第42期 机械效率 改变世界的机械《机械与功》章节复习(答案见下期)-【数理报】2024-2025学年新教材八年级下册物理学案（教科版2024）

书 机械效率 一、有用功和额外功 比一比：小明要把沙子运到 ３楼，请同学们根据需要，选择 器械帮助他解决这个问题，看看 哪个小组选的办法最好．如图１ 所示的三种方法供参考：第一种 是人直接提着沙子上楼；第二种 是把沙子放进桶里，人通过动滑轮把沙子拉上 楼；第三种是把沙子放进质量较小的袋子里，人 通过动滑轮把沙子拉上楼． 填一填：我们的目的是把沙子运上楼，所以 把沙子运上３楼所做的功叫作 ，是无论 采取哪种方法都必须做的功；沙子要装进桶或 袋子里，桶或袋子可重复使用，是机械的附属部 分，所以要完成运沙子的有用功，还不得不另外 做功，即把桶或袋子、人或动滑轮运上３楼，这部 分并非我们需要但又不得不做的功叫作 ；图１中三种办法的额外功都是不同 的．有用功加上额外功是总共做的功，叫作 ． 二、机械效率 填一填：（１）如果用Ｗ总 表示总功，Ｗ有用 表 示有用功，Ｗ额外 表示额外功，则它们的关系是 ． （２）物理学中把 跟 的比 值叫作机械效率．机械效率越高，说明 在总功中所占比例越大．机械效率的符号是 η， 常用百分数来表示．η＝ ． 做一做：【提出问题】如何测量滑轮组的机 械效率． 【实验原理】η＝ Ｗ有用 Ｗ总 ×１００％ ＝ＧｈＦｓ× １００％． 【实验器材】刻度尺、钩码、弹簧测力计、铁 架台、两个滑轮组、长约２ｍ的细绳． 【实验步骤】①用弹簧测力计测量钩码所受 的重力Ｇ并填入表格； ②分别记下钩码和弹簧测力计的位置； ③缓慢拉动弹簧测力计，使钩码升高，读出 拉力Ｆ的值，用刻度尺测出钩码上升的高度ｈ和 弹簧测力计移动的距离 ｓ，将这三个量填入表 格； ④改变钩码的数量，重复步骤③； ⑤算出有用功Ｗ有用、总功Ｗ总 和机械效率η 并填入表格中． 实验次数 Ｇ／Ｎ ｈ／ｍ Ｗ有用／Ｊ Ｆ／Ｎ ｓ／ｍ Ｗ总 ／Ｊ η １ ２ ３ ４ 【归纳与总结】对于同一个滑轮组，提起的 物重越大，其机械效率越 ；对于不同的 滑轮组，物重一定时，动滑轮越重，机械效率越 ． 改变世界的机械 一、简单机械的家庭 １．轮轴 想一想：如图２所示是生活中常见的轮轴， 你还能举出其他例子吗？ 说一说：如图３所示，轮轴由两个半径不等 的圆柱固定在同一轴线上组成，大的称为 ，小的称为 ．轮轴可看作是一 个可以连续转动的 ． 填一填：（１）根据杠杆的平衡条件，可知作 用在轮上的力Ｆ与作用在轴上的力Ｇ的关系为 ．如果动力作用在轮上，轮轴是一 个 杠杆，但 ；如果动力作用在 轴上，轮轴是一个 杠杆，但 ． （２）轮轴不能　　 　，只是改变了 的方式，这是功的原理的必然结果．它实现了 和 的相互转化，是 机械传动的重要装置． ２．斜面 看一看：如图４（ａ）、（ｂ）所示，通过斜面将 一个大箱子推进车厢，通常要比把箱子直接从 地面搬到车厢省力得多． 填一填：如图４（ｃ）所示，物体所受重力为 Ｇ，斜面长为 Ｌ，高为 ｈ，Ｆ为沿斜面推（或拉）物 体的力．根据功的原理（不计斜面摩擦）得 Ｇｈ ＝ＦＬ，所以Ｆ＝ＧｈＬ，斜面长是高的几倍，拉力或 推力就是物体所受重力的 ． ３．