11.5机械效率-2024-2025学年九年级物理上册步步为赢·课课练（苏科版）

苏 科 版 物 理 九 年 级 上 册 第十一章《简单机械和功》 11.5机械效率 夯实基础 知识点一 三种功 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。例如，使物体向上运动的目的是克服重力做功，使物体横向运动的目的是为了克服摩擦力做功。 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。 趁热打铁： 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 例2．如图所示，在斜面上将一个重4N的物体匀速拉到高处，沿斜面向上的拉力为1.5N，斜面长1m，高0.3m。此过程中的有用功为 J，额外功为 J，物体受到的摩擦力为 N。 知识点二 机械效率 1．定义：有用功跟总功的比值叫机械效率。 2．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。 3．对机械效率的理解：用机械完成一次做功时，有用功在总功中所占的比例就是机械效率。 4．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。 5．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。 趁热打铁： 例3．2024年2月，贵州多地突发山火，紧急启动直升飞机取水灭火。直升飞机每次尽可能取更多水其目的是（　　） A．增大有用功 B．减小额外功 C．增大总功 D．增大功率 例4．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 例5．用相同的滑轮和细绳分别组成如图所示的甲、乙滑轮组，用它们分别把相同的物体匀速提升相同的高度。不计绳重和摩擦，下列说法正确的是（　　） A．甲滑轮组的机械效率比乙的高 B．两个滑轮组的机械效率一样高 C．甲滑轮组做的额外功小于乙滑轮组的额外功 D．甲滑轮组做的有用功小于乙滑轮组的有用功 知识点三 探究影响滑轮组机械效率因素的实验 （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。 趁热打铁： 例6．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 知识点四 探究影响斜面机械效率因素的实验 （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。 注意：斜面的机械效率与物体重力无关是因为物体重力增大（减小），对斜面的压力也成比例增大（减小），所以有用功与额外功的比例不变，机械效率不变。 （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。 趁热打铁： 例7．学习了机械效率知识后，小张对“斜面的机械效率跟什么因素有关”这一课题提出了一些值得探究的猜想： A．斜面的机械效率可能跟斜面的倾斜程度有关； B．斜面的机械效率可能跟斜面的粗糙程度有关； C．斜面的机械效率可能跟物重有关。小张为了证实这些猜想是否正确，他设计以下方案并进行了探究，实验4在实验3的基础上木块上加了一个重为2N的钩码进行实验，实验5在实验4的基础上在斜面上铺上毛巾进行实验（实验装置如图所示）。 序号 接触面的粗糙程度 斜面倾斜角（斜面倾斜程度） 木块重力G/N 斜面高度h/m 有用功/J 拉力/N 斜面长s/m 总功/J 机械效率/% 1 木板 30° 1.4 0.085 0.119 0.50 0.8 0.4 29 2 木板 40° 1.4 0.155 0.217 0.60 0.8 0.48 45 3 木板 50° 1.4 0.260 0.364 0.80 0.8 0.64 57 4 木板 50° 3.4 0.260 0.884 1.93 0.8 1.55 57 5 毛巾 50° 3.4 0.260 0.884 2.10 0.8 1.68 53 （1）该实验的原理是 ； （2）该实验要求沿斜面向上用弹簧测力计拉着木块做 运动（选填“匀速直线”或“加速直线”）； （3）分析实验1、2、3可得知：当物重和斜面的粗糙程度一定时，斜面越陡弹簧测力计的示数越 （选填“大”或“小”），斜面的机械效率越 （选填“低”或“高”）； （4）对比实验3和4数据，能验证上述猜想 （选填“A”、“B”或“C”）； （5）分析实验4和5数据，可以得出的结论是 ； （6）生活中的盘山公路其实就是斜面，主要是用来 力（选填“省”或“费”）。 知识点五 几种不同机械的机械效率 （1）杠杆 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： 趁热打铁： 例8．如图所示，用始终竖直向上的力匀速拉动较长的杠杆，使重为36N的物体缓慢升高10cm，拉力大小F为16N，拉力移动的距离为25cm。将物体从该位置拉到水平位置时，拉力的大小会 （选填“变大”“变小”或“不变”），杠杆的机械效率为 。若将物体移到B点，用同样大小的力把物体提升到相同的高度，机械效率 。（选填“变大”“变小”或“不变”） （2）滑轮组竖直拉物体 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） 趁热打铁： 例9．某建筑工地采用了如图所示的装置提升重700N的物体，该物体在10s内匀速上升了4m。已知绳子的拉力F为500N，不计绳重和摩擦，则提升重物的过程中，下列说法正确的是（　　） A．绳子自由端被拉下12m B．拉力F的功率是280W C．滑轮组的机械效率是70% D．拉力所做的额外功是400J （3）滑轮组水平拉物体 ①使用目的：使物体在水平方向移动一定的距离 ②有用功：克服物体受到的摩擦力所做的功，即 ③额外功：克服滑轮与绳之间的摩擦力所做的功 ④总功：拉力做的功，即 ⑤机械效率： 趁热打铁： 例10．如图所示，是采用滑轮组水平向右移动重物的场景。已知物体A的质量为3kg，在水平面滑动时受到的摩擦力为物体A重力的一半，拉力F=6N，物体A在10s内匀速移动的距离为0.6m，g=10N/kg。则（      ） A．绳子自由端移动的速度1.2m/s B．滑轮组的机械效率约为83.3% C．拉力F所做的有用功的功率为1.8W D．物体A的重力做功为18J （4）竖直滑轮组水平拉物体 ①使用目的：使物体在水平方向移动一定的距离 ②有用功：克服物体受到的摩擦力所做的功，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） 趁热打铁： 例11．如图甲所示装置，小明用力F向下拉绳子，使物体M在水平地面匀速移动，地面ab、bc粗糙程度不同。物体M重为400N，动滑轮重为5N，ab=2m，bc=3m。物体M从a点到c点过程中，拉力F与物体M移动距离的关系如图乙，不考虑物体大小对运动的影响，忽略绳子重力及滑轮转轴摩擦，对此过程的分析，下列结论错误的是（　　） A．绳子自由端移动的距离为10m B．拉力F做的功为840J C．拉力F在ab段做的额外功等于在bc段做的额外功 D．物体从ab段到bc段，滑轮组的机械效率变大 （5）水中滑轮组（仅重物在水中） ①使用目的：使物体在竖直方向上升一定的距离 ②有用功：克服物体重力与所受浮力的合力所做的功，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： 趁热打铁： 例12．用如图所示的滑轮组从水中打捞一块重为1250N，体积为25dm3的重物。当重物和动滑轮都还在水中时，绳子自由端的拉力为500N，以下说法正确的是(g=10N/kg)(　　) A．动滑轮露出水面前后，滑轮组的机械效率不变 B．动滑轮露出水面前，动滑轮重力为500N C．动滑轮露出水面前，滑轮组的机械效率为83.3% D．动滑轮露出水面前，滑轮组的机械效率为66.7% （6）斜面 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： 趁热打铁： 例13．如图所示是为了上山方便而修建的盘山公路，盘山公路相当于 。若从山底到山顶的盘山公路长800m，山高30m，一辆质量为5t的小型货车用400s从山底开上山顶，牵引力保持不变，此过程发动机的机械效率为60%。