11.3 如何提高机械效率-【暑假大串联】2024-2025学年新教材八年级物理暑假作业教材衔接（沪粤版2024）

11.3 如何提高机械效率 1. 有用功概念:对人们需要的、有价值的功. 符号:W 有用,单位:J. 2. 额外功概念:对人们无利用价值但不得不做的功. 符号:W 额外,单位:J. 3. 总功概念:动力对机械做的功.. 符号:W 总,单位:J. 4. 有用功、额外功、总功三者的关系:总功包含有用功和额外功,总功=有用功+额外功,用字母 表示:W 总=W 有用+W 额外. 5. 有用功和总功的大小:理论中有用功和总功大小可以相等,也就是没有额外功,但是在现实生 活中有用功永远都要比总功小,因为现实生活中对机械做功就不可避免地存在着阻力或者其 他物体所造成的额外功. 6. 测量滑轮组的机械效率 原理:η= W 有 W 总= Gh Fs. 器材:除钩码、铁架台、滑轮、细线外,还需刻度尺、弹簧测力计. 测量物理量:钩码重G、钩码被提升的高度h、拉力F、绳的自由端移动的距离s. 注意事项:必须匀速竖直拉动弹簧测力计使钩码升高,以保证测力计示数大小不变. 7. 机械效率定义:物理学中,把有用功W 有用 与总功W 总 的比值,叫机械效率. 机械效率= 有用功 总功 ,用符号表达:η= W 有用 W 总 ×100%. 在物理学理论中,一个机械的机械效率可以达到100%,但是在生活实际中所使用的机械不可 避免地产生额外功,因此在生活中机械效率永远小于1. 8. 滑轮组机械效率变形公式 在滑轮组中:s=nh,W 有用=Gh,W 总=Fs,F= 1 n (G物+G动),由以上带入滑轮组中. 竖直方向滑轮组:η= W 有用 W 总 = Gh Fs= Gh Fnh= G nF η= W 有用 W 总 = W 有用 W 有用+W 额外= G物h G物h+G动h= G物 G物+G动 水平方向滑轮组:η= W 有用 W 总 = fs1 Fs2 = fs1 Fns1 =fnF 在杠杆机械中:η= F2l2 F1l1 96 在斜面机械中:η= Gh Fs 9. 如何提高滑轮组的机械效率 在滑轮组机械效率的探究中,提高滑轮组的机械效率有以下几个方法. (1) 减小绳重和绳与滑轮间的摩擦,减小动滑轮重力;(2) 增加滑轮组中重物的重力. 例1 把同样重100 N的物体匀速向上提升,甲机械用时100 s使物体升高h1,乙机械用时300 s 使物体升高h2,两机械做功情况的部分数据如图所示. (1) 甲的机械效率 乙的机械效率.(填“大于”“等于”或“小于”) (2) h2= m,乙机械做的总功W2= J. (3) 甲机械做的有用功 乙机械做的有用功.(填“大于”“等于”或“小于”) 解析:(1) 根据η= W 有用 W 总 = W 有用 W 有用+W 额外 可知,甲的机械效率为25%,乙的机械效率为30%,故甲 的机械效率小于乙的机械效率. (2) 根据W 有用=Gh 可得h2= W 有用2 G = 90 J 100 N=0.9 m,乙机械使物体升高0.9 m. 乙机械做的总功W2= W 有用2 η乙 = 90 J 30%=300 J,乙机械做的总功为300 J. (3) 甲机械做的总功W1= W 额外1 1-η甲 = 1 500 J 1-25%=2 000 J,甲机械做的有用功W 有用1=W1-W 额外1= 2 000 J-1 500 J=500 J>W 有用2,故甲机械做的有用功大于乙机械做的有用功. 例2 同学们在“测量滑轮组的机械效率”时,对两位同学的实验过程有 异议,请你帮助他们分析和解决. (1) 一位同学的实验操作步骤如下:①用弹簧测力计测出物重G;②组 装好实验器材,如图甲所示,拉动弹簧测力计使物体匀速上升;③用刻度 尺分别测出物体上升的高度h 和绳端移动的距离s;④在物体处于静止 状态时,读出弹簧测力计的示数F;⑤根据公式算出滑轮组的机械效率. 