螺旋———特殊的斜面 填一填：螺旋除了 ，还可以将旋转 运动与沿轴向的运动进行相互 ． 看一看：如图５所示是各种形式的螺旋． 二、世界因机械而改变 议一议：如图６所示，越来越多的机械进入 我们的生活，改变着我们的生活，你还能举出其 他例子吗？ 【即学即练】 １．下列简单机械，在正常使用时能省距离 的是 （　　） Ａ．动滑轮 Ｂ．轮轴 Ｃ．船桨 Ｄ．斜面 ２．《物原》记载：“史 佚始作辘轳．”如图７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．以下关于辘轳的说法正 确的是 （　　） Ａ．辘轳是一个定滑轮 Ｂ．辘轳是一个费力的轮轴 Ｃ．使用辘轳汲水时可以省力 Ｄ．增大水桶质量可以提高辘轳的机械效率 ３．如图８所示，在７５Ｎ的拉 力 Ｆ作用下，用滑轮组将重 １００Ｎ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 １５０Ｊ Ｂ．拉力Ｆ的功率为３０Ｗ Ｃ．滑轮组的机械效率为７５％ Ｄ．滑轮组提升的货物越轻，机械效率越大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̀abcde <=Z[? - Y -# Z X "! Y 5 fghijk lm V5no <=Z[? - Y && Z X "- Y?pqV Vr stu50Pvw x <=Z[? - Y &6 Z X "& Y?̀ 0PMVyb cde <=Z[? & Y # Z X "" Y?Lz <=Z[? & Y -& Z X ", Y?{u5Lz | } ~Lz <=Z[[ & Y -6 Z X "# Y?€Lzybcde <=Z[? & Y &( Z X "( Y?‚de <=Z[? " Y # Z X "' Y?ƒ„u‚0P …†‡V ˆ‰Š‹[‡ V5~Œ <=Z[? " Y -& Z X ") Y?Ž‡  <=Z[[ " Y -6 Z X "6 Y?̀ „u5V‘ ’ybcde <=Z[? " Y &( Z X ,! Y?“” •J <=Z[? , Y & Z X ,- Y?– –— <=Z[? , Y 6 Z X ,& Y?*F˜— r s™š5*F *̀F Ž–ybcde <=Z[? , Y -( Z X ," Y?̀ *F›y <=Z[? , Y &" Z X ,, Y 5 œde <=Z[? , Y "! Z X ,#4#& Y[œdeO <=Z[? # Y ' Z 书书书 三 、 作 图 题 （ 共 ６ 分 ） １６．（４ 分 ） 用 手 提 起 重 物 时 ，前 臂 可 简 化 为 杠 杆 ： 桡 骨 在 肱 二 头 肌 牵 引 力 Ｆ １ 的 作 用 下 ，绕 肘 关 节 （ 支 点 Ｏ ） 转 动 ，如 图 １２ 甲 所 示 ， 请 在 图 １２ 乙 中 画 出 动 力 Ｆ １ 的 力 臂 Ｌ １ 和 阻 力 Ｆ ２ 的 示 意 图 ． １７． （２ 分 ） 某 运 动 员 利 用 如 图 １３ 所 示 的 滑 轮 组 进 行 腿 部 力 量 训 练 ，请 画 出 滑 轮 组 的 绕 线 方 式 ． 四 、 实 验 探 究 题 （ 共 ２６ 分 ） １８．