第04讲 机械效率-九年级物理上册知识点讲解及课后练习(江苏专用)

第04讲 机械效率 适用学科 物理 适用年级 九年级 适用区域 江苏 本讲时长 120分钟 知识点 及学习目标 1理解机械效率，知道机械效率的影响因素； 2掌握机械效率的相关计算公式，争取熟练运用。 小明家住在三楼，现在小明爸爸将一袋沙子背到三楼，小明则利用了四楼的滑轮把一袋相同 质量的沙子运上楼，那么小明对一袋沙子做的功和爸爸对一袋沙子做的功是否相等呢？ 机械效率：物理学中，将有用功与总功的比值。 公式：η= ×100％ η是一个没有单位的量，常用百分数表示。 有用功：对人有用的功。 机械 影响因素（额外功） 提高机械效率的方法 方法 1、减少额外功在总功中占的比例 2、增大有用功在总功中占的比例 杠杆 ①杠杆自身的重力； ②杠杆与物体之间的摩擦力； ③物体的重力。 ①杠杆自身的重力越小、②杠杆与物体之间的摩擦力越小、③物重越大，机械效率越高 滑轮组 滑轮组的额外功：动滑轮自重、绳自重、绳与滑轮之间的摩擦力。 ①动滑轮的重力；②绳重，滑轮与绳、与轴之间的摩擦力。③物体的重力。 ①提升同样重的物体时，动滑轮越轻，其机械效率越大。 ②可采取改进机械结构、减小摩擦阻力等方法，或减小滑轮组中动滑轮自重等； ③同一滑轮组，所提重物越重，其机械效率越大 斜面 ①斜面的倾斜程度； ②斜面的粗糙程度； ③材料。 材料一定时，斜面的①倾斜程度越大，斜面②越光滑，机械效率越高。 额外功：对人没用但又不得不做的功。 额外功产生的主要原因：提升重物时，克服机械自重、容器自重等所做的功，以及克服机械的摩擦所做的功。 总功：人们在达到一定目的的过程中，实际做的功，一般指拉力F做的功，数值上等于有用功与额外功之和。 考点一 机械效率的概念 例1 使用机械做功时，机械效率高的机械一定是 （　 　） A．做的有用功多 B．做的额外功少 C．做相同的功省力 D．所做的额外功与所做的有用功的比值小 变式1 关于机械效率，下列说法正确的是 （ ） A. 越省力的的机械，机械效率越高 B. 有用功多的机械，效率越高 C. 额外功少的机械，机械效率高 D. 总功一定时，有用功多的机械的效率高 考点二 机械效率的计算 例2 小华和妈妈去超市购物,她们将17 kg物品放在小推车中推行,小推车在某段时间内速度v随时间t变化的关系图像如图所示。已知小推车重130 N,所受阻力是总重的0.15。(g取10 N/kg)  (1)在0~10 s内,水平推力　　    (大于/小于/等于)阻力,阻力大小为　　    N。 (2)10~20 s内水平推力做了多少功? (3)10~20 s内水平推力的功率多大? 考点三 滑轮（组）的机械效率 例3 如图所示,工人师傅用动滑轮将箱子吊到阳台上,箱子重为500 N,动滑轮重为10 N。在工人师傅竖直向上的拉力F作用下,箱子匀速上升了2 m,不计绳重和摩擦,则在此过程中 (　 　) A.F=250 N B.F=510 N C.绳自由端被收起的长度为4 m D.装置的机械效率η=100% 例4 如图所示,一根均匀的细木棒OC,OA=OC,B为OC的中点。在C点施力将挂在A点的重为180 N的物体匀速提升0.2 m,木棒的机械效率为90%。这里的木棒是一种简单机械,称为　　　    ,提升该物体做的有用功是　　　    J,木棒重为　　　    N(不计摩擦)。 例5 如图所示,斜面长s=10 m,高h=4 m。用沿斜面方向的推力F,将一个重为150 N的物体由斜面底端A匀速推到顶端B。运动过程中物体克服摩擦力做了200 J的功,则物体运动过程中克服物体的重力做的功W=　　　     J,斜面的机械效率η=　　　    ,推力F=　　　     N。 一、单选题 1．