11.3机械效率讲义 2024-2025学年沪科版八年级全一册物理

机械效率专项练习 知识点01 有用功、额外功与总功 1、有用功：我们需要的、有利用价值的、必须要做的功，用W有表示。 2、额外功：使用机械时，并非我们需要又不得不做的功，用W额表示。 3、总功：有用功与额外功之和，用 W总表示。 4、三种功的关系：W总＝W有＋W额。 5、区分有用功与额外功的关键：看我们需要达到什么做功目的。例如:用桶将水从水井中提上来，克服水重做的是有用功，而克服桶重做的是额外功;如果是捞出掉入水井中的水桶,则克服桶重做的是有用功，而克服桶带出来的水的重力所做的功是额外功。 6、大量实验表明，动力对机械所做的功总是大于机械对外所做的功(有用功)。事实上，使用任何机械都不能省功。 7、三种简单机械的有用功、额外功和总功 种类 杠杆 滑轮组 斜面 图示 有用功 额外功 若不计摩擦： 若不计绳重及摩擦： 总功 三者关系 知识点02 机械效率 1、定义：有用功与总功的比值，用η表示。 2、公式：。 3、特点：任何实际机械的机械效率，都小于1，且η是一个没有单位的量，常用百分数表示。 4、提高机械效率的方法 （1）滑轮组：改进机械结构，减小摩擦阻力；减小动滑轮重；增加物重。 （2）斜面：增大斜面的倾斜程度、减小斜面的粗糙程度。 （3）杠杆：减小杠杆自重、减小支点处的摩擦。 5、功、功率和机械效率的比较 物理量 意义 定义 符号 公式 单位 说明 功 做功，即能量的转化 力与物体在力的方向上移动距离的乘积 W J (1)功率大小由功和时间共同决定，单独强调任何一方面都是错误的。 (2)功率和机械效率是两个不同的物理量，它们之间没有直接关系 功率 表示物体做功的快慢 功与做功时间之比 P W 机械效率 反映机械做功性能的好坏 有用功与总功之比 η 无 6、机械效率的计算 机械效率的表达式为，三种简单机械的机械效率总结如下： 杠杆 滑轮（组） 斜面 竖直匀速提升 水平匀速拉动 图示 公式 （理想情况） （不计绳重和摩擦） 或 说明 其中G为提升重物的重力，h为重物升高的高度，F为动力，s为动力作用点移动的距离。 其中G为提升重物的重力，h为重物升高的高度，s为绳子自由端移动的距离，n为承担重物的绳子段数。 其中Ff为物体与水平面间的摩擦力，F为拉力，s物 为物体移动的距离，s绳为绳子自由端移动的距离，n为承担摩擦力的绳子段数。 其中G为提升重物的重力，h为斜面的高度，s为斜面的长度，F为拉力，Ff为物体与斜面间的摩擦力。 易混易错点：在解题时容易忽略机械效率的变化 对于同一机械，机械效率并不是固定不变的，它反映的是机械在某次做功过程中有用功跟总功的比值。同一机械在不同的做功过程中，提起的物重不同，机械效率往往不同。在解题时要注意下一问和上一问之间提升的物重是否发生变化，若提升的物重发生变化，则机械效率就要发生变化。计算时就不能再用原来的机械效率了。 易混易错点：误认为机械效率与做功多少、快慢有关 机械效率与做功多少、功率大小没有必然的联系。机械效率越高，说明这个机械的性能越好，但这个机械做的功不一定多，也不一定快（功率不一定大）。 高频命题点 机械效率的计算 【例1】【水平】如图所示为一滑轮组拉着重300N的物体在水平地面上匀速运动，2s的时间物体运动了1m，已知拉力F=50N，物体受到的摩擦力为120N。下列说法正确的是（　　） A．绳端移动的速度为1m/s B．拉力的功率为75W C．物体克服重力做的功为300J D．该滑轮组的机械效率为50% 【答案】B 【解析】A．由图可知，动滑轮上的绳子段数n=3，绳子自由端移动的距离 s=ns物=3×1m=3m 绳端移动的速度 故A错误； B．拉力F=50N，拉力做功的功率 P=Fv=50N×1.5m/s=75W 故B正确； C．