达到规定高度6m处。不计绳重和机械之间的摩擦。求： （1）拉力做功的功率； （2）滑轮组的机械效率； （3）若用该装置提升另一重物时，机械效率达到90%，则该重物的重力是多少？ 14．（2023•江西）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多了。某同学用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=10N/kg。求： （1）箱子受到的重力； （2）箱子受到的摩擦力； （3）斜面的机械效率； （4）使用斜面推箱子时有哪些更省力的方法。 15．（2024•达州）如图所示，一重为200N底面积为0.4m2的方形玻璃缸（玻璃缸壁的厚度忽略不计），玻璃缸中装有重1000N的水。上方有一轻质杆OA，在绳子AC的拉力作用下可绕竖直墙上O点转动，现在OA的中点B处悬挂一滑轮组。已​知每个滑轮重20N，滑轮组上悬挂着重300N的物体甲，将浸没的重物甲缓慢拉离水面后，玻璃缸中水位下降了5cm,（忽略物体带出的水，，g取10N/kg）求： （1）当重物甲拉离水面后，玻璃缸对地面的压强； （2）重物甲浸没在水中时所受的浮力； （3）滑轮组的绳子不会断裂，当∠CAO=30°时，杆OA刚好水平，若绳子AC能承受的最大拉力FA=620N时，利用此装置将重物拉离水面后缓慢上升过程中的最大机械效率是多少。（不计杆OA和绳子的重力及绳与滑轮间的摩擦） 五、实验探究题 16．（2023•枣庄）提高机械效率可以充分发挥机械设备的作用，对节能减排、提高经济效益有重要的意义。某科技创新小组根据生活经验和客观事实，对影响滑轮组机械效率的因素作出如下猜想： 猜想Ⅰ：滑轮组的机械效率与物体被提升的高度有关 猜想Ⅱ：滑轮组的机械效率与动滑轮的重力有关 猜想Ⅲ：滑轮组的机械效率与所提物体的重力有关 根据猜想，运用如图甲、乙、丙所示的装置进行了实验探究，测得的实验数据如下表所示。 实验次数 钩码的重力G/N 钩码上升高度h/m 绳端拉力F/N 绳端移动的距离s/m 机械效率η 1 2 0.1 0.90 0.3 74.1% 2 4 0.1 1.50 0.3 88.9% 3 4 0.1 1.25 0.4 4 4 0.2 1.50 0.6 88.9% （1）实验时应沿竖直方向 缓慢向上拉动弹簧测力计； （2）分析表中数据可知：第3次实验是利用了图 的装置完成的，它的机械效率η= ； （3）比较2、4两次实验数据，可验证猜想I是 （选填“正确”或“错误”）的； （4）通过比较 （填实验序号）两次实验数据得出结论：同一滑轮组提升重物时，物重越大，滑轮组的机械效率越高； （5）通过比较2、3两次实验数据可得出结论：不同滑轮组提升相同重物时，动滑轮越重，滑轮组的机械效率 。 17．（2021•无锡）图甲是某居民楼前的无障碍通道，一位中年人正用轮椅推着他年迈的母亲缓缓上行，图乙是该通道斜面示意图。为了解中年人推轮椅时所用力的大小，小红和小华进行了探究。她们从斜面底端A点沿斜面确定了相距1m处的B点。（g取10N/kg） （1）使刻度尺“0”刻度线与水平地面对齐，正确测量B点高度，结果如图乙，为 cm。 （2）选用车轮与轮椅相同材质、花纹的小车为研究对象，进行了如下操作： ①正确使用弹簧测力计，测出小车重为2.0N； ②将弹簧测力计与斜面平行放置并 ，然后沿斜面方向匀速拉动小车，如图乙所示，弹簧测力计示数为 N； ③计算出将小车从A点拉到B点的过程中，拉力所做的功为 J；利用斜面将小车从水平地面提升到B点时的机械效率为 。 （3）在小车上逐渐添加重物，测出小车的总重G，测出沿斜面匀速拉动小车需要的力，计算出拉小车从A点到B点所做的功W1；计算出竖直向上将小车从水平地面提升到B点所做的功W2。以功为纵坐标，以小车总重为横坐标，建立平面直角坐标系，作出W1和W2与小车总重G的关系图像，分别如图丙中的线段a和b； ①由图像可知：用该通道斜面提升物体时的机械效率与物重 （选填“有关”或“无关”）。 ②若这位母亲的质量为50kg,所坐的轮椅质量为20kg,则中年人用沿着通道斜面方向的力推轮椅匀速上坡时，力的大小为 N。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！10 学科网（北京）股份有限公司 $$