（８ 分 ） 小 华 与 同 组 同 学 在 课 堂 上 完 成 了 “ 探 究 杠 杆 平 衡 条 件 ” 的 实 验 ． （ 钩 码 规 格 为 ０．５ Ｎ ） （１ ） 实 验 前 ， 他 们 观 察 到 杠 杆 静 止 在 如 图 １４ 甲 所 示 的 位 置 ， 此 时 杠 杆 处 于 （ 选 填 “ 平 衡 ” 或 “ 不 平 衡 ” ） 状 态 ； 要 使 杠 杆 在 水 平 位 置 平 衡 ， 可 将 左 端 平 衡 螺 母 向 （ 选 填 “ 左 ” 或 “ 右 ” ， 下 同 ） 旋 转 ； 当 平 衡 螺 母 旋 转 到 紧 贴 杠 杆 时 ， 发 现 杠 杆 仍 是 左 低 右 高 ， 这 时 可 以 将 右 端 平 衡 螺 母 向 旋 转 ，直 至 杠 杆 水 平 平 衡 ． （２ ） 利 用 图 １４ 乙 装 置 进 行 实 验 ， 得 到 了 如 下 表 所 示 的 实 验 数 据 ．分 析 数 据 ， 小 华 发 现 第 （ 填 实 验 序 号 ） 次 实 验 数 据 是 错 误 的 ，利 用 其 他 数 据 可 得 出 杠 杆 的 平 衡 条 件 是 ． 实 验 序 号 动 力 Ｆ １ ／Ｎ 动 力 臂 Ｌ １ ／ｃｍ 阻 力 Ｆ ２ ／Ｎ 阻 力 臂 Ｌ ２ ／ｃｍ １ ０ ．５ １０ １ ５ ２ １ １５ ２ １５ ３ １ ．５ １０ ２ ７．５ ４ ２ １５ １ ．５ ２０ （３ ） 同 组 的 小 明 同 学 建 议 改 用 弹 簧 测 力 计 代 替 钩 码 在 Ｂ 点 向 下 拉 杠 杆 （ 如 图 １４ 丙 所 示 ） ，使 杠 杆 仍 在 水 平 位 置 平 衡 ， 当 测 力 计 从 ａ 位 置 转 动 到 ｂ 位 置 时 ，其 示 数 大 小 将 ， 其 示 数 与 力 臂 的 乘 积 ． （ 选 填 “ 变 大 ” “ 变 小 ” 或 “ 不 变 ” ） １９． （８ 分 ） 如 图 １５ 所 示 ，在 “ 探 究 定 滑 轮 和 动 滑 轮 的 特 点 ” 实 验 时 ，小 明 用 同 一 个 滑 轮 做 了 四 次 实 验 ， 前 两 次 按 图 甲 、 乙 进 行 ， 后 两 次 按 图 丙 进 行 ，并 将 测 得 的 数 据 记 录 在 表 格 中 ． 实 验 序 号 钩 码 重 Ｇ ／Ｎ 钩 码 上 升 的 高 度 ｈ／ｃｍ 拉 力 Ｆ ／Ｎ 绳 子 自 由 端 移 动 的 距 离 ｓ／ｃｍ １ １．０ ２０．０ １．０ ２０．０ ２ ２．０ ２０．０ ２．０ ２０．０ ３ １．０ ２０．０ ０．７ ４０．０ ４ ２．０ ２０．０ １．２ ４０．０ （１ ） 分 析 第 １ 、２ 次 的 数 据 ， 可 以 得 出 结 论 ： 使 用 定 滑 轮 （ 选 填 “ 能 ” 或 “ 不 能 ” ） 省 距 离 ；用 图 乙 进 行 实 验 时 ， 若 小 明 将 绳 子 的 自 由 端 沿 着 水 平 向 右 的 方 向 匀 速 拉 动 ， 拉 力 的 大 小 将 （ 选 填 “ 变 大 ” “ 不 变 ” 或 “ 变 小 ” ）． （２ ） 用 图 丙 进 行 实 验 时 ， 最 好 匀 速 拉 动 绳 子 自 由 端 ；分 析 第 ３ 、４ 次 数 据 时 发 现 ，拉 力 的 大 小 总 比 钩 码 重 力 的 一 半 要 大 ， 这 主 要 是 因 为 ． （３ ） 在 本 实 验 中 进 行 了 多 次 实 验 ，目 的 是 （ 填 字 母 ）． Ａ ．