课时11.5 机械效率-【帮课堂】2024-2025学年九年级物理上册同步学与练（苏科版）

第十一章 简单机械和功（解析版） 课时11.5 机械效率 2022年课程标准 物理素养 3.2.3 知道机械效率。了解提高机械效率的途径和意义。 3.2.4 了解人类使用机械的历程，了解机械的使用对社会发展的作用。 物理观念：正确认识总功、有用功、额外功的含义。 科学思维：理解机械效率的概念。能用公式η = （W有用/W总）×100%进行简单计算。 科学态度与责任：能说出机械效率的物理意义，知道产生机械效率的原因，会改造简单机械，提高机械效率。 知识点一、有用功、额外功和总功 1.探究：使用动滑轮是否省功 【实验过程与记录】 (1)如图甲所示，用弹簧测力计将重力已知的钩码缓慢地提升一定的高度，测出手移动的距离，钩码上升的高度，读出弹簧测力计的读数，并将数据填入表格。 (2)如图乙所示，用弹簧测力计和一个动滑轮将同样的钩码缓慢地提升相同的高度，将相应数据填入表格。 实验序号 手的拉力F/N 手移动的距离s/m 钩码的重力G/N 钩码上升的高度h/m 1 2 0.1 2 0,1 2 1.1 0.2 2 0.1 (3)计算两次实验中拉力所做的功 【实验结论】 实验结果表明，虽然在两次实验中钩码被提升相同的高度，但第二次拉力做的功要多一些。 这说明，尽管使用动滑轮会省力，但由于滑轮本身所受的重力以及摩擦等因素的影响，使用动滑轮我们要多做功。 2.有用功、额外功和总功 (1)有用功：在上面的实验中，无论是否使用滑轮，钩码都被提升了，这部分功是必须要做的，叫做有用功，用W有表示。若重物的重力为G，提升的高度为h，则W有=Gh。 (2)额外功：若用滑轮组提升钩码，我们还不得不克服动滑轮本身所受的重力以及摩擦力等因素而多做一些功，这部分功叫做额外功，用表示W额。额外功是对人们没有用但不得不做的功。 (3)总功：有用功与额外功之和是总共做的功，叫做总功，用W总表示。总功、有用功和额外功之间的关系为W总=W有+W额。 (4)总功、有用功、额外功的单位都是焦(J)。 特别提醒：从人与机械的角度理解总功和有用功 人借助机械对物体做功时，一般情况下人对机械做的功为总功，而机械对物体做的功为有用功.由此，有用功也可以理解为不使用机械而直接对物体所做的功。 方法技巧：区分有用功和额外功的方法 判断有用功、额外功要看做功的过程中，我们想要达到的目的是什么，实现这一目的所做的功就是有用功，目的之外的功就是额外功。例如，用桶打水，提水是我们的目的，提水做的功是有用功，提桶做的功就是额外功；从水里捞桶，捞起桶是我们的目的，提起桶做的功就是有用功，而对桶中的水所做的功就是额外功。 3.三种简单机械的有用功、额外功和总功 种类 杠杆 滑轮组 斜面 图示 有用功 W有=Gh W有=Gh W有=Gh 额外功 若不计摩擦：W额=G杆·h杆 若不计绳重及摩擦：W额=G动h W额=fl 总功 W总=Fs W总=Fs W总=Fl 三者关系 W总=W有+W额 【典例1】如图甲所示，用水平拉力F1=20N拉着重为500N的物体在水平路面上匀速移动1m的距离， 如图乙所示，用水平拉力F2=12.5N拉着同一物体在同一路面上也匀速移动1m的距离，求图乙中使用动滑轮时的： （1）有用功； （2）总功； （3）机械效率。 【答案】（1）20J；（2）25J；（3）80%。 【解析】（1）由图甲：用水平拉力F1=20N拉着重为500N的物体在水平路面上匀速运动，可知物体在水平面上受到的摩擦力为 对滑轮组分析，可知绳子的股数为，物体水平方向移动的距离为 故有用功为 （2）总功为 （3）根据机械效率公式可得滑轮组的机械效率为 答：（1）有用功为20J；（2）总功为25J；（3）机械效率为80%。 知识点二、机械效率 1.使用机械时额外功不可避免 使用机械做功时，额外功是不可避免的。由于额外功是我们不需要的，它白白浪费能量，因此使用不同机械来对物体做功时，人们总是希望额外功越少越好，或者说有用功在总功中所占的比例越大越好。有用功占总功的比例反映了机械的一项性能，在物理学中用机械效率来表示这一性能。 2.机械效率 定义 物理学中，将有用功跟总功的比值叫做机械效率，用η表示 公式 （机械效率是一个比值，它没有单位，通常用百分数表示） 物理意义 机械效率越高，做的有用功占总功的比例就越大 可变性 机械效率不是固定不变的，机械效率反映的是机械在一次做功过程中有用功跟总功的比值，同一机械在不同的做功过程中，有用功不同，机械效率也会不同 特点 因为使用机械时，不可避免地要做额外功，故任何机械的机械效率都小于1,只有在理想情况下机械效率才为1 注意 机械效率的高低与是否省力、滑轮组绳子的绕法、物体被提升的高度及速度等无关 培优拓展：“不省功”的两层含义 我们常说使用任何机械都“不省功”，这里“不省功”有两层含义：一是对于理想机械，没有额外功时，使用机械所做的功跟不用机械所做的功相等；二是对于非理想机械，因为要克服机械自重和摩擦等做额外功，所以需要做的功一定大于不用机械直接做的功。 3.功、功率和机械效率的比较 物理量 意义 定义 符号 公式 单位 说明 功 做功，即能量的转化 力与物体在力的方向上移动距离的乘积 W W=Fs J (1)功率大小由功和时间共同决定，单独强调任何一方面都是错误的。 (2)功率和机械效率是两个不同的物理量，它们之间没有直接关系 功率 表示物体做功的快慢 功与做功时间之比 P W 机械效率 反映机械做功性能的好坏 有用功与总功之比 η 无 4.机械效率的计算：机械效率的表达式为，三种简单机械的机械效率总结如下： 装置图 计算公式 杠杆 滑轮组 竖直提升物体 （1）已知拉力、物重及绳子段数时：； （2）不计绳重及摩擦时： 水平匀速拉动物体 斜面 （1）；（2） 【典例2】（2024·江苏扬州·一模）小明学习了滑轮知识后，设计了如图的升降装置．在爸爸的帮助下，通过它把一个重100N的物体从地面提升到6m高的阳台上，拉力F为60N，用时10s，下列选项正确的是（ ）。 A．拉力做功为600J B．拉力做功的功率72W C．机械效率为60% D．用升降装置可以省功 【答案】B。 【解析】A．由图可知，动滑轮上的绳子根数为n=2，物体从地面提升到6m高的阳台上，则绳子移动的距离为 可得拉力做功为，故A错误； B．根据可得，拉力做功的功率为，故B正确； C．根据题意可知，对物体做的有功功为 则机械效率为，故C错误； D．使用任何机械都不可避免会有额外功，所以任何机械都不能省功，故D错误。 故选B。 知识点三、测量滑轮组的机械效率 1.测量滑轮组的机械效率 【实验原理】 【实验设计】 (1)组装一个滑轮组，使用该滑轮组分别提起重力不同的物体，比较每次的机械效率； (2)换用较重的动滑轮，组装和(1)相同的滑轮组，使用该滑轮组分别提起和(1)相同的重物，比较和(1)提起相同重物时的机械效率。 【实验器材】刻度尺、钩码、弹簧测力计、滑轮、长约2m的细绳、铁架台等。 【实验过程】 (1)用弹簧测力计测出钩码所受的重力G并填入表格； (2)按照图甲组装滑轮组，分别记下钩码和绳端的位置； (3)如图乙所示，匀速缓慢拉动弹簧测力计，使钩码升高，从弹簧测力计上读出拉力F的值，用刻度尺测出钩码上升的高度h和绳端移动的距离s，将这三个量填入表格中； (4)利用公式计算出有用功W有、总功W总、机械效率η并填入表格中； (5)改变钩码的数量，重复上面的实验（多次实验，消除偶然因素）； (6)换用较重的动滑轮组成滑轮组，重复(2)~(5)步，将实验数据记入表格。 【实验数据】 实验 次数 钩码所受的重力G/N 提升高度h/m 有用功W有/J 拉力F/N 绳端移动的距离s/m 总功总J 机械效率η 1 1.5 0.2 0.3 0.7 0.6 0.42 71% 2 3 0.2 0.6 1.2 0.6 0.72 83% 3 4.5 0.2 0.9 1.7 0.6 1.02 88% 4 1.5 0.2 0.3 0.9 0.6 0.54 56% 5 3 0.2 0.6 1.4 0.6 0.84 71% 6 4.5 0.2 0.9 1.9 0.6 1.14 79% 【数据分析】 (1)由1、2、3三次实验可知，使用同一滑轮组，当提升重为1.5N的钩码时，它的机械效率是71%；当提升重为3N的钩码时，它的机械效率是83%；当提升重为4.5N的钩码时，它的机械效率是88%； 可见，同一机械在不同做功过程中使用，其机械效率不同.