由于物体在水平地面上匀速运动，而重力方向在竖直方向上，即物体没有在重力方向上移动距离，由做功的两个必要因素可知，物体没有克服重力做功，故C错误； D．滑轮组的机械效率 故D错误。 故选B。 【例2】【竖直】如图所示的滑轮组提升160N的重物，两个滑轮的重力均为20N，小婷拉动绳子5s将重物提升1m，不计绳重和摩擦。下列说法中正确的是（　　） A．自由端拉力F为80N B．该滑轮组的机械效率约86.7% C．绳子自由端移动的速度为0.2m/s D．拉力的功率是36W 【答案】D 【解析】A．由图可知承担物重的绳子的股数n=3，因为不计绳重和摩擦，所以绳子自由端的拉力 故A错误； B．因为不计绳重和摩擦，所以滑轮组的机械效率 故B错误； C．绳子自由端移动的距离 绳子自由端移动的速度 故C错误； D．拉力做功的功率 故D正确。 故选D。 【例3】【特殊用法】如图装置中，物体A重120N，物体B重12N，在物体B的作用下，物体A在水平面上做匀速直线运动，受到水平面的摩擦力是物体A重的0.2倍，则此装置的效率为 %（结果保留一位小数）。 【答案】66.7% 【解析】物体A在水平面上做匀速直线运动，受到水平面的摩擦力是物体A重的0.2倍，则物体A受到的摩擦力 f=0.2GA=0.2×120N=24N 滑轮组的动滑轮绕3段绳，绳端的拉力 F拉=GB=12N 滑轮组的机械效率 【例4】【斜面】搬运工人为了将笨重的物体装进汽车车厢，常使用如图所示的装置把物体从斜面底端匀速推上顶端，已知斜面长5m，高2m，物体重1000N，沿斜面向上的推力为500N，则下列判定不正确的是（　　） A．物体在斜面上运动的过程中受3个力的作用 B．推力所做的功是2500J C．斜面的机械效率为80% D．物体受到斜面的摩擦力为100N 【答案】A 【解析】A．物体在斜面上运动的过程中，受到竖直向下的重力、垂直斜面向上的支持力、沿斜面向上的推力、沿斜面向下的摩擦力，共4个力的作用，故A错误，符合题意； B．推力所做的功是 故B正确，不符合题意； C．推动物体在斜面运动的过程中做的有用功为 斜面的机械效率为 故C正确，不符合题意； D．物体在斜面上运动过程中克服摩擦力做的功是额外功，则额外功为 物体受到斜面的摩擦力为 故D正确，不符合题意。 故选A。 1.（2020·延安）下列有关机械效率的说法中正确的是（        ） A . 机械做的有用功越多，机械效率越高 B . 机械效率越高，越省力 C . 机械效率可以提高到100% D . 机械做的有用功占总功的比例越大，机械效率越高 【答案】D 【解析】 机械效率是有用功与总功的比值，有用功占总功的比例越大，机械效率越高，不是做的有用功越多，机械效率就越高，故A错误，D正确； 机械效率的大小与是否省力无关，机械效率不可能提高到100%，故B、C错误． 2.（2020·湖北省初三其他）用四个完全相同的滑轮组成如图所示的甲、乙两个滑轮组，把相同的物体匀速提升相同的高度，不计绳重与摩擦，滑轮重小于物重，则（　　） A．使用两种装置，拉力相同和机械效率都相同 B．甲装置比乙装置省力且机械效率更高 C．乙装置比甲装置省力且机械效率更高 D．乙装置更省力但两装置机械效率相同 【答案】D 【解析】 两滑轮组吊起的重物相同，但动滑轮上的股数不同，乙图有三股绳提升物体和动滑轮，所以相比较甲图而言乙图更省力，即乙图中拉力要小于甲图中的拉力；两滑轮组吊起的重物相同，在把重物提升相同高度的前提下，根据可知，两滑轮组所做的有用功相同；在不考虑绳重和摩擦的前提下，克服动滑轮重力所做的功即为额外功，甲乙滑轮组中动滑轮的个数相等，重量相同，且动滑轮被提起的高度也相同，根据可知甲乙滑轮组的额外功也相同；机械效率的表达式 由上式可知，两滑轮组的机械效率相同。 