第十二章简单机械第四小节机械效率新课讲义2024－2025学年人教版八年级下册

第十二章 简单机械 12.4 机械效率 ★学习目标 1.知道什么是有用功、额外功和总功； 2.理解机械效率的概念； 3.通过测量滑轮组机械效率加强对机械效率的理解； 4.会进行有关机械效率的计算。 一、有用功、额外功 有用功：使用机械时，对物体所做的有用的功。 额外功：使用机械时，人们额外需要做的功。 总功：有用功与额外功的总和。W总=W有用+W额外 提出问题：使用机械会省功吗？ 如图，甲直接提升物体做功，乙使用动滑轮提升物体做功相同吗？ 实验结论：结论：使用动滑轮比直接提升物体不省功。 （把重物提升一定高度，甲乙所做有用功相同，但乙的拉力的功还包含克服动滑轮自身重力和摩擦的功） 分析与思考：把重100N沙子运到6米高三楼，比较三种不同方法。 1.有用功：使用机械时所做的有用的功； 2.额外功：人们不需要但又不得不做的功； 3.总功：有用功与额外功的总和。 计算各个功，并填入下面表格。由此可知，完成此项任务，不同工作方式工作效率不同。 二、机械效率 机械效率：有用功与总功的比值。 公式： η表示机械效率，机械效率常用百分数表示。 下述三种不同做功方式的机械效率，人们总是希望在保证有用功一定的情况下，额外功越小越好，也就是机械的机械效率越高越好。 有没有机械效率为100%的机械？为什么？ 1.机械效率高低只表示有用功占总功的比值大小，不能说明做有用功多少； 2.机械效率是有用功跟总功的比值，只有大小，没有单位； 3.由于额外功总是存在，有用功总是小于总功，所以机械效率总是小于1； 4.机械效率是标志机械做功性能好坏的物理量，机械效率越高，机械性能越好； 5.机械效率高低与做功多少，功率大小，是否省力，提升高度无关。 三、滑轮组机械效率 分为竖直方向提升物体和水平方向拉动物体两种类型 1.竖直提升物体 如图，G为物重，h为物体提升高度，F为拉力，S为绳子自由端走的距离 W有=Gh，W总=WF=FS, 2.水平拉动物体 如图，f为摩擦力，L为物体移动距离，F为拉力，S为绳子自由端走的距离 W有=fL，W总=WF=FS, 3.斜面机械效率 如图，h为斜面高，S为斜面长，G为物重，F为沿斜面对物体的拉力 W有=Gh，W总=WF=FS, 四、测量滑轮组机械效率 实验探究：测量滑轮组机械效率 【实验目的】 1．学习安装滑轮组； 2．学习测滑轮组的机械效率； 3．分析得出影响滑轮组机械效率的因素； 4．分析得出提高滑轮组机械效率的方法。 【实验器材】刻度尺、弹簧测力计、钩码、铁架台、一个定滑轮和一个动滑轮组成的滑轮组、两个定滑轮与两个动滑轮组成的滑轮组、长2m的细绳。 【实验方法】先后按（a）、（b）、（c）三种情况安装好滑轮组。并按表格进行测量；数据计入表格。 【分析讨论】 1.（a）、（b）两个装置，钩码数量相同时，机械效率有什么不同？ 2.（b）、（c）为同一装置，钩码数量不同时，机械效率有什么不同？ 3.分析机械效率不同的原因。 【学以致用】 1．（2021•四川德阳•中考真题）在抗洪抢险行动中，小军需要帮老百姓把一个质量为240kg的重物搬到2m高的车上，为了省力他采用5m的长木板搭了一个斜面（如图）。搬运过程中，他用沿斜面向上1200N的力，历时5min将重物匀速地推到车上。关于此简易斜面装置，下列说法中正确的是（　　） A．小军做的功为2400J B．小军做功的功率为1200W C．小军对重物做的有用功为6000J D．此简易斜面装置的机械效率为80% 2．（2021•辽宁丹东•中考真题）如图所示，重力为6N的物体在4N拉力F的作用下，以0.2m/s的速度沿斜面匀速上升。当物体升高0.6m时，恰好沿斜面前进1.2m的距离。（忽略绳重和动滑轮自重）（　　） A．物体对斜面的压力为6N B．该装置的机械效率为75% C．物体与斜面间的摩擦力为5N D．拉力F的功率为1.6W 【基础知识•过关检测】 1.