此过程中的有用功为 J，牵引力做功的功率为 W．货车受到的摩擦力为 N。 （7）水中斜面 ①使用目的：使物体在竖直方向上升一定的距离 ②有用功：克服物体重力与所受浮力的合力所做的功，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： 趁热打铁： 例14．如图，在盛水的水池侧面有一段斜面AB，长2.5m，高0.5m，质量为1kg的实心合金块在沿斜面向上的拉力F作用下，以0.5m/s的速度匀速从底端被拉到斜面B点，若斜面的机械效率为80%，合金块的密度为5×103kg/m3，水的密度为1.0×103kg/m3。（g取10N/kg）求： （1）合金块受到的浮力是多少？ （2）拉力F的大小是多少？ （3）合金块所受的阻力是多少？ （8）组合机械 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：a.克服物体与斜面间的摩擦力所做的功， b.克服动滑轮、绳自重及滑轮与绳间的摩擦所做的功。若不计绳重和滑轮与绳间的摩擦， ④总功：拉力做的功，即 ⑤机械效率： 趁热打铁： 例15．小明用如图所示的装置把一重为600N的箱子从斜面底端匀速拉到顶端用时10秒，已知斜面长6m、高2m，若拉力F的大小为150N（滑轮重、绳重、滑轮与绳之间的摩擦均不计）则拉力F所做的功为 ；整个装置的机械效率为 ；箱子和斜面间的摩擦力大小为 N。 融会贯通 ——打基础—— 一、单选题 1．关于功、功率、机械效率的说法中，正确的是（    ） A．功率大的机械，机械效率一定高 B．机械效率越高，总功与有用功的比值越小 C．功率大的机器比功率小的机器做功多 D．机械做功时，做的有用功越多，机械效率越大 2．如图所示，利用轻质滑轮组匀速拉动水平地面上重为G的物体。若拉力的大小为F，物体和地面之间的摩擦力大小为f，A点的拉力为，则下列滑轮组的机械效率表达式正确的是（　　） A． B． C． D． 3．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 4．用滑轮组进行“一瓶水提升一个人”活动，如图，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，绳b对人的拉力为。此过程（　　） A．有用功为300J B．做的功等于做的功 C．做的功小于做的功 D．滑轮组的机械效率为80% 5．小明用如图所示滑轮组将一个放在水平地面上的物体匀速拉动，物体用时2s移动了4m，物体重为2000N，运动过程中物体受到的摩擦力为450N，绳子自由端受到的拉力F为200N。下列说法正确的是（　　） A．绳子移动了12m B．该装置的有用功是8000J C．拉力的功率是400W D．该装置的机械效率70% 6．山区的公路多修成环绕山坡的盘山公路如图所示，这样车辆向上行驶时可以（　　） A．减小所必需的牵引力 B．减小所做的功 C．提高机械效率 D．提高发动机功率 二、填空题 7．在如图所示的斜面上，一工人用200N的拉力，将一重为225N的物体，高2m的斜面底端匀速拉到顶端，用时6s，工人做的总功W总＝ J，拉力做功的功率为 W，克服阻力所做的额外功占总功的 %。 8．一箱重为800N的建筑材料放在水平地面上，它与水平地面的接触面积是8×10³cm²，则建筑材料对地面的压强为 Pa。如图所示，装修工人用500N的拉力通过滑轮组将该建筑材料匀速提升3m，用时20s，则拉力F的功率为 W，滑轮组的机械效率为 。 9．如图所示，用甲、乙两个不同的滑轮把同一货物提到同一高度， 不考虑绳重和摩擦，使用 滑轮能够省力，使用 滑轮机械效率较高（两空均选填“甲”或“乙”）。 10．使用两种不同机械完成相同的任务时，数据如下图所示。 （1）甲的机械效率 乙的机械效率；（选填“大于”“等于”“小于”） （2）甲机械做的总功是 J；乙机械做的总功是 J； （3）甲机械保养后再完成相同的任务，其机械效率提升了。则：有用功 ，额外功 。（均选填“减小”“增大”“不变”） 11．如图所示，光滑斜面AB>AC，沿斜面AB和AC分别将同一重物从它们的底部拉到顶部，所需拉力分别为F1和F2，所做的功分别为W1和W2，两个斜面的效率分别为η1和η2，则F1 F2，W1 W2，η1 η2。 三、实验题 12．涪江六桥建筑工地上矗立的塔吊，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来节约电能呢？为此同学们进行了“影响滑轮组机械效率因素”的实验探究，用到的装置如图所示。 次序 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)分析表中数据可知：第4次实验是用 图所示装置来完成的； (2)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 无关； (3)通过比较 （填次序）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； (4)通过比较 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； (5)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______（多选）。 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 (6)某同学在实验中，加速竖直拉动测力计的瞬间读出了F，则他所测得的滑轮组机械效率与正确实验操作相比将 （填“偏大”“偏小”“不影响”或“条件不足，无法确定”）。 13．如图所示，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A，收集了表中的实验数据： 次数 斜面的倾斜程度 物块重力 斜面高度 拉力 斜面长度 机械效率 1 较缓 5 0.2 2.4 1 较陡 5 0.5 3.2 1 3 最陡 5 0.7 4.3 1 （1）实验时要使木板的倾斜角变大，应该把木板下面的木块向 移动（选填“左”或“右”）。分析表中的数据可得出：斜面越缓越 力（选填“省”或“费”），斜面的机械效率越 ； （2）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和，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4.0N，与第二次实验相比，有用功 （选填“相同”或“不同”）、而拉力做得总功 （选填“变大”或“变小”），这种情况下斜面的机械效率将变 （选填“变大”或“变小”）； （3）把第4次实验数据与表中数据综合分析可得出：斜面的机械效率与斜面的倾斜程度和 有关。 ——提能力—— 一、单选题 1．工人用滑轮组运送货物上楼，滑轮组的机械效率随物重变化的图像如图乙，若10s内将重360N的物体匀速提升4m。不计绳重及摩擦，下列说法正确的是（　　） A．绳子自由端的拉力为120N B．绳端拉动的速度为0.8m/s C．拉力做功的功率为144W D．该滑轮组的机械效率为92.3% 2．如图所示，用相同的滑轮安装成两种装置，分别用、匀速提升重为、的A、B两个物体，使物体上升的高度分别为、，绳子拉动的距离分别为。不计绳重和摩擦，下列说法中正确的是（　　） A．若，则 B．若，则 C．若，则 D．若，则 3．建筑工地上，工人用滑轮组将质量相同的水泥板吊往高处。不计绳重和摩擦，同时吊起若干块水泥板时，滑轮组的机械效率为。再少吊起一块水泥板时，滑轮组的机械效率为。若要使滑轮组的机械效率达到，则需要同时吊起的水泥板的块数为（　　） A．5块 B．6块 C．7块 D．8块 4．电梯是高层住宅必备的工具。如图所示是某种升降电梯的工作原理图，它由轿厢M、配重m、电动机、钢丝绳、定滑轮AB、动滑轮C等部件连接组成，电梯的最大载重量指的是除开箱体质量外能承载的最大质量。配重的质量（配重看作整个系统动力的一部分），电梯箱体的质量为1000kg，动滑轮C质量为100kg，电动机的最大功率为43.5kW，电梯在运行过程中总是以的速度做匀速直线运动。此时电梯向上运动，载人后总质量为3900kg。不计一切摩擦和绳重，，以下结论正确的是（　　） A．电动机此时的拉力大小为 B．电动机此时的功率为 C．