关于功、功率、机械效率说法正确的是（　　） A．功率越大，做功越快，机械效率越大 B．做功越少，功率越小，机械效率越小 C．功率越大，反映做功越快，与机械效率无关 D．机械效率越大，表明它做的功越多 2．如图所示，物理兴趣小组分别用甲、乙两个滑轮组匀速提起质量相同的物体，不计绳重及摩擦．若每个滑轮质量相同，对比两个滑轮组，下列说法正确的是 A．甲更省力，甲机械效率大 B．乙更省力，机械效率一样大 C．乙更省力，乙机械效率大 D．甲更省力，机械效率一样大 3．分别用如图所示的甲、乙两个滑轮组，在5s内将重为100N的物体G匀速提升2m，每个滑轮的重均为10N．不计绳重及摩擦，此过程中（ ） A．F甲小于F乙 B．甲的机械效率小于乙的机械效率 C．F甲做的功大于F乙做的功 D．F甲做功的功率等于F乙做功的功率 4．用一个动滑轮和一个定滑轮组成的滑轮组把重400N的物体匀速提升0.5m，滑轮组的机械效率为，则下列说法中正确的是（　　） A．额外功一定是50J B．拉力大小一定是250N C．动滑轮重一定是100N D．拉力通过的距离一定是1m 5．下列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．做功快的机械，功率一定大 C．机械效率高的机械，功率一定大 D．做功多的机械，机械效率一定高 6．如图所示的滑轮组中，动滑轮重1N，小强用6N的拉力F通过该滑轮组匀速拉起重10N的物体，物体沿竖直方向上升0.4m．此过程中，额外功和机械效率分别是（　　） A．0.4J　83.3% B．0.8J　91.7% C．0.8J　83.3% D．0.4J　91.7% 7．小明用两个相同的滑轮，组成不同的滑轮组如图所示，分别将同一物体匀速提高到相同高度，绳子的自由端移动的距离为S1、S2，图中左、右滑轮组的机械效率分别为η1、η2，下列关系正确的是（忽略绳重及摩擦）（　　） A．S1＞S2，η1=η2 B．S1＞S2，η1＞η2 C．S1＜S2，η1=η2 D．S1＜S2，η1＞η2 8．为了将放置在水平地面上重为100N的物体提升一定高度，设置了如图所示的滑轮组装置。当用图甲所示随时间变化的竖直向下的拉力F拉绳时，物体的速度v和物体上升的高度h随时间变化的关系分别如图乙和丙所示（不计绳重和绳与轮之间的摩擦）。下列计算结果正确的是（　　） A．0s~1s内，地面对物体的支持力是10N B．1s~2s内，拉力F做的功是62.5J C．2s~3s内，拉力F的功率是300W D．2s~3s内，滑轮组的机械效率是62.5% 9．如图，用大小相等的拉力F，分别沿斜面和水平面拉木箱，拉力方向和运动方向始终一致，运动时间tab＞tcd，运动距离sab=scd，比较两种情况下拉力所做的功和功率（ ） A．ab段做功较多 B．ab段与cd段的功一样多 C．ab段功率较大 D．ab段与cd段的功率一样大 10．利用图所示的杠杆将重为3N的物体缓慢匀速提高 10cm ，手的拉力 F 为2N，手移动的距离 s 为 30 cm ，则杠杆的机械效率为（ ） A．22% B．33% C．50% D．67% 二、填空题 11．如图所示，沿斜面把质量为12kg的一个物体匀速拉到最高处，沿斜面向上的 拉力是F=100N，斜面长2m、高1m，则其机械效率是______________%，物体所受摩擦力__________________N. （g=10N/kg） 12．小明和体重较大的爸爸帮助邻居各扛一袋质量为5kg的大米，从一楼爬到三楼，爸爸用时较短，则小明所做的有用功_____爸爸所做的有用功；小明做总功的功率_____爸爸做总功的功率。（选填“大于”、“等于”或“小于”） 13．如图所示，用同一滑轮按甲、乙两种方式匀速提升同一物体，物体重l00N，滑轮重25N，绳重和摩擦不计。