同一滑轮组，提升的物体越重，其机械效率越高。 (2)由1、4(2、5或3、6)两次实验可知，使用两个动滑轮重量不同的滑轮组提升相同的钩码升高相同高度，做的有用功相同，动滑轮较重的所做的额外功多，机械效率低。 【数据结论】 (1)使用同一滑轮组提升重力不同的物体时，机械效率不同，被提升的物体越重，机械效率越高； (2)使用不同的滑轮组提升同一物体时，升高相同的高度，动滑轮较重的(或动滑轮多的)滑轮组的机械效率较低。 方法技巧： 技巧1：测量绳子自由端移动距离s和重物上升高度h的小技巧 ①测量绳子自由端移动的距离时，可在绳子某处做一带色标记，记下绳子上的标记所对应刻度尺上的刻度线位置，绳子移动后记下标记所对应刻度尺上的刻度线位置，两次所记刻度线位置间的距离为s； ②测量重物上升的高度h时，可采用与测量s时类似的方法.记下初始时重物底面所对应的刻度尺上的刻度线位置，提升重物后记下重物底面所对应的刻度尺上的刻度线位置，两次所记刻度线位置间的距离为h。 技巧2：无刻度尺求机械效率：对于某一滑轮组来说，s、h与绳子段数n之间存在的关系为s=nh，代入机械效率公式后有可以看出对于某一确定的滑轮组来说，用实验的办法求机械效率时可以不用测s和h，只需测出拉力F和物重G也可计算出机械效率。 【典例3】某实验小组在测滑轮组机械效率的实验中得到的数据如表所示，实验装置如图所示： 实验次数 1 2 3 钩码重G/N 4 4 6 钩码上升高度h/m 0.1 0.1 0.1 绳端拉力F/N 1.8 1.4 2.4 绳端移动距离s/m 0.3 0.4 0.3 机械效率 74% 83% （1）第2次实验中测得的机械效率为__________； （2）通过表中数据可分析出第2次实验是用__________（填“甲”、“乙”）图做的实验； （3）比较1和2两次的实验数据，可以看出滑轮组的机械效率与__________有关； （4）若将甲图中的滑轮组换一种绕绳方法，请在图丙中画出绳子的绕法__________；通过实验可知，滑轮组的机械效率与绳子的绕法__________（选填“有关”、“无关”）。 【答案】71.4%；乙；动滑轮的重力大小；如图；无关。 【解析】（1）[1]根据表中数据，第2次实验中测得的机械效率为 （2）[2]根据表中第2次实验数据可知，滑轮组绳子的有效段数为； 根据上图可知是用乙图做的实验。 （3）[3]比较1和2两次的实验数据可知，提升重物的重力相同，但第2次实验要克服2个动滑轮的重力做功，第2次实验的机械效率较低，可以看出滑轮组的机械效率与动滑轮的重力大小有关。 （4）[4]甲图中为一个定滑轮和一个动滑轮组成的滑轮组，绳子的有效段可为2或3，甲中绳子的有效段数为3，在图丙中画出绳子有效段数为2的绕法，如下所示： [5]甲、丙图中，绳子的绕法不同，根据W=Gh，提升同一重物到相同高度做的有用功是相同的，两图中克服摩擦力及克服动滑轮的重力做的额外功也是相同的，故总功是相同的，根据 滑轮组的机械效率相同，故滑轮组的机械效率与绳子的绕法无关。 2.影响滑轮组机械效率的主要因素与改进措施 影响因素 分析 改进措施（提高效率） 被提升物体的重力 同一滑轮组，被提升物体的重力越大，做的有用功越多，机械效率越大 在机械承受的范围内，尽可能增加被提升物体的重力 动滑轮的自重 有用功不变时，减小提升动滑轮时做的额外功，可提高机械效率 改进滑轮结构，减轻滑轮自重 滑轮组自身部件的摩擦 机械自身部件的摩擦力越大，机械效率越低 对机械进行保养，保持良好的润滑，减小摩擦 培优拓展：探究斜面的机械效率与斜面倾斜程度的关系 【实验器材】斜面、小车、弹簧测力计、刻度尺、细线 【实验原理】 【实验方法】控制变量法 【实验步骤】 ①如图所示，将一长木板用一木块垫起，使其倾斜程度较小； ②用弹簧测力计测出小车的重力G； ③用弹簧测力计匀速拉动小车，使小车沿斜面匀速向上运动，并读出弹簧测力计的示数F； ④用刻度尺测出小车上升的高度h和小车沿斜面移动的距离l； ⑤根据公式计算出此次的机械效率； ⑥多次改变斜面的倾斜程度，重复测量； ⑦比较每次测量的机械效率。 【实验结论】在斜面粗糙程度相同时，斜面的机械效率与斜面的倾斜程度有关，斜面越陡，机械效率就越高。 特别提醒：提高斜面和杠杆机械效率的方法 1.对斜面来说： (1)当斜面的倾斜程度一定时，斜面越光滑，效率越高； (2)当斜面光滑程度相同时，倾斜程度越大，机械效率越高。 2.对杠杆来说： (1)杠杆自身重力越小，其机械效率越高； (2)减小杠杆转动时的摩擦也能提高其机械效率。 【典例4】如图所示，小明利用两个倾角不同的斜面进行实验，将同一木块分别从两斜面底端匀速拉至斜面顶端，下列说法正确的是（ ）。 A. 若斜面粗糙程度相同，拉力所做的额外功W甲额=W乙额 B. 若斜面粗糙程度相同，拉力所做的额外功W甲额＜W乙额 C. 若甲、乙斜面光滑，则拉力F甲＜F乙 D. 若甲、乙斜面光滑，则拉力所做的总功W甲总＜W乙总 【答案】C。 【解析】AB、因为两斜面的粗糙程度相同，甲斜面的倾斜程度较小，所以甲斜面的摩擦力较大，同时甲斜面长度较大，由公式W额=fs知：拉力做的额外功W甲大于W乙；所以AB错误；  CD、同一木块在高度相同的光滑斜面上运动，所以拉力做的功等于克服重力做的功，即Fs=Gh，所以D错误。由于甲斜面长度较大，所以拉力较小，即F甲＜F乙； 故选C。 问题一：机械效率概念 1.有用功、额外功和总功：根据目的判断有用功认真分析题意，知道使用机械的目的，实现这一目的做的功即为有用功.例如，本题中用滑轮组的目的是提升沙子，克服沙子的重力做的功就是有用功，即W=Gh。 2.功率和机械效率：功率和机械效率都是机械本身性能的重要参数，但它们是完全不同的物理量，表示机械完全不同的两个方面。功率表示做功快慢，机械效率表示有用功占总功的比值。 3.机械效率的比较：当不计绳重和摩擦时，机械效率，即同一滑轮组，其机械效率η与G物和G动有关，G动一定时,G物越大，η越大；G物一定时，G动越大，η越小。 【典例1】（22-23九年级上·江苏盐城·期中）用如图所示的甲、乙两种方式匀速提升重为100N的物体，已知滑轮重为20N，绳重和摩擦力不计，若手的拉力分别为F甲、F乙，两装置的机械效率为η甲、η乙，则（ ）。 A．F甲＞F乙 B．F甲＜F乙 C．η甲＞η乙 D．η甲＜η乙 【答案】AC. 【解析】AB．由图知道，甲滑轮是定滑轮，绳重和摩擦不计，使用该滑轮不省力，所以拉力等于物体的重力F甲＝G＝100N 乙滑轮是动滑轮，绳重和摩擦不计，使用该滑轮可以省一半的力，即拉力等于物体和滑轮总重力的一半 所以F甲＞F乙 故A正确，B错误； CD．两幅图中的W有是克服物体重力做的功是相同的，但乙图中拉力做功要克服动滑轮的重力做功，比甲图中做的总功要多，由知道，有用功相同时，总功越大的，机械效率越小，所以η甲＞η乙 故C正确，D错误。故选AC。 【变式1-1】（2024·江苏盐城·一模）两个完全相同的滑轮，分别以图示两种方式，以拉力F1、F2分别将重为G的物体竖直提升相同高度，不计绳重和摩擦，甲、乙的机械效率为η1、η2，下列判断正确的是（ ）。 A．F1＝F2 B．F1＝2F2 C．η1＞η2 D．η1=η2 【答案】C. 【解析】AB．甲是定滑轮，乙是动滑轮，不计绳重和摩擦，甲的拉力等于物体的重力，即F1=G；乙的拉力等于物体和滑轮总重的一半，即 则 所以一般情况下，且，故AB错误； CD．不计绳重和摩擦，则甲没有额外功存在，有用功等于总功，机械效率；乙还要克服动滑轮重力做额外功，则有用功小于额外功，机械效率，所以η1＞η2，故C正确，D错误。 故选C。 【变式1-2】（2024·四川广安·二模）如图1所示，用甲、乙两个滑轮组分别将物体M、N匀速提升1m，所做有用功相同，拉力分别为，此过程相关数据如图2所示。已知将物体M、N匀速提升1m所用时间相等，下列有关此过程的说法中，正确的是（ ）。 A．提升物体时两拉力的功率大小关系为 B．甲、乙两个滑轮组中，绳子自由端移动的距离之比为2∶3 C．物体M、N的重力大小关系为 D．乙滑轮组的机械效率为40% 【答案】C。 【解析】AB．