12.4 机械效率（知识解读）-2024-2025学年八年级下册物理同步知识解读与专题训练（人教版2024）

12.4 机械效率（知识解读）（解析版） •知识点1 有用功和额外功 •知识点2 机械效率的概念 •知识点3 机械效率的计算和应用 •知识点4 有关机械效率的探究实验 •作业 巩固训练 有用功和额外功 知识点1 1、有用功：利用机械做功的时候，对人们有用的功就叫做有用功。 2、额外功：并非我们需要但又不得不做的功叫做额外功。 3、总功：有用功与额外功的和叫总功。 4、总功的计算：W总=Fs；W总=W有用+W额外。 5、有用功的计算方法：W有用=Gh；W有用=W总-W额外。 6、额外功的计算方法：W额外=G′h，W额外=f摩s；W额外=W总-W有用。 【典例1-1】小明家刚买的新房，需要装修。装修师傅用如图所示的装置，将重为的建材从地面匀速运送到离地的高处，所用时间为。已知动滑轮重为，不计绳重和摩擦，下列说法正确的是（       ） A．工人做的额外功是 B．工人做的总功是 C．工人的功率是 D．减小提升物体的重力，可以提高滑轮组的机械效率 【答案】C 【详解】AB．由图可知，滑轮组的动滑轮绕2段绳，不计滑轮组的绳重和摩擦，拉力 绳子自由端移动的距离s=nh=2×12m=24m 工人做的总功W总=Fs=100N×24m=2400J 有用功W有=Gh=150N×12m=1800J 额外功W额=W总-W有=2400J-1800J=600J 故AB错误； C．工人拉力的功率为 故C正确； D．由得，减小提升物体的重力，会降低机械效率，故D错误。 故选C。 【典例1-2】周末，小明去奶奶家玩。小明帮奶奶用水桶从井中打水时，小明对水桶做的功是 （选填“有用”“额外”或“总”）功；小明提着水桶在水平路面匀速前行时，小明对水桶 （选填“做功”或“不做功”）。 【答案】 额外 不做功 【详解】[1]小明帮奶奶用水桶从井中打水时，目的是把水提上来，对水做的功是有用功，而对水桶做的功是额外功。 [2]小明提着水桶在水平路面匀速前行时，拉力方向竖直向上，水桶在水平方向移动，在拉力的方向上没有移动距离，所以小明对水桶不做功。 【变式1-1】“曲岸深潭一山叟，驻眼看钩不移手”，古往今来，无数钓鱼爱好者陶醉于这项活动之中。钓鱼时，某人不小心把水桶弄进水里，捞上桶时发现桶里带些水，在用绳子打捞水桶的过程中，下列所述中属于有用功的是（　　） A．把桶中水提高做的功 B．把桶和桶中的水提高做的功 C．把桶提高做的功 D．把绳子提高做的功 【答案】C 【详解】有用功的定义是完成一件事情而做的功，简单理解，有用功是与你的目的直接相关的；我们的目的就是为了把水桶提上来，所以克服水桶的重力做的功为有用功。故C符合题意，ABD不符合题意。 故选C。 【变式1-2】如图所示，升国旗过程中，克服国旗的重力做的功是 ，人对绳子的拉力做的功是 （以上两空选填“有用功”、“额外功”或“总功”），因为风吹雨淋，定滑轮出现了锈蚀，升旗时的机械效率跟定滑轮未生锈时相比变 （选填“大”或“小”）。 【答案】 有用功 总功 小 【详解】[1][2]升国旗时，克服国旗重力做的是为完成工作目的而必须要做的功，对我们来说是有用功；人对绳子的拉力做的功是有用功和额外功的总和，是总功。 [3]因为风吹雨淋，定滑轮出现了锈蚀，受到的摩擦力变大，相同条件下所做的额外功增加，升旗时的机械效率跟定滑轮未生锈时相比变小。 机械效率的概念 知识点2 1、概念：有用功跟总功的比值叫做机械效率，通常用百分数表示。 2、计算公式：用W总表示总功，用W有用表示有用功，用η表示机械效率，则：。 由于额外功不可避免，有用功只是总功的一部分，因而机械效率总小于1。 3、提高机械效率的主要办法 （1）在有用功一定时，尽量减少额外功，采用减轻机械自身的重力和加润滑油来减少摩擦的措施。 （2）在额外功一定时，增大有用功，在机械能够承受的范围内尽可能增加每次提起重物的重力，充分发挥机械的作用。 【典例2-1】下列关于功、功率和机械效率的说法正确的是（　　） A．做功多的机械，功率一定大 B．功率大的机械，做功一定快 C．做功快的机械，机械效率一定高 D．做有用功多的机械，机械效率一定高 【答案】B 【详解】A．根据可知，只有在时间相同时，做的功越多，功率才越大。故A错误； B．功率是表示做功快慢的物理量，功率越大，说明做功越快。故B正确； C．根据、可知，功率与机械效率没有必然联系。故C错误； D．根据可知，只有在总功相同时，有用功越多，机械效率才越大。故D错误。 故选B。 【典例2-2】机械效率是表征 的重要指标。在物理学中，把有用功与总功的 ，叫做机械效率。 【答案】 机械性能 比值 【详解】[1][2]使用机械时，人们为完成某一任务所必须做的功叫有用功，对完成任务没有用，但又不得不做的功叫额外功，有用功与额外功之和叫总功，有用功与总功的比值叫机械效率，机械效率是表征机械性能的重要指标。 【变式2-1】关于机械做功，下列说法正确的是（　　） A．机械做功越多，机械效率越高 B．功率越大，做功越快 C．所做有用功越多，机械效率越高 D．越省力的机械，机械效率越高 【答案】B 【详解】A．使用机械时，机械效率高说明有用功在总功中占的比例大，机械做的功多，有用功在总功中占的比例不一定大，机械效率不一定高，故A错误； B．功率是表示做功快慢的物理量，做功越快功率越大，故B正确； C．使用机械时，机械效率高说明有用功在总功中占的比例大，但有用功多，总功大小未知，机械效率不一定越高，故C错误； D．机械效率是指有用功与总功的比值，机械效率与机械是否省力无关，故D错误。 故选B。 【变式2-2】如图，辘轭是一种汲水工具，通过转动摇把使绳子在轴筒上叠绕，将水桶提起。使用该装置 省功；将桶中的水尽量装满一些， 提高该装置的机械效率；若以更快的速度提升水桶， 提高该装置的机械效率。（以上均选填“能/不能”） 【答案】 不能 能 不能 【详解】[1]辘轳是一个变形的杠杆，支点在轴心处，动力作用在摇把上，阻力作用在轴筒上，其动力臂远大于阻力臂，所以辘轳是省力杠杆，可以省力，由于使用任何机械都不省功，故该装置不能省功。 [2]使用该机械是为了提水，因此对水做的功是有用功，对桶做的功是额外功，将桶中的水尽量装满一些，可以增大所做的有用功，而桶的重力不变，额外功不变，故将桶中的水尽量装满一些能提高机械效率。 [3]以更快的速度提升水桶，有用功和额外功的大小都不变化，机械效率不变，故以更快的速度提升水桶不能提高该装置的机械效率。 机械效率的计算和应用 知识点3 1、机械效率表达式为，对于三种简单机械的机械效率的计算总结如下： 2、机械效率的大小比较 （1）机械效率由有用功和总功两个因素共同决定，不能理解成：“有用功多，机械效率高”或“总功大，机械效率低”。 （2）当总功一定时，机械做的有用功越多（或额外功越少），机械效率就越高； （3）当有用功一定时，机械所做的总功越少（或额外功越少），机械效率就越高； （4）当额外功一定时，机械所做的总功越多（或有用功越多），有用功在总功中所占的比例就越大，机械效率就越高。 3、机械效率的应用 （1）有用功是由使用机械的目的所决定的，当用斜面提升物体时，克服物体重力做的功就是有用功，W有=Gh。   （2）额外功是克服相互接触物体间的摩擦阻力所做的功，对于斜面而言，W额=fs。   （3）总功是指动力对所做的功，一般情况下使用斜面时，动力做功W总=Fs。 （4）由功的原理：“动力对机械所做的功等于机械克服阻力所做的功”，而机械克服阻力所做的功就包含了有用功和额外功，即：W总=W有+W额。   （5）机械效率是有用功与总功的比值，只能小于1（理想状态下可能等于1），并且无单位   斜面的机械效率，在同一斜面上，由于倾斜程度相同，即。 一定，故在同一斜面上拉同一物体（粗糙程度相同）时，在斜面上所移动的距离（或物体被提升的高度）不同时，机械效率是相同的。 （6）斜面的机械效率与斜面的倾斜程度、斜面的粗糙程度有关，斜面粗糙程度相同时，斜面的倾斜程度越大，机械效率越高；斜面的倾斜程度一定时，斜面越粗糙，机械效率越低。 4、提高机械效率的主要办法 （1）有用功一定时，尽量减少额外功，采用减轻机械自身的重力和加润滑油来减少摩擦的措施。 （2）额外功一定时，增大有用功，在机械能够承受的范围内尽可能增加每次提起重物的重力，充分发挥机械的作用。 【典例3-1】如图所示的小型起重机，某次吊起质量为的物体，电动机的功率为，用时20s，使物体上升了5m。（g取10N/kg）则通过动滑轮（   ） A．做的有用功为 B．拉力为 C．做的总功为 D．机械效率为66.7% 【答案】B 【详解】A．做的有用功为，故A不符合题意； B．拉力为，故B符合题意； C．做的总功为，故C不符合题意； D．机械效率为，故D不符合题意。 故选B。 【典例3-2】在斜面上将一个重力为60N的物体匀速拉到高处，如图所示，沿斜面向上的拉力为40N，斜面长2m、高1m。此斜面的机械效率为 ，物体受到的摩擦力大小为 N。 【答案】 75% 10 【详解】[1]此斜面的机械效率为 [2]拉力做的额外功为 由得，物体受到的摩擦力大小为 【典例3-3】如图小芳用自制滑轮组匀速拉起较重的小明，小芳匀速竖直向下拉测力计1移动了0.6m，使小明匀速竖直上升5cm，此过程测力计1的示数为100N，测力计2的示数为960N，求此过程中： (1)使用滑轮组做的有用功； (2)使用滑轮组做的总功； (3)该滑轮组的机械效率。 【答案】(1)48J (2)60J (3)80% 【详解】（1）测力计2的示数为960N，根据力的平衡关系可知，小明的重力为 使用滑轮组做的有用功为 （2）测力计1的示数为100N，根据力的平衡关系可知，小芳对滑轮组的拉力为 使用滑轮组做的总功为 （3）该滑轮组的机械效率为 【变式3-1】乐乐利用如图所示的滑轮组将重为280N的物体匀速提升了2m，已知他自身重为500N，对绳子施加的拉力。不计绳重和摩擦，下列分析正确的是（　　） A．使用滑轮组提升重物可以省功 B．动滑轮重为100N C．滑轮组的机械效率为70% D．乐乐利用该滑轮组提升重物时，滑轮组的最大机械效率为82% 【答案】C 【详解】A．根据功的原理，使用任何机械都不省功。滑轮组虽然可以省力，但并不能省功，故A错误； B．由于不计绳重和摩擦，拉力的大小可以通过公式来计算动滑轮的重力为 故B错误； C．滑轮组的机械效率可以通过公式来计算，由于物体被匀速提升，所以有用功为 总功为 机械效率为 故C正确； D．当乐乐的重力等于他施加的最大拉力时（此时乐乐对地面的压力为零，即他刚好能被绳子拉起），滑轮组的机械效率达到最大，则有 解得，最大拉力为 最大机械效率为 故D错误。 故选C。 【变式3-2】如图所示，超市购物时，小明用沿斜面向上150N的推力，将总重为500N的小车匀速推到斜面顶端，用时20s。已知斜面高1.2m，长5m。此过程中小明推力做功的功率为 W；该斜面的机械效率为 ；日常生活中人们利用斜面可以 （选填“省力”或“省功”）。 【答案】 37.5 省力 【详解】[1]小明做的总功为W总=150N×5m=750J 小明做功的功率为 [2]小明做的有用功为W有用=Gh=500N×1.2m=600J 斜面的机械效率为 [3]使用斜面可以省力，但由于克服摩擦而多做额外功，不能省功。 【变式3-3】如下图所示，斜面长l=10m，斜面高h=4m，物体A的重力为200N，物体B的重力为400N，物体B在物体A的拉力作用下从斜面底端匀速上升至斜面的顶端。不计绳重及绳与滑轮间的摩擦且忽略物体B的体积大小，求： (1)绳子的拉力对物体B所做的功； (2)该斜面的机械效率； (3)物体B受到斜面的滑动摩擦力的大小。 【答案】(1)2000J (2)80% (3)40N 【详解】（1）斜面顶为一个定滑轮，不计绳重及绳与滑轮间的摩擦，绳子对物体的拉力B等于A的重力，故绳子的拉力对物体B所做的功为 （2）B从斜面底端匀速上升至斜面的顶端所做的有用功为 该斜面的机械效率为 （3）B从斜面底端匀速上升至斜面的顶端克服摩擦力所做的额外功为 物体B受到斜面的滑动摩擦力为 有关机械效率的探究实验 知识点4 1、滑轮（组）机械效率的测量实验 （1）实验目的：测量滑轮组的机械效率。 （2）实验原理：。 （3）注意事项 ①匀速拉动弹簧测力计，目的是保证弹簧测力计的示数F大小不变； ②为了便于读数，钩码下沿和绳子末端在刻度尺上的位置最好取整数； ③多次测量的目的是进行一些必要的比较，利用不完全归纳法总结规律，而不是求平均值； 实验结论：使用同一滑轮组提升不同的重物时，重物越重，滑轮组的机械效率越大。 2、斜面机械效率的测量实验 （1）实验目的：探究斜面的机械效率。 （2）实验原理：。 （3）实验结论：斜面越陡机械效率越高，斜面越缓，机械效率越低。 3、杠杆机械效率的测量实验 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0.5N，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，则杠杆的机械效率为66.7%．请写出使用该杠杆做额外功的一个原因：由于使用杠杆时需要克服摩擦做功。 （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 0.15 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：不能； 请简要说明两条理由：①两次实验时钩码没有挂在同一位置；②仅根据一次对比实验所得结论是不可靠的。 【典例4-1】某实验小组的同学们在做“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（如下图），并收集了下表中的实验数据。（忽略物块大小） 实验次序 斜面长度 斜面高度 物块重力 拉力 机械效率 1 1 0.2 5 2.5 40.0% 2 1 0.4 5 3.4 58.8% 3 1 0.6 5 4.2 71.4% 4 1 0.6 5 5.0 (1)分析表中第1、2、3次实验的数据可得出结论：斜面倾斜程度越小越 （选填“省力”或“费力”）。 (2)该小组的同学们又进行了第4次实验，他们在斜面上铺上毛巾，目的是增大斜面的粗糙程度，保持斜面高和长与第3次实验相同。在这种情况下，他们测得斜面的机械效率为 。 (3)综合分析表中数据，可得出结论：斜面的机械效率与 和 有关。 (4)当用弹簧测力计沿斜面匀速向上拉动物块时，物块所受的拉力 （选填“大于”“小于”或“等于”）物块所受的摩擦力。 【答案】(1)省力 (2)60.0% (3) 斜面的倾斜程度 斜面的粗糙程度 (4)大于 【详解】（1）由表中实验数据可知，物块重力相同，斜面的倾斜程度逐渐变大，拉力逐渐变大，说明斜面倾斜程度越小越省力。 （2）他们测得斜面的机械效率 （3）[1][2]分析第1、2、3次实验可知，斜面的长度、粗糙程度相同，高度不同时，计算得出斜面的机械效率不同，故斜面的机械效率与斜面的倾斜程度有关；分析第3次和第4次实验数据可知，斜面的倾斜程度相同时，粗糙程度不同，斜面的机械效率不同，故斜面的机械效率与斜面粗糙程度有关。 （4）根据可知，小于，即fs小于Fs，可得。 【典例4-2】在“测量滑轮组的机械效率”实验中，小丽用如图所示的同一滑轮组提升不同钩码的方法，分别做了甲、乙、丙3次实验，实验数据记录如下： 实验次数 钩码所受重力G/N 提升高度h/m 拉力F/N 绳断移动的距离s/m 机械效率 1 2 0.05 1.0 0.15 66.7% 2 4 0.05 1.7 0.15 78.4% 3 6 0.05 2.4 0.15 88.3% (1)实验中要竖直向上 拉动弹簧测力计，使钩码升高。 (2)分析以上实验数据可以得出如下结论：同一滑轮组的机械效率主要与 有关。 (3)若将此滑轮组换一种绕绳方法，不计摩擦及绳重，提升相同的物体时，滑轮组的机械效率 （选填“变大”、“变小”或“不变”）。 【答案】(1)匀速 (2)物重 (3)不变 【详解】（1）由二力平衡的知识知，实验中要竖直向上缓慢匀速拉动弹簧测力计，使钩码升高，此时系统处于平衡状态，测力计示数才等于拉力大小，测力计示数稳定便于读数。 （2）分析实验数据，可以看到，在三次实验中，滑轮组是相同的，但钩码的重力不同。随着钩码重力的增加，拉力也在增加，但机械效率却在提高。这说明，对于同一滑轮组，其机械效率主要与物体的重力有关，物体越重，机械效率越高。 （3）若将此滑轮组换一种绕绳方法，但不计摩擦及绳重，那么动滑轮的重力仍然不变。因此，在提升相同的物体时，有用功和额外功都不会改变，总功也就不会改变。所以，滑轮组的机械效率也不会改变。 【变式4-1】学习了简单机械后，小明了解到斜面也是一种机械，于是他想探究这种机械的特点。他将木块放在如图所示的斜面上，并用弹簧测力计沿斜面匀速向上拉木块，收集到下表中的实验数据： 实验 序号 斜面倾 斜程度 物体重 G/N 斜面高 h/m 斜面长 s/m 拉力 F/N 有用功 W有/J 总功 W总/J 机械效率 /% 1 较缓 5 0.2 1 2.1 1.0 2.1 47.6 2 较陡 5 0.5 1 3.6 2.5 ▲ 69.4 3 最陡 5 0.7 1 4.3 3.5 4.3 81.4 (1)比较表中数据可知：斜面越 （选填“缓”或“陡”）越省力；斜面越陡，斜面的机械效率越 （选填“高”或“低”）； (2)表中空格处的数据应为 ； (3)在第1次实验中，木块受到的摩擦力为 N； (4)在第3次实验后，若仅将木块换成等质量的小车重复上述实验，机械效率将 （选填“变大”、“变小”或“不变”）。 【答案】(1) 缓 高 (2)3.6 (3)1.1 (4)变大 【详解】（1）[1]由表格中的数据可知，斜面的倾角越大，拉力F越大，但始终小于重力G，因此可得，使用斜面时能省力，且斜面倾斜程度越小越省力。 [2]由表格中的数据可知，当斜面的倾斜程度变大时，机械效率随之变大，故可以得出的探究结论是：斜面倾斜程度越大，斜面的机械效率越高。 （2）表格中空格处数据是做的总功，即 W总=Fs=3.6N×1m=3.6J （3）由表中数据可知，第1次实验中，克服摩擦力所做的额外功为 W额=W总-W有=2.1J-1.0J=1.1J 则木块受到的摩擦力为 （4）若将木块换成等质量的小车做实验，小车受到的摩擦力小，同样条件下，拉力做的有用功不变，但额外功减小，所以机械效率变大。 【变式4-2】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 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 86% 4 8 0.1 2.5 (1)实验中应沿竖直方向 拉动弹簧测力计。但小组有同学发现实验过程中边拉动边读数，弹簧测力计示数不稳定，应该静止读数，其他人认为他的想法不正确，因为他没有考虑到 对滑轮组机械效率的影响，静止时测出的机械效率将 （填“变大”或“变小”或“不变”）； (2)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）； (3)第4次实验的机械效率； ；通过比较3、4两次实验数据可得出结论： ； (4)若每个滑轮的质量为100g，则第二次实验中克服摩擦做的额外功为 J。（不计绳重） 【答案】(1) 匀速 摩擦 变大 (2)1、2 (3) 80% 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 (4)0.04 【详解】（1）[1]实验应沿竖直方向匀速缓慢拉动弹簧测力计，此时系统处于平衡状态，测力计示数等于拉力大小。 [2]在拉动过程中，因为滑轮和轴之间存在摩擦力，会影响滑轮组的机械效率，因此不能静止读数。 [3]若静止时读数，测力计没有测量出机械之间的摩擦，测量的拉力偏小，导致在有用功一定时，总功偏小，根据机械效率公式知机械效率变大。 （2）探究滑轮组的机械效率与绳子段数之间的关系，需要控制钩码的重力、钩码上升的高度、滑轮的个数相同，因此选择1、2两次实验。 （3）第4次实验中，连接动滑轮绳子的股数是4股，则机械效率为 [2]比较第3、4次的实验数据，不同滑轮组提升相同重物，动滑轮重不同，机械效率不同，可得出结论：不同滑轮组提升相同重物时，动滑轮越重，滑轮组的机械效率越低。 （4）由表中数据可知，第二次实验中，有用功 总功为 动滑轮的重力 则克服动滑轮重力做的功 不计绳重，由 和 可得，克服摩擦做的额外功为 一、单选题 1．如图所示为《墨经·经下》里记载的一种斜面引重车，可将重物拉举到所需高度。系在后轮轴上的绳索，绕过斜面顶端的滑轮与斜面上的重物连接。若用该引重车将重为2000N的木箱从斜面底端匀速拉到顶端，已知斜面长2m，高0.8m，后轮轴施加在绳子上的力为1000N，不计绳重、滑轮与绳间的摩擦。下列说法错误的是（　　） A．该装置是一种省力机械 B．斜面的机械效率为80% C．木箱与斜面之间的摩擦力为1000N D．若木箱从斜面顶端下滑，将会驱动引重车向左运动 【答案】C 【详解】A．绳子对物体的拉力，木箱重力，，则该装置是一种省力机械，故A正确，不符合题意； B．有用功为 总功为 则斜面的机械效率为 故B正确，不符合题意； C．额外功为 则木箱与斜面之间的摩擦力为 故C错误，符合题意； D．如图，车子向右运动，木箱被提升，则若木箱从斜面顶端下滑，将会驱动引重车向左运动，故D正确，不符合题意。 故选C。 2．如图甲所示，用拉力F竖直向上匀速提升重720N的货物，货物移动的距离h与时间t的关系如图乙所示，动滑轮的机械效率为90%，则（　　）     甲    乙 A．