图甲中F甲＝________ N，图乙装置的机械效率η＝________。若图乙中再加挂一物体，机械效率将________。 14．用如图所示的滑轮组在 2s 内将货物提升 0.6m，已知动滑轮重 40N，货物重300N，拉力的功率为 108W。则货物被提升时绳端的拉力是______N，该滑轮组的机械效率是______%。若不计绳重，克服摩擦力做的额外功为______J。下列做法中能使滑轮组的机械效率发生改变的是______（选填序号）。 ①改变物体提升的高度 ②改变所提升物体的物重 ③改变定滑轮重 ④改变动滑轮重 15．如图所示，小强在30s内用滑轮组将物体A沿水平地面匀速移动6m，已知物体A重为800N，它受到的摩擦力为60N，小强所用拉力为25N，则A的重力做功为________J，拉力的功率为_________W，此滑轮组的机械效率为__________． 16．如图所示，用1.2N的拉力沿竖直方向匀速拉起重为2N的物体，物体上升0.1m所用时间为4s此过程中拉力的功率为_____W，动滑轮的机械效率为_____。在这个过程中，重物的机械能将_____。 17．如图所示，弹簧测力计的示数为_______ N，钩码的重力为 1.0N，钩码上升的高度 h 为0.1m，测力计竖直向上移动的距离 s 为 0.3m，此时杠杆的机械效率为______。忽略杠杆转动轴的摩擦，仅将钩码的悬挂点从 A 移到 B，若重物提升高度相同，则：额外功与有用功的比值将_______-（选填“增大”、“减小”或“不变”，下同），杠杆的机械效率将__________。 18．如图所示，一轻质杠杆水平支在支架上，OA=20cm，G1是边长为5cm的正方体，G2重为20N. 当OC=10cm时，绳子的拉力为____N，此时G1对地面的压强为2×104Pa. 现用一水平拉力使G2以5cm/s的速度向右匀速直线运动，经过___s后，可使G1对地面的压力恰好为零． 三、实验题 19．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，实验装置如图： 实验序号 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 0.5 0.3 机械效率η 74% 57% （1）通过表中数据可分析出实验1是用____（甲/乙）图做的实验，表中空白处的数据是______．（百分号前保留整数） （2）通过实验1和实验2的数据分析可得出结论：使用不同的滑轮组，提升相同的重物时，动滑轮的个数越多，滑轮组的机械效率______．比较实验1和实验3可得正确结论：使用同一滑轮组，____________，可以提高滑轮组的机械效率． 20．小明同学用如图所示的装置探究杠杆的机械效率，每个钩码的质量为 m，O为支点（不计摩擦）： (1)小明将2只钩码悬挂在 B 点，在 A 点始终竖直向上缓慢匀速拉动弹簧测力计，拉力为 F1，测得 A、B 两点上升的高度分别为 h1、h2， 则在拉动过程中 F1 的大小_________（变大/不变/变小），杠杆的机械效率为η=________。（用物理量的符号表示） (2)小明将2只钩码悬挂在C点，在A点竖直向上匀速拉动弹簧测力计，使 C点上升高度为h2，则弹簧测力计的示数将_____ （大于/ 等于/小于）F1，此次弹簧测力计做的功将_____ （大于/等于/小于） 第一次做的功。 21．在生产中，人们往往用的是由杠杆、滑轮等简单机械组合而成的复杂机械．在一次综合实践活动中，王刚同学分别用一轻质杠杆（O为支点，OA=3OB）、一只滑轮和一些细绳构成的组合机械来提升重90N的物体．