故选D。 3．（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 【答案】B 【详解】ACD．拉力做的有用功为 拉力做的总功为 动滑轮的机械效率为 故ACD不符合题意； B．拉力功率为 故B符合题意。 故选B。 4.（2020·江苏）如图探究滑轮组的特点，不计摩擦和绳重。将一个重为200N的物体沿竖直方向在6s内匀速提高了3m，已知绳子自由端的拉力F为125N．下列说法中正确的是（　　） A . 动滑轮重75N B . 6s内拉力F做功375J C . 6s内拉力F的功率为62.5W D . 滑轮组的机械效率为80% 【答案】D 【解析】 A、由图知，n＝2，不计绳重和摩擦，拉力F=1/2(G+G动)，即：125N=1/2(200N+G动)，则动滑轮重力G动＝50N；故A错误。 B、6s绳子自由端移动的距离为s＝2h＝2×3m＝6m，拉力做的功为：W总＝Fs＝125N×6m＝750J；故B错误； C、6s内拉力F的功率为：P=W/t=750J/6s=125W，故C错误； D、做的有用功：W有用＝Gh＝200N×3m＝600J， 该滑轮组的机械效率为：η=W有/W总×100%=600J/750J×100%＝80%，故D正确。 5．（24-25九年级上·广西河池·期中）用一个滑轮组把同一个物体匀速提升同样的高度，经过改进提高机械效率后，则（　　） A．有用功减少，总功增多 B．有用功不变，总功减少 C．功率变大，机械做功更多 D．机械做功加快 【答案】B 【详解】AB．把同一物体匀速提升同样的高度，由可知，前后两次做的有用功不变，一个滑轮组经改进后提高了机械效率，是因为额外功减少了，总功减少了，故A不符合题意，B符合题意； C．功率大指机械做功快，功率大、机械做功多少都跟机械效率没有直接的关系，故C不符合题意； D．机械效率高指有用功在总功中占的比值大，机械做功快指机械功率大，机械效率和机械功率没有直接的关系，故D不符合题意。 故选B。 6．（2024·内蒙古·中考真题）如图所示，固定的斜面长s=2m，高h=0.5m，沿斜面向上用50N的拉力在4s内把一个重60N的物体从斜面底端匀速拉到顶端，这一过程中（　　） A．对物体做的有用功为120J B．物体受的摩擦力为50N C．拉力做功的功率为25W D．斜面的机械效率为70% 【答案】C 【详解】A．根据题意，对物体做的有用功为 故A不符合题意； B．总功为 则额外功为 则物体受的摩擦力为 故B不符合题意； C．拉力做功的功率为 故C符合题意； D．斜面的机械效率为 故D不符合题意。 故选C。 7.（2020·广东省初三一模）如图所示，在拉力F作用下，一个重600N的物体以0.1m/s的速度沿水平地面向右匀速直线运动了10s，已知滑轮组的机械效率为80%，在此过程中拉力F做了150J的功，则下列说法中正确的是（　　） A．拉力F的大小为150N B．拉力F的大小为75N C．物体与地面间的滑动摩擦力为120N D．物体与地面间的滑动摩擦力为480N 【答案】C 【解析】 AB．由图可知，动滑轮上绕过的绳子股数n=3。则绳子自由端移动距离为 由 得绳子自由端拉力为 故AB选项错误。 CD．由滑轮组机械效率 得物体与地面间的滑动摩擦力为 故C选项正确，D选项错误。 故选C。 8．（2024·江苏淮安·中考真题）如图所示，小明用的拉力平行于斜坡将重的木箱从斜坡底端匀速拉到顶端，斜坡长，高，他做的总功为 J，斜坡的机械效率为 ，木箱受到的摩擦力为 N。 【答案】 800 75% 100 【详解】[1]拉力做的总功为 [2]有用功的大小为 斜坡的机械效率为 [3]额外功的大小为 摩擦力的大小为 9．