11.5 第1课时 认识机械效率-【拔尖特训】2024-2025学年九年级上册物理(苏科版)

20 五、 机械效率 第1课时 认识机械效率 ▶ “答案与解析”见P11 1. (2022·盐城)在“再探动滑轮”的实验中,小 明用弹簧测力计沿竖直方向匀速拉动滑轮, 使挂在它下面重为3N的钩码缓缓上升 0.2m,钩码上升所用的时间为4s.绳受到的 拉力为2N,此过程中钩码上升的速度为 m/s,拉力的功率为 W,动 滑轮的机械效率为 . (第2题) 2. (2023·镇江)如图所示,工人师傅 利用滑轮将沙发运上楼,该滑轮是 滑 轮.若 工 人 师 傅 用 1000N的拉力,将重为800N的 沙发匀速提升5m,则工人师傅做 的有用功为 J,该滑轮的机械效率为 %. (第3题) 3. (2023·无锡)如图所示为安装在某种 塔式起重机吊臂一侧的滑轮组,某次 匀速吊起600kg的物体时,物体上升 5m,用时15s,滑轮组的机械效率是 80%,则 滑 轮 组 所 做 的 有 用 功 是 J,总功是 J,拉力F 的功率 是 W.(g取10N/kg) 4. 小明同学的体重为500N,他用重10N的水 桶将重100N的水提到5m高的教室使用, 在这一过程中,他做的有用功和额外功分 别是 ( ) A. 500J,50J B. 500J,2550J C. 550J,2500J D. 3000J,50J 5. (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. 所做的有用功越多的机械,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 6. ★如图所示,工人们用同一滑轮组,根据需要 可以选择两种方式来提起等重的建筑材料, 若不计摩擦和绳重,则F1 F2,机械 效率η甲 η乙.(>/=/<) (第6题) (第7题) 7. 用如图所示的滑轮组将重为85N的物体匀 速提升2m,拉力F 为50N.此过程中有用 功为 J,总功为 J,滑轮组的 机械效率为 .根据已知条件,有下列四 个物理量:① 动滑轮上升的高度、② 动滑轮的 重力、③ 额外功、④ 拉力的功率,其中还能求出 的有 (填序号,下同)和 . 答案讲解 8. (2023·泰州)如图所示,一个斜坡 的长L=4 m,高h=2 m.小明用平 行于斜坡向上的120N的拉力F 将 重为200N的木箱沿斜坡从底端匀速拉到顶 端.他所做的有用功为 J,斜坡的机械 效率为 %(精确到0.1%),木箱所受 摩擦力的大小为 N. (第8题) (第9题) 9. (2023·盐城亭湖期末)用如图所示的装置提 升物体,先将总重为G 的钩码挂在均匀铁制 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 物理(苏科版)九年级上 知 识 讲 解 21 杠杆上的A 点,弹簧测力计作用于C 点,竖 直向上匀速拉动测力计,杠杆的机械效率为 η1;若仅将钩码改挂到B 点,仍将测力计竖 直向上匀速拉动相同的高度,杠杆的机械效 率为η2.摩擦不计,则 ( ) A. η1<η2 B. η1>η2 C. η1≥η2 D. η1≤η2 10. (2023·广元)如图所示,某工人利用滑轮组 将一个工件沿水平地面匀速拉动到加工点. 拉动过程中,工人对绳的拉力始终沿竖直方 向,工人双脚始终与水平地面接触且接触面 积为300 cm2,工人对地面的压强为2.0× 104 Pa;此工人的质量为70 kg,两个动滑轮 的总质量为10 kg,绳重、绳与滑轮之间的摩 擦均忽略不计,g取10 N/kg.求: (1) 工人的手对绳的拉力大小. (2) 工件移动过程中,地面对工件摩擦力的 大小. (3) 滑轮组在此次拉动过程中的机械效率. (第10题) 11. (2023·郴州)如图所示,物体重10N,每个 滑轮重1N,在F=2.5N的拉力作用下,物 体上 升 了 1m,则 拉 力 做 的 有 用 功 是 J,克服绳重及摩擦所做的额外功 为 J. (第11题) (第12题) 答案讲解 12. 如图所示,用甲、乙两个动滑轮将 物体A、B 匀速竖直提升相同高 度,已知GA=2GB,两个动滑轮的 机械效率相等,忽略绳重和摩擦,拉力所做 的功W甲∶W乙= .若在A、B 下方 均增加重为G 的钩码,匀速竖直提升相同高 度,则机械效率η甲' (>/=/<)η乙'. 13. 如图所示,利用动滑轮提升一个重为G 的物 块,不计绳重和摩擦,其机械效率为60%.若 要使此动滑轮的机械效率达到90%,则需要 提升重为G 的物块的个数为 ( ) A. 3 B. 4 C. 5 D. 6 (第13题) (第14题) 14. (2023·新疆)使用如图所示的滑轮组匀速 提升重力不同的物体时,除了动滑轮的重力 导致的额外功外,其他因素导致的额外功与 总功的比值为一定值.