该电梯的最大载重量为4000kg D．该电梯此时的机械效率为72.5% 5．如图所示，用质地均匀的杠杆匀速提升重物（不计摩擦），若想提高杠杆的机械效率，可采取的方法是（    ） A．将悬挂点B向右移动 B．将提升点A向左移动 C．减小物体所受的重力 D．增加重物上升的高度 6．如图所示装置是实验室用轻绳绕成的滑轮组（不计绳重）。悬挂的重物G=5.4N，当重物静止于任意位置时，手对轻绳的拉力均为F1=2.0N；当重物匀速上升时，摩擦导致的额外功始终占总功的10%。重物上升过程中滑轮组的机械效率为（    ） A．80% B．81% C．88.9% D．90% 二、填空题 7．如图所示，利用轻质滑轮匀速拉动水平地面上重300N的A物体，使A物体在10s，内向右移动了2m，若A物体受到的摩擦力大小为20N，拉力F大小为50N，则：弹簧测力计的示数为 ；滑轮的机械效率为 。 8．如图， 滑轮组 1min内将重为 的重物匀速吊起2m，动滑轮重 1000N，滑轮组的机械效率为80%，提升重物做的有用功为· J，绳端的拉力的功率为 W，则克服摩擦和钢丝绳重所做的功为 J，若增加重物的重力，则额外功与有用功的比值将 。 9．如图所示，已知斜面长0.8m、高0.32m，绳端拉力如图所示（沿斜面向上）。利用该装置将重为15N的物体在0.8s内，从斜面的底端拉到顶端，该过程中弹簧测力计示数如图所示（方向沿斜面向上），则该装置的机械效率为 ，箱子和斜面间的摩擦力为 N（滑轮重、绳重、滑轮与绳之间的摩擦均不计）。 10．如图所示是利用起重机打捞水中物体的示意图。起重机的吊臂前端由滑轮组组成，动滑轮总重为300kg，绳重和摩擦不计。现在用此起重机从水中把质量为2×103kg，体积为0.8m3的物体G向上提，当物体在水中均匀上升时，滑轮组上钢丝绳拉力F的功率为3kW。则物体完浸没在水中时受到的浮力___N，物体未露出水面前上升的速度为______m/s，物体离开水面后，滑轮组的机械效率是______。（g＝10N/kg，ρ水＝1.0×103kg/m3） 三、实验题 11．在“测量滑轮组的机械效率”实验中，小明用同一滑轮组进行了三次实验（如图所示），实验数据记录： 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/% 2 4 10 1.5 30 ☆ 3 6 10 2.2 30 90.9 (1)实验中要 拉动弹簧测力计，使钩码升高； (2)表格中☆处数据应为 （结果保留一位小数）； (3)根据实验结论推测，使用该滑轮组将重8N的物体匀速提升10cm，此时滑轮组的机械效率可能是（　　） A．71.6% B．82.4% C．92.1% D．100% (4)另一实验小组改变动滑轮的重，提升同一物体进行多次实验，获得数据并绘制出如图丁的图像。分析可知：被提升物体所受的重力相同时，动滑轮越重，滑轮组机械效率越 （高/低）；分析图像中的A点可知，此时被提升物体所受的重力 。 A．一定大于12N        B．等于12N        C．一定小于12N 12．新北郊的物理兴趣小组的同学通过第四章的学习后，知道：直接提起重物做功WG（焦）与拉力通过机械做功WF（焦）之间的比例（比值），能反映这个机械的工作效率η；且比值越大，机械效率η越高。小张同学继续探究使用斜面匀速提升重物做功特点。他用小车作为研究物体，在斜面A上进行实验。如图所示。先用测力计测出小车的重力G，并竖直向上将使小车匀速提升一段高度h；再将小车放在斜面底端，沿斜面用测力计将小车匀速拉到相同高度h，并逐渐改变斜面的倾角θ。又选择了更粗糙的斜面B继续实验。并计算出直接提起小车做功WG和拉力通过斜面做功WF。表一、表二是他记录的实验数据。 表一（斜面A） 实验 序号 重力G （牛） 拉力F （牛） 小车上升 距离h （米） 斜面的倾角θ（度） 直接提起小车 做功WG（焦） 拉力通过斜面 做功WF（焦） 1 5 1.8 0.2 15 1 1.4 2 5 2.9 0.2 30 1 1.2 3 5 3.9 0.2 45 1 1.1 表二（斜面B） 实验 序号 重力G （牛） 拉力F （牛） 木块上升 距离h （米） 斜面的倾角θ（度） 直接提起木块 做功WG（焦） 拉力通过斜面 做功WF（焦） 4 5 2 0.2 15 1 1.5 5 5 3.2 0.2 30 1 1.3 6 5 4.3 0.2 45 1 1.2 （1）上述的实验结果表明：利用斜面对物体做功WF 不用斜面直接对物体做功WG（选填“大于”、“等于”或“小于”）； （2）分析比较表一或表二中的WF和θ及相关实验数据，可得出的初步结论是：使用粗糙程度相同的斜面，匀速提起同一物体到同一高度时， ； （3）分析比较1与4或2与5或3与6中的WF和相关实验数据，可得出的初步结论是： ； （4）请进一步综合分析表一、表二中的相关数据并归纳得出结论：使用斜面匀速提起同一物体到同一高度时， ，机械效率η越高； （5）结合第（4）题的结论，请思考能不能使机械效率η调到100%，简要说明理由。 。 四、计算题 13．斜面在生产生活中应用非常广泛。如图甲所示，利用斜面将水中的物体拉出来，若牵引汽车重，共有4个车轮，每个车轮与地面的接触面积为。整个过程中，汽车以2m/s的速度匀速行驶，物体从A到C的过程中，绳子拉力的功率P随时间t的关系如图乙所示。已知B点为斜面AC的中点，斜面AB的长为s，高为h，s=2h。物体的质量为80kg，体积为，不计绳子与滑轮间的摩擦和绳重。求：（水的密度为，g取） (1)汽车静止时，对地面的压强； (2)物体全部出水后所受斜面的摩擦力的大小； (3)物体在水中上升的过程中，斜面的机械效率。（结果精确到0.1%） 14．建筑工地上，需要利用拖拉机和滑轮组（如图所示）将一个质量为1.2×103kg的物体，拉到长100m，高60m的斜面顶端。测得拉动一个物体沿斜面匀速上升时拖拉机对绳的水平拉力为4.8×103N。（不计绳重及轮轴间摩擦）（g取10N/kg）求： (1)拖拉机对物体做的有用功； (2)求装置（滑轮组与斜面组合）的机械效率； (3)若拖拉机质量为12t，最大输出功率为48kW，受到水平地面的阻力为车重的0.01倍，则其在匀速运动时的最大速度为多少？ (4)已知动滑轮重500N，求物体与斜面间的摩擦力大小。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！15 学科网（北京）股份有限公司 $$ 苏 科 版 物 理 九 年 级 上 册 第十一章《简单机械和功》 11.5机械效率 夯实基础 知识点一 三种功 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。例如，使物体向上运动的目的是克服重力做功，使物体横向运动的目的是为了克服摩擦力做功。 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。 趁热打铁： 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． 例2．如图所示，在斜面上将一个重4N的物体匀速拉到高处，沿斜面向上的拉力为1.5N，斜面长1m，高0.3m。此过程中的有用功为 J，额外功为 J，物体受到的摩擦力为 N。 【答案】 1.2 0.3 0.3 【详解】[1][2][3]重物提升所做作的有用功为 W有=Gh=4N×0.3m=1.2J 所做的总功为 W总=Fs=1.5N×1m=1.5J 克服摩擦所做的额外功为 W额外=W总-W有=1.5J-1.2J=0.3J 由W=fs得摩擦力 知识点二 机械效率 1．定义：有用功跟总功的比值叫机械效率。 2．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。 3．对机械效率的理解：用机械完成一次做功时，有用功在总功中所占的比例就是机械效率。 4．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。 5．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。 趁热打铁： 例3．2024年2月，贵州多地突发山火，紧急启动直升飞机取水灭火。直升飞机每次尽可能取更多水其目的是（　　） A．增大有用功 B．减小额外功 C．增大总功 D．