由图1可知，甲滑轮组中绳子承重段数n甲=3；乙滑轮组中绳子承重段数n乙=2；由图2可知，甲、乙滑轮组的总功分别为W甲总=1200J，W乙总=800J 用甲、乙两个滑轮组分别将物体M、N匀速提升1m，根据s=nh可知，甲、乙滑轮组中，绳子自由端移动的距离分别为, 则两滑轮组中，绳子自由端移动的距离之比为 由题意知，重物被提升1m所用的时间相等，由可得，两滑轮组中，拉力的功率之比为 故AB错误； C．由图2可知，甲滑轮组提升重物M所做的有用功为 乙滑轮组提升重物N所做的有用功为 由W有用=Gh可知，重物M和N受到的重力分别为 因此GM=GN 故C正确； D．由图2可知，乙滑轮组做总功为800J，做额外功为400J，其机械效率为 故D错误。故选C。 问题二：机械效率的计算 1.滑轮组的机械效率:计算滑轮组机械效率的方法有三种： （1）分别求出W有、W总，运用公式计算； （2）已知绕绳方式，运用（或）计算； （3）对不计绳重及摩擦的竖直方向的滑轮组，运用公式直接计算。 2.杠杆的机械效率:杠杆机械效率的计算对于杠杆，不计摩擦时，有W总=W有+W额=Gh+G杆h杆，其中，G杆为杆的重力，h杆为杠杆重心移动的距离。故杠杆的机械效率，在实际计算时可根据需要灵活选用简便的公式。 3.斜面的机械效率:斜面机械效率的计算 对于斜面，有W总=W有+W额=Gh+fs，故斜面的机械效率，在实际计算时可根据题中已知条件灵活选用公式。 【典例2】（21-22九年级上·江苏连云港·期末）如图所示，工人利用滑轮组将重600N的物体，在30s的时间内从地面匀速提升到6m高的三楼，已知拉力F的大小为400N，不计绳子重和机械之间的摩擦，则下列说法正确的是（ ）。 A．动滑轮的重力大小为200N B．工人做功的功率为240W C．滑轮组的机械效率为75% D．提升的物体变为800N时，滑轮组的机械效率将变小 【答案】AC。 【解析】A．由图可知，该滑轮组承担物重的绳子段数n为2，不计绳子重和机械之间的摩擦，绳子自由端的拉力 故动滑轮的重力，故A正确； B．由题意可知，拉力端移动的距离 由可知，拉力做功 由可知，工人做功的功率，故B错误； C．由题意可知，拉力做的有用功 由可知，该滑轮组的机械效率 故C正确； D．不计绳子重和机械之间的摩擦，克服动滑轮的重力做的功是额外功的唯一来源，则滑轮组的机械效率 当提升的物体变为800N时，即提升物体的重力变大，而动滑轮的重力不变，由上式可知，滑轮组的机械效变大，故D错误。 故选AC。 【变式2-1】（23-24九年级上·江苏宿迁·阶段练习）某同学家新房装修时，在地面与窗台间放置一斜木板，将瓷砖沿木板从地面匀速拉上窗台。如图所示，已知窗台高3m，木板长5m，瓷砖重500N，沿斜面所用拉力400N，则斜面的机械效率是 ，拉力做的额外功为 J。 【答案】75%；500。 【解析】[1]此过程所做有用功 所做总功 斜面的机械效率 [2]此过程所做额外功。 【变式2-2】如图所示，一根质地均匀的细木棒OC，OA=（1/4）OC，B为OC的中点。在C端用始终竖直向上的50N的拉力将挂在A点的重为180N的物体匀速提升0.1m。提升该物体做的有用功是 J,总功是 J,木棒的机械效率为 (不计摩擦)。 【答案】18；20；90%。 【解析】提升该物体做的有用功 由题意可知, OA=（1/4）OC，由比例关系可知，拉力端(C端)上升的高度s=4h=4×0.1m=0.4m, 提升该物体做的总功 木棒的机械效率。 答案为：18；20；90%。 问题三：测量滑轮组机械效率 1．影响滑轮组机械效率的因素滑轮组是人们经常使用的简单机械，用同一滑轮组提升物体G升高h时，滑轮组对物体做的功为有用功，而人对滑轮组的拉力F做的功为总功，F移动的距离s=nh(n为与动滑轮相连绳子的段数)，则滑轮组的机械效率； 若不计摩擦力，而动滑轮的重为G’，那么提升动滑轮做的功就是额外功，则滑轮组的机械效率还可表示为。讨论这个表达式可知，对于同一滑轮组(G’一定)，提升重物越重，滑轮组的机械效率越高；而提升相同重物时，动滑轮越少、越轻的滑轮组，机械效率越高。 2．提高滑轮组机械效率的方法 (1)减小额外功在总功中占的比例。可采取改进机械结构、减小摩擦阻力等方法。如可使滑轮组在满载情况下工作，以增大有用功在总功中的比例，在滑轮的转轴中加润滑油，以减小摩擦阻力，或减小滑轮组中动滑轮的自重等，即在有用功一定的情况下，减小额外功，提高效率。 (2)增大有用功在总功中所占的比例，在额外功不变的情况下，增大有用功的大小。 (3)换用最简单的机械。 【典例3】（2023九上·江城期末）某小组在“测滑轮组机械效率的实验”中得到的数据如表所示，实验装置如图所示。 实验次数 钩码重量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 4 0.1 2.7 0.2 74% 2 4 0.1 1.8 0.3 74% 3 8 0.1 3.1 0.3 865 4 8 0.1 2.5 （1）实验中应沿竖直方向　 　拉动弹簧测力计； （2）小红同学发现实验过程中边拉边读数，弹簧测力计示数不稳定，应该静止读数，你认为他的想法　 　(选填“正确”或“不正确”)，因为她没有考虑到　 　对滑轮组机械效率的影响； （3）用丁图装置进行实验，得出表中第4次实验数据，第4组实验机械效率是　 　。 （4）通过比较　 　两次实验数据得出结论：使用同一滑轮组提升同一重物时，滑轮组的机械效率与绳子段数无关(填实验次数的序号)； （5）通过比较　 　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(填实验次数的序号)。 【答案】（1）匀速；（2）不正确；摩擦；（3）80%；（4）1和2；（5）2和3。 【解析】（1）实验中应沿竖直方向匀速拉动弹簧测力计，此时滑轮组处于平衡状态，拉力大小等于测力计示数； （2）若静止读数，他的想法不正确，因为他没有考虑到机械之间的摩擦力，拉力偏小； （3）丁图中绳子的段数为4段，所以绳端移动的距离为s＝4h＝4×0.1m＝0.4m； 第4次实验中滑轮组的机械效率是：； （4）要探究滑轮组的机械效率与绳子段数的关系，需要控制物体的重力相同，动滑轮的重力相同，改变绕法，实验1、2符合题意； （5）要探究滑轮组的机械效率与物体重力的关系，需要控制动滑轮的重力相同、绕法相同，改变物体的重力，实验2、3符合题意。 【变式3-1】（2022九上·姜堰期中）某学习小组用几个相同的滑轮来探究定滑轮、动滑轮和滑轮组的机械效率，实验装置如图所示。他们将测得的钩码重G、拉力F、钩码上升的高度h、测力计移动的距离s，并将计算出的有用功W有用功、总功W总和机械效率η数据一并记入表中： 次序 G/N F/N h/m s/m W有用/J W总/J η 1 2 2.1 0.1 0.1 0.2 0.21 95.2% 2 2 1.2 0.1 0.2 0.2 0.24 83.3% 3 2 0.9 0.1 0.3 0.2 0.27 ★ （1）在实验操作中，应沿竖直方向　 　拉动弹簧测力计； （2）比较实验1、2，第2次的机械效率较低，主要原因是需要克服　 　多做额外功； （3）表格中数据★＝　 　，比较实验2、3，这两次实验机械效率不同的主要原因是　 　不同；（选填“与动滑轮相连绳子的股数”或“摩擦”） （4）在实验2的装置下再加挂一只相同的钩码，装置的机械效率将　 　；（选填“变大”、“变小”或“不变”） （5）在实验3中，若弹簧测力计沿竖直方向加速向上拉，其他条件不变，滑轮组的机械效率将　 　。（选填“变大”、“变小”或“不变”） 【答案】（1）缓慢匀速；（2）动滑轮重力；（3）74.1%；摩擦；（4）变大；（5）变小。 【解析】（1）实验时，用手沿竖直方向拉动弹簧测力计，使其缓慢匀速上升，系统处于平衡状态，拉力大小等于测力计示数。 （2）比较实验1、2，提升物体的重力和提升的高度相同，做的有用功相同，但第2次实验要克服动滑轮重力做更多的额外功，故第2次的机械效率较低。 （3）表格中数据，最后一次的机械效率 由图可知，第2、3两次实验相比较，滑轮组的绕绳方法不同，使得其摩擦力的大小不同，这是造成其机械效率不同的主要因素。 （4）在实验2的装置下再加挂一只相同的钩码，额外功不变，有用功增大，装置的机械效率将变大。 （5）弹簧测力计沿竖直方向加速向上拉，其他条件不变，拉力偏大，从而使得总功变大， 根据 在有用功不变的情况下，总功增大，所以机械效率变小。 【变式3-2】（2022九上·苏州期中）物理实验小组在“测滑轮组机械效率”的实验中得到的数据如表所示，装置如图所示。 