同学们进行交流后一致认为该同学的实验步骤存在不合理之处,请你指 07 出该操作步骤 (只写出该步骤的序号);并说明不合理的原因及改进的方法: . 物重G/N 物体上升的高度h/m 测力计示数F/N 测力计移动的距离s/m 2 0.1 0.4 0.3 (2) 另一位同学利用图甲所示滑轮组匀速提升重物,弹簧测力计的示数如图乙所示,他记录了如 下数据: ①同学们对该同学的实验记录进行分析,发现他的实验结果是不符合物理规律的,其表现在: . ②分析他的实验过程,会发现导致实验结果不符合物理规律的原因是 . 解析:(1) 步骤④中,在物体处于静止状态时,读出弹簧测力计的示数F,此时滑轮与轴之间以及 绳与滑轮之间的摩擦是静摩擦;滑轮转动时,滑轮与轴之间以及绳与滑轮之间存在动摩擦,与静 止状态弹簧测力计的示数不同.所以改进方法是:物体匀速上升时读弹簧测力计的示数. (2) 数据中的有用功W 有用=Gh=2 N×0.1 m=0.2 J,总功W 总=Fs=0.4 N×0.3 m=0.12 J, 有用功大于总功,违背功的原理.由图乙可知,弹簧测力计的分度值是0.2 N,弹簧测力计的示数 读错了,应该为0.8 N. 例3 为了尽快疏通道路,抢险救援人员利用如图所示的滑轮组将质量为3 t的故障车拖出公 路.已知车轮与地面的总接触面积为5×10-2 m2,地面对故障车的阻力为其重力的0.08倍,在水 平拉力F 为1×103 N作用下,车辆在30 s内沿水平方向匀速直线移动了3 m,g 取10 N/kg.求: (1) 故障车静止时对地面的压强. (2) 故障车受到地面的阻力. (3) 拉力F 的功率. (4) 该滑轮组的机械效率. 解析:(1) 由题意中车的质量m车=3 t=3×103 kg,则汽车对地面压力F压=G车=m车 g=3× 103 kg×10 N/kg=3×104 N,则车对地面压强p= F S= 3×104 N 5×10-2 m2 =6×105 Pa. (2) 由题意得车受到阻力F阻=0.08G车=0.08×3×104 N=2.4×103 N. (3) 由图可知该滑轮组绳子承重段数n=3,绳子自由端移动距离s=3×3 m=9 m,拉力做功 W=Fs=1×103 N×9 m=9×103 J,拉力的功率p= W t= 9×103 J 30 s =300 W. (4) 拉力做的有用功W 有=F阻s车=2.4×103 N×3 m=7.2×103 J,拉力做的总功W 总=Fs= 1×103 N×9 m=9×103 J,滑轮组的机械效率η= W 有 W 总= 7.2×103 J 9×103 J ×100%=80%. 17 1. 用相同的滑轮和绳子分别组成如图所示的甲、乙两个滑轮组,相同时间把相同的重物匀速提 升相同的高度.若不计绳重及摩擦,下列说法正确的是 ( ) 甲 乙 A. 绳子受的拉力F1 和F2 大小相等 B. 滑轮组的机械效率相同 C. 拉力对滑轮组所做的功不相等 D. 拉力对滑轮组所做的功的功率不相等 2. 下列说法中正确的是 ( ) A. 机械做功越快,机械效率越高 B. 做功时间越长,功率越大 C. 功率大的机械比功率小的机械做功快 D. 做功越多,机械效率越高 3. 用如图所示的滑轮组把重400 N的物体提升1 m,所用拉力F 的大小为220 N,下列 说法正确的是 ( ) A. 这个滑轮组能省距离 B. 绳子自由端被拉下了4 m C. 拉力F 做的功是220 J D. 该滑轮组的机械效率约为90.9% 4. 清晨,河畔聚集了很多钓鱼爱好者,若某位师傅不小心把水桶弄进水里,捞上桶时发现桶里带 些水.在打捞水桶的过程中,下列关于做功的说法中正确的是 ( ) A. 对水所做的功是有用功 B. 对桶所做的功是总功 C. 对水所做的功是总功 D. 对桶所做的功是有用功 5. 