在0~2s内，有用功为360J B．绳子自由端移动的速度为0.5m/s C．动滑轮重80N D．拉力F的功率为400W 【答案】D 【详解】A．在0~2s内，有用功是 故A不符合题意； B．由图乙可知，当货物上升2m，所用的时间为4s，则货物移动的速度为 由图可知n=2，绳子自由端移动的速度为1m/s，故B不符合题意； C．滑轮的机械效率为90%，则 计算可得动滑轮重80N，但是此题没有说明不计绳重和摩擦，所以动滑轮重小于80N，故C不符合题意； D．在0~2s内，总功是 拉力F的功率为 故D不符合题意。 故选D。 3．小明用如图所示的装置探究杠杆的机械效率。他将两个钩码悬挂在B点，在A点用弹簧测力计保持竖直方向向上拉动杠杆，使其绕O点缓慢转动，带动钩码上升一定的高度h（不计摩擦）。下列说法正确的是（  ） A．杠杆转动过程中，弹簧测力计的示数会变小 B．仅增加钩码的个数，拉力所做的额外功增大 C．仅将钩码的悬挂点从B点移到C点，杠杆的机械效率将变小 D．仅将拉力的作用点从A点移到C点，拉力做的总功不变 【答案】D 【详解】A．在A点用弹簧测力计保持竖直方向向上拉动杠杆，使其绕O点缓慢转动，杠杆转动过程中，根据几何图形相似知识可知，动力臂与阻力臂的比值不变。因为阻力不变，根据杠杆的平衡条件知，弹簧测力计的示数不变，故A错误； B．不计摩擦，额外功为克服杠杆重力做的功，仅增加钩码的个数，杠杆重力和杠杆上升的高度不变，拉力所做的额外功不变，故B错误； C．仅将钩码的悬挂点从B点移到C点，钩码还是上升原来的高度，有用功不变；杠杆提升的高度减小，额外功减小，所以杠杆的机械效率将变大，故C错误； D．仅将拉力的作用点从A点移到C点，钩码和杠杆还是上升原来的高度，则有用功不变，额外功也不变，所以拉力做的总功不变，故D正确。 故选D。 4．如图所示，用甲、乙、丙三种简单机械分别提起同一重物G，已知滑轮重，杠杆（）重，手的拉力始终沿竖直方向，忽略绳重及摩擦，下列说法错误的是（   ） A．甲图：该装置不省力也不省距离 B．乙图：该装置的机械效率比甲图的低 C．丙图：在匀速拉动物体上升的过程中，拉力逐渐变小 D．若提升的物体越重，乙、丙的机械效率就会越高 【答案】C 【详解】A．甲图是定滑轮，定滑轮的实质是等臂杠杆，使用定滑轮不省力也不省距离，故A正确，不符合题意； B．将同一重物提升相同的高度，即做相同的有用功，忽略绳重及摩擦，则甲装置没有额外功。已知滑轮重20N，则乙克服机械重力所做的额外功比甲大，由 可知，乙的机械效率比甲图的低，故B正确，不符合题意； C．若始终保持拉力的方向竖直向上，则在杠杆匀速拉动物体上升过程中，动力臂总是阻力臂的2倍，由杠杆平衡条件可知，拉力保持不变，故C错误，符合题意； D．若提升的物体越重，提升相同的高度，所做的有用功越大，而额外功不变，由 可知，机械效率就会越高，故D正确，不符合题意。 故选C。 5．《物原》记载：“史佚始作辘轳。”如图所示，人们借助辘轳从井中汲水时，转动摇把，使绳子在轴筒上不断叠绕，从而将水桶从井中提出。借助辘轳汲水时，下列有关说法正确的是（　　） A．辘轳是一个动滑轮 B．克服水重和桶重做的功是有用功 C．增大转动摇把的速度不能提高辘轳的机械效率 D．通过现代科技改良后，可以将辘轳的机械效率提高到100% 【答案】C 【详解】A．辘轳是一个轮轴，在使用时轮半径大于轴半径，属于省力杠杆，使用辘轳汲水时可以省力，故A错误； B．汲水时的目的是为了把水提上来，因此克服水重所做的功是有用功，故B错误； C．增大转动摇把的速度，在水的重力不变的情况下，有用功不变，额外功不变，因此机械效率不变，故C正确； D．任何机械在使用过程中都会有额外功，因此通过现代科技改良后，辘轳的机械效率也不会达到100%，故D错误。 故选C。 6．如图甲所示，一位同学用滑轮组拉着重700N的物体A，在水平地面上匀速前进，全过程滑轮组的部分数据如图乙所示，物体A受到阻力为其重力的0.1倍，下列说法正确的是（　　） A．拉力F做功700J B．物体A移动的距离为1m C．只增大物体的重力，机械效率不变 D．该滑轮组的机械效率是70% 【答案】D 【详解】A．拉力做的功为总功，由图可知，总功为 则拉力F做功为1000J，故A错误； B．物体的重力为G=700N，物体A受到阻力为其重力的0.1倍，即 由可知，物体A移动的距离为 故B错误； C．增大物体的重力，则物体对地面的压力增大，物体与地面之间的摩擦力增大，则有用功增大，由可知，机械效率增大，故C错误； D．该滑轮组的机械效率是 故D正确。 故选D。 7．小柳利用如图所示滑轮组将重物A提升到高处。下列说法正确的是（　　） A．小柳利用滑轮组的目的是为了省功 B．重物A悬停时，小柳对重物不做功 C．用滑轮组做功多，说明它的机械效率高 D．当重物A匀速缓慢上升时，小柳对重物不做功 【答案】B 【详解】A．根据功的原理，使用任何机械都不省功，使用滑轮组可以省力或改变力的方向，但不能省功，故A错误； B．做功的两个必要因素是：有力作用在物体上，且物体在这个力的方向上移动了距离。重物悬停时，会受到竖直向上的拉力和竖直向下的重力。但由物物体没有在拉力的方向上移动距离，所以小柳对重物不做功。故B正确； C．机械效率是有用功与总功的比值，做功多并不意味着有用功占总功的比例高，即不能说明机械效率高，故C错误； D．当重物A匀速缓慢上升时，小柳对重物施加了向上的力，重物在力的方向上移动了距离，根据做功的条件，小柳对重物做了功，故D错误。 故选B。 8．工人用如图所示的滑轮组将重为450N的物体匀速提升2m时，做了300J的额外功，则此过程中（　　） A．使用滑轮组省功 B．做的有用功为1800J C．滑轮组的机械效率为66.7% D．拉力F的大小为200N 【答案】D 【详解】A．根据功的原理，使用任何机械都不省功，使用滑轮组可以省力或改变力的方向，但不能省功，故A不符合题意； B．已知物体重力G=450N，提升高度h=2m，有用功 故B不符合题意； C．已知额外功额W额=300J，由B选项可知W有=900J，则总功 机械效率 故C不符合题意； D．由图可知，滑轮组绳子的有效股数n=3，绳子自由端移动的距离 由W总=Fs可知，拉力F的大小为 故D符合题意。 故选D。 二、填空题 9．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，钩码上升的时间为4s。绳受到的拉力为2N，拉力的功率为 W，动滑轮的机械效率为 。 【答案】 0.2 75% 【详解】[1]因为是动滑轮，则绳端移动的距离为 绳子移动的速度为 拉力的功率为 [2]动滑轮的机械效率为 10．工人师傅用图所示的机械拖动物体，物体的质量为80kg，它所受的阻力为物重的0.3倍；当绳子自由端下拉6m时，工人师傅做的有用功为 J；若该机械的效率为80%，则工人师傅所用拉力为 N。（g取10N/kg） 【答案】 720 150 【详解】[1]物体受到地面的摩擦力 f=0.3G=0.3mg=0.3×80kg×10N/kg=240N 由图可知，滑轮组的动滑轮绕2段绳，当绳子自由端下拉6m时，物体移动的距离 工人师傅做的有用功为 W有=fs=240N×3m=720J [2]总功 工人师傅所用拉力为 11．