多 次 实 验 中 选 取 最 准 确 的 数 据 Ｂ．多 次 测 量 取 平 均 值 ，减 小 误 差 Ｃ．多 次 实 验 得 到 普 遍 规 律 Ｄ ．利 用 控 制 变 量 法 ２０．（１０ 分 ） 小 丽 实 验 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 １６ 所 示 ． 物 理 量 名 称 实 验 １ 实 验 ２ 实 验 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％ 机 械 效 率 平 均 值 （ １ ） 小 玲 同 学 认 为 表 格 设 计 有 问 题 ， 请 你 指 出 问 题 所 在 ： （ 不 用 说 明 理 由 ） ； 在 实 验 中 ， 弹 簧 测 力 计 应 竖 直 向 上 提 升 重 物 ． （ ２ ） 通 过 表 中 数 据 可 分 析 出 实 验 １ 是 用 （ 选 填 “ 甲 ” 或 “ 乙 ” ） 图 滑 轮 组 做 的 实 验 ． （ ３ ）３ 次 实 验 后 得 出 表 中 的 数 据 ， 第 ３ 次 测 量 的 机 械 效 率 为 （ 结 果 保 留 整 数 ）． （４ ） 比 较 实 验 １ 和 ２ 的 数 据 可 得 出 结 论 ： 使 用 不 同 的 滑 轮 组 提 升 相 同 的 重 物 时 ， 动 滑 轮 越 重 ， 滑 轮 组 的 机 械 效 率 （ 选 填 “ 越 大 ” 或 “ 越 小 ” ） ． （５ ） 比 较 实 验 的 数 据 可 得 出 结 论 ：使 用 同 一 滑 轮 组 ，增 大 物 重 可 以 提 高 滑 轮 组 的 机 械 效 率 ． 五 、 计 算 题 （ 共 １４ 分 ） ２１． （６ 分 ） 用 滑 轮 组 匀 速 提 升 重 物 上 升 １ ｍ ，拉 力 为 Ｆ ，此 过 程 做 功 的 数 据 如 图 １７ 所 示 ，ｇ 取 １０ Ｎ ／ｋｇ，求 ： （１ ） 拉 力 Ｆ 的 大 小 ． （２ ） 滑 轮 组 的 机 械 效 率 ． （ 结 果 保 留 一 位 小 数 ） ２２． （８ 分 ） 杆 秤 是 我 国 古 老 且 至 今 仍 在 使 用 的 一 种 衡 量 工 具 ， 如 图 １８ 的 杆 秤 可 视 为 杠 杆 ，提 纽 处 为 支 点 Ｏ ，若 不 计 杆 和 秤 盘 自 重 ， 当 在 秤 盘 里 放 置 被 称 物 体 后 处 于 平 衡 状 态 ， 已 知 ＡＯ ＝ ２ ｃｍ ，Ｏ Ｂ ＝ ２０ ｃｍ ，秤 砣 的 重 力 为 １０ Ｎ ，ｇ 取 １０ Ｎ ／ｋｇ，求 ： （ １ ） 秤 砣 的 质 量 ． （２ ） 被 称 物 体 的 重 力 ． （３ ） 若 杆 秤 所 能 称 量 物 体 的 最 大 重 力 为 ２００ Ｎ ，求 Ｏ Ｃ 的 长 度 ． \ S T ] V ^ , " Y L ž Ÿ   ! - , ( ( ) * ( + , - . ž Ÿ   ! - # , / ! - ) ( + ¡ ¢ c £ ¤ $ ¥ ¦ § ¨ § + , ( ! - ž Ÿ ! - & ž Ÿ ! - ( ! - " – 0 7 - & ! ! ) ! ! , ! !! © – ª « – ¬ ’ ! - ' ! 