（2024•青海西宁•中考真题）如图所示，虚线框内是由两个滑轮安装成的滑轮组，利用该滑轮组拉动重960N的物体M在水平面上做匀速直线运动。物体所受的摩擦力是物重的0.1倍，绳子自由端的水平拉力为40N，物体M移动的距离为4m（不计绳重和滑轮重）。则（   ） A．物体M所受的拉力为960N B．绳子自由端移动的距离是8m C．滑轮组拉动物体M做的有用功是160J D．滑轮组的机械效率是80% 2.（2024•山东淄博•中考真题）在“观察滑轮的使用”实验中，用如图所示的两种方式将同一物体匀速提升20cm（不计绳重和摩擦）．下列说法正确的是（    ） A．物体所受的重力是3.6N B．图乙中弹簧测力计上升20cm C．图乙中弹簧测力计的示数是物重的一半 D．图甲中滑轮的机械效率比图乙中的高 3.（2024•山东德州•中考真题）如图甲所示，虚线框内是两个滑轮连成的滑轮组，工人利用该滑轮组，用200N竖直向上的拉力F，将物体匀速提高3m，物体和绳子自由端的运动情况如图乙所示，已知动滑轮重120N，不计绳重和摩擦，下列说法正确的是（　　） A．绳子自由端移动的速度为0.5m/s B．工人做的有用功为360J C．该滑轮组的机械效率为80% D．拉力F的功率为100W 4.（2024•江苏宿迁•中考真题）如图所示的小型起重机，某次吊起重为 的物体，电动机的拉力为 ，用时 ，使物体上升了 。则通过动滑轮（　　） A．做的有用功为 B．拉力功率为 C．做的总功为 D．机械效率为 5.（2024•山东聊城•中考真题）建筑工地上，工人用如图所示的装置将重为300N的建材从地面匀速运送到离地面8m的高处，所用时间为40s。已知动滑轮重为40N，不计滑轮组的绳重和摩擦，下列说法正确的是（　　） A．工人做的总功为2400J B．工人拉力的功率为60W C．此过程中该装置的机械效率约为88% D．可以通过增加动滑轮个数的方法提高该装置的机械效率 6.（2024•黑龙江大庆•中考真题）如图所示，在的 拉力F作用下，用滑轮组将重为 的货物匀速提升，在10s内货物竖直上升了2m。下列说法正确的是（    ） A．滑轮组做的有用功为 B．拉力F的功率为 C．滑轮组的机械效率为75% D．此滑轮组提升的货物越轻，机械效率越大 7.（2024•江苏苏州•中考真题）某起重机的滑轮组结构示意如图所示，其最大载重为5t。起重机将3600kg的钢板匀速提升到10m高的桥墩上，滑轮组的机械效率为80%。不计钢丝绳的重力和摩擦，g取10N/Kg。求： （1）克服钢板重力做的功 ； （2）钢丝绳的拉力F； （3）滑轮组满载时的机械效率（保留一位小数）。 8.（2023•四川眉山•中考真题）如图所示，工人用滑轮组提升重物，已知重物重力G=1000N，动滑轮重力 。在工人用力作用下，重物匀速上升，达到规定高度处。不计绳重和机械之间的摩擦。求： （1）拉力做功的功率； （2）滑轮组的机械效率； （3）若用该装置提升另一重物时，机械效率达到，则该重物的重力是多少？     9.（2023•山东威海•中考真题）五一假期，小明和爸爸自驾到海边游玩，小轿车不慎陷入水平沙滩无法行驶，请来救援车帮忙，如图甲所示，救援车固定不动，利用绞盘、绳子、轻质滑轮将车拉出沙滩。若小轿车的质量为，轮胎底部与沙滩接触的总面积为，整个拉动过程中小轿车移动的速度随时间变化的图象如图乙所示，其中小轿车被匀速拉动时绞盘的拉力F恒为：。（）求： （1）小轿车静止时对沙滩的压强是多少？ （2）小轿车被匀速拉动通过的路程是多少？在此过程中滑轮的机械效率为90%，则小轿车受到的拉力做功的功率是多少？（滑轮轮轴处摩擦不可忽略）    第十二章 简单机械-答案版 12.4 机械效率 【学以致用】 1.D 解析 小军做的功为W=Fs=1200N×5m=6000J,A错误;小军做功的功率为P=W/t=6000J/5s=1200W,B错误;小军对重物做的有用功为W有用=Gh=2400N×2m=4800J,C错误;此简易斜面装置的机械效率为η=W有用/W=4800J/6000J=80%,D正确。 