如图所示，有一根质量均匀的杠杆OA，B是OA的中点，在C处挂重为80N的物体，用竖直向上的力F大小为25N，杠杆可处于静止状态。若F的方向始终竖直，将物体匀速缓慢提升20cm，拉力F的大小将 （选填“变大”“变小”或“不变”），若拉力F移动的距离为80cm，杠杆的机械效率为 ，杠杆的重为 N。若将重物的质量适当增加，仍用该杠杆将重物提升相同高度，则杠杆的机械效率将 （选填“变大”“变小”或“不变”）（不考虑摩擦）。 【答案】 不变 80% 10 变大 【详解】[1]若F的方向始终竖直，将物体匀速缓慢提升20cm，阻力不变，根据数学相似知识可知动力臂与阻力臂之比不变，根据杠杆平衡条件可知拉力F的大小不变。 [2]若拉力F移动的距离为80cm，则总功为 有用功为 则杠杆的机械效率为 [3]额外功为 B是OA的中点，根据数学相似知识可知杠杆重心上升的高度为40cm，则杠杆的重为 [4]若将重物的质量适当增加，仍用该杠杆将重物提升相同高度，有用功变大，额外功不变，所以杠杆的机械效率将变大。 12．如图，用滑轮组帮助汽车脱困时，滑轮B的作用是 ；汽车被匀速拉动时，作用在绳子上的拉力F为，已知滑轮组的机械效率为80%，在此过程中拉力做功 J，克服汽车重力做功 J，汽车受到的摩擦力为 N。 【答案】 改变力的方向 4000 0 1600 【详解】[1]图示中，B滑轮的轴不随汽车一起运动，是定滑轮，定滑轮不能省力，但能改变力的方向。 [2]由图可知，动滑轮上绳子段数n=2，汽车被匀速拉动时，绳子移动的距离为 在此过程中拉力做功 [3]在重力的方向上没有移动距离，所以克服汽车重力做功0J。 [4]克服汽车受到的摩擦力做的功为有用功，绳子拉力做的功为总功，由 可知，汽车受到的摩擦力为 13．如图所示，小明分别用甲、乙两个滑轮把同一袋沙子从地面提到二楼（不计绳重与摩擦），使用甲滑轮的目的是为了 ；小明所用的拉力F甲 F乙；两滑轮的机械效率η甲 η乙（填“<”、“>”、“=”）。 【答案】 改变施力方向 > > 【详解】[1][2]甲为定滑轮，不省力也不费力，可以改变力的方向，故使用甲滑轮的目的是为了改变力的方向，乙为动滑轮，可以省一半的力，故F甲>F乙。 [3]与甲滑轮相比，乙滑轮工作时除了克服摩擦、绳重等做额外功外，还需要额外克服动滑轮自身的重力做功，将物体提升相同高度，有用功相同，乙所做的额外功更多，总功更多，根据效率的公式可知η甲>η乙。 14．往车上装重物时，常常用长木板搭个斜面，把重物沿斜面推上去，如图所示，工人用500N的力沿3m长的斜面，把120kg的重物提高1m，重物受到的摩擦力为 N。（g取10N/kg） 【答案】100 【详解】工人做的有用功W有用=Gh=mgh=120kg×10N/kg×1m=1200J 人所做的总功W总=Fs=500N×3m=1500J 工人做的额外功W额=W总﹣W有用=1500J﹣1200J=300J 由W额=fs得摩擦力 三、实验题 15．小明发现，沿斜坡向上拉物体时，斜坡越陡，所需拉力越大，那么斜面的机械效率是不是越大呢？为了研究斜面的机械效率与哪些因素有关，小明设计了如图所示的实验装置，并用同一块木板做了三次实验，数据记录如表格所示： 实验次数 斜面的倾斜程度 物块重G/N 斜面高度h/m 沿斜面拉力F/N 斜面长s/m 机械效率η 1 较缓 10 0.1 5.0 1 2 较陡 10 0.3 6.7 1 45% 3 最陡 10 0.5 8.4 1 60% (1)实验前要理解有用功、总功和额外功的概念，其中总功是指拉力所做的功，而拉力除了要克服物体重力做功外，还需要克服摩擦阻力做功，根据上述概念可知，测量斜面机械效率时的机械效率的表达式η= （用表格中的字母表示）； (2)在计算出第一次的机械效率之后，综合分析三次实验的数据可以得到的结论是：其他条件相同时， 。 【答案】(1) (2)斜面越陡，机械效率越高 【详解】（1）总功是指拉力所做的功，实验中沿斜坡向上拉物体时，克服物体自重做的功为有用功，测量斜面机械效率时的机械效率的表达式是 （2）根据表中数据，第一次的机械效率为 纵向分析三次实验的数据可以得到的结论是：其他条件相同时，斜面越陡，机械效率越高。 16．图甲是“再探动滑轮”的实验，用弹簧测力计竖直向上拉动绳子自由端，将重为3N的钩码从A位置匀速提升到B位置，同时弹簧测力计从图中的A'位置上升到B'位置，在这个过程中，弹簧测力计的示数如图乙所示： (1)该过程中所做的总功为 J，动滑轮的机械效率为 %； (2)增加钩码的数量，并将其提升相同高度，克服动滑轮的重力所做的额外功将 （选填“减小”、“不变”或“增大”，下同），机械效率将 。以下三种提高效率的方法中，方法 与（2）同理。 方法一：鼓励人们“拼车”出行 方法二：用新材料减轻汽车重力 方法三：汽车保持良好的润滑 【答案】(1) 0.4 75 (2) 不变 增大 一 【详解】（1）[1][2]弹簧测力计的分度值为0.2N，示数为2N，即拉力F=2N；弹簧测力计从A'位置上升到B'位置，图中刻度尺的分度值为1cm，弹簧测力计移动的距离为 则该过程中所做的总功为 物体升高的距离 则该过程中做的有用功为 动滑轮的机械效率为 （2）[1]在使用动滑轮的过程中，提升相同的高度，动滑轮本身的重力不变，因此克服动滑轮重力所做的额外功是不变的。无论钩码数量增加与否，只要动滑轮的重力不变，克服其重力所做的额外功就不变。 [2]由于增加钩码的数量，提升相同的高度，所做的有用功增大，由 可知，机械效率增大。 [3]由上可知，同一动滑轮，额外功相同，增加提升物体的重力可提高机械效率，即是通过增大有用功来提高机械效率的。 方法一：鼓励人们“拼车”出行，使汽车尽量装满人员，是在额外功相同时，人越多，有用功越多，机械效率越高，故方法一符合题意； 方法二：汽车制造厂用新材料减轻汽车重量，是通过减小额外功来增加机械效率的，故方法二不符合题意。 方法三：经常给汽车做保养，保持良好的润滑，提高滑轮组机械效率的方法是通过减小摩擦（减小额外功）来增大机械效率的，故方法三不符合题意。 综上所述，与（2）中提高机械效率方法相同的是方法一。 17．小新同学用如图所示的实验装置测量杠杆的机械效率。实验时，他先后将钩码放置在图中B、C位置，并得到下表实验数据。试完成下列问题： 实验次数 钩码悬挂点 钩码重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 B点 2.0 0.10 1.3 0.25 61.5 2 C点 2.0 0.10 1.5 0.20 (1)实验中，应在物体处于 （填“静止”或“匀速运动”）状态时，读取弹簧测力计示数； (2)表格中第2次实验所测杠杆的机械效率为 （保留1位小数）； (3)小新分析实验数据，发现用同一杠杆将同一重物提升到相同的高度，重物的悬挂点不同，杠杆的机械效率也不同。这是因为 。 【答案】(1)匀速运动 (2)66.7% (3)在有用功相同时，克服杠杆重力所做的额外功不同 【详解】（1）实验中，小新应在物体处于匀速运动状态时，此时系统处于平衡状态，二力平衡，弹簧测力计示数才等于拉力大小。 （2）表格中第2次实验所测杠杆的机械效率为 （3）重物的悬挂点不同，克服杠杆重力所做的额外功不同，而有用功相同，所以总功不同，由知，杠杆的机械效率不同。 