实验次数 l 2 3 钩码重G/N 4 4 6 钩码上升高度h/m 0.1 0.1 0.1 绳端拉力F/N 1.8 1.6 2.4 绳端移动距离s/m 0.3 0.4 　 机械效率η 74.1% 62.5% 　 （1）实验中，沿竖直方向匀速拉动弹簧测力计，使物体缓缓上升，在测量绳端所受的拉力时，弹簧测力计应　 　；（保持静止/匀速上升） （2）小组同学做第3次实验时，滑轮组的机械效率η＝　 　；通过比较第1、3次两次实验数据，请对提高滑轮组的机械效率提出一条针对性建议：　 　； （3）如果采用第3次装置，改变动滑轮重，提升同一物体进行多次实验，获得数据并绘制出如图甲的图像，分析可知：被提升物体所受的重力相同时，动滑轮越轻，机械效率　 　（越高/不变/越低）；分析图像中的A点可知，被提升物体所受的重力为　 　N；（忽略绳重和摩擦） （4）若第2次实验中克服摩擦做的额外功为0.04J，则动滑轮总重为　 　N。（不计绳重） 【答案】（1）匀速上升；（2）83.3%；增加物重；（3）越高；3；（4）2。 【解析】（1）在测量绳端受到的拉力时，为了使装置处于平衡状态，方便读弹簧测力计的拉力，应使弹簧测力计匀速上升。 （2）在第3次实验中，由图可知，绳子的股数n＝3，则绳端移动的距离s＝nh＝3×0.1m＝0.3m 提升物体做的有用功W有用＝Gh＝6N×0.1m＝0.6J 提升物体做的总功W总＝Fs＝2.4N×0.3m＝0.72J 所以滑轮组的机械效率 比较第1、3次实验，由η1＜η3 得G1＜G3 可知提起的物体越重，效率越高，所以，应增加物重。 （3）由图甲分析可知，提升物体所受的重力相同时，动滑轮越轻，机械效率越高；A点对应的动滑轮重G动＝1N，η＝75%，根据效率公式 则 （4）在不计绳重的情况下，额外功指提升动滑轮所做的功和克服摩擦所做的功。在第2次实验中，做的总功W总＝F2s2＝1.6N×0.4m＝0.64J 有用功W有用＝G2h2＝4N×0.1m＝0.4J 则额外功W额＝W总﹣W有用＝0.64J﹣0.4J＝0.24J 已知克服摩擦所做的额外功Wf＝0.04J 所以克服动滑轮重所做的额外功W动＝W额﹣Wf＝0.24J﹣0.04J＝0.2J 因为动滑轮上升的高度和物体上升的高度相等 。 【基础强化】 1．（11-12九年级上·江苏南通·单元测试）关于功率和机械效率的说法中，正确的是（ ）。 A．功率大的机械，做功一定多 B．做功多的机械，机械效率不一定高 C．机械效率高的机械，功率一定大 D．做功快的机械，功率一定大 【答案】BD。 【解析】A．做功多少与功率大小和做功时间有关，功率较大的机械，若做功时间较少，做功不一定多，故A错误； B．机械效率是有用功与总功之比，做功多的机械，如果额外功较大，有用功较小，有用功与总功的比值较小，则机械效率不一定高，故B正确； C．机械效率与功率是表示不同物理意义的物理量，二者无必然联系，故C错误； D．功率是表示物体做功快慢的物理量，所以做功快的机械，功率一定大，故D正确。 故选BD。 2．（18-19九年级上·江苏南京·阶段练习）一人用动滑轮提起一个重物，拉力是，在内将重物匀速提升，此滑轮的机械效率是，下列说法正确的是（ ）（不计绳重和摩擦）。 A．物体重215N B．动滑轮重50N C．拉力的功率是50W D．拉力的功是750J 【答案】BC。 【解析】s＝2h＝2×2m＝4m，拉力做功：W总＝Fs＝125N×4m＝500J，故D错误； 拉力做功功率：P＝＝50W；故C正确；∵η＝， ∴W有用＝W总×η＝500J×80%＝400J，∵W有用＝Gh， ∴提升的物体重：G＝＝200N，故A错误； ∵W总＝W有+W额，∴W额＝W总-W有用＝500J-400J＝100J， 又∵不计绳重和摩擦，W额＝G轮h， ∴动滑轮重：G轮＝＝50N，故B正确．故选BC。 3．（18-19九年级上·江苏南京·阶段练习）分别用如图所示的（甲）、（乙）两个滑轮组，在内将重为的物体匀速提升，每个滑轮的重力均为，不计绳重及摩擦，下列有关说法正确的是（ ）。 A．F甲做的功大于F乙做的功 B．甲滑轮组的效率等于乙滑轮组的效率 C． F甲<F乙 D． F甲做功的功率等于F乙做功的功率 【答案】BD。 【解析】A. 不计绳重及摩擦，滑轮组所做的总功等于克服物体重力和动滑轮重力所做的功，根据W＝Gh可知，两滑轮组提升重物和动滑轮中、提升的高度相同时，两拉力所做的总功相等，故A错误； B. 有用功为克服动滑轮重力所做的功，根据W＝Gh可知，两滑轮组所做的有用功相等，又两滑轮组所做的总功相等，有用功和总功的比值，即甲滑轮组的效率等于乙滑轮组的效率，故B正确； C. 由图可知,n甲＝2,n乙＝3,根据F＝ (G+G动)可知，甲滑轮组的拉力大于乙滑轮组的拉力，故C错误； D. 两滑轮组拉力做的功相等,做功时间相等,根据P＝可知，两滑轮组拉力做功的功率相等，故D正确．故选BD。 4．（2024·江苏泰州·二模）如图所示为《墨经》中记载的古代提升重物的工具——“车梯”，“车梯”工作时相当于滑轮组，①结构质量为10kg，假设利用此“车梯”匀速提升重为1000N的物体上升3m，下列说法正确的是（     ）。 A．图中①所指的部件相当于滑轮组中的动滑轮 B．提升物体时绳子的拉力为250N C．增加被提升物体的质量，“车梯”的机械效率不变 D．提升物体过程中绳端移动的距离为15m 【答案】A。 【解析】A．由题意及滑轮组知识可得，图中①所指的部件相当于滑轮组中的动滑轮，故A正确； B．由题意可得，“动滑轮”上有4股绳，则绳子的拉力为 所以绳子的拉力应该大于250N，故B错误； C．增大物重，在动滑轮、摩擦不变的情况下（即额外功不变的情况下），有用功在总功中所占比例增大，所以机械效率增大，故C错误； D．“动滑轮”上有4股绳，物体上升3m，则绳子端移动的距离为4×3m=12m 故D错误。故选A。 5．（2024·江苏泰州·二模）用滑轮组提升物体（如图），2s内物体匀速升高10cm时，绳子自由端被拉下20cm，此过程中人对绳子的拉力为30N，绳子对物体的拉力为48N，则（ ）。 A．物体上升的速度是0.1m/s B．滑轮组是由一定一动两个滑轮绕成的 C．拉力做功的功率是1.5W D．滑轮组的机械效率为62.5% 【答案】B。 【解析】A．物体上升的速度 故A错误； B．滑轮组的动滑轮绕绳子的段数 所以滑轮组是由一定一动两个滑轮绕成的，故B正确； C．拉力做的功W总=Fs=30N×0.2m=6J 拉力做功的功率 故C错误； D．有用功W有=F绳h=48N×0.1m=4.8J 滑轮组的机械效率为 故D错误。故选B。 6．（2024·江苏盐城·二模）用如图所示的滑轮组匀速提升200N的重物G，竖直向上的拉力F为100N，重物被提升1m，不计绳重和滑轮的摩擦，下列说法正确的是（ ）。 A．绳子末端移动的距离是2m B．动滑轮的重力为100N C．拉力做的总功是200J D．该滑轮组的机械效率为100% 【答案】B。 【解析】A．由图可知，滑轮组的动滑轮绕3段绳，绳子末端移动的距离s=3h=3×1m=3m 故A错误； B．不计绳重和滑轮的摩擦，动滑轮重力G动=3F-G=3×100N-200N=100N 故B正确； C．拉力做的总功W总=Fs=100N×3m=300J，故C错误； D．拉力做的有用功W有=Gh=200N×1m=200J 该滑轮组的机械效率为 故D错误。故选B。 7．（2024·江苏宿迁·一模）小明利用如图所示的动滑轮提升重为60N的物体A，不计绳重和摩擦，机械效率为75%，则物体A的质量为 kg，动滑轮重为 N，拉力F为 N（）。 【答案】6；40；160。 【解析】[1]由G=mg可得，物体A的质量 [2][3]不计绳重和摩擦，由 可得，拉力的大小 由F=2G+G动可得，动滑轮的重力G动​=F−2G=160N−2×60N=40N。 8．（2024·江苏连云港·二模）如图所示，小明用动滑轮在10s内将重400N的物体匀速提高了5m，若这一过程中动滑轮的机械效率是80%，则小明的拉力为 N，小明做的额外功为 J，小明做功的功率为 W，若该装置提升500N的重物，此时滑轮组的机械效率将 （选填“变大”“变小”或“不变”）。 【答案】250；500；250；变大。 