增大功率 【答案】A 【详解】取水灭火过程中，使水移动距离一定，每次取水越多，克服水的重力做功越多，有用功越多，则有用功在总功中所占的比例越高，能提高取水效率，故A符合题意，BCD不符合题意。 故选A。 例4．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。 例5．用相同的滑轮和细绳分别组成如图所示的甲、乙滑轮组，用它们分别把相同的物体匀速提升相同的高度。不计绳重和摩擦，下列说法正确的是（　　） A．甲滑轮组的机械效率比乙的高 B．两个滑轮组的机械效率一样高 C．甲滑轮组做的额外功小于乙滑轮组的额外功 D．甲滑轮组做的有用功小于乙滑轮组的有用功 【答案】B 【详解】CD．不计绳重及摩擦，动滑轮重相同，提升的物体重和高度均相同，由 W额=G动h W有用=G物h 可知，利用滑轮组做的有用功相同，额外功相同，则总功相同，故CD错误； AB．由 可知，两滑轮组的机械效率相同，故B正确，A错误。 故选B。 知识点三 探究影响滑轮组机械效率因素的实验 （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。 趁热打铁： 例6．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。 知识点四 探究影响斜面机械效率因素的实验 （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。 注意：斜面的机械效率与物体重力无关是因为物体重力增大（减小），对斜面的压力也成比例增大（减小），所以有用功与额外功的比例不变，机械效率不变。 （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。 趁热打铁： 例7．学习了机械效率知识后，小张对“斜面的机械效率跟什么因素有关”这一课题提出了一些值得探究的猜想： A．斜面的机械效率可能跟斜面的倾斜程度有关； B．斜面的机械效率可能跟斜面的粗糙程度有关； C．斜面的机械效率可能跟物重有关。小张为了证实这些猜想是否正确，他设计以下方案并进行了探究，实验4在实验3的基础上木块上加了一个重为2N的钩码进行实验，实验5在实验4的基础上在斜面上铺上毛巾进行实验（实验装置如图所示）。 序号 接触面的粗糙程度 斜面倾斜角（斜面倾斜程度） 木块重力G/N 斜面高度h/m 有用功/J 拉力/N 斜面长s/m 总功/J 机械效率/% 1 木板 30° 1.4 0.085 0.119 0.50 0.8 0.4 29 2 木板 40° 1.4 0.155 0.217 0.60 0.8 0.48 45 3 木板 50° 1.4 0.260 0.364 0.80 0.8 0.64 57 4 木板 50° 3.4 0.260 0.884 1.93 0.8 1.55 57 5 毛巾 50° 3.4 0.260 0.884 2.10 0.8 1.68 53 （1）该实验的原理是 ； （2）该实验要求沿斜面向上用弹簧测力计拉着木块做 运动（选填“匀速直线”或“加速直线”）； （3）分析实验1、2、3可得知：当物重和斜面的粗糙程度一定时，斜面越陡弹簧测力计的示数越 （选填“大”或“小”），斜面的机械效率越 （选填“低”或“高”）； （4）对比实验3和4数据，能验证上述猜想 （选填“A”、“B”或“C”）； （5）分析实验4和5数据，可以得出的结论是 ； （6）生活中的盘山公路其实就是斜面，主要是用来 力（选填“省”或“费”）。 【答案】 匀速直线 大 高 C 当物重和斜面的倾斜程度一定时，斜面越粗糙，斜面的机械效率越低 省 【详解】（1）[1]在探究斜面的机械效率跟什么因素有关的实验中，根据W有＝Gh求出有用功，W总＝Fs求出总功，故该实验的原理是。 （2）[2]实验中弹簧测力计在平衡状态下更有利用读数，便于探究斜面的机械效率跟什么因素有关，故要求用沿斜面向上的力拉着木块在斜面上做匀速直线运动。 （3）[3][4]由表中数据可知，1、2、3次实验中，斜面的粗糙程度相同，斜面倾斜角越大，即斜面越陡弹簧测力计的示数越大，斜面机械效率越高。 （4）[5]由表中数据可知，3、4次实验中，斜面的粗糙程度和斜面倾斜角相同，物重不同，根据控制变量法可知，是为了探究斜面的机械效率可能跟物重有关，故选C。 （5）[6]由表中数据可知，4、5次实验中，斜面倾斜角和木块重力相同，斜面的粗糙程度不同，斜面的机械效率不同，斜面越光滑，机械效率越高，斜面越粗糙，斜面的机械效率越低。 （6）[7] 据功的原理理想斜面，斜面越长，同等情况下所需要的拉力越小，所以生活中的盘山公路其实是斜面，是通过增加长度，来达到省力的目的。 知识点五 几种不同机械的机械效率 （1）杠杆 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： 趁热打铁： 例8．如图所示，用始终竖直向上的力匀速拉动较长的杠杆，使重为36N的物体缓慢升高10cm，拉力大小F为16N，拉力移动的距离为25cm。将物体从该位置拉到水平位置时，拉力的大小会 （选填“变大”“变小”或“不变”），杠杆的机械效率为 。若将物体移到B点，用同样大小的力把物体提升到相同的高度，机械效率 。（选填“变大”“变小”或“不变”） 【答案】 不变 90% 变大 【详解】[1]杠杆的示意图如图所示： 由杠杆的平衡条件有 F×L1＝G×L2 因为F的方向竖直向下，G的方向竖直向下，则 由于G、不变，所以移动过程中拉力F的大小不变。 [2]拉力所做的总功为 W总＝Fs＝16N×0.25m＝4J 克服物体重力做的有用功 W有＝Gh＝36N×0.1m＝3.6J 所以杠杆的机械效率为 [3]杠杆提升物体时，对重物做有用功，且 W有+W额＝W总 设杠杆重心升高的距离为h，不考虑摩擦，则有 Gh1+G杠h＝Fh2G不变，h1不变，G杠不变，物体从A点到B点，物体重心还升高相同的高度，有用功不变；杠杆上旋的角度减小，杠杆重心升高的距离h变小，克服杠杆重力所做的额外功变小，则Gh1+G杠h变小，所以Fh2也变小。根据 可知，总功变小，有用功不变，所以η变大。 （2）滑轮组竖直拉物体 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） 趁热打铁： 例9．某建筑工地采用了如图所示的装置提升重700N的物体，该物体在10s内匀速上升了4m。已知绳子的拉力F为500N，不计绳重和摩擦，则提升重物的过程中，下列说法正确的是（　　） A．绳子自由端被拉下12m B．拉力F的功率是280W C．滑轮组的机械效率是70% D．拉力所做的额外功是400J 【答案】C 【详解】A．从图中可知，承担物重绳子的股数为n=2，则绳子自由端被拉下的距离为 故A错误； B．拉力做的功为 故拉力的功率为 故B错误； C．有用功为 则机械效率为 故C正确； D．拉力所做的额外功为 故D错误。 故选C。 （3）滑轮组水平拉物体 ①使用目的：使物体在水平方向移动一定的距离 ②有用功：克服物体受到的摩擦力所做的功，即 ③额外功：克服滑轮与绳之间的摩擦力所做的功 ④总功：拉力做的功，即 ⑤机械效率： 趁热打铁： 例10．如图所示，是采用滑轮组水平向右移动重物的场景。已知物体A的质量为3kg，在水平面滑动时受到的摩擦力为物体A重力的一半，拉力F=6N，物体A在10s内匀速移动的距离为0.6m，g=10N/kg。则（      ） A．绳子自由端移动的速度1.2m/s B．滑轮组的机械效率约为83.3% C．拉力F所做的有用功的功率为1.8W D．物体A的重力做功为18J 【答案】B 【详解】A．由题图可知，滑轮组的绳子承重股数为n=3，绳子自由端移动距离为 绳子自由端移动的速度为 故A不符合题意； B．拉力做的总功为 物体受到的摩擦力为 克服物体受到的摩擦力做的有用功为 滑轮组的机械效率为 故B符合题意； C．拉力做的有用功的功率为 故C不符合题意； D．物体A受到的重力的方向竖直向下，物体水平移动，物体在重力的方向上没有移动距离，重力不做功，即重力做功为0J，故D不符合题意。 故选B。 （4）竖直滑轮组水平拉物体 ①使用目的：使物体在水平方向移动一定的距离 ②有用功：克服物体受到的摩擦力所做的功，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） 趁热打铁： 例11．如图甲所示装置，小明用力F向下拉绳子，使物体M在水平地面匀速移动，地面ab、bc粗糙程度不同。物体M重为400N，动滑轮重为5N，ab=2m，bc=3m。