书 ４１期３版参考答案 功 １．Ｄ　２．Ｂ　３．Ｄ　４．Ｃ ５．Ｃ　６．Ａ　７．Ｃ　８．Ｂ ９．改变　不做功　做功 １０．不赞同　重力做功多少与物体水平移动 的距离无关 １１．２　１．２　６ １２．１．５ １３．（１）＝　 ＞　（２）Ａ １４．解：（１）无人机受到的重力 Ｇ＝ｍｇ＝２ｋｇ×１０Ｎ／ｋｇ＝２０Ｎ （２）静止在水平地面上时，无人机对地面的压力 Ｆ＝Ｇ＝２０Ｎ，无人机对地面的压强 ｐ＝ＦＳ＝ ２０Ｎ １×１０－３ｍ２ ＝２×１０４Ｐａ （３）由Ｗ ＝Ｆｓ知，无人机匀速上升时升力 Ｆ升 ＝ Ｗ ｓ＝ １８００Ｊ ６０ｍ ＝３０Ｎ 无人机匀速上升时，Ｆ升 ＝Ｇ＋ｆ，则匀速上升 时受到的阻力 ｆ＝Ｆ升 －Ｇ＝３０Ｎ－２０Ｎ＝１０Ｎ ４１期４版参考答案 功率 １．Ｄ　２．Ｂ　３．Ａ　４．Ｃ　５．Ｂ　６．Ｂ　７．Ｃ ８．物体重力在１ｓ内做功为５Ｊ　 ＜　 ＞ ９．１．３６×１０９　１．３６×１０８ １０．匀速直线　０．２７　０．４５ １１．２　１２００　５４０ １２．（２）ｎｍｇｈｔ 　（３）Ｃ （４）能　２５　７５ １３．解：（１）在水下５ｍ深处，舰体受到海水的 压强 ｐ＝ρ海水ｇｈ＝１．０×１０ ３ｋｇ／ｍ３×１０Ｎ／ｋｇ×５ｍ ＝５×１０４Ｐａ （２）该舰载机对水平甲板的压力 Ｆ＝Ｇ＝ｍｇ＝１８×１０３ｋｇ×１０Ｎ／ｋｇ＝１．８× １０５Ｎ 该舰载机对水平甲板的压强 ｐ′＝ＦＳ＝ １．８×１０５Ｎ ０．５ｍ２ ＝３．６×１０５Ｐａ （３）航空母舰的速度ｖ＝５４ｋｍ／ｈ＝１５ｍ／ｓ，根 据Ｐ＝Ｗｔ＝ Ｆｓ ｔ＝Ｆｖ可得，航空母舰受到的牵引力 Ｆ′＝Ｐｖ＝ １．５×１０８Ｗ １５ｍ／ｓ ＝１×１０ ７Ｎ 书 一、选择题 　　　　　　　 　　　　　　　 　　　　　　　１．下列机械不属于简单机械的一组是 （　　） Ａ．杠杆、轮轴 Ｂ．滑轮、滑轮组 Ｃ．自行车、轮船 Ｄ．斜面、螺旋 ２．甲、乙两种机械的效率分别是７０％和５０％，下列说法正确的是 （　　） Ａ．使用甲机械省力 Ｂ．使用甲机械做功快 Ｃ．乙机械的额外功在总功中占的比例大 Ｄ．在相同时间内，使用甲机械完成的功多 ３．小红用铁桶从井中打水，小军把不小心掉进井中的铁桶打捞上来．在 这两个情形中水桶中都有水．下列分析正确的是 （　　） Ａ．两个情形中，两人对水做的功都是有用功 Ｂ．两个情形中，两人对水做的功都是额外功 Ｃ．两个情形中，两人对水做的功都是总功 Ｄ．小红对水做的功是有用功，小军对水做的功是额外功 ４．如图１所示，甲、乙两人用不同的装置，在相同时 间内把质量相等的货物匀速提升到同一平台，不计绳重 及滑轮的摩擦．下列说法正确的是 （　　） Ａ．甲做的有用功多　　　Ｂ．甲做总功的功率大 Ｃ．乙做的总功多　　　Ｄ．乙所用装置机械效率小 ５．如图２所示是小龙测量斜面机械效率的 实验装置，斜面粗糙程度相同．