【解析】[1]将重400N的物体匀速提高了5m，小明做的有用功 W有用=Gh=400N×5m=2000J动滑轮的机械效率是80%，则总功 动滑轮上的绳子段数n=2，拉力端移动的距离s=nh=2×5m=10m 由W总=Fs得拉力 [2]额外功W额=W总-W有用=2500J-2000J=500J [3]小明做功的功率 [4]用该装置提升500N的重物，此时滑轮组的机械效率物重增加， 由 可知，有用功增加，额外功不变，机械效率变大。 9．（2024·江苏徐州·二模）如图所示，将重为10N的物体沿斜面向上从底端匀速拉到顶端。若斜面长L为1m，斜面高h为0.3m，拉力F为4N，拉力的功率为2W，则此过程中，克服重力做功 J，斜面的机械效率是 %，物体从斜面底端运动到斜面顶端所用的时间是 s。 【答案】3；75；2。 【解析】[1]拉动物体所做的有用功，即克服重力做功为 [2]总功为 斜面的机械效率是 [3]根据可得，物体从斜面底端运动到斜面顶端所用的时间是。 【素养提升】 10．（2024·江苏泰州·二模）用滑轮组进行“一瓶水提升一个人”活动，如图所示，水瓶匀速直线下降10m，使人匀速升高0.5m，水瓶对绳a的拉力为F1=30N，绳b对人的拉力为F2=480N。此过程（ ）。 A．有用功为300J B．F1做功与F2做功一样快 C．F1做的功小于F2做的功 D．滑轮组的机械效率为80% 【答案】D。 【解析】A．F2做的功为有用功，大小为 故A不符合题意； BC．F1做的功为总功，大小为 所用时间相同，F1做功与F2做功快慢不同，故BC不符合题意； D．滑轮组的机械效率为 故D符合题意。故选D。 11．（2024·江苏常州·二模）如图所示，在拉力卫的作用下，滑轮组将重为300N的货物匀速提升，在20s内货物竖直上升了2m，该过程中滑轮组的机械效率为80%。下列说法正确的是（ ）。 A．A滑轮的作用是改变拉力的方向 B．人拉绳子的速度为0.3m/s C．拉力F做的功为750J D．此滑轮组提升的货物越轻，机械效率越大 【答案】C。 【解析】A．图中滑轮A为动滑轮，其作用是省力，故A错误； B．由图可知，n=2，人拉绳子的速度为故B错误； C．拉力做的有用功为W有=Gh=300N×2m=600J 根据可知，拉力F做的功为 故C正确； D．滑轮组提升的货物越轻，拉力做的有用功变小，而额外功几乎不变，有用功在总功中所占的比例变小，滑轮组的械效率越小，故D错误。 故选C。 12．（2024·江苏无锡·一模）探究斜面的机械效率与斜面的倾斜程度的关系，如表所示，实验数据记录表。下列说法中，错误的一项是（    ）。 实验次数 斜面倾斜程度 木块重力G/N 斜面高度h/m 拉力F/N 斜面长度S/m 机械效率η% 1 较滑 3 0.2 1.6 1 37.5 2 较陡 3 0.4 2 1 60 A．使用斜面运送货物时可以省力 B．使用斜面运送货物要费距离 C．当斜面的拉力一定时，斜面倾斜程度越陡，斜面的机械效率越高 D．斜面不可以省功 【答案】C。 【解析】ABD．由表格数据知：拉力总小于重力，但总功总是大于有用功。即使用斜面可以省力，费距离，但不能省功，故ABD正确，不符合题意； C．从表格中的数据分析。物体重力一定，两次实验拉力F逐渐渐增大，机械效率逐渐增高，斜面越省力，机械效率越低。而不是拉力一定的情况下，故C错误，符合题意。 故选 C。 13．（2024·江苏·一模）如图甲所示的装置，空吊篮A的重力为15N，绳子B（与A相连）和C能承受的最大拉力分别为100N和50N。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t变化关系如图乙所示，A上升的速度v随时间t变化关系如图丙所示。忽略绳重及摩擦。则动滑轮的重力为 N；第2s内拉力F的功率为 W；为了提升不同重物，此装置的机械效率η最大为 %。 【答案】5；40；80。 【解析】[1]由图丙可知，在1~2s内A被匀速提升，由图乙可知，拉力F=10N，由图甲可知，n=2，忽略绳重及摩擦，则拉力为，则动滑轮重力为 [2]由图丙可知，第2s内A上升的速度vA=2m/s，拉力端移动速度为 第2s内拉力F的功率为 [3]忽略绳重及摩擦，C处绳子拉力 则当C处最大拉力为50N时，B处拉力为 小于绳子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52.5N，大于绳子C能承受的最大拉力50N；所以要以C处最大拉力为准，此时B处的拉力为95N，此装置最多能匀速运载货物的重力为 装置的最大机械效率为。 【能力培优】 14．（23-24九年级上·江苏宿迁·阶段练习）如图所示，用滑轮组匀速提升物体到一定高度，已知该物体的重力是100N，拉力F为60N，物体被向上提升的高度是5m。若不计绳重和摩擦，求： （1）绳头移动的距离； （2）拉力所做的有用功； （3）拉力所做的总功； （4）该滑轮组的机械效率。 【答案】（1）；（2）；（3）；（4）。 【解析】（1）由图可知，由两段绳子吊着动滑轮，绳头移动的距离为 （2）拉力所做的有用功为 （3）拉力所做的总功为 （4）该滑轮组的机械效率为。 答：（1）绳头移动的距离为；（2）拉力所做的有用功为；（3）拉力所做的总功为；（4）该滑轮组的机械效率为。 15．（2022八下·潮南期末）桥建筑工地上赢立的塔吊，是用电动机来带动滑轮组提升重物的设备。如何提高滑轮组机械效率，节约电能呢？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，实验数据记录如下表所示： 实验次数 钩码重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，　 　； （4）通过比较 　 　两次实验数据可得出：同一滑轮组提升的物体越重，滑轮组机械效率越高（填实验次数的序号）； （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，　 　机械效率越小； （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】（1）匀速；（2）丙；（3）滑轮组的机械效率与重物上升高度无关；（4）1、3；（5）动滑轮越重；（6）A；B；C。 【解析】（1）为了准确测出滑轮组的机械效率，应使弹簧测力计沿竖直方向做匀速直线运动。 （2）在第四次实验中，s=0.5m，h=0.1m，由s=nh可得n=5，即承担物重的绳子股数n=5，所以第4次实验是用丙图所示装置来完成的。 （3）通过比较实验1、2数据可得出：使用同一滑轮组提升相同重物，物体上升的高度不同，滑轮组的机械效率相同，所以滑轮组的机械效率与重物上升高度无关。 （4）1、3两次实验，s=0.3m，h=0.1m，由s=nh可得n=3，使用同样的滑轮组，即使用的甲、乙两图，通过得出的实验数据可知提升的物体重力越大，滑轮组的机械效率越高，得出结论：同一滑轮组提升的物体越重，滑轮组机械效率越高。 （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，动滑轮的重力不同，机械效率不同，动滑轮越重机械效率越小。 （6） A．减轻动滑轮重力，在提升相同重物、提升相同高度时，减小额外功，而有用功不变，总功减小，有用功与总功的比值增大，提高了滑轮组的机械效率；A符合题意； B．由实验得出的结论可知，增大提升的物体重力，可以提高滑轮组的机械效率，B符合题意； C．机械加润滑油，在提升相同重物、提升相同高度时，减小额外功，而有用功不变，总功减小，有用功与总功的比值增大，提高了滑轮组的机械效率；C符合题意； D．滑轮组的机械效率可见滑轮组的机械效率与提升物体的高度无关，所以，增加重物上升高度，不能提高滑轮组的机械效率；D不符合题意。 故答案为：ABC。 ( 12 )原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第十一章 简单机械和功（原卷版） 课时11.5 机械效率 2022年课程标准 物理素养 3.2.3 知道机械效率。了解提高机械效率的途径和意义。 3.2.4 了解人类使用机械的历程，了解机械的使用对社会发展的作用。 物理观念：正确认识总功、有用功、额外功的含义。 科学思维：理解机械效率的概念。能用公式η = （W有用/W总）×100%进行简单计算。 科学态度与责任：能说出机械效率的物理意义，知道产生机械效率的原因，会改造简单机械，提高机械效率。 