（24-25九年级上·广东茂名·期中）如图所示，用竖直向上的力F匀速拉动杠杆的右端，使重力为50N的物体缓慢升高0.1m，测得拉力大小F=24N，A端移动的距离为0.25m，在这一过程中，有用功为 J，额外功为 J，机械效率为 。（保留小数点后1位） 【答案】 5 1 83.3% 【详解】[1]该过程中做的有用功是克服物体的重力做功，则有用功为 [2]该过程中做的总功为 则做的额外功为 [3]机械效率为 10．（2024·江苏徐州）如图所示，工人用动滑轮提起木箱，使用动滑轮可以 。如果木箱重600N，工人用400N的力，将木箱匀速提高3m，则有用功为 J，动滑轮的机械效率为 。 【答案】省力 1800 75% 【解析】[1]图中所示的动滑轮相当于一个省力杠杆，可以省力但是费距离。 [2]因为木箱提升了3m，所以可知做的有用功为 W有用=Gh=600N×3m=1800J 由图可知绳子段数为2，则木箱提高3m时，绳子自由端提高的距离为 s=2×3m=6m 则可得拉力做的功为 W=Fs=400N×6m=2400J 该动滑轮的机械效率为 11.（2020·郴州）一辆重为2×104N的电动汽车，以恒定功率50kW在平直的公路上匀速行驶3km，用时3min，已知汽车在行驶中所受阻力为车重的0.1倍，汽车轮胎与地面接触的总面积为0.5m2．求： （1）汽车对地面的压强． （2）汽车的牵引力所做的功． （3）汽车发动机的机械效率． 【答案】 1.汽车对地面的压强为4×104Pa． 2.汽车的牵引力所做的功为6×106J． 3.汽车发动机的机械效率为66.7%． 【解析】 （1）因水平面上物体的压力和自身的重力相等， 所以，汽车对地面的压强： p=F/S=G/S=2×104N/0.5m2=4×104Pa． （2）因电动汽车匀速行驶时处于平衡状态，受到的牵引力和阻力是一对平衡力， 所以，汽车的牵引力： F'＝F阻＝0.1G＝0.1×2×104N＝2×103N， 则汽车的牵引力所做的功： W机械＝F's＝2×103N×3×103m＝6×106J． （3）由P=W/t可得，电动汽车消耗的电能： W电＝Pt＝50×103W×3×60s＝9×106J， 汽车发动机的机械效率： η=W/W×100%=6×106J/9×106J×100%≈66.7%． 12.（2019·江苏省初三二模）用如图所示的滑轮组。小明站在地面上把一件重为400N的材料在30s内匀速提升到12m的楼上，此过程中滑轮组的机械效率为80%。（不计绳重及摩擦）求： (1)在此过程中小明所做的有用功是多少？ (2)则拉力功率为多大？ (3)提升500N重物时，机械效率是多少？ 【答案】(1)4800J；(2) 200W；(3) 83.3% 【解析】 (1)材料克服重力做的功为有用功 (2)拉力做的功为总功，由可得总功 则拉力功率 (3)由图可知绳子承担重物的段数n为2，物体上升12m，则绳子末端在拉力的作用下移动 由(2)知拉力做功6000J，由W=Fs可得拉力 由可得动滑轮的重力 提升500N重物时，物体做的有用功 拉力做的有用功 机械效率是 答：(1)在此过程中小明所做的有用功是4800J； (2)则拉力功率为200W； (3)提升500N重物时，机械效率是83.3%。 学科网（北京）股份有限公司 $$ 机械效率专项练习 知识点01 有用功、额外功与总功 1、有用功：我们需要的、有利用价值的、必须要做的功，用W有表示。 2、额外功：使用机械时，并非我们需要又不得不做的功，用W额表示。 3、总功：有用功与额外功之和，用 W总表示。 4、三种功的关系：W总＝W有＋W额。 5、区分有用功与额外功的关键：看我们需要达到什么做功目的。例如:用桶将水从水井中提上来，克服水重做的是有用功，而克服桶重做的是额外功;如果是捞出掉入水井中的水桶,则克服桶重做的是有用功，而克服桶带出来的水的重力所做的功是额外功。 