物体M从a点到c点过程中，拉力F与物体M移动距离的关系如图乙，不考虑物体大小对运动的影响，忽略绳子重力及滑轮转轴摩擦，对此过程的分析，下列结论错误的是（　　） A．绳子自由端移动的距离为10m B．拉力F做的功为840J C．拉力F在ab段做的额外功等于在bc段做的额外功 D．物体从ab段到bc段，滑轮组的机械效率变大 【答案】C 【详解】A．由甲图可知，绳子段数有2段，物体M从a点到c点过程中，物体移动的距离为 则绳子自由端移动的距离为 故A正确，不符合题意； B．由图乙可知，物体M从a点到b点过程中，拉力为60N，绳子自由端移动的距离为 拉力做的功为 物体M从b点到c点过程中，拉力为100N，绳子自由端移动距离为 拉力做的功为 所以物体M从a点到c点过程中，拉力做的功总共为 故B正确，不符合题意； C．不考虑物体大小对运动的影响，忽略绳子重力及滑轮转轴摩擦，拉力F在ab段做的额外功为 拉力F在bc段做的额外功为 所以拉力F在ab段做的额外功小于在bc段做的额外功，故C错误，符合题意； D．在ab段，滑轮组的机械效率为 在bc段，滑轮组的机械效率为 所以物体从ab段到bc段，滑轮组的机械效率变大，故D正确，不符合题意。 故选C。 （5）水中滑轮组（仅重物在水中） ①使用目的：使物体在竖直方向上升一定的距离 ②有用功：克服物体重力与所受浮力的合力所做的功，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： 趁热打铁： 例12．用如图所示的滑轮组从水中打捞一块重为1250N，体积为25dm3的重物。当重物和动滑轮都还在水中时，绳子自由端的拉力为500N，以下说法正确的是(g=10N/kg)(　　) A．动滑轮露出水面前后，滑轮组的机械效率不变 B．动滑轮露出水面前，动滑轮重力为500N C．动滑轮露出水面前，滑轮组的机械效率为83.3% D．动滑轮露出水面前，滑轮组的机械效率为66.7% 【答案】D 【详解】A．正方体露出水面后，物体对动滑轮的拉力变大；提升相同高度时，所做的有用功变大；由于使用是同一个滑轮组，提升相同高度时，所做的额外功相同，所以，根据 可知机械效率变大，故A错误； B．正方体的体积为 正方体浸没在水中时，排开水的体积为 物体在露出水面前受到水的浮力为 由题知，正方体未露出水面前，绳子自由端的拉力F1=500N，由图知，使用的滑轮组绳子有效股数n=3，若不计绳重和摩擦，根据 可得动滑轮的重力为 因实际使用中存在着绳重和摩擦，所以动滑轮的重力小于500N，故B错误； CD．正方体露出水面前，滑轮组的机械效率为 故C错误，D正确。 故选D。 （6）斜面 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： 趁热打铁： 例13．如图所示是为了上山方便而修建的盘山公路，盘山公路相当于 。若从山底到山顶的盘山公路长800m，山高30m，一辆质量为5t的小型货车用400s从山底开上山顶，牵引力保持不变，此过程发动机的机械效率为60%。此过程中的有用功为 J，牵引力做功的功率为 W．货车受到的摩擦力为 N。 【答案】 斜面 6250 1250 【详解】[1]盘山公路相当于斜面，使用它的好处是可以省力，但费距离。 [2]货车的重力 所做的有用功 [3]由可得，牵引力做的总功 牵引力做的功率 [4]牵引力做的额外功 由可得，摩擦力 （7）水中斜面 ①使用目的：使物体在竖直方向上升一定的距离 ②有用功：克服物体重力与所受浮力的合力所做的功，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： 趁热打铁： 例14．如图，在盛水的水池侧面有一段斜面AB，长2.5m，高0.5m，质量为1kg的实心合金块在沿斜面向上的拉力F作用下，以0.5m/s的速度匀速从底端被拉到斜面B点，若斜面的机械效率为80%，合金块的密度为5×103kg/m3，水的密度为1.0×103kg/m3。（g取10N/kg）求： （1）合金块受到的浮力是多少？ （2）拉力F的大小是多少？ （3）合金块所受的阻力是多少？ 【答案】（1）2N；（2）2N；（3）0.4N 【详解】解：（1）实心合金块的体积 合金块浸没在水中，则排开水的体积 V排=V合金=2×10-4m3 合金块受到的浮力 F浮=ρ水V排g=1×103kg/m3×2×10-4m3×10N/kg=2N （2）实心铁块所受重力 G=mg=1kg×10N/kg=10N 斜面高h=0.5m；拉力所做的有用功 W有=(G﹣F浮)h=(10N﹣2N)×0.5m=4J 拉力所做的总功 由W总=Fs得拉力 （3）额外功 W额=W总﹣W有=5J﹣4J=1J 额外功是克服合金块所受阻力所做的功；由W额=fs可得，合金块受到的阻力 答：（1）合金块的浮力为2N； （2）拉力F的大小是2N； （3）合金块受到的阻力是0.4N。 （8）组合机械 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：a.克服物体与斜面间的摩擦力所做的功， b.克服动滑轮、绳自重及滑轮与绳间的摩擦所做的功。若不计绳重和滑轮与绳间的摩擦， ④总功：拉力做的功，即 ⑤机械效率： 趁热打铁： 例15．小明用如图所示的装置把一重为600N的箱子从斜面底端匀速拉到顶端用时10秒，已知斜面长6m、高2m，若拉力F的大小为150N（滑轮重、绳重、滑轮与绳之间的摩擦均不计）则拉力F所做的功为 ；整个装置的机械效率为 ；箱子和斜面间的摩擦力大小为 N。 【答案】 1800 66.7% 100 【详解】[1]由图可知滑轮装置是一个动滑轮，绳端移动的距离 拉力F所做的功 [2]有用功 整个装置的机械效率为 [3]因为， 所以克服摩擦力做的额外功 根据可得，箱子和斜面间的摩擦力大小为 融会贯通 ——打基础—— 一、单选题 1．关于功、功率、机械效率的说法中，正确的是（    ） A．功率大的机械，机械效率一定高 B．机械效率越高，总功与有用功的比值越小 C．功率大的机器比功率小的机器做功多 D．机械做功时，做的有用功越多，机械效率越大 【答案】B 【详解】A．功率与机械效率是两个相同的物理量，二者没有直接关系，故A错误； B．机械效率为有用功与总功的比值，则机械效率越高，总功与有用功的比值越小，故B正确； C．由得，做功时间未知时，功率大的机器与功率小的机器做功大小无法比较，故C错误； D．由得，机械做功时，总功未知时，做的有用功越多，机械效率不一定越大，故D错误。 故选B。 2．如图所示，利用轻质滑轮组匀速拉动水平地面上重为G的物体。若拉力的大小为F，物体和地面之间的摩擦力大小为f，A点的拉力为，则下列滑轮组的机械效率表达式正确的是（　　） A． B． C． D． 【答案】C 【详解】如图，由2段绳子吊着动滑轮，滑轮组做的总功为拉力做的功，滑轮组做的有用功为克服地面摩擦力做的功，滑轮组的机械效率为 故C正确，ABD错误。 故选C。 3．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。 4．用滑轮组进行“一瓶水提升一个人”活动，如图，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，绳b对人的拉力为。此过程（　　） A．有用功为300J B．做的功等于做的功 C．做的功小于做的功 D．滑轮组的机械效率为80% 【答案】D 【详解】A．做的功为有用功，大小为 故A错误，不符合题意； BC．做的功为总功，大小为 故BC错误，不符合题意； D．滑轮组的机械效率为 故D正确，符合题意。 故选D。 5．小明用如图所示滑轮组将一个放在水平地面上的物体匀速拉动，物体用时2s移动了4m，物体重为2000N，运动过程中物体受到的摩擦力为450N，绳子自由端受到的拉力F为200N。下列说法正确的是（　　） A．绳子移动了12m B．该装置的有用功是8000J C．拉力的功率是400W D．该装置的机械效率70% 【答案】A 【详解】A．由图可知滑轮组的动滑轮绕绳子的段数n=3，绳子移动的距离 s绳=ns物=3×4m=12m 故A 正确； B．该装置的有用功为物体克服摩擦力做的功，即 W有=fs物=450N×4m=1800J 故B错误； C．拉力做的功 W=Fs绳=200N×12m=2400J 拉力的功率 故C错误； D．该装置的机械效率 故D错误。 故选A。 6．