王刚在实践活动中是这样做的：他先单独使用一个动滑轮来提升重物，如图甲所示，然后又用动滑轮和杠杆组成的组合机械来提升重物，如图乙所示． （1）在不计机械重、绳重、部件间摩擦时，F1= N，F2= N．比较F1、F2可以看出，使用乙图组合机械的好处是 ． （2）请你帮他设计另一种能省力的组合机械，请把设计方案图画在下面的方框内． （3）王刚在实验中突然提出这样一个问题，使用乙图的组合机械与使用甲图的动滑轮相比，它的机械效率是否发生改变呢？ （a）为了比较甲、乙两机械效率的大小，需要测量的物理量有：物体的重力G，F1和F2的大小， 以及拉力F1移动的距离S1和拉力F2移动的距离S2． （b）机械效率η甲= ，η乙= ．（用测量的物理量来表示） 四、计算题 22．如图甲所示，柳叶湖大桥让常德市区交通变得便捷的同时也成为了一道亮丽的风景。小洋暑假里在常德欢乐水世界游玩后乘小汽车返回市区，需要从平直的道路驶上柳叶湖大桥。已知小汽车（含乘客）总质量为2.5×103kg，以18 m/s的速度在大桥的引桥上匀速行驶，如图乙所示，此过程中小汽车的功率为36 kW，可以将引桥近似看成一个倾角较小的斜面，此斜面的长度为400 m，高度为12 m。 (1)如果小汽车与地面的总接触面积为0.05 m2，它静止在水平路面上对地面的压强为多大？ (2)大桥引桥的机械效率为多大？ (3)小汽车在引桥上行驶时所受路面的摩擦力（空气阻力忽略不计）为多大？ 23．如图是工人利用滑轮组提升重为810N物体的示意图，某段过程中物体匀速上升的速度为0.1m/s，工人拉力F的功率为90W，物体上升10s拉力F克服滑轮组的摩擦做的功是60J，不计绳重．求： （1）工人拉绳子的速度； （2）滑轮组的机械效率； （3）滑轮组中的动滑轮的重力． 24．用如图甲所示的装置来探究滑轮组的机械效率与物重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物的关系如图乙所示。若不计绳重和摩擦，则： ①此滑轮组动滑轮的重力为______N。 ②将物重为15N的重物提升4m，拉力需要做______J的功； ③当G物不变，只改变图甲中的绕绳方式，滑轮组的机械效率将______(选填“变大”、“不变”或“变小”)。 25．如图所示，斜面长s=1.5m，高h=0.3m．建筑工人将重G=500N的货物箱，用绳子从地面匀速拉到顶端时，沿斜面向上的拉力F=150N，忽略绳子重力。求： （1）该过程拉力F做的功； （2）该装置的机械效率； （3）货物箱在斜面上受的摩擦力大小。 26．工人用如图所示的滑轮组将一重400N的物体10s内匀速提高了10m，若所用的拉力为150N，不计绳重和摩擦． （1）拉力做的有用功是多少？总功是多少？ （2）拉力的功率是多少？ （3）该滑轮组的机械效率为多少？ 27．重庆港一装卸工人用如图所示的滑轮组匀速提升质量为120kg的货物，动滑轮重力为300N，在拉力F作用下5s内货物被匀速提高了1m，不计绳重和摩擦。求： (1)此过程中做的有用功； (2)滑轮组的机械效率； (3)拉力F的功率。 28．工人用图示装置在10s内将质量为45kg的货物匀速提升2m，此过程中拉力的功率为120W．（g取10N/kg）求： （1）有用功； （2）滑轮组的机械效率； （3）若工人用此装置匀速提升其他货物，测得拉力大小为300N，额外功占总功的20%，工人提升货物的重． 29．建筑工地上，起重机吊臂上的滑轮组如图所示，在匀速起吊重4.2×103N的物体时，物体5s内上升了6m。若滑轮组所做的额外功为1.08×104J，求： (1)滑轮组所做的有用功。 (2)拉力做功的功率。 (3)滑轮组的机械效率。 