已知动滑轮的重力为 1.0N,绳子能够承受的最大拉力为50N. 当匀速提升重为9.0N的物体时,滑轮组的 机械效率为81%,则使用该滑轮组匀速提 升物体时的机械效率的最大值为 ( ) A. 90% B. 89% C. 88% D. 87% 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 第十一章　简单机械和功 五、 机械效率 第1课时 认识机械效率 1. 0.05 0.2 75% 2. 定 4000 80 3. 3×104 3.75×104 2.5×103 4. B 5. D 6. < = [解析]由题图知,图甲中 n甲=3,图乙中n乙=2,不计摩擦和绳 重,提升等重的建筑材料时拉力分别 为 F1 = 1 3 (G物 +G动 ),F2 = 1 2 (G物+G动),比较可知F1<F2;因 不计摩擦及绳重,克服动滑轮自重做 的功为额外功,滑轮组的机械效率 η= W有用 W总 ×100% = G物h G物h+G动h× 100%= G物 G物+G动×100% ,因G动 不 变、G物 相等,故η甲=η乙. 对机械效率影响因素的认知 机械效率与机械的自身因素 和做功的对象有关,与机械是否省 力、做功多少、做功快慢等无关. 7. 170 200 85% ① ③ [解析]由图可知,提升动滑轮和物体 的绳子的段数n=2,在物体被匀速提 升h=2m的过程中,动滑轮上升的 高度也为2m.绳子自由端移动的距 离s=nh=2×2m=4m,W有用 = Gh=85N×2m=170J,W总=Fs= 50N×4m=200J,η= W有用 W总 × 100%=170J200J×100%=85% ,W额外= W总-W有用=200J-170J=30J.因 为题中没有“不计绳重和摩擦”的条 件,所以W额外 不一定等于G动h,G动 不能求出;因为用滑轮组提升物体的 时间t(或物体上升的速度v)未知,所 以不能运用 P= W总 t (或 P=F· v绳=F×2v)求出拉力的功率. 8. 400 83.3 20 [解析]小明做的 有用功W有用=Gh=200 N×2 m= 400 J;他 做 的 总 功 W总 =FL = 120 N×4 m=480 J,则斜坡的机械效 率η= W有用 W总 ×100%= 400J 480J×100%≈ 83.3%;小明做的额外 功 W额外 = W总-W有用=480 J-400 J=80 J,额 外功 就 是 克 服 摩 擦 力 做 的 功,即 W额外= fL,则f= W额外 L = 80J 4m= 20N. 9. A [解析]弹簧测力计两次上升的 高度相同,由数学知识可知,钩码挂在 B 点时升高的高度更大,由W有用= Gh可知有用功更大,摩擦不计,额外 功为克服铁制杠杆重力所做的功,两 次额外功相同,由η= W有用 W有用+W额外× 100%= 1 1+ W额外 W有用 ×100%可知,钩码 挂在B 点时杠杆的机械效率更大,即 η1<η2.故A正确. 10. [解析](1) 工人的重力G=mg= 70kg×10N/kg=700N,由p= F S 可 知,工人对地面的压力F压 =pS= 2.0×104Pa×300×10-4m2=600N, 由力的作用是相互的可知,工人受到 的支持力F支=F压=600N,由力的 平衡条件可知,绳对工人的手的拉力 F'=G-F支 =700N-600N= 100N,由力的作用是相互的可知,工 人 的 手 对 绳 的 拉 力 F =F'= 100N.(2) 两个动滑轮的重力G动= m动g=10kg×10N/kg=100N,由图 可知n=4,因为不计绳重和摩擦时 F=1n (f+G动),所以地面对工件的 摩擦力f=nF-G动=4×100N- 100N=300N.(3) 滑轮组的机械效 率η= W有用 W总 ×100% = f·s F·ns× 100%= fnF ×100%= 300 N 4×100N× 100%=75%. 11. 10 3 [解析]拉力做的有用功 W有用=Gh=10N×1m=10J,由图可 知每个动滑轮中吊起动滑轮的绳子的 股数n=2,绳子自由端移动的距离 s=n3h=23×1m=8m,则力F 做的 功W总=Fs=2.5N×8m=20J;总的 额外功W额外=W总-W有用=20J- 10J=10J,吊起动滑轮所做的额外功 W动额外=G动 h1+G动 h2+G动 h3= 1N×1m+1N×2m+1N×4m= 7J.克服绳重及摩擦所做的额外功 W摩擦额外 =W额外 -W动额外 =10J- 7J=3J. 12. 2∶1 < [解析]设用甲、乙两 个动滑轮将物体A、B 匀速竖直提升 相同高度h,则W有用=G物h,由W总= W有用 η = G物h η 可 得,W甲 W乙 = GAh GBh = 2 1. 