知识点一、有用功、额外功和总功 1.探究：使用动滑轮是否省功 【实验过程与记录】 (1)如图甲所示，用弹簧测力计将重力已知的钩码缓慢地提升一定的高度，测出手移动的距离，钩码上升的高度，读出弹簧测力计的读数，并将数据填入表格。 (2)如图乙所示，用弹簧测力计和一个动滑轮将同样的钩码缓慢地提升相同的高度，将相应数据填入表格。 实验序号 手的拉力F/N 手移动的距离s/m 钩码的重力G/N 钩码上升的高度h/m 1 2 0.1 2 0,1 2 1.1 0.2 2 0.1 (3)计算两次实验中拉力所做的功 【实验结论】 实验结果表明，虽然在两次实验中钩码被提升相同的高度，但第二次拉力做的功要多一些。 这说明，尽管使用动滑轮会省力，但由于滑轮本身所受的重力以及摩擦等因素的影响，使用动滑轮我们要多做功。 2.有用功、额外功和总功 (1)有用功：在上面的实验中，无论是否使用滑轮，钩码都被提升了，这部分功是必须要做的，叫做有用功，用W有表示。若重物的重力为G，提升的高度为h，则W有=Gh。 (2)额外功：若用滑轮组提升钩码，我们还不得不克服动滑轮本身所受的重力以及摩擦力等因素而多做一些功，这部分功叫做额外功，用表示W额。额外功是对人们没有用但不得不做的功。 (3)总功：有用功与额外功之和是总共做的功，叫做总功，用W总表示。总功、有用功和额外功之间的关系为W总=W有+W额。 (4)总功、有用功、额外功的单位都是焦(J)。 特别提醒：从人与机械的角度理解总功和有用功 人借助机械对物体做功时，一般情况下人对机械做的功为总功，而机械对物体做的功为有用功.由此，有用功也可以理解为不使用机械而直接对物体所做的功。 方法技巧：区分有用功和额外功的方法 判断有用功、额外功要看做功的过程中，我们想要达到的目的是什么，实现这一目的所做的功就是有用功，目的之外的功就是额外功。例如，用桶打水，提水是我们的目的，提水做的功是有用功，提桶做的功就是额外功；从水里捞桶，捞起桶是我们的目的，提起桶做的功就是有用功，而对桶中的水所做的功就是额外功。 3.三种简单机械的有用功、额外功和总功 种类 杠杆 滑轮组 斜面 图示 有用功 W有=Gh W有=Gh W有=Gh 额外功 若不计摩擦：W额=G杆·h杆 若不计绳重及摩擦：W额=G动h W额=fl 总功 W总=Fs W总=Fs W总=Fl 三者关系 W总=W有+W额 【典例1】如图甲所示，用水平拉力F1=20N拉着重为500N的物体在水平路面上匀速移动1m的距离， 如图乙所示，用水平拉力F2=12.5N拉着同一物体在同一路面上也匀速移动1m的距离，求图乙中使用动滑轮时的： （1）有用功； （2）总功； （3）机械效率。 知识点二、机械效率 1.使用机械时额外功不可避免 使用机械做功时，额外功是不可避免的。由于额外功是我们不需要的，它白白浪费能量，因此使用不同机械来对物体做功时，人们总是希望额外功越少越好，或者说有用功在总功中所占的比例越大越好。有用功占总功的比例反映了机械的一项性能，在物理学中用机械效率来表示这一性能。 2.机械效率 定义 物理学中，将有用功跟总功的比值叫做机械效率，用η表示 公式 （机械效率是一个比值，它没有单位，通常用百分数表示） 物理意义 机械效率越高，做的有用功占总功的比例就越大 可变性 机械效率不是固定不变的，机械效率反映的是机械在一次做功过程中有用功跟总功的比值，同一机械在不同的做功过程中，有用功不同，机械效率也会不同 特点 因为使用机械时，不可避免地要做额外功，故任何机械的机械效率都小于1,只有在理想情况下机械效率才为1 注意 机械效率的高低与是否省力、滑轮组绳子的绕法、物体被提升的高度及速度等无关 培优拓展：“不省功”的两层含义 我们常说使用任何机械都“不省功”，这里“不省功”有两层含义：一是对于理想机械，没有额外功时，使用机械所做的功跟不用机械所做的功相等；二是对于非理想机械，因为要克服机械自重和摩擦等做额外功，所以需要做的功一定大于不用机械直接做的功。 3.功、功率和机械效率的比较 物理量 意义 定义 符号 公式 单位 说明 功 做功，即能量的转化 力与物体在力的方向上移动距离的乘积 W W=Fs J (1)功率大小由功和时间共同决定，单独强调任何一方面都是错误的。 (2)功率和机械效率是两个不同的物理量，它们之间没有直接关系 功率 表示物体做功的快慢 功与做功时间之比 P W 机械效率 反映机械做功性能的好坏 有用功与总功之比 η 无 4.机械效率的计算：机械效率的表达式为，三种简单机械的机械效率总结如下： 装置图 计算公式 杠杆 滑轮组 竖直提升物体 （1）已知拉力、物重及绳子段数时：； （2）不计绳重及摩擦时： 水平匀速拉动物体 斜面 （1）；（2） 【典例2】（2024·江苏扬州·一模）小明学习了滑轮知识后，设计了如图的升降装置．在爸爸的帮助下，通过它把一个重100N的物体从地面提升到6m高的阳台上，拉力F为60N，用时10s，下列选项正确的是（ ）。 A．拉力做功为600J B．拉力做功的功率72W C．机械效率为60% D．用升降装置可以省功 知识点三、测量滑轮组的机械效率 1.测量滑轮组的机械效率 【实验原理】 【实验设计】 (1)组装一个滑轮组，使用该滑轮组分别提起重力不同的物体，比较每次的机械效率； (2)换用较重的动滑轮，组装和(1)相同的滑轮组，使用该滑轮组分别提起和(1)相同的重物，比较和(1)提起相同重物时的机械效率。 【实验器材】刻度尺、钩码、弹簧测力计、滑轮、长约2m的细绳、铁架台等。 【实验过程】 (1)用弹簧测力计测出钩码所受的重力G并填入表格； (2)按照图甲组装滑轮组，分别记下钩码和绳端的位置； (3)如图乙所示，匀速缓慢拉动弹簧测力计，使钩码升高，从弹簧测力计上读出拉力F的值，用刻度尺测出钩码上升的高度h和绳端移动的距离s，将这三个量填入表格中； (4)利用公式计算出有用功W有、总功W总、机械效率η并填入表格中； (5)改变钩码的数量，重复上面的实验（多次实验，消除偶然因素）； (6)换用较重的动滑轮组成滑轮组，重复(2)~(5)步，将实验数据记入表格。 【实验数据】 实验 次数 钩码所受的重力G/N 提升高度h/m 有用功W有/J 拉力F/N 绳端移动的距离s/m 总功总J 机械效率η 1 1.5 0.2 0.3 0.7 0.6 0.42 71% 2 3 0.2 0.6 1.2 0.6 0.72 83% 3 4.5 0.2 0.9 1.7 0.6 1.02 88% 4 1.5 0.2 0.3 0.9 0.6 0.54 56% 5 3 0.2 0.6 1.4 0.6 0.84 71% 6 4.5 0.2 0.9 1.9 0.6 1.14 79% 【数据分析】 (1)由1、2、3三次实验可知，使用同一滑轮组，当提升重为1.5N的钩码时，它的机械效率是71%；当提升重为3N的钩码时，它的机械效率是83%；当提升重为4.5N的钩码时，它的机械效率是88%； 可见，同一机械在不同做功过程中使用，其机械效率不同.同一滑轮组，提升的物体越重，其机械效率越高。 (2)由1、4(2、5或3、6)两次实验可知，使用两个动滑轮重量不同的滑轮组提升相同的钩码升高相同高度，做的有用功相同，动滑轮较重的所做的额外功多，机械效率低。 【数据结论】 (1)使用同一滑轮组提升重力不同的物体时，机械效率不同，被提升的物体越重，机械效率越高； (2)使用不同的滑轮组提升同一物体时，升高相同的高度，动滑轮较重的(或动滑轮多的)滑轮组的机械效率较低。 方法技巧： 技巧1：测量绳子自由端移动距离s和重物上升高度h的小技巧 ①测量绳子自由端移动的距离时，可在绳子某处做一带色标记，记下绳子上的标记所对应刻度尺上的刻度线位置，绳子移动后记下标记所对应刻度尺上的刻度线位置，两次所记刻度线位置间的距离为s； ②测量重物上升的高度h时，可采用与测量s时类似的方法.记下初始时重物底面所对应的刻度尺上的刻度线位置，提升重物后记下重物底面所对应的刻度尺上的刻度线位置，两次所记刻度线位置间的距离为h。 技巧2：无刻度尺求机械效率：对于某一滑轮组来说，s、h与绳子段数n之间存在的关系为s=nh，代入机械效率公式后有可以看出对于某一确定的滑轮组来说，用实验的办法求机械效率时可以不用测s和h，只需测出拉力F和物重G也可计算出机械效率。 