本节课教学计划完成情况： 照常完成□ 提前完成□ 延后完成□ 学生的接受程度： 完全能接受□ 部分能接受□ 不能接受□ 学生的课堂表现： 很积极□ 比较积极□ 一般□ 不积极□ 教学反思概述： 第04讲 机械效率 适用学科 物理 适用年级 九年级 完成情况 完成评分 一．选择题（共10小题） 1．（2020春•市中区期末）下面关于功率、机械效率的几种说法中正确的是（　　） A．做功所用的时间越多，功率越小 B．依据功的原理可知机械效率永远小于1 C．做的有用功越多，机械效率越高 D．功率越大，做功就越多 2．（2020•海珠区一模）右图中：利用定滑轮，水平方向的力F1拉重为G的物体作匀速直线运动，物体升高h改用滑轮组时，所用水平方向的力为F2，也使同一物体匀速升高h，此过程滑轮组的（　　） A．有用功为F1h B．总功为F2h C．额外功为：2F2h﹣F1h D．机械效率为 3．（2020春•长沙期末）下列关于功、功率、机械效率的说法正确的是（　　） A．做功多的机器机械效率一定高 B．功率大的机器做功时间一定短 C．机械效率高的机器功率一定大 D．滑轮组可以通过减轻动滑轮重，加润滑油等方法提高机械效率 4．（2020春•海淀区校级期末）下列关于机械和功相关说法，正确的是（　　） A．若重力对物体做了功，物体的运动状态一定发生改变 B．所做有用功越多的机械，则其机械效率一定越大 C．物体受到的合外力做功为零，则物体一定处于静止状态 D．机械做功越快，则机械做功的功率一定越大 5．（2020•连云港一模）用一个动滑轮和一个定滑轮组成的滑轮组把重400N的物体匀速提升0.5m，滑轮组的机械效率为80%，则下列说法中正确的是（　　） A．额外功一定50J B．拉力大小一定是250N C．动滑轮重一定是100N D．拉力通过的距离一定是1m 6．（2020•黄石）如图，是一位同学组装的提升重物装置，他用100N的拉力F，在10s内把重150N的重物G提升4m，则此过程中（　　） A．该滑轮组的效率为75% B．他做的总功为1200J C．他做的有用功为800J D．他对滑轮组做功的功率为60W 7．（2020•广州）如图所示，小明分别使用甲、乙、丙、丁四种机械匀速提升物体（绳长不变），测得拉力和物体M、N所受的重力如表所示，则（　　） F甲 F乙 F丙 F丁 GM GN 5.5N 12N 5.5N 8N 5N 10N A．甲的机械效率比丙的大 B．乙、丁的机械效率相同 C．使用丙提升物体M时省力 D．实验测得的数据无法算出机械效率 8．（2020•巴中）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 9．（2020•凉山州）关于功率、机械效率，下列说法正确的是（　　） A．做功越多的机械，其功率就越大 B．越省力的机械，其功率就越小 C．做功越慢的机械，其机械效率就越低 D．有用功与总功的比值越大的机械，其机械效率就越高 10．（2020•自贡）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． 二．填空题（共3小题） 11．（2020•丹阳市二模）某同学用如图滑轮组将重为600N的物体以0.2m/s的速度匀速向上拉动，拉力为250N（不计绳重及摩擦），5s内人拉绳子做的功　 　J，该滑轮组的机械效率是　 　，则动滑轮重　 。 12．（2020•张店区一模）如图所示，不计绳重和摩擦。用250N的拉力将重400N的物体10s内匀速提升3m，则滑轮组的机械效率为　 　，所提升的物体重力越大，机械效率将　 　（选填“变大”“变小”或“不变”）。 13．（2020•金昌）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　 　。 三．实验探究题（共1小题） 14．