四、计算题 18．小聪看到建筑工地上工作的塔吊如图甲所示，他查阅相关资料后，画出了与塔吊连接方式相同的滑轮组，如图乙所示。在不计绳重和摩擦的情况下，塔吊将底面积为、重力为的长方体建筑材料沿竖直方向匀速提高20m，绳子自由端的拉力为。求： (1)长方体建筑材料放在水平地面静止时，对地面的压强； (2)该过程克服长方体建筑材料重力所做的功； (3)塔吊机械部分（如图乙）的机械效率。 【答案】(1) (2) (3)80% 【详解】（1）长方体建筑材料放在水平地面静止时，对地面的压力等于长方体建筑材料的重力，即 根据可得，长方体建筑材料对地面的压强 （2）根据W=Fs可得，该过程克服长方体建筑材料重力所做的功 （3）由图乙可知，滑轮组绳子承重股数为，该滑轮组的机械效率为 19．如图所示是搬运工人用滑轮组将仓库中的货物沿水平轨道拉出的示意图，己知货物的质量为600kg，所受轨道的摩擦力为其重力的0.1倍，滑轮组的机械效率为75%。若货物以0.25m/s的速度匀速前行，经100s将货物拉出仓库，g取10N/kg，求在此过程中： (1)人做的有用功为多大？ (2)人的拉力为多大？ (3)人拉力的功率为多大？ 【答案】(1)1.5×104J (2)400N (3)200W 【详解】（1）货物的重力G=mg=600kg×10N/kg=6000N 物体所受轨道的摩擦力f=0.1G=0.1×6000N=600N 货物移动的距离s物=v物t=0.25m/s×100s=25m 人做的有用功W有=fs物=600N×25m=1.5×104J （2）由图可知，动滑轮绕绳子的段数是2段，拉力移动的距离s=2s物=2×25m=50m 总功 拉力的大小 （3）人拉力的功率为 学科网（北京）股份有限公司 1 学科网（北京）股份有限公司 $$ 12.4 机械效率（知识解读）（原卷版） •知识点1 有用功和额外功 •知识点2 机械效率的概念 •知识点3 机械效率的计算和应用 •知识点4 有关机械效率的探究实验 •作业 巩固训练 有用功和额外功 知识点1 1、有用功：利用机械做功的时候，对人们有用的功就叫做有用功。 2、额外功：并非我们需要但又不得不做的功叫做额外功。 3、总功：有用功与额外功的和叫总功。 4、总功的计算：W总=Fs；W总=W有用+W额外。 5、有用功的计算方法：W有用=Gh；W有用=W总-W额外。 6、额外功的计算方法：W额外=G′h，W额外=f摩s；W额外=W总-W有用。 【典例1-1】小明家刚买的新房，需要装修。装修师傅用如图所示的装置，将重为的建材从地面匀速运送到离地的高处，所用时间为。已知动滑轮重为，不计绳重和摩擦，下列说法正确的是（       ） A．工人做的额外功是 B．工人做的总功是 C．工人的功率是 D．减小提升物体的重力，可以提高滑轮组的机械效率 【典例1-2】周末，小明去奶奶家玩。小明帮奶奶用水桶从井中打水时，小明对水桶做的功是 （选填“有用”“额外”或“总”）功；小明提着水桶在水平路面匀速前行时，小明对水桶 （选填“做功”或“不做功”）。 【变式1-1】“曲岸深潭一山叟，驻眼看钩不移手”，古往今来，无数钓鱼爱好者陶醉于这项活动之中。钓鱼时，某人不小心把水桶弄进水里，捞上桶时发现桶里带些水，在用绳子打捞水桶的过程中，下列所述中属于有用功的是（　　） A．把桶中水提高做的功 B．把桶和桶中的水提高做的功 C．把桶提高做的功 D．把绳子提高做的功 【变式1-2】如图所示，升国旗过程中，克服国旗的重力做的功是 ，人对绳子的拉力做的功是 （以上两空选填“有用功”、“额外功”或“总功”），因为风吹雨淋，定滑轮出现了锈蚀，升旗时的机械效率跟定滑轮未生锈时相比变 （选填“大”或“小”）。 机械效率的概念 知识点2 1、概念：有用功跟总功的比值叫做机械效率，通常用百分数表示。 2、计算公式：用W总表示总功，用W有用表示有用功，用η表示机械效率，则：。 由于额外功不可避免，有用功只是总功的一部分，因而机械效率总小于1。 3、提高机械效率的主要办法 （1）在有用功一定时，尽量减少额外功，采用减轻机械自身的重力和加润滑油来减少摩擦的措施。 （2）在额外功一定时，增大有用功，在机械能够承受的范围内尽可能增加每次提起重物的重力，充分发挥机械的作用。 【典例2-1】下列关于功、功率和机械效率的说法正确的是（　　） A．做功多的机械，功率一定大 B．功率大的机械，做功一定快 C．做功快的机械，机械效率一定高 D．做有用功多的机械，机械效率一定高 【典例2-2】机械效率是表征 的重要指标。在物理学中，把有用功与总功的 ，叫做机械效率。 【变式2-1】关于机械做功，下列说法正确的是（　　） A．机械做功越多，机械效率越高 B．功率越大，做功越快 C．所做有用功越多，机械效率越高 D．越省力的机械，机械效率越高 【变式2-2】如图，辘轭是一种汲水工具，通过转动摇把使绳子在轴筒上叠绕，将水桶提起。使用该装置 省功；将桶中的水尽量装满一些， 提高该装置的机械效率；若以更快的速度提升水桶， 提高该装置的机械效率。（以上均选填“能/不能”） 机械效率的计算和应用 知识点3 1、机械效率表达式为，对于三种简单机械的机械效率的计算总结如下： 2、机械效率的大小比较 （1）机械效率由有用功和总功两个因素共同决定，不能理解成：“有用功多，机械效率高”或“总功大，机械效率低”。 （2）当总功一定时，机械做的有用功越多（或额外功越少），机械效率就越高； （3）当有用功一定时，机械所做的总功越少（或额外功越少），机械效率就越高； （4）当额外功一定时，机械所做的总功越多（或有用功越多），有用功在总功中所占的比例就越大，机械效率就越高。 3、机械效率的应用 （1）有用功是由使用机械的目的所决定的，当用斜面提升物体时，克服物体重力做的功就是有用功，W有=Gh。   （2）额外功是克服相互接触物体间的摩擦阻力所做的功，对于斜面而言，W额=fs。   （3）总功是指动力对所做的功，一般情况下使用斜面时，动力做功W总=Fs。 （4）由功的原理：“动力对机械所做的功等于机械克服阻力所做的功”，而机械克服阻力所做的功就包含了有用功和额外功，即：W总=W有+W额。   （5）机械效率是有用功与总功的比值，只能小于1（理想状态下可能等于1），并且无单位   斜面的机械效率，在同一斜面上，由于倾斜程度相同，即。 一定，故在同一斜面上拉同一物体（粗糙程度相同）时，在斜面上所移动的距离（或物体被提升的高度）不同时，机械效率是相同的。 （6）斜面的机械效率与斜面的倾斜程度、斜面的粗糙程度有关，斜面粗糙程度相同时，斜面的倾斜程度越大，机械效率越高；斜面的倾斜程度一定时，斜面越粗糙，机械效率越低。 4、提高机械效率的主要办法 （1）有用功一定时，尽量减少额外功，采用减轻机械自身的重力和加润滑油来减少摩擦的措施。 （2）额外功一定时，增大有用功，在机械能够承受的范围内尽可能增加每次提起重物的重力，充分发挥机械的作用。 【典例3-1】如图所示的小型起重机，某次吊起质量为的物体，电动机的功率为，用时20s，使物体上升了5m。（g取10N/kg）则通过动滑轮（   ） A．做的有用功为 B．拉力为 C．做的总功为 D．机械效率为66.7% 【典例3-2】在斜面上将一个重力为60N的物体匀速拉到高处，如图所示，沿斜面向上的拉力为40N，斜面长2m、高1m。