山区的公路多修成环绕山坡的盘山公路如图所示，这样车辆向上行驶时可以（　　） A．减小所必需的牵引力 B．减小所做的功 C．提高机械效率 D．提高发动机功率 【答案】A 【详解】A．盘山公路是生活中的斜面，使用斜面可以省力，减小了车辆上山时所需要的牵引力，故A符合题意； B．根据功的原理：使用任何机械都不省功，即使用机械（如斜面）时，人们所做的功，都不会少于不用机械时所做的功，故B不符合题意； C．从机械效率的公式 可知，有用功相同，盘山路越弯曲，额外功越多，总功就越大，机械效率越低，故C不符合题意； D．汽车的功率决定于汽车的发动机，每辆汽车都有自己的输出功率，是一个不变量，故D不符合题意。 故选A。 二、填空题 7．在如图所示的斜面上，一工人用200N的拉力，将一重为225N的物体，高2m的斜面底端匀速拉到顶端，用时6s，工人做的总功W总＝ J，拉力做功的功率为 W，克服阻力所做的额外功占总功的 %。 【答案】 600 100 25 【详解】[1]拉力做的功，即工人做的总功 W总＝Fs＝200N×3m＝600J [2]拉力做功的功率 [3]拉力做的有用功 W有用＝Gh＝225N×6m＝450J 克服阻力做的额外功 W额＝W总﹣W有用＝600J﹣450J＝150J 克服阻力所做的额外功占总功的比例 8．一箱重为800N的建筑材料放在水平地面上，它与水平地面的接触面积是8×10³cm²，则建筑材料对地面的压强为 Pa。如图所示，装修工人用500N的拉力通过滑轮组将该建筑材料匀速提升3m，用时20s，则拉力F的功率为 W，滑轮组的机械效率为 。 【答案】 1000 150 80% 【详解】[1]建筑材料对地面的压强为 [2]由图可知，承担物重的绳子股数为2，绳子自由端移动的速度 则拉力F的功率为 [3]滑轮组的机械效率为 9．如图所示，用甲、乙两个不同的滑轮把同一货物提到同一高度， 不考虑绳重和摩擦，使用 滑轮能够省力，使用 滑轮机械效率较高（两空均选填“甲”或“乙”）。 【答案】 乙 甲 【详解】[1]乙为动滑轮，动滑轮可以省力。 [2]甲为定滑轮，不需要克服滑轮自重做功，额外功小，则有用功占总功的比例更大，故机械效率大。 10．使用两种不同机械完成相同的任务时，数据如下图所示。 （1）甲的机械效率 乙的机械效率；（选填“大于”“等于”“小于”） （2）甲机械做的总功是 J；乙机械做的总功是 J； （3）甲机械保养后再完成相同的任务，其机械效率提升了。则：有用功 ，额外功 。（均选填“减小”“增大”“不变”） 【答案】 大于 2500 3600 不变 减小 【详解】（1）[1]甲的机械效率为 乙的机械效率为 η乙=1-75%=25% 故则η甲大于η乙。 （2） [2]由图可知，甲机械做的总功为 W总甲=1600J+900J=2500J [3]使用两种不同机械完成相同的任务时，所做的有用功相等，所以乙机械做的总功为 （3）[4][5]完成的任务是一定的，即完成的有用功是不变；机械效率提升了后，根据可知，额外功减小。 11．如图所示，光滑斜面AB>AC，沿斜面AB和AC分别将同一重物从它们的底部拉到顶部，所需拉力分别为F1和F2，所做的功分别为W1和W2，两个斜面的效率分别为η1和η2，则F1 F2，W1 W2，η1 η2。 【答案】 < = = 【详解】[1][2][3]斜面光滑说明没有摩擦，所以不做额外功。所以把同一物体沿斜面AB和AC分别拉到顶端A，h相同，由W=Gh可知两次做的功相同，即W1=W2；根据，有用功与总功相等，机械效率均为100%，所以η1=η2；由图可知，LAB>LAC，而W1=W2，由W=Fs，所以F1<F2。 三、实验题 12．涪江六桥建筑工地上矗立的塔吊，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来节约电能呢？为此同学们进行了“影响滑轮组机械效率因素”的实验探究，用到的装置如图所示。 次序 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)分析表中数据可知：第4次实验是用 图所示装置来完成的； (2)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 无关； (3)通过比较 （填次序）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； (4)通过比较 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； (5)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______（多选）。 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 (6)某同学在实验中，加速竖直拉动测力计的瞬间读出了F，则他所测得的滑轮组机械效率与正确实验操作相比将 （填“偏大”“偏小”“不影响”或“条件不足，无法确定”）。 【答案】(1)丙 (2)物体上升的高度 (3)1、3 (4)2、4 (5)ABC (6)偏小 【详解】（1）从第4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，所以可判断出滑轮组承重绳的段数是5，故可判断是图丙滑轮组。 （2）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，物体上升的高度不同，但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物体上升的高度无关。 （3）根据控制变量法的思想，要想探究同一滑轮组机械效率与提升的物体重力是否有关，应控制使用的滑轮组相同，物体上升的高度相同，提升物体的重不同，因此比较1、3两组实验，通过比较1、3两次实验数据可得出：同一滑轮组提升的物体越重，滑轮组机械效率越高。 （4）根据控制变量法的思想，要想探究同一滑轮组机械效率与动滑轮的重是否有关，应控制提升物体的重相同，物体上升的高度相同，使用滑轮组不同，因此比较3、4两组实验，通过比较3、4两次实验数据可知：不同滑轮组提升相同重物，动滑轮越重，机械效率越小。 （5）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，故A正确； 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，故B正确； 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，故C正确； 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，故D错误。 故选ABC。 （6）若该同学加速拉起测力计时读取拉力，则所测拉力偏大，总功偏大，有用功不变，则机械效率偏小。 13．如图所示，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A，收集了表中的实验数据： 次数 斜面的倾斜程度 物块重力 斜面高度 拉力 斜面长度 机械效率 1 较缓 5 0.2 2.4 1 较陡 5 0.5 3.2 1 3 最陡 5 0.7 4.3 1 （1）实验时要使木板的倾斜角变大，应该把木板下面的木块向 移动（选填“左”或“右”）。分析表中的数据可得出：斜面越缓越 力（选填“省”或“费”），斜面的机械效率越 ； （2）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和，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4.0N，与第二次实验相比，有用功 （选填“相同”或“不同”）、而拉力做得总功 （选填“变大”或“变小”），这种情况下斜面的机械效率将变 （选填“变大”或“变小”）； （3）把第4次实验数据与表中数据综合分析可得出：斜面的机械效率与斜面的倾斜程度和 有关。 【答案】 左 省 小 相同 变大 变小 粗糙程度 【详解】（1）[1]实验时要使木板的倾斜角变大，斜面长度不变，h变大，应该把木板下面的木块向左移动。 [2][3]分析表中第2列与第5列，对比斜面坡度与沿斜面拉力的变化情况可知，斜面越缓越省力；对比第2与第7列数据可知，斜面越缓，斜面的机械效率越小。 （2）[4]第4次实验与第2次实验相比，保持斜面高和长分别是0.5m和1m，两次实验做的有用功 与第2次实验相比，有用功相同。 [5][6]与第2次实验相比拉力变大，由可知，拉力做得总功变大；有用功相同，总功变大，由可知，这种情况下斜面的机械效率将变小。 （4）[7]分析表格中的第2列和第7列可知，斜面的机械效率与倾斜程度有关，分析第2次和第4次实验数据可知斜面的机械效率与接触面的粗糙程度有关；故斜面的机械效率与斜面倾斜程度和斜面粗糙程度有关。 ——提能力—— 一、单选题 1．工人用滑轮组运送货物上楼，滑轮组的机械效率随物重变化的图像如图乙，若10s内将重360N的物体匀速提升4m。不计绳重及摩擦，下列说法正确的是（　　） A．绳子自由端的拉力为120N B．绳端拉动的速度为0.8m/s C．拉力做功的功率为144W D．该滑轮组的机械效率为92.3% 【答案】D 【详解】由图像可知，提起重270N的物体时，滑轮组的机械效率为90%，不计绳重和摩擦，滑轮组的机械效率 即 解得 A．由甲图可知，连在动滑轮上绳子的段数为3，不计绳重及摩擦，当提升的物体重力为360N时，绳子自由端的拉力为 故A错误； B．绳端拉动的速度 故B错误； C．拉力做功的功率为 故C错误； D．当匀速提升重360N的物体时，滑轮组的机械效率 故D正确。 故选D。 2．如图所示，用相同的滑轮安装成两种装置，分别用、匀速提升重为、的A、B两个物体，使物体上升的高度分别为、，绳子拉动的距离分别为。不计绳重和摩擦，下列说法中正确的是（　　） A．若，则 B．若，则 C．若，则 D．若，则 【答案】B 【详解】A．由图示知，左边滑轮组承重绳子为2根，右边滑轮组承重绳子为3根，据s=nh知，hA=hB时，sA<sB，故A错误； B．不计绳重和摩擦时，据，而两种装置用相同滑轮安装，所以两个滑轮组中动滑轮的重力相等，若FA=FB，则 解得GA<GB，据 得，故B正确； C．若GA=GB，据 知，，故C错误； D．若GA<GB，则 ， 无法比较FA和FB的大小，故D错误。 故选B。 3．建筑工地上，工人用滑轮组将质量相同的水泥板吊往高处。不计绳重和摩擦，同时吊起若干块水泥板时，滑轮组的机械效率为。再少吊起一块水泥板时，滑轮组的机械效率为。若要使滑轮组的机械效率达到，则需要同时吊起的水泥板的块数为（　　） A．5块 B．6块 C．7块 D．8块 【答案】B 【详解】设一块水泥板的重力为G，同时吊起n块水泥板的机械效率为60%，则同时吊起块水泥板的机械效率为50%，由题意得 解之得 ， 若要使滑轮组的机械效率达到75%，则需要同时吊起的水泥板的块数为m，则 解之得 故选B。 4．电梯是高层住宅必备的工具。如图所示是某种升降电梯的工作原理图，它由轿厢M、配重m、电动机、钢丝绳、定滑轮AB、动滑轮C等部件连接组成，电梯的最大载重量指的是除开箱体质量外能承载的最大质量。配重的质量（配重看作整个系统动力的一部分），电梯箱体的质量为1000kg，动滑轮C质量为100kg，电动机的最大功率为43.5kW，电梯在运行过程中总是以的速度做匀速直线运动。此时电梯向上运动，载人后总质量为3900kg。不计一切摩擦和绳重，，以下结论正确的是（　　） A．电动机此时的拉力大小为 B．电动机此时的功率为 C．该电梯的最大载重量为4000kg D．该电梯此时的机械效率为72.5% 【答案】A 【详解】A．整个装置中，配重拉着动滑轮的轴，与动滑轮同步运动，有三段绳子承担动滑轮与轿厢及载重的总重，则有 电动机此时的拉力大小为 故A正确； B．由图可知电动机所拉绳子移动距离s与轿厢上升高度h的关系为 所以电动机所拉绳子移动速度v绳与轿厢上升速度v厢的关系为 电动机此时的功率为 故B错误； C．电动机的最大功率为43.5kW，电动机所拉绳子移动速度一定，为3m/s，则电动机对绳子的最大拉力为 能提升的最大总重为 该电梯的最大载重量为 故C错误； D．该电梯此时的机械效率为 故D错误。 故选A。 5．如图所示，用质地均匀的杠杆匀速提升重物（不计摩擦），若想提高杠杆的机械效率，可采取的方法是（    ） A．将悬挂点B向右移动 B．将提升点A向左移动 C．减小物体所受的重力 D．增加重物上升的高度 【答案】A 【详解】A．物体上升的高度不变，将物体的悬挂点Ｂ向右移，杠杆提升高度比原来小一些，克服杠杆重力做的功减少，即额外功减少，有用功不变，根据 得到机械效率升高，故A符合题意； B．将提升点A向左移动。这样做会增大阻力臂OA的长度，而动力臂OB和动力（由于杠杆平衡条件，动力也会相应增大）不变。这会导致总功W总​=Fs增大（因为F和s都增大），而有用功W有用=Gh仍然不变。因此，机械效率会减小，故B不符合题意； C．减小物体所受的重力。这样做会减小有用功W有用​=Gh（因为G减小），而总功W总=Fs可能由于动力或动力臂的变化而有所变化，但即使不变或减小，由于有用功的减小幅度更大，机械效率仍然会减小，故C不符合题意； D．增加重物上升的高度。这样做会增大有用功W有用=Gh（因为h增大），但也会增大动力所做的功（因为动力臂和动力可能随重物位置的变化而变化），从而增大总功W总​。由于有用功和总功都按相同比例增大，所以机械效率保持不变，故D不符合题意。 故选A。 6．如图所示装置是实验室用轻绳绕成的滑轮组（不计绳重）。悬挂的重物G=5.4N，当重物静止于任意位置时，手对轻绳的拉力均为F1=2.0N；当重物匀速上升时，摩擦导致的额外功始终占总功的10%。重物上升过程中滑轮组的机械效率为（    ） A．80% B．81% C．88.9% D．90% 【答案】B 【详解】如图，由3段绳子吊着动滑轮，物静止于任意位置时，手对轻绳的拉力均为F1=2.0N，不计绳重，则动滑轮重为 提升重物时做的额外功包括克服摩擦做的额外功和提升动滑轮做的额外功，摩擦导致的额外功始终占总功的10%，故有 即 解得 重物上升过程中滑轮组的机械效率为 故B符合题意，ACD不符合题意。 故选B。 二、填空题 7．如图所示，利用轻质滑轮匀速拉动水平地面上重300N的A物体，使A物体在10s，内向右移动了2m，若A物体受到的摩擦力大小为20N，拉力F大小为50N，则：弹簧测力计的示数为 ；滑轮的机械效率为 。 【答案】 20N 80% 【详解】[1]由图可知该滑轮为动滑轮，物体A匀速运动过程中二力平衡，故绳子拉力等于A所受的摩擦力等于20N，即弹簧测力计的示数为20N。 [2]物体A向右移动了2m，拉力F移动的距离为1m，拉力所作的功 克服物体摩擦力所作的功为有用功，则 滑轮的机械效率 8．如图， 滑轮组 1min内将重为 的重物匀速吊起2m，动滑轮重 1000N，滑轮组的机械效率为80%，提升重物做的有用功为· J，绳端的拉力的功率为 W，则克服摩擦和钢丝绳重所做的功为 J，若增加重物的重力，则额外功与有用功的比值将 。 【答案】 1000 变小 【详解】[1]提升重物做的有用功为 [2]根据公式可知，1min内，绳端的拉力做的总功为 绳端的拉力的功率为 [3]克服摩擦和钢丝绳重所做的功为 [4]若增加重物的重力，将重物提升相同高度时，有用功变大，额外功不变，则额外功与有用功的比值将变小。 9．如图所示，已知斜面长0.8m、高0.32m，绳端拉力如图所示（沿斜面向上）。利用该装置将重为15N的物体在0.8s内，从斜面的底端拉到顶端，该过程中弹簧测力计示数如图所示（方向沿斜面向上），则该装置的机械效率为 ，箱子和斜面间的摩擦力为 N（滑轮重、绳重、滑轮与绳之间的摩擦均不计）。 【答案】 75% 2 【详解】[1]由图知，弹簧测力计的分度值为0.2N，弹簧测力计的示数为4N，则拉力为4N，该装置使用了动滑轮和斜面，拉力端移动的距离 拉力做的总功 所做的有用功 该装置的机械效率 [2]滑轮重、绳重、滑轮与绳之间的摩擦均不计，克服箱子和斜面间摩擦力做的额外功 由可得，箱子和斜面之间的摩擦力 10．如图所示是利用起重机打捞水中物体的示意图。起重机的吊臂前端由滑轮组组成，动滑轮总重为300kg，绳重和摩擦不计。现在用此起重机从水中把质量为2×103kg，体积为0.8m3的物体G向上提，当物体在水中均匀上升时，滑轮组上钢丝绳拉力F的功率为3kW。则物体完浸没在水中时受到的浮力___N，物体未露出水面前上升的速度为______m/s，物体离开水面后，滑轮组的机械效率是______。