6、大量实验表明，动力对机械所做的功总是大于机械对外所做的功(有用功)。事实上，使用任何机械都不能省功。 7、三种简单机械的有用功、额外功和总功 种类 杠杆 滑轮组 斜面 图示 有用功 额外功 若不计摩擦： 若不计绳重及摩擦： 总功 三者关系 知识点02 机械效率 1、定义：有用功与总功的比值，用η表示。 2、公式：。 3、特点：任何实际机械的机械效率，都小于1，且η是一个没有单位的量，常用百分数表示。 4、提高机械效率的方法 （1）滑轮组：改进机械结构，减小摩擦阻力；减小动滑轮重；增加物重。 （2）斜面：增大斜面的倾斜程度、减小斜面的粗糙程度。 （3）杠杆：减小杠杆自重、减小支点处的摩擦。 5、功、功率和机械效率的比较 物理量 意义 定义 符号 公式 单位 说明 功 做功，即能量的转化 力与物体在力的方向上移动距离的乘积 W J (1)功率大小由功和时间共同决定，单独强调任何一方面都是错误的。 (2)功率和机械效率是两个不同的物理量，它们之间没有直接关系 功率 表示物体做功的快慢 功与做功时间之比 P W 机械效率 反映机械做功性能的好坏 有用功与总功之比 η 无 6、机械效率的计算 机械效率的表达式为，三种简单机械的机械效率总结如下： 杠杆 滑轮（组） 斜面 竖直匀速提升 水平匀速拉动 图示 公式 （理想情况） （不计绳重和摩擦） 或 说明 其中G为提升重物的重力，h为重物升高的高度，F为动力，s为动力作用点移动的距离。 其中G为提升重物的重力，h为重物升高的高度，s为绳子自由端移动的距离，n为承担重物的绳子段数。 其中Ff为物体与水平面间的摩擦力，F为拉力，s物 为物体移动的距离，s绳为绳子自由端移动的距离，n为承担摩擦力的绳子段数。 其中G为提升重物的重力，h为斜面的高度，s为斜面的长度，F为拉力，Ff为物体与斜面间的摩擦力。 易混易错点：在解题时容易忽略机械效率的变化 对于同一机械，机械效率并不是固定不变的，它反映的是机械在某次做功过程中有用功跟总功的比值。同一机械在不同的做功过程中，提起的物重不同，机械效率往往不同。在解题时要注意下一问和上一问之间提升的物重是否发生变化，若提升的物重发生变化，则机械效率就要发生变化。计算时就不能再用原来的机械效率了。 易混易错点：误认为机械效率与做功多少、快慢有关 机械效率与做功多少、功率大小没有必然的联系。机械效率越高，说明这个机械的性能越好，但这个机械做的功不一定多，也不一定快（功率不一定大）。 高频命题点 机械效率的计算 【例1】【水平】如图所示为一滑轮组拉着重300N的物体在水平地面上匀速运动，2s的时间物体运动了1m，已知拉力F=50N，物体受到的摩擦力为120N。下列说法正确的是（　　） A．绳端移动的速度为1m/s B．拉力的功率为75W C．物体克服重力做的功为300J D．该滑轮组的机械效率为50% 【例2】【竖直】如图所示的滑轮组提升160N的重物，两个滑轮的重力均为20N，小婷拉动绳子5s将重物提升1m，不计绳重和摩擦。下列说法中正确的是（　　） A．自由端拉力F为80N B．该滑轮组的机械效率约86.7% C．绳子自由端移动的速度为0.2m/s D．拉力的功率是36W 【例3】【特殊用法】如图装置中，物体A重120N，物体B重12N，在物体B的作用下，物体A在水平面上做匀速直线运动，受到水平面的摩擦力是物体A重的0.2倍，则此装置的效率为 %（结果保留一位小数）。 【例4】【斜面】搬运工人为了将笨重的物体装进汽车车厢，常使用如图所示的装置把物体从斜面底端匀速推上顶端，已知斜面长5m，高2m，物体重1000N，沿斜面向上的推力为500N，则下列判定不正确的是（　　） A．物体在斜面上运动的过程中受3个力的作用 B．