物理学中,将 跟 的比值叫机械效率,用字母 表示,则有 ,机械效 率通常用 表示.因为不可避免的要做额外功,所以机械效率总是 . 6. 如图所示,将一个重3 N的物体匀速拉到斜面顶端,人沿斜面向上的拉力为2 N,物体沿斜面 移动的距离为0.8 m,上升的高度为0.4 m,则物体重力做功为 J,分析数据可知利用 斜面 (“能”或“不能”)省功,斜面的机械效率是 . 7. 在建筑工地上,小明同学利用如图所示的装置,用25 N的拉力使重为300 N的物体A 沿着水 27 平地面匀速运动,A 在运动时受到地面的摩擦力为其所受重力的0.2倍,不计绳重及滑轮组 的摩擦,则动滑轮所受重力 N,该装置的机械效率为 ;若增加物体A 的重 力,仍使物体A 匀速运动,则该装置的机械效率将 (填“增大”“减小”或“不变”). 8. 如图所示,斜面长s=10 m,高h=4 m.用沿斜面方向的推力F,将一个重为100 N的物体由 斜面底端A 匀速推到顶端B,运动过程中物体克服摩擦力做了100 J的功,则斜面的机械效率 为 . 9. 在“探究斜面的机械效率”实验中,小明猜想斜面的机械效率可能跟斜面的粗糙程度有关,小 聪猜想可能跟斜面的倾斜程度有关.如图是他们设计的实验装置,下表是其中一位同学在其 他条件一定时的实验数据. 实验 序号 斜面的 倾斜程度 物块的重力 G/N 斜面高度 h/m 沿斜面的拉力 F/N 斜面长 s/m 机械效率 1 较缓 10 0.2 5.5 1 36.4% 2 较陡 10 0.4 7.0 1 57.1% 3 最陡 10 0.6 8.5 1 (1) 表格中第三次实验的机械效率为 (结果保留一位 小数),分析表中信息可知,该实验是探究 (填“小明”或“小 聪”)的猜想.结论是:在其他条件一定时,斜面 ,机械效率 越高. (2) 另一位同学为探究自己的猜想,设计了如下步骤. ①把一块长木板的一端垫高,构成一个斜面; ②用弹簧测力计沿斜面把一木块 拉上去,进行相关测量,计算出斜面的机械效率; ③保持斜面的 不变,改变斜面的 ,再进行相关测量,并计算出斜面的机械效率; ④比较两次 的大小,即可初步验证猜想是否正确. 37 10. 在“探究影响滑轮组机械效率的因素”实验中,某实验小组用如图所示的同一滑轮组提升不 同数量的钩码,分别做了甲、乙、丙三组实验,实验数据记录如下. 甲 乙 丙 次数 钩码 重/N 钩码上升 的距离/cm 弹簧测力计 的示数/N 弹簧测力计上 升的距离/cm 机械 效率 1 2 5 1 15 66.7% 2 4 5 1.7 15 3 6 5 15 83.3% (1) 在实验操作中,应该使钩码 (填“快速”或“缓慢”)上升. (2) 进行第2次测量时,滑轮组做的有用功是 J,滑轮组的机械效率约为 (保留0.1%). (3) 进行第3次测量时,弹簧测力计的示数为 N,滑轮组做的有用功是 J. (4) 分析实验数据,实验小组得出实验结论:滑轮组的机械效率与 有关. 11. 如图所示,动滑轮重10 N,在50 N的拉力F 作用下,滑轮组拉着重100 N的物体A 在水平 面上以0.1 m/s的速度运动10 s(忽略绳重和滑轮间的摩擦).求: (1) 拉力F 对物体A 做的有用功. (2) 拉力F 做功的总功率. (3) 该滑轮组的机械效率. 12. 如图所示为某段盘山公路,从山谷到山顶的盘山公路长400 m,山高60 m,一辆5 t的货车从 山谷匀速开上山顶用时200 s且牵引力保持2.5×104 N不变,g 取10 N/kg.求: (1) 该段盘山公路的机械效率. (2) 货车在匀速爬坡过程中牵引力的功率. 47 物,斜面越长,拉力越小 (5)第6列和第7列数 据 对于光滑的斜面,不用斜面直接用手做的功 等于使用斜面做的功 10. (1) 保洁船运动的路程:s=vt=1 m/s×50 s= 50 m.