（2020春•成都期末）在“探究影响滑轮组机械效率的因素”实验中，晓理用如图所示的滑轮组分别做了三次实验：第一次使用塑料滑轮，第二次使用铝制滑轮，第三次使用铁制滑轮，三种滑轮的体积相同且都是均匀实心的，实验数据记录如表。 实验次数 滑轮材质 钩码重G/N 钩码上升的距离h/cm 弹簧测力计的示数F/N 弹簧测力计上升的距离s/cm 机械效率η 1 塑料 3 10 1.6 30 62.5% 2 铝 3 10 2 30 50% 3 铁 3 10 2.5 30 （1）这个实验使用的测量工具是　 　和弹簧测力计。 （2）第3次实验的机械效率为　 　%。 （3）从实验数据分析可知：提升同一物体，动滑轮越重，滑轮组的机械效率越　 。 四．计算题（共3小题） 15．（2020•和平区二模）如图，物体重180N，动滑轮重20N，绳重不计。物体在100N的拉力作用下，以0.1m/s的速度匀速上升了10m。计算： （1）拉力做功的功率是多少？ （2）克服摩擦做的功是多少？ （3）滑轮组的机械效率是多少？ 16．（2020春•莒县期末）如图，在斜面上将一个重为4.5N的物体匀速拉到高处，沿斜面向上的拉力为1.8N，物块沿斜面运动了s＝1.2m、竖直高度上升了h＝0.3m。已知把重物直接提升h所做的功作为有用功，斜面对物块的摩擦力做的功为额外功。请计算： （1）拉力做的功； （2）这个斜面的效率； （3）斜面对物块的摩擦力。 17．（2020春•平度市期末）某同学用滑轮组提升物体，绳子自由端竖直移动的距离随时间变化的关系如图中图线a所示，物体上升的高度随时间变化的关系如图中图线b所示。已知物体的重力为500N，所用动滑轮的重力为40N．不计绳重和摩擦，求： （1）0﹣10s，重物上升的速度是多少。 （2）0﹣20s，拉力做的有用功是多少。 （3）0﹣30s，拉力的功率是多少。 （4）在上述过程中，此滑轮组的机械效率是多少。 习题完成时间： 习题的难度：难□ 中□ 易□ 完成的质量： A□ B□ C□ D□ 5 / 6 学科网（北京）股份有限公司 第04讲 机械效率 适用区域 江苏 适用年级 九年级 例1 B 变式1 D 例2 (1)大于　45　(2)360 J　(3)36 W 例3 C 例4 杠杆　36　10 例5 600　75%　80 课堂作业 1．C 2．B 3．D 4．A 5．B 6．C 7．C 8．C 9．B 10．C 11．60 40 12．等于 小于 13．100 80 % 变大 14．180 83.3 12 ②④ 15．0 15 80% 16．0.06 83.3℅ 增加 17．0.5N 66.7% 减小 增大 18．10 10 19．甲 83％ 越低 提升物体越重 20．不变 大于 小于 21．（1）45；15；更省力 （2）如图； （3）（a）物体上升的高度h； （b）；=． 22．(1)5×105Pa；(2) 37.5%；(3)1.25×103N 23．（1）0.3m/s；（2）90%；（3）30N 24．3 76 不变 25．（1）225J （2）66.7% （3）50N 26．（1）4×103J； 4.5×103J；（2）450W；（3）88.9% 27．(1)1200J；(2)80%；(3)300W 28．（1）900J；（2）75%；（3）720N． 29．(1)2.52×104J；(2)7.2×103W；(3)70% 课后作业： 1.B 2．D 3．D 4．D 5．A 6．A 7．A 8．B 9．D 10．B 11．750；80%；150 12．80%；变大 13．0.72；83.3% 14．（1）刻度尺；（2）40；（3）低 15．30W；1000J；60% 16．2.16J；62.5%；0.675N 17．0.1m/s。1000J。54W。92.6% $$