此斜面的机械效率为 ，物体受到的摩擦力大小为 N。 【典例3-3】如图小芳用自制滑轮组匀速拉起较重的小明，小芳匀速竖直向下拉测力计1移动了0.6m，使小明匀速竖直上升5cm，此过程测力计1的示数为100N，测力计2的示数为960N，求此过程中： (1)使用滑轮组做的有用功； (2)使用滑轮组做的总功； (3)该滑轮组的机械效率。 【变式3-1】乐乐利用如图所示的滑轮组将重为280N的物体匀速提升了2m，已知他自身重为500N，对绳子施加的拉力。不计绳重和摩擦，下列分析正确的是（　　） A．使用滑轮组提升重物可以省功 B．动滑轮重为100N C．滑轮组的机械效率为70% D．乐乐利用该滑轮组提升重物时，滑轮组的最大机械效率为82% 【变式3-2】如图所示，超市购物时，小明用沿斜面向上150N的推力，将总重为500N的小车匀速推到斜面顶端，用时20s。已知斜面高1.2m，长5m。此过程中小明推力做功的功率为 W；该斜面的机械效率为 ；日常生活中人们利用斜面可以 （选填“省力”或“省功”）。 【变式3-3】如下图所示，斜面长l=10m，斜面高h=4m，物体A的重力为200N，物体B的重力为400N，物体B在物体A的拉力作用下从斜面底端匀速上升至斜面的顶端。不计绳重及绳与滑轮间的摩擦且忽略物体B的体积大小，求： (1)绳子的拉力对物体B所做的功； (2)该斜面的机械效率； (3)物体B受到斜面的滑动摩擦力的大小。 有关机械效率的探究实验 知识点4 1、滑轮（组）机械效率的测量实验 （1）实验目的：测量滑轮组的机械效率。 （2）实验原理：。 （3）注意事项 ①匀速拉动弹簧测力计，目的是保证弹簧测力计的示数F大小不变； ②为了便于读数，钩码下沿和绳子末端在刻度尺上的位置最好取整数； ③多次测量的目的是进行一些必要的比较，利用不完全归纳法总结规律，而不是求平均值； 实验结论：使用同一滑轮组提升不同的重物时，重物越重，滑轮组的机械效率越大。 2、斜面机械效率的测量实验 （1）实验目的：探究斜面的机械效率。 （2）实验原理：。 （3）实验结论：斜面越陡机械效率越高，斜面越缓，机械效率越低。 3、杠杆机械效率的测量实验 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0.5N，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，则杠杆的机械效率为66.7%．请写出使用该杠杆做额外功的一个原因：由于使用杠杆时需要克服摩擦做功。 （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 0.15 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：不能； 请简要说明两条理由：①两次实验时钩码没有挂在同一位置；②仅根据一次对比实验所得结论是不可靠的。 【典例4-1】某实验小组的同学们在做“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（如下图），并收集了下表中的实验数据。（忽略物块大小） 实验次序 斜面长度 斜面高度 物块重力 拉力 机械效率 1 1 0.2 5 2.5 40.0% 2 1 0.4 5 3.4 58.8% 3 1 0.6 5 4.2 71.4% 4 1 0.6 5 5.0 (1)分析表中第1、2、3次实验的数据可得出结论：斜面倾斜程度越小越 （选填“省力”或“费力”）。 (2)该小组的同学们又进行了第4次实验，他们在斜面上铺上毛巾，目的是增大斜面的粗糙程度，保持斜面高和长与第3次实验相同。在这种情况下，他们测得斜面的机械效率为 。 (3)综合分析表中数据，可得出结论：斜面的机械效率与 和 有关。 (4)当用弹簧测力计沿斜面匀速向上拉动物块时，物块所受的拉力 （选填“大于”“小于”或“等于”）物块所受的摩擦力。 【典例4-2】在“测量滑轮组的机械效率”实验中，小丽用如图所示的同一滑轮组提升不同钩码的方法，分别做了甲、乙、丙3次实验，实验数据记录如下： 实验次数 钩码所受重力G/N 提升高度h/m 拉力F/N 绳断移动的距离s/m 机械效率 1 2 0.05 1.0 0.15 66.7% 2 4 0.05 1.7 0.15 78.4% 3 6 0.05 2.4 0.15 88.3% (1)实验中要竖直向上 拉动弹簧测力计，使钩码升高。 (2)分析以上实验数据可以得出如下结论：同一滑轮组的机械效率主要与 有关。 (3)若将此滑轮组换一种绕绳方法，不计摩擦及绳重，提升相同的物体时，滑轮组的机械效率 （选填“变大”、“变小”或“不变”）。 【变式4-1】学习了简单机械后，小明了解到斜面也是一种机械，于是他想探究这种机械的特点。他将木块放在如图所示的斜面上，并用弹簧测力计沿斜面匀速向上拉木块，收集到下表中的实验数据： 实验 序号 斜面倾 斜程度 物体重 G/N 斜面高 h/m 斜面长 s/m 拉力 F/N 有用功 W有/J 总功 W总/J 机械效率 /% 1 较缓 5 0.2 1 2.1 1.0 2.1 47.6 2 较陡 5 0.5 1 3.6 2.5 ▲ 69.4 3 最陡 5 0.7 1 4.3 3.5 4.3 81.4 (1)比较表中数据可知：斜面越 （选填“缓”或“陡”）越省力；斜面越陡，斜面的机械效率越 （选填“高”或“低”）； (2)表中空格处的数据应为 ； (3)在第1次实验中，木块受到的摩擦力为 N； (4)在第3次实验后，若仅将木块换成等质量的小车重复上述实验，机械效率将 （选填“变大”、“变小”或“不变”）。 【变式4-2】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 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 86% 4 8 0.1 2.5 (1)实验中应沿竖直方向 拉动弹簧测力计。但小组有同学发现实验过程中边拉动边读数，弹簧测力计示数不稳定，应该静止读数，其他人认为他的想法不正确，因为他没有考虑到 对滑轮组机械效率的影响，静止时测出的机械效率将 （填“变大”或“变小”或“不变”）； (2)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）； (3)第4次实验的机械效率； ；通过比较3、4两次实验数据可得出结论： ； (4)若每个滑轮的质量为100g，则第二次实验中克服摩擦做的额外功为 J。（不计绳重） 一、单选题 1．如图所示为《墨经·经下》里记载的一种斜面引重车，可将重物拉举到所需高度。系在后轮轴上的绳索，绕过斜面顶端的滑轮与斜面上的重物连接。若用该引重车将重为2000N的木箱从斜面底端匀速拉到顶端，已知斜面长2m，高0.8m，后轮轴施加在绳子上的力为1000N，不计绳重、滑轮与绳间的摩擦。下列说法错误的是（　　） A．该装置是一种省力机械 B．斜面的机械效率为80% C．木箱与斜面之间的摩擦力为1000N D．若木箱从斜面顶端下滑，将会驱动引重车向左运动 2．