忽略绳重和摩擦,W额外=G动h, W总=W有用+W额外=(G物+G动)h, η= W有用 W总 ×100%= G物h (G物+G动)h× 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 11 100%= G物 G物+G动 ×100% ,由η甲 = η乙 可知 GA GA+G甲动 = GB GB+G乙动 ,将 GA =2GB 代 入 上 式 可 得 G甲动 = 2G乙动.若在A、B 下方均增加重为G 的钩码,匀速竖直提升相同高度h', 则η'= (G物+G)h' (G物+G+G动)h'×100%= G物+G G物+G+G动 × 100% ,η甲' η乙' = GA+G GA+G+G甲动 × GB+G+G乙动 GB+G = GA+G GB+G × GB+G+G乙动 GA+G+G甲动 = 2(GB+G)-G GB+G × GB+G+G乙动 2(GB+G+G乙动)-G= 2- GGB+G × 12- GGB+G+G乙动 < 1,即η甲'<η乙'. 13. D [解析]提升一个重为G 的物 块时,因不计绳重和摩擦,由η= W有用 W总 × 100% = Gh (G+G动)h × 100%= GG+G动×100% 可得,动滑轮 的重力G动=1-η η ×G=1-60%60% × G=23G. 设提升n个物块时,滑轮的 机械效率为90%,则η'= nG nG+G动× 100%,即90%= nG nG+23G ×100%, 解得n=6.故选D. 14. B 解析:当匀速提升重为9.0N 的物 体 时,滑 轮 组 的 机 械 效 率 为 81%,设物体匀速提升的高度为h,则 拉力所做的有用功 W有用 =Gh= 9.0N×h,由η= W有用 W总 ×100% 可得, 拉力 所 做 的 总 功 W总 = W有用 η = 9.0N×h 81% = 100 9 N×h ,克服动滑轮重 力所做的额外功 W额外动 =G动h= 1.0N×h,除了动滑轮的重力导致的 额外功外,其他因素导致的额外功 W额外其他 =W总 -W有用 -W额外动 = 100 9 N×h-9.0N×h-1.0N×h= 10 9N×h ,其他因素导致的额外功与 总功的比值 W额外其他 W总 = 10 9N×h 100 9 N×h = 1 10 ;由图可知,滑轮组绳子的有效股 数n=2,当物体上升的高度为h时, 绳子自由端移动的距离s=nh=2h, 由绳子能够承受的最大拉力为50N 可知,拉力所做总功的最大值W总大= F大s=50N×2h=100N×h,因除了 动滑轮的重力导致的额外功外,其他 因素导致的额外功与总功的比值为一 定值,所以,其他因素导致的额外功 W额外其他大=110W总大= 1 10×100N× h=10N×h,拉力所做有用功的最大 值 W有用大 = W总大 - W额外动 - W额外其他大=100N×h-1.0N×h- 10N×h=89N×h,则使用该滑轮组 匀速提升物体时的机械效率的最大值 η大= W有用大 W总大 ×100%= 89N×h 100N×h× 100%=89%. 第2课时 机械效率的测量与探究 1. (1) 0.1 (2) 2 83.3 (3) 不变 2. B 控制变量法在探究影响滑轮组 机械效率高低的因素实验中的应用 因为影响滑轮组机械效率高 低的因素不止一个,所以探究影响 滑轮组机械效率高低的因素时要 运用控制变量法.本题比较两滑轮 组并结合题意发现:承重绳子段数 相同,动滑轮重相同,被提升的高 度也相同,只有被提升钩码的重力 不同;结合控制变量法的思想,可 知该实验装置探究的是滑轮组的 机械效率与被提升物体的重力的 关系. 3. A 4. (1) 0.5 66.7 需要克服杠杆自 重(或摩擦力)做功 (2) 不能 两次 实验时钩码没有挂在同一位置 仅根 据一次对比实验所得的结论不可靠 [解析](1) 由图可知,F=0.5N.该实 验中,弹簧测力计对杠杆的拉力F 做 的总功W总=Fs=0.5N×0.3m= 0.15J;杠杆对钩码的拉力F'做有用 功,因 钩 码 匀 速 上 升,故 F'=G, W有用=Gh=1.0N×0.1m=0.1J; η= W有用 W总 ×100%= 0.1J 0.15J×100%≈ 66.7%.使用该杠杆做额外功的原因 主要有两个:一是克服杠杆自重;二是 克服杠杆与转轴之间的摩擦.(2) 探 究杠杆的机械效率是否与钩码悬挂点 的位置和钩码的总重有关时,应采用 控制变量法.如探究杠杆的机械效率 是否与所挂钩码的总重有关时,应控 制钩码悬挂点的位置不变.此外,应多 次改变钩码的总重,测出多组数据,通 过比较、分析才能得出结论.本题中仅 有两组数据且未控制变量,故不具有 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 21