2.B 解析A 由题意可知,物体匀速上升,拉力F做有用功,摩擦力做额外功,则有用功为W有=Gh=6N×0.6m=3.6J,额外功为W额=fs=2N×1.2m=2.4J,总功为W总=W有+W额=3.6J+2.4J=6J,机械效率为η=W有/W总=3.6J/6J=60%,A错误;物体对斜面的压力为FN=G=6N,B正确;物体匀速上升,受到平衡力的作用,摩擦力为f=F=4N,C错误;拉力F的功率为P=W总/t=6J/10s=0.6W,D错误。 【基础知识·过关检测】 1.D 解析：物体受拉力等于摩擦力f = 0.1G = 0.1×960N = 96N，A错；绳子段数若为n = 3 ，绳自由端移动距离s = 3×4m = 12m，B错；有用功W_{有}=fs_{物}=96N×4m = 384J，C错。故选D 2.D 解析：图甲是定滑轮，图乙是动滑轮，甲中弹簧测力计示数等于物重，乙中示数小于物重，无法确定物重，A错；乙中弹簧测力计上升40cm，B错；因有动滑轮自重，乙中弹簧测力计示数大于物重一半 ，C错；甲无额外功，乙要克服动滑轮重做功，甲机械效率比乙高，D对。 3.C 解析：根据滑轮组结构确定绳子段数，从而得出绳子自由端移动距离和速度。有用功是克服物体重力与提升高度的乘积，总功是拉力与绳子自由端移动距离的乘积，机械效率是有用功与总功比值，拉力功率是总功与时间比值。经分析，A选项绳子自由端速度计算错误；B选项有用功计算错误；C选项机械效率计算正确；D选项拉力功率计算错误 。 4.A 解析：A选项，根据有用功定义，用物体重力和上升高度可算出有用功正确；B选项，先确定绳子段数算出总功，再由总功和时间可知拉力功率算错；C选项，总功计算错误；D选项，由有用功和总功可知机械效率算错。 5.C 解析：A选项，根据动滑轮和物体重力及提升高度，可知总功算错；B选项，由总功和时间可知拉力功率算错；C选项，算出有用功后，根据机械效率定义得出机械效率正确；D选项，增加动滑轮个数会使额外功增加，机械效率应降低，该选项说法错误。 6.B 解析：有用功是克服货物重力做的功，应为货物重力乘上升高度，A选项算错；拉力功率是拉力做功与时间的比值，拉力做功是拉力乘绳端移动距离，根据绳子段数可算出，B选项正确；机械效率是有用功与总功比值，C选项算错；此滑轮组提升货物越轻，有用功占比越小，机械效率越小，D选项错误。 7 (1) 3.6×10^{5}J (2) 1.5×10^{3}N (3) 83.3\% 解析（1）克服钢板重力做的有用功，是钢板重力乘提升高度。 （2）先根据机械效率算出总功，再结合绳子段数算出钢丝绳拉力。 （3）先算出满载时有用功，再结合额外功算出满载总功，最后得出满载机械效率。 8.(1) 240W (2) 83.3% (3) 1800N 解析：先根据滑轮组结构确定绳子段数，算出拉力大小，再得出拉力移动距离，进而算出拉力做功，最后根据功率定义，用拉力做功除以时间得到拉力做功的功率。有用功是克服重物重力做的功，总功是拉力做的功，用有用功除以总功，就能得出滑轮组的机械效率。依据机械效率公式，设重物重力为未知数，结合动滑轮重力等条件列出方程，求解得出该重物的重力。 9.(1) 6×10^{4}Pa （2) 10m；360W 解析：先将小轿车质量换算为1200kg，根据G = mg算出重力为12000N ，再依据压强公式p = F/S（这里F等于重力，S = 0.2m^{2} ），得出对沙滩压强为6×10^{4}Pa 。从图乙获取匀速运动速度0.9m/s和时间10s ，根据s = vt算出路程为9m 。已知拉力2×10^{3}N ，算出总功，再结合机械效率算出有用功，最后根据P = W/t得出功率为1.62×10^{3}W 。 学科网（北京）股份有限公司 $$