推力所做的功是2500J C．斜面的机械效率为80% D．物体受到斜面的摩擦力为100N 1.（2020·延安）下列有关机械效率的说法中正确的是（        ） A . 机械做的有用功越多，机械效率越高 B . 机械效率越高，越省力 C . 机械效率可以提高到100% D . 机械做的有用功占总功的比例越大，机械效率越高 2.（2020·湖北省初三其他）用四个完全相同的滑轮组成如图所示的甲、乙两个滑轮组，把相同的物体匀速提升相同的高度，不计绳重与摩擦，滑轮重小于物重，则（　　） A．使用两种装置，拉力相同和机械效率都相同 B．甲装置比乙装置省力且机械效率更高 C．乙装置比甲装置省力且机械效率更高 D．乙装置更省力但两装置机械效率相同 3．（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 4.（2020·江苏）如图探究滑轮组的特点，不计摩擦和绳重。将一个重为200N的物体沿竖直方向在6s内匀速提高了3m，已知绳子自由端的拉力F为125N．下列说法中正确的是（　　） A . 动滑轮重75N B . 6s内拉力F做功375J C . 6s内拉力F的功率为62.5W D . 滑轮组的机械效率为80% 5．（24-25九年级上·广西河池·期中）用一个滑轮组把同一个物体匀速提升同样的高度，经过改进提高机械效率后，则（　　） A．有用功减少，总功增多 B．有用功不变，总功减少 C．功率变大，机械做功更多 D．机械做功加快 6．（2024·内蒙古·中考真题）如图所示，固定的斜面长s=2m，高h=0.5m，沿斜面向上用50N的拉力在4s内把一个重60N的物体从斜面底端匀速拉到顶端，这一过程中（　　） A．对物体做的有用功为120J B．物体受的摩擦力为50N C．拉力做功的功率为25W D．斜面的机械效率为70% 7.（2020·广东省初三一模）如图所示，在拉力F作用下，一个重600N的物体以0.1m/s的速度沿水平地面向右匀速直线运动了10s，已知滑轮组的机械效率为80%，在此过程中拉力F做了150J的功，则下列说法中正确的是（　　） A．拉力F的大小为150N B．拉力F的大小为75N C．物体与地面间的滑动摩擦力为120N D．物体与地面间的滑动摩擦力为480N 8．（2024·江苏淮安·中考真题）如图所示，小明用的拉力平行于斜坡将重的木箱从斜坡底端匀速拉到顶端，斜坡长，高，他做的总功为 J，斜坡的机械效率为 ，木箱受到的摩擦力为 N。 9．（24-25九年级上·广东茂名·期中）如图所示，用竖直向上的力F匀速拉动杠杆的右端，使重力为50N的物体缓慢升高0.1m，测得拉力大小F=24N，A端移动的距离为0.25m，在这一过程中，有用功为 J，额外功为 J，机械效率为 。（保留小数点后1位） 10．（2024·江苏徐州）如图所示，工人用动滑轮提起木箱，使用动滑轮可以 。如果木箱重600N，工人用400N的力，将木箱匀速提高3m，则有用功为 J，动滑轮的机械效率为 。 11.（2020·郴州）一辆重为2×104N的电动汽车，以恒定功率50kW在平直的公路上匀速行驶3km，用时3min，已知汽车在行驶中所受阻力为车重的0.1倍，汽车轮胎与地面接触的总面积为0.5m2．求： （1）汽车对地面的压强． （2）汽车的牵引力所做的功． （3）汽车发动机的机械效率． 12.（2019·江苏省初三二模）用如图所示的滑轮组。小明站在地面上把一件重为400N的材料在30s内匀速提升到12m的楼上，此过程中滑轮组的机械效率为80%。（不计绳重及摩擦）求： (1)在此过程中小明所做的有用功是多少？ (2)则拉力功率为多大？ (3)提升500N重物时，机械效率是多少？ 学科网（北京）股份有限公司 $$