【典例3】某实验小组在测滑轮组机械效率的实验中得到的数据如表所示，实验装置如图所示： 实验次数 1 2 3 钩码重G/N 4 4 6 钩码上升高度h/m 0.1 0.1 0.1 绳端拉力F/N 1.8 1.4 2.4 绳端移动距离s/m 0.3 0.4 0.3 机械效率 74% 83% （1）第2次实验中测得的机械效率为__________； （2）通过表中数据可分析出第2次实验是用__________（填“甲”、“乙”）图做的实验； （3）比较1和2两次的实验数据，可以看出滑轮组的机械效率与__________有关； （4）若将甲图中的滑轮组换一种绕绳方法，请在图丙中画出绳子的绕法__________；通过实验可知，滑轮组的机械效率与绳子的绕法__________（选填“有关”、“无关”）。 2.影响滑轮组机械效率的主要因素与改进措施 影响因素 分析 改进措施（提高效率） 被提升物体的重力 同一滑轮组，被提升物体的重力越大，做的有用功越多，机械效率越大 在机械承受的范围内，尽可能增加被提升物体的重力 动滑轮的自重 有用功不变时，减小提升动滑轮时做的额外功，可提高机械效率 改进滑轮结构，减轻滑轮自重 滑轮组自身部件的摩擦 机械自身部件的摩擦力越大，机械效率越低 对机械进行保养，保持良好的润滑，减小摩擦 培优拓展：探究斜面的机械效率与斜面倾斜程度的关系 【实验器材】斜面、小车、弹簧测力计、刻度尺、细线 【实验原理】 【实验方法】控制变量法 【实验步骤】 ①如图所示，将一长木板用一木块垫起，使其倾斜程度较小； ②用弹簧测力计测出小车的重力G； ③用弹簧测力计匀速拉动小车，使小车沿斜面匀速向上运动，并读出弹簧测力计的示数F； ④用刻度尺测出小车上升的高度h和小车沿斜面移动的距离l； ⑤根据公式计算出此次的机械效率； ⑥多次改变斜面的倾斜程度，重复测量； ⑦比较每次测量的机械效率。 【实验结论】在斜面粗糙程度相同时，斜面的机械效率与斜面的倾斜程度有关，斜面越陡，机械效率就越高。 特别提醒：提高斜面和杠杆机械效率的方法 1.对斜面来说： (1)当斜面的倾斜程度一定时，斜面越光滑，效率越高； (2)当斜面光滑程度相同时，倾斜程度越大，机械效率越高。 2.对杠杆来说： (1)杠杆自身重力越小，其机械效率越高； (2)减小杠杆转动时的摩擦也能提高其机械效率。 【典例4】如图所示，小明利用两个倾角不同的斜面进行实验，将同一木块分别从两斜面底端匀速拉至斜面顶端，下列说法正确的是（ ）。 A. 若斜面粗糙程度相同，拉力所做的额外功W甲额=W乙额 B. 若斜面粗糙程度相同，拉力所做的额外功W甲额＜W乙额 C. 若甲、乙斜面光滑，则拉力F甲＜F乙 D. 若甲、乙斜面光滑，则拉力所做的总功W甲总＜W乙总 问题一：机械效率概念 1.有用功、额外功和总功：根据目的判断有用功认真分析题意，知道使用机械的目的，实现这一目的做的功即为有用功.例如，本题中用滑轮组的目的是提升沙子，克服沙子的重力做的功就是有用功，即W=Gh。 2.功率和机械效率：功率和机械效率都是机械本身性能的重要参数，但它们是完全不同的物理量，表示机械完全不同的两个方面。功率表示做功快慢，机械效率表示有用功占总功的比值。 3.机械效率的比较：当不计绳重和摩擦时，机械效率，即同一滑轮组，其机械效率η与G物和G动有关，G动一定时,G物越大，η越大；G物一定时，G动越大，η越小。 【典例1】（22-23九年级上·江苏盐城·期中）用如图所示的甲、乙两种方式匀速提升重为100N的物体，已知滑轮重为20N，绳重和摩擦力不计，若手的拉力分别为F甲、F乙，两装置的机械效率为η甲、η乙，则（ ）。 A．F甲＞F乙 B．F甲＜F乙 C．η甲＞η乙 D．η甲＜η乙 【变式1-1】（2024·江苏盐城·一模）两个完全相同的滑轮，分别以图示两种方式，以拉力F1、F2分别将重为G的物体竖直提升相同高度，不计绳重和摩擦，甲、乙的机械效率为η1、η2，下列判断正确的是（ ）。 A．F1＝F2 B．F1＝2F2 C．η1＞η2 D．η1=η2 【变式1-2】（2024·四川广安·二模）如图1所示，用甲、乙两个滑轮组分别将物体M、N匀速提升1m，所做有用功相同，拉力分别为，此过程相关数据如图2所示。已知将物体M、N匀速提升1m所用时间相等，下列有关此过程的说法中，正确的是（ ）。 A．提升物体时两拉力的功率大小关系为 B．甲、乙两个滑轮组中，绳子自由端移动的距离之比为2∶3 C．物体M、N的重力大小关系为 D．乙滑轮组的机械效率为40% 问题二：机械效率的计算 1.滑轮组的机械效率:计算滑轮组机械效率的方法有三种： （1）分别求出W有、W总，运用公式计算； （2）已知绕绳方式，运用（或）计算； （3）对不计绳重及摩擦的竖直方向的滑轮组，运用公式直接计算。 2.杠杆的机械效率:杠杆机械效率的计算对于杠杆，不计摩擦时，有W总=W有+W额=Gh+G杆h杆，其中，G杆为杆的重力，h杆为杠杆重心移动的距离。故杠杆的机械效率，在实际计算时可根据需要灵活选用简便的公式。 3.斜面的机械效率:斜面机械效率的计算 对于斜面，有W总=W有+W额=Gh+fs，故斜面的机械效率，在实际计算时可根据题中已知条件灵活选用公式。 【典例2】（21-22九年级上·江苏连云港·期末）如图所示，工人利用滑轮组将重600N的物体，在30s的时间内从地面匀速提升到6m高的三楼，已知拉力F的大小为400N，不计绳子重和机械之间的摩擦，则下列说法正确的是（ ）。 A．动滑轮的重力大小为200N B．工人做功的功率为240W C．滑轮组的机械效率为75% D．提升的物体变为800N时，滑轮组的机械效率将变小 【变式2-1】（23-24九年级上·江苏宿迁·阶段练习）某同学家新房装修时，在地面与窗台间放置一斜木板，将瓷砖沿木板从地面匀速拉上窗台。如图所示，已知窗台高3m，木板长5m，瓷砖重500N，沿斜面所用拉力400N，则斜面的机械效率是 ，拉力做的额外功为 J。 【变式2-2】如图所示，一根质地均匀的细木棒OC，OA=（1/4）OC，B为OC的中点。在C端用始终竖直向上的50N的拉力将挂在A点的重为180N的物体匀速提升0.1m。提升该物体做的有用功是 J,总功是 J,木棒的机械效率为 (不计摩擦)。 问题三：测量滑轮组机械效率 1．影响滑轮组机械效率的因素滑轮组是人们经常使用的简单机械，用同一滑轮组提升物体G升高h时，滑轮组对物体做的功为有用功，而人对滑轮组的拉力F做的功为总功，F移动的距离s=nh(n为与动滑轮相连绳子的段数)，则滑轮组的机械效率； 若不计摩擦力，而动滑轮的重为G’，那么提升动滑轮做的功就是额外功，则滑轮组的机械效率还可表示为。讨论这个表达式可知，对于同一滑轮组(G’一定)，提升重物越重，滑轮组的机械效率越高；而提升相同重物时，动滑轮越少、越轻的滑轮组，机械效率越高。 2．提高滑轮组机械效率的方法 (1)减小额外功在总功中占的比例。可采取改进机械结构、减小摩擦阻力等方法。如可使滑轮组在满载情况下工作，以增大有用功在总功中的比例，在滑轮的转轴中加润滑油，以减小摩擦阻力，或减小滑轮组中动滑轮的自重等，即在有用功一定的情况下，减小额外功，提高效率。 (2)增大有用功在总功中所占的比例，在额外功不变的情况下，增大有用功的大小。 (3)换用最简单的机械。 【典例3】（2023九上·江城期末）某小组在“测滑轮组机械效率的实验”中得到的数据如表所示，实验装置如图所示。 实验次数 钩码重量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 4 0.1 2.7 0.2 74% 2 4 0.1 1.8 0.3 74% 3 8 0.1 3.1 0.3 865 4 8 0.1 2.5 （1）实验中应沿竖直方向　 　拉动弹簧测力计； （2）小红同学发现实验过程中边拉边读数，弹簧测力计示数不稳定，应该静止读数，你认为他的想法　 　(选填“正确”或“不正确”)，因为她没有考虑到　 　对滑轮组机械效率的影响； （3）用丁图装置进行实验，得出表中第4次实验数据，第4组实验机械效率是　 　。 （4）通过比较　 　两次实验数据得出结论：使用同一滑轮组提升同一重物时，滑轮组的机械效率与绳子段数无关(填实验次数的序号)； （5）通过比较　 　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(填实验次数的序号)。 【变式3-1】（2022九上·姜堰期中）某学习小组用几个相同的滑轮来探究定滑轮、动滑轮和滑轮组的机械效率，实验装置如图所示。