（g＝10N/kg，ρ水＝1.0×103kg/m3） 【答案】     8000     0.2     87.0% 【解析】 [1]物体完全浸没在水中时受到的浮力 [2]拉物体的绳子所受的拉力 由图可知，n＝3，则绳重及摩擦不计时，钢丝绳拉力F的大小 由得拉力F端移动速度 物体上升速度 [3]物体离开水面后，滑轮组的机械效率 三、实验题 11．在“测量滑轮组的机械效率”实验中，小明用同一滑轮组进行了三次实验（如图所示），实验数据记录： 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/% 2 4 10 1.5 30 ☆ 3 6 10 2.2 30 90.9 (1)实验中要 拉动弹簧测力计，使钩码升高； (2)表格中☆处数据应为 （结果保留一位小数）； (3)根据实验结论推测，使用该滑轮组将重8N的物体匀速提升10cm，此时滑轮组的机械效率可能是（　　） A．71.6% B．82.4% C．92.1% D．100% (4)另一实验小组改变动滑轮的重，提升同一物体进行多次实验，获得数据并绘制出如图丁的图像。分析可知：被提升物体所受的重力相同时，动滑轮越重，滑轮组机械效率越 （高/低）；分析图像中的A点可知，此时被提升物体所受的重力 。 A．一定大于12N        B．等于12N        C．一定小于12N 【答案】(1)匀速 (2)88.9 (3)C (4) 低 A 【详解】（1）测滑轮组的机械效率，需要匀速拉动绳子，并且要在拉动中读弹簧测力计的示数此时整个系统处于平衡状态，拉力大小等于测力计示数。 （2）根据表格中的数据可得，滑轮组的机械效率为 （3）分析表格中的数据可知，对于同一滑轮组，所拉物重越大，其机械效率越高，故物重8N时机械效率大于物重6N时的机械效率的90.9%；而因为任何机械的效率都不可能达到100%；故ABD不符合题意，C符合题意。 故选C。 （4）由图丁可知，物重一定时，动滑轮越重机械效率越低：根据图丁可知，当动滑轮更为时，滑轮组的机械效率为；若忽略绳重和摩擦，则滑轮组的机械效率为 代数，解得 即被提升物体所受的重力为；但由于绳重和摩擦力会使得额外功变大，根据可知，在机械效率不变时，额外功增大，有用功也增大，所以若提升相同的高度，物体的重力要大于，故A符合题意，BC不符合题意。 故选A。 12．新北郊的物理兴趣小组的同学通过第四章的学习后，知道：直接提起重物做功WG（焦）与拉力通过机械做功WF（焦）之间的比例（比值），能反映这个机械的工作效率η；且比值越大，机械效率η越高。小张同学继续探究使用斜面匀速提升重物做功特点。他用小车作为研究物体，在斜面A上进行实验。如图所示。先用测力计测出小车的重力G，并竖直向上将使小车匀速提升一段高度h；再将小车放在斜面底端，沿斜面用测力计将小车匀速拉到相同高度h，并逐渐改变斜面的倾角θ。又选择了更粗糙的斜面B继续实验。并计算出直接提起小车做功WG和拉力通过斜面做功WF。表一、表二是他记录的实验数据。 表一（斜面A） 实验 序号 重力G （牛） 拉力F （牛） 小车上升 距离h （米） 斜面的倾角θ（度） 直接提起小车 做功WG（焦） 拉力通过斜面 做功WF（焦） 1 5 1.8 0.2 15 1 1.4 2 5 2.9 0.2 30 1 1.2 3 5 3.9 0.2 45 1 1.1 表二（斜面B） 实验 序号 重力G （牛） 拉力F （牛） 木块上升 距离h （米） 斜面的倾角θ（度） 直接提起木块 做功WG（焦） 拉力通过斜面 做功WF（焦） 4 5 2 0.2 15 1 1.5 5 5 3.2 0.2 30 1 1.3 6 5 4.3 0.2 45 1 1.2 （1）上述的实验结果表明：利用斜面对物体做功WF 不用斜面直接对物体做功WG（选填“大于”、“等于”或“小于”）； （2）分析比较表一或表二中的WF和θ及相关实验数据，可得出的初步结论是：使用粗糙程度相同的斜面，匀速提起同一物体到同一高度时， ； （3）分析比较1与4或2与5或3与6中的WF和相关实验数据，可得出的初步结论是： ； （4）请进一步综合分析表一、表二中的相关数据并归纳得出结论：使用斜面匀速提起同一物体到同一高度时， ，机械效率η越高； （5）结合第（4）题的结论，请思考能不能使机械效率η调到100%，简要说明理由。 。 【答案】 大于 斜面的倾角θ越大，斜面的机械效率越高。 斜面的倾角θ相同，匀速提起同一物体到同一高度时，斜面越光滑，斜面的机械效率越高。 斜面的倾角θ越大、粗糙程度越小 不能。因为摩擦力的存在，使用斜面时不可避免得要克服摩擦做额外功 【详解】（1）[1]6组实验数据中都是利用斜面对物体做功WF大于不用斜面直接对物体做功WG，这是因为有额外功的存在，总功始终大于有用功。 （2）[2] 分析比较表一或表二中的WF和θ及相关实验数据,可以看出，使用粗糙程度相同的斜面，匀速提起同一物体到同一高度时，斜面的倾角θ越大，WF的值越大，WG不变，所以斜面的机械效率越高。 （3）[3] 分析比较1与4或2与5或3与6中的WF和相关实验数据, 可以看出,斜面的倾角θ相同时，匀速提起同一物体到同一高度时，斜面越光滑，WF的值越小，WG不变，所以斜面的机械效率越高。 （4）[4]综合（2）（3）中分析可得：使用斜面匀速提起同一物体到同一高度时，斜面的倾角θ越大、粗糙程度越小，机械效率η越高。 （5）[5] 因为摩擦力的存在，使用斜面时不可避免得要克服摩擦做额外功，所以不能使机械效率η调到100%。 四、计算题 13．斜面在生产生活中应用非常广泛。如图甲所示，利用斜面将水中的物体拉出来，若牵引汽车重，共有4个车轮，每个车轮与地面的接触面积为。整个过程中，汽车以2m/s的速度匀速行驶，物体从A到C的过程中，绳子拉力的功率P随时间t的关系如图乙所示。已知B点为斜面AC的中点，斜面AB的长为s，高为h，s=2h。物体的质量为80kg，体积为，不计绳子与滑轮间的摩擦和绳重。求：（水的密度为，g取） (1)汽车静止时，对地面的压强； (2)物体全部出水后所受斜面的摩擦力的大小； (3)物体在水中上升的过程中，斜面的机械效率。（结果精确到0.1%） 【答案】(1) (2)300N (3) 【详解】（1）汽车静止时对地面的压力 4个车轮与地面的接触面积 汽车静止时，对地面的压强 （2）由图乙知：物体全部出水后，拉力的功率P=1400W，则 物体全部出水后受到拉力F、重力G、摩擦力f和支持力FN（因为支持力的方向始终与物体移动方向垂直，故支持力对物体不做功）。 物体的重力 由题意知，物体全部出水后物体上升的高度为h，沿斜面运动的距离为s，s=2h。则 即 解得f=300N，故物体全部出水后所受斜面的摩擦力的大小为300N。 （3）由图乙知，物体在水中时拉力的功率，则 由题意可知，物体在水中上升的高度为，在水中沿斜面运动的距离为，则 则 14．建筑工地上，需要利用拖拉机和滑轮组（如图所示）将一个质量为1.2×103kg的物体，拉到长100m，高60m的斜面顶端。测得拉动一个物体沿斜面匀速上升时拖拉机对绳的水平拉力为4.8×103N。（不计绳重及轮轴间摩擦）（g取10N/kg）求： (1)拖拉机对物体做的有用功； (2)求装置（滑轮组与斜面组合）的机械效率； (3)若拖拉机质量为12t，最大输出功率为48kW，受到水平地面的阻力为车重的0.01倍，则其在匀速运动时的最大速度为多少？ (4)已知动滑轮重500N，求物体与斜面间的摩擦力大小。 【答案】(1)7.2×105J (2)75% (3)8m/s (4)2.1×103N 【详解】（1）克服物体重力做的有用功 W有＝Gh＝mgh＝1.2×103kg×10N/kg×60m＝7.2×105J （2）由图可知，滑轮组中有两段绳子通过动滑轮，即n=2，将物体拉上斜面时，拖拉机通过距离 s=2L=2×100m=200m 拉力总功 W总=F拉s=4.8×103N×200m=9.6×105J 装置（滑轮组与斜面组合）的机械效率 （3）拖拉机做匀速直线运动，水平方向牵引力、阻力和拉力是平衡力，牵引力 F牵=f+F拉=0.01G拖拉机+F拉=0.01m拖拉机g+F拉=0.01×12×103kg×10N/kg+4.8×103N=6000N 由 可得拖拉机在水平地面上匀速拉动物体过程中的最大速度 （4）额外功 W额=W总-W有=9.6×105J-7.2×105J=2.4×105J 不计绳重及绳与滑轮间的摩擦，克服动滑轮重和斜面摩擦所做的功是额外功，所以 W额=fL+G滑h 所以物体所受摩擦力 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！15 学科网（北京）股份有限公司 $$