如图甲所示，用拉力F竖直向上匀速提升重720N的货物，货物移动的距离h与时间t的关系如图乙所示，动滑轮的机械效率为90%，则（　　）      甲     乙 A．在0~2s内，有用功为360J B．绳子自由端移动的速度为0.5m/s C．动滑轮重80N D．拉力F的功率为400W 3．小明用如图所示的装置探究杠杆的机械效率。他将两个钩码悬挂在B点，在A点用弹簧测力计保持竖直方向向上拉动杠杆，使其绕O点缓慢转动，带动钩码上升一定的高度h（不计摩擦）。下列说法正确的是（  ） A．杠杆转动过程中，弹簧测力计的示数会变小 B．仅增加钩码的个数，拉力所做的额外功增大 C．仅将钩码的悬挂点从B点移到C点，杠杆的机械效率将变小 D．仅将拉力的作用点从A点移到C点，拉力做的总功不变 4．如图所示，用甲、乙、丙三种简单机械分别提起同一重物G，已知滑轮重，杠杆（）重，手的拉力始终沿竖直方向，忽略绳重及摩擦，下列说法错误的是 A．甲图：该装置不省力也不省距离 B．乙图：该装置的机械效率比甲图的低 C．丙图：在匀速拉动物体上升的过程中，拉力逐渐变小 D．若提升的物体越重，乙、丙的机械效率就会越高 5．《物原》记载：“史佚始作辘轳。”如图所示，人们借助辘轳从井中汲水时，转动摇把，使绳子在轴筒上不断叠绕，从而将水桶从井中提出。借助辘轳汲水时，下列有关说法正确的是（　　） A．辘轳是一个动滑轮 B．克服水重和桶重做的功是有用功 C．增大转动摇把的速度不能提高辘轳的机械效率 D．通过现代科技改良后，可以将辘轳的机械效率提高到100% 6．如图甲所示，一位同学用滑轮组拉着重700N的物体A，在水平地面上匀速前进，全过程滑轮组的部分数据如图乙所示，物体A受到阻力为其重力的0.1倍，下列说法正确的是 A．拉力F做功700J B．物体A移动的距离为1m C．只增大物体的重力，机械效率不变 D．该滑轮组的机械效率是70% 7．小柳利用如图所示滑轮组将重物A提升到高处。下列说法正确的是（　　） A．小柳利用滑轮组的目的是为了省功 B．重物A悬停时，小柳对重物不做功 C．用滑轮组做功多，说明它的机械效率高 D．当重物A匀速缓慢上升时，小柳对重物不做功 8．工人用如图所示的滑轮组将重为450N的物体匀速提升2m时，做了300J的额外功，则此过程中（　　） A．使用滑轮组省功 B．做的有用功为1800J C．滑轮组的机械效率为66.7% D．拉力F的大小为200N 二、填空题 9．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，钩码上升的时间为4s。绳受到的拉力为2N，拉力的功率为 W，动滑轮的机械效率为 。 10．工人师傅用图所示的机械拖动物体，物体的质量为80kg，它所受的阻力为物重的0.3倍；当绳子自由端下拉6m时，工人师傅做的有用功为 J；若该机械的效率为80%，则工人师傅所用拉力为 N。（g取10N/kg） 11．如图所示，有一根质量均匀的杠杆OA，B是OA的中点，在C处挂重为80N的物体，用竖直向上的力F大小为25N，杠杆可处于静止状态。若F的方向始终竖直，将物体匀速缓慢提升20cm，拉力F的大小将 （选填“变大”“变小”或“不变”），若拉力F移动的距离为80cm，杠杆的机械效率为 ，杠杆的重为 N。若将重物的质量适当增加，仍用该杠杆将重物提升相同高度，则杠杆的机械效率将 （选填“变大”“变小”或“不变”）（不考虑摩擦）。 12．如图，用滑轮组帮助汽车脱困时，滑轮B的作用是 ；汽车被匀速拉动时，作用在绳子上的拉力F为，已知滑轮组的机械效率为80%，在此过程中拉力做功 J，克服汽车重力做功 J，汽车受到的摩擦力为 N。 13．如图所示，小明分别用甲、乙两个滑轮把同一袋沙子从地面提到二楼（不计绳重与摩擦），使用甲滑轮的目的是为了 ；小明所用的拉力F甲 F乙；两滑轮的机械效率η甲 η乙（填“<”、“>”、“=”）。 14．往车上装重物时，常常用长木板搭个斜面，把重物沿斜面推上去，如图所示，工人用500N的力沿3m长的斜面，把120kg的重物提高1m，重物受到的摩擦力为 N。（g取10N/kg） 三、实验题 15．小明发现，沿斜坡向上拉物体时，斜坡越陡，所需拉力越大，那么斜面的机械效率是不是越大呢？为了研究斜面的机械效率与哪些因素有关，小明设计了如图所示的实验装置，并用同一块木板做了三次实验，数据记录如表格所示： 实验次数 斜面的倾斜程度 物块重G/N 斜面高度h/m 沿斜面拉力F/N 斜面长s/m 机械效率η 1 较缓 10 0.1 5.0 1 2 较陡 10 0.3 6.7 1 45% 3 最陡 10 0.5 8.4 1 60% (1)实验前要理解有用功、总功和额外功的概念，其中总功是指拉力所做的功，而拉力除了要克服物体重力做功外，还需要克服摩擦阻力做功，根据上述概念可知，测量斜面机械效率时的机械效率的表达式η= （用表格中的字母表示）； (2)在计算出第一次的机械效率之后，综合分析三次实验的数据可以得到的结论是：其他条件相同时， 。 16．图甲是“再探动滑轮”的实验，用弹簧测力计竖直向上拉动绳子自由端，将重为3N的钩码从A位置匀速提升到B位置，同时弹簧测力计从图中的A'位置上升到B'位置，在这个过程中，弹簧测力计的示数如图乙所示： (1)该过程中所做的总功为 J，动滑轮的机械效率为 %； (2)增加钩码的数量，并将其提升相同高度，克服动滑轮的重力所做的额外功将 （选填“减小”、“不变”或“增大”，下同），机械效率将 。以下三种提高效率的方法中，方法 与（2）同理。 方法一：鼓励人们“拼车”出行 方法二：用新材料减轻汽车重力 方法三：汽车保持良好的润滑 17．小新同学用如图所示的实验装置测量杠杆的机械效率。实验时，他先后将钩码放置在图中B、C位置，并得到下表实验数据。试完成下列问题： 实验次数 钩码悬挂点 钩码重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 B点 2.0 0.10 1.3 0.25 61.5 2 C点 2.0 0.10 1.5 0.20 (1)实验中，应在物体处于 （填“静止”或“匀速运动”）状态时，读取弹簧测力计示数； (2)表格中第2次实验所测杠杆的机械效率为 （保留1位小数）； (3)小新分析实验数据，发现用同一杠杆将同一重物提升到相同的高度，重物的悬挂点不同，杠杆的机械效率也不同。这是因为 。 四、计算题 18．小聪看到建筑工地上工作的塔吊如图甲所示，他查阅相关资料后，画出了与塔吊连接方式相同的滑轮组，如图乙所示。在不计绳重和摩擦的情况下，塔吊将底面积为、重力为的长方体建筑材料沿竖直方向匀速提高20m，绳子自由端的拉力为。求： (1)长方体建筑材料放在水平地面静止时，对地面的压强； (2)该过程克服长方体建筑材料重力所做的功； (3)塔吊机械部分（如图乙）的机械效率。 19．如图所示是搬运工人用滑轮组将仓库中的货物沿水平轨道拉出的示意图，己知货物的质量为600kg，所受轨道的摩擦力为其重力的0.1倍，滑轮组的机械效率为75%。若货物以0.25m/s的速度匀速前行，经100s将货物拉出仓库，g取10N/kg，求在此过程中： (1)人做的有用功为多大？ (2)人的拉力为多大？ (3)人拉力的功率为多大？ 学科网（北京）股份有限公司 1 学科网（北京）股份有限公司 $$