他们将测得的钩码重G、拉力F、钩码上升的高度h、测力计移动的距离s，并将计算出的有用功W有用功、总功W总和机械效率η数据一并记入表中： 次序 G/N F/N h/m s/m W有用/J W总/J η 1 2 2.1 0.1 0.1 0.2 0.21 95.2% 2 2 1.2 0.1 0.2 0.2 0.24 83.3% 3 2 0.9 0.1 0.3 0.2 0.27 ★ （1）在实验操作中，应沿竖直方向　 　拉动弹簧测力计； （2）比较实验1、2，第2次的机械效率较低，主要原因是需要克服　 　多做额外功； （3）表格中数据★＝　 　，比较实验2、3，这两次实验机械效率不同的主要原因是　 　不同；（选填“与动滑轮相连绳子的股数”或“摩擦”） （4）在实验2的装置下再加挂一只相同的钩码，装置的机械效率将　 　；（选填“变大”、“变小”或“不变”） （5）在实验3中，若弹簧测力计沿竖直方向加速向上拉，其他条件不变，滑轮组的机械效率将　 　。（选填“变大”、“变小”或“不变”） 【变式3-2】（2022九上·苏州期中）物理实验小组在“测滑轮组机械效率”的实验中得到的数据如表所示，装置如图所示。 实验次数 l 2 3 钩码重G/N 4 4 6 钩码上升高度h/m 0.1 0.1 0.1 绳端拉力F/N 1.8 1.6 2.4 绳端移动距离s/m 0.3 0.4 　 机械效率η 74.1% 62.5% 　 （1）实验中，沿竖直方向匀速拉动弹簧测力计，使物体缓缓上升，在测量绳端所受的拉力时，弹簧测力计应　 　；（保持静止/匀速上升） （2）小组同学做第3次实验时，滑轮组的机械效率η＝　 　；通过比较第1、3次两次实验数据，请对提高滑轮组的机械效率提出一条针对性建议：　 　； （3）如果采用第3次装置，改变动滑轮重，提升同一物体进行多次实验，获得数据并绘制出如图甲的图像，分析可知：被提升物体所受的重力相同时，动滑轮越轻，机械效率　 　（越高/不变/越低）；分析图像中的A点可知，被提升物体所受的重力为　 　N；（忽略绳重和摩擦） （4）若第2次实验中克服摩擦做的额外功为0.04J，则动滑轮总重为　 　N。（不计绳重） 【基础强化】 1．（11-12九年级上·江苏南通·单元测试）关于功率和机械效率的说法中，正确的是（ ）。 A．功率大的机械，做功一定多 B．做功多的机械，机械效率不一定高 C．机械效率高的机械，功率一定大 D．做功快的机械，功率一定大 2．（18-19九年级上·江苏南京·阶段练习）一人用动滑轮提起一个重物，拉力是，在内将重物匀速提升，此滑轮的机械效率是，下列说法正确的是（ ）（不计绳重和摩擦）。 A．物体重215N B．动滑轮重50N C．拉力的功率是50W D．拉力的功是750J 3．（18-19九年级上·江苏南京·阶段练习）分别用如图所示的（甲）、（乙）两个滑轮组，在内将重为的物体匀速提升，每个滑轮的重力均为，不计绳重及摩擦，下列有关说法正确的是（ ）。 A．F甲做的功大于F乙做的功 B．甲滑轮组的效率等于乙滑轮组的效率 C． F甲<F乙 D． F甲做功的功率等于F乙做功的功率 4．（2024·江苏泰州·二模）如图所示为《墨经》中记载的古代提升重物的工具——“车梯”，“车梯”工作时相当于滑轮组，①结构质量为10kg，假设利用此“车梯”匀速提升重为1000N的物体上升3m，下列说法正确的是（     ）。 A．图中①所指的部件相当于滑轮组中的动滑轮 B．提升物体时绳子的拉力为250N C．增加被提升物体的质量，“车梯”的机械效率不变 D．提升物体过程中绳端移动的距离为15m 5．（2024·江苏泰州·二模）用滑轮组提升物体（如图），2s内物体匀速升高10cm时，绳子自由端被拉下20cm，此过程中人对绳子的拉力为30N，绳子对物体的拉力为48N，则（ ）。 A．物体上升的速度是0.1m/s B．滑轮组是由一定一动两个滑轮绕成的 C．拉力做功的功率是1.5W D．滑轮组的机械效率为62.5% 6．（2024·江苏盐城·二模）用如图所示的滑轮组匀速提升200N的重物G，竖直向上的拉力F为100N，重物被提升1m，不计绳重和滑轮的摩擦，下列说法正确的是（ ）。 A．绳子末端移动的距离是2m B．动滑轮的重力为100N C．拉力做的总功是200J D．该滑轮组的机械效率为100% 7．（2024·江苏宿迁·一模）小明利用如图所示的动滑轮提升重为60N的物体A，不计绳重和摩擦，机械效率为75%，则物体A的质量为 kg，动滑轮重为 N，拉力F为 N（）。 8．（2024·江苏连云港·二模）如图所示，小明用动滑轮在10s内将重400N的物体匀速提高了5m，若这一过程中动滑轮的机械效率是80%，则小明的拉力为 N，小明做的额外功为 J，小明做功的功率为 W，若该装置提升500N的重物，此时滑轮组的机械效率将 （选填“变大”“变小”或“不变”）。 9．（2024·江苏徐州·二模）如图所示，将重为10N的物体沿斜面向上从底端匀速拉到顶端。若斜面长L为1m，斜面高h为0.3m，拉力F为4N，拉力的功率为2W，则此过程中，克服重力做功 J，斜面的机械效率是 %，物体从斜面底端运动到斜面顶端所用的时间是 s。 【素养提升】 10．（2024·江苏泰州·二模）用滑轮组进行“一瓶水提升一个人”活动，如图所示，水瓶匀速直线下降10m，使人匀速升高0.5m，水瓶对绳a的拉力为F1=30N，绳b对人的拉力为F2=480N。此过程（ ）。 A．有用功为300J B．F1做功与F2做功一样快 C．F1做的功小于F2做的功 D．滑轮组的机械效率为80% 11．（2024·江苏常州·二模）如图所示，在拉力卫的作用下，滑轮组将重为300N的货物匀速提升，在20s内货物竖直上升了2m，该过程中滑轮组的机械效率为80%。下列说法正确的是（ ）。 A．A滑轮的作用是改变拉力的方向 B．人拉绳子的速度为0.3m/s C．拉力F做的功为750J D．此滑轮组提升的货物越轻，机械效率越大 12．（2024·江苏无锡·一模）探究斜面的机械效率与斜面的倾斜程度的关系，如表所示，实验数据记录表。下列说法中，错误的一项是（    ）。 实验次数 斜面倾斜程度 木块重力G/N 斜面高度h/m 拉力F/N 斜面长度S/m 机械效率η% 1 较滑 3 0.2 1.6 1 37.5 2 较陡 3 0.4 2 1 60 A．使用斜面运送货物时可以省力 B．使用斜面运送货物要费距离 C．当斜面的拉力一定时，斜面倾斜程度越陡，斜面的机械效率越高 D．斜面不可以省功 13．（2024·江苏·一模）如图甲所示的装置，空吊篮A的重力为15N，绳子B（与A相连）和C能承受的最大拉力分别为100N和50N。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t变化关系如图乙所示，A上升的速度v随时间t变化关系如图丙所示。忽略绳重及摩擦。则动滑轮的重力为 N；第2s内拉力F的功率为 W；为了提升不同重物，此装置的机械效率η最大为 %。 【能力培优】 14．（23-24九年级上·江苏宿迁·阶段练习）如图所示，用滑轮组匀速提升物体到一定高度，已知该物体的重力是100N，拉力F为60N，物体被向上提升的高度是5m。若不计绳重和摩擦，求： （1）绳头移动的距离； （2）拉力所做的有用功； （3）拉力所做的总功； （4）该滑轮组的机械效率。 15．（2022八下·潮南期末）桥建筑工地上赢立的塔吊，是用电动机来带动滑轮组提升重物的设备。如何提高滑轮组机械效率，节约电能呢？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，实验数据记录如下表所示： 实验次数 钩码重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，　 　； （4）通过比较 　 　两次实验数据可得出：同一滑轮组提升的物体越重，滑轮组机械效率越高（填实验次数的序号）； （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，　 　机械效率越小； （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 ( 12 )原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$