先用平行斜面向 上的恒定拉力Ｆ，将重６Ｎ的物体以１ｍ／ｓ的速度 匀速拉到斜面顶端，测得斜面的机械效率为 ７５％．下列说法正确的是 （　　） Ａ．拉力做功为３Ｊ Ｂ．物体受到摩擦力为１．５Ｎ Ｃ．在匀速拉动过程中，物体的机械能不变 Ｄ．若以２ｍ／ｓ的速度匀速拉动物体，斜面机械效率仍为７５％ ６．小华自制提升重物的装置如图３所示，其中动滑轮 重６０Ｎ．若被提升的物体重６００Ｎ，在拉力Ｆ作用下，物体 在３０ｓ内匀速上升６ｍ，不计绳重和摩擦，下列说法中正 确的是 （　　） Ａ．绳端将拉下１８ｍ Ｂ．绳端移动的速度为０．２ｍ／ｓ Ｃ．拉力Ｆ的大小为３００Ｎ Ｄ．滑轮组的机械效率约为９１％ 二、填空题 ７．汽车挡风玻璃前面的雨刮器也是一种简单机械，物理学中把它叫作 （选填“斜面”或“轮轴”），雨刮器实质是一个 （选填“省 力”或“费力”）杠杆． ８．建筑工人用吊篮运送水泥，第一次运２０包水泥，所做额外功为Ｗ１，机 械效率为η１；第二次运１０包水泥，将其提升了相同高度，所做额外功为Ｗ２，机 械效率为η２，两次相比（不计绳重与摩擦），Ｗ１ Ｗ２，η１ η２． （选填“＞”“＜”或“＝”） ９．把同样重１００Ｎ的物体匀速向上提升，甲 机械用时１００ｓ使物体升高ｈ１，乙机械用时３００ｓ 使物体升高ｈ２，两机械做功情况的部分数据如图 ４所示．η甲 η乙 （选填“＞”“＜”或 “＝”），ｈ２ ＝ ｍ，乙机械做的总功Ｗ２ ＝ Ｊ，甲机械做的有用功 （选填 “大于”“等于”或“小于”）乙机械做的有用功． 三、实验探究题 １０．提高机械效率可以充分发挥机械设备的 作用，对节能减排、提高经济效益有重要的意义． 某科技创新小组根据生活经验和客观事实，对影 响滑轮组机械效率的因素作出如下猜想： 猜想Ⅰ：滑轮组的机械效率与物体被提升的 高度有关； 猜想Ⅱ：滑轮组的机械效率与动滑轮的重力 有关； 猜想Ⅲ：滑轮组的机械效率与所提物体的重力有关． 根据猜想，运用图５所示装置进行了实验探究，测得的实验数据如下表． 实验次数 钩码的重力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 ０．９０ ０．３ ７４．１％ ２ ４ ０．１ １．５０ ０．３ ８８．９％ ３ ４ ０．１ １．２５ ０．４ ４ ４ ０．２ １．５０ ０．６ ８８．９％ （１）实验时应沿竖直方向 缓慢向上拉动弹簧测力计． （２）分析表中数据可知：第３次实验是利用了图 的装置完成的， 它的机械效率η＝ ． （３）比较２、４两次实验数据，可验证猜想Ⅰ是 （选填“正确”或 “错误”）的． （４）通过比较 两次实验数据得出结论：同一滑轮组提升重物 时，物重越大，滑轮组的机械效率越高． （５）通过比较２、３两次实验数据得出结论：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 （选填“越大”或“越小”）                                                                 ． ! 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