(2) 根据 W=Fs 得到牵引力:F= W s = 2.5×106 J 50 m =5×10 4 N. 11.2 怎样比较做功的快慢 1. A 2. A 3. B 4. C 5. 功率 功 6. = < 7. 200 40 0 8. 90 180 9. (1) 甲 做相同的功时,甲做功时间短 (2) 功 与时间的比值 功率 10. (1) 当所用时间相同时,做功越多,做功越快 (2) 当做功相同时,所用时间越少,做功越快 11. (1) 因为物体A 做匀速直线运动,所以物体受 到绳子的拉力大小等于其所受摩擦力大小,而 绳子拉力的大小由弹簧秤测出,所以f=12 N. (2) 由动滑轮的作用可知:F=2f=2×12 N= 24 N.(3) 运动10秒钟,物体A 通过的距离:s =vt=0.4 m/s×10 s=4 m,拉力F 通过的距 离:s'= s 2= 4 m 2 =2 m,拉力F 所做的功:W= Fs'=24 N×2 m=48 J,物体A 在重力方向上通 过的距离为零,所以重力所做的功为零.(4) 拉 力F 的功率:P= W t= 48 J 10 s=4.8 W. 12. (1) 小梦的重力:G=mg=50 kg×10 N/kg= 500 N,小梦双脚站立时对水平地面的压力:F= G=500 N,小梦双脚站立时对水平地面的压强: p= F S= 500 N 400×10-4 m2 =1.25×104 Pa.(2) 小 梦跳一次克服重力所做的功:W=Gh=500 N× 5×10-2 m=25 J.(3) 小梦跳一次所用的时间: t= 60 180s ,小梦克服重力做功的功率:P= W t = 25 J 60 180s =75 W. 11.3 如何提高机械效率 1. B 2. C 3. D 4. D 5. 有用功 总功 η η = W 有 W 总 百分数 小于100% 6. 1.2 不能 75% 7. 15 N 80% 增大 8. 80% 9. (1) 70.6% 小聪 越陡 (2) 匀速 倾斜程度 粗糙程度 机械效率 10. (1) 缓慢 (2) 0.2 78.4% (3) 2.4 0.3 (4) 物重(或钩码重) 11. (1) 物体移动距离s物=v物t=0.1 m/s×10 s= 1 m,由图知,动滑轮上承载的绳子的段数n=2, 忽略绳重和滑轮间的摩擦,由F= 1 n (F'+G动) 可得,物体受到的拉力F'=2F-G动=2×50 N -10 N=90 N,对物体 A 做的有用功 W 有 = F's物=90 N×1 m=90 J.(2) 由P= W t= Fs t = Fv,得到拉力的总功率P=Fv=Fnv物=50 N ×2×0.1 m/s=10 W.(3) 滑轮组的机械效率η = W 有 W 总×100%= F's物 Fs ×100%= F' nF= 90 N 2×50 N ×100%=90%. 12. (1) 车行驶过程中牵引力所做的功W 总=Fs= 2.5×104 N×400 m=1×107 J,货车重力G= mg=5 000 kg×10 N/kg=5×104 N,牵引力做 的有用功 W 有用=Gh=5×104 N×60 m=3× 106 J,该盘山公路的机械效率η= W 有用 W 总 ×100% = 3×106 J 1×107 J ×100%=30%.(2) 牵引力的功率P = W 总 t = 1×107 J 200 s =5×10 4 W. 11.4 认识动能和势能 1. B 2. C 3. D 4. C 5. 减小 减小 减小 6. 弹性势能 重力势能 7. 小于 动 8. C 等 于 变化 9. (1) 小于 (2) 大于 10. (1) 质量和高度 重力势能 (2) 错误 实验 中没有控制物体的初速度相同 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 6