11.3 机械效率 课件-2025-2026学年物理沪粤版九年级上册

第十一章　功和机械能 11.3　机械效率    　有用功、额外功与总功 1.【跨语文·现代文】著名作家冯骥才在《挑山工》中描述了 挑山工用扁担将货物运送上山的情景,如图所示。在这个过 程中,挑山工做的有用功是对_______做的功,挑山工做的总 功是对________________做的功。 　人、扁担、货物     　货物     解析　在挑山工用扁担将货物运送上山的过程中,挑山工做 的有用功是对货物做的功,挑山工做的总功是对人、扁担和 货物做的功。 特别提醒 对有用功和额外功的判断,要根据工作的目的进行,目的不同,有用功和额外功可能不同。 2.(2025安徽合肥质检)质量是45 kg的王辉同学用重10 N的水 桶,提起重为120 N的水,沿楼梯把它送到三楼,每层楼高3 m,完 成这一次提水,他对水做的功为有用功,那么他所做的有用功 和额外功分别是(g取10 N/kg) ( ) A.720 J    2 600 J B.720 J    2 760 J C.720 J    60 J D.3 420 J    60 J     B     解析　王辉同学提水桶上到三楼,上升的高度为h=2×3 m=6 m;对水做的功为W有用=G水h=120 N×6 m=720 J;该同学的重力 为G人=mg=45 kg×10 N/kg=450 N;做的额外功为W额外=G人h+G桶 h=450 N×6 m+10 N×6 m=2 760 J。  　机械效率 3.【跨学科·日常生活】某县针对老旧小区进行了外墙修复和 粉刷,图中的吊车正在辅助工人师傅进行施工,关于吊车的效 率说法正确的是 ( ) A.吊车越省力,吊车的效率越高 B.做功越快时,吊车的效率越高     D     C.吊车的效率可以达到100% D.提升相同重物,所做的额外功越少,吊车效率越高 解析　机械效率是有用功与总功的比值,物体做功快慢、是 否省力都不会影响机械效率,故A、B错误;吊车在工作过程中 不可避免地要做额外功,故效率不可能达到100%,故C错误;机 械效率是有用功与总功的比值,有用功一定,额外功越少,机械 效率越高,故D正确。 4.(2024天津南开模拟)使用如图所示中的剪刀剪纸时的机械 效率为80%,这表示 ( )     B     A.若作用在剪刀上的动力做功1 J,则有0.2 J的功用于剪纸 B.若作用在剪刀上的动力做功1 J,则有0.8 J的功用于剪纸 C.若作用在剪刀上的动力做功1 J,则有1 J的功用于剪纸 D.若作用在剪刀上的动力做功1 J,则有0.8 J的功用于克服额 外阻力 解析　剪纸时,用于剪纸做的功是有用功,克服额外阻力做的 功为额外功,作用在剪子上的动力做的功为总功。所用剪刀 的机械效率为80%,表示若作用在剪刀上的动力做功1 J,则有 0.8 J的功用于剪纸,0.2 J的功用于克服额外阻力做功,故B正 确。 5.(2024河南中考)如图,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 ( )     C     A.甲做的有用功多 B.乙做的总功多 C.甲做总功的功率大 D.乙所用装置的机械效率小 解析　提升货物的质量相等,在相同的时间内货物升高了相 同的高度,由W有用=Gh=mgh可知两次提升货物所做的有用功 相等,故A错误;甲使用的是动滑轮,拉力端移动距离s甲=2h,不 计绳重及滑轮的摩擦,使用动滑轮时,拉力F甲= (G+G动),所以 甲施加的拉力做功W甲=F甲s甲= (G+G动)×2h=(G+G动)h;乙使用 的是定滑轮,拉力F乙=G,乙施加的拉力做功W乙=F乙s乙=Gh,所以 乙做的总功少,由P= 知乙做总功的功率小,甲做总功的功率 大,故B错误,C正确;不计绳重及滑轮的摩擦,使用定滑轮时,额 外功为0 J,机械效率为100%,使用动滑轮时,要提升动滑轮做 额外功,机械效率小于100%;所以两装置的机械效率η乙>η甲,故 D错误。 6.(2025安徽亳州月考)如图所示,把重为40 N的物体从斜面底 端匀速推到斜面顶端,斜面长2 m,高0.6 m,若沿斜面的推力F 为20 N,则斜面的机械效率是__________%。       60     解析　克服物体重力做的有用功:W有用=Gh=40 N×0.6 m=24 J; 推力做的总功:W总=Fs=20 N×2 m=40 J;斜面的机械效率:η=  ×100%= ×100%=60%。   7.(2025广东广州期中,★★☆)如图所示的是甲、乙两机械的 参数。甲、乙相比,甲的 ( )     B     A.总功较小　　　    B.有用功较大 C.额外功较小　 D.机械效率较高 解析　由图可知,乙机械的有用功是1 500 J,所占的比例是7 5%,则W乙总= = =2 000 J;甲机械的额外功是900 J,所 占的比例是30%,则W甲总= = =3 000 J,乙的总功小;甲机 械的有用功:W甲有=W甲总-W甲额=3 000 J-900 J=2 100 J,甲的有用 功大,故A错误,B正确;乙机械的额外功:W乙额=W乙总-W乙有=2 000J- 1 500 J=500 J;甲机械的额外功是900 J,甲的额外功较大,故C 错误;由图可知,乙的机械效率是75%,甲的机械效率是70%,乙 的机械效率较高,故D错误。 8.(2024江苏无锡中考,★★☆)如图所示,用滑轮组匀速提升重 为200 N的物体,拉力F为125 N,物体升高的高度为4 m,不计绳 重和摩擦,则在此过程中,下列说法中正确的是 ( ) A.总功为800 J B.动滑轮重为5 N C.绳端移动的距离为4 m D.滑轮组的机械效率为80%     D     解析　由图可知,n=2,滑轮组做的总功:W总=Fs=Fnh=125 N×2 ×4 m=1 000 J,故A错误;不计绳重和摩擦,根据F= (G+G动)可 知,动滑轮重:G动=nF-G=2×125 N-200 N=50 N,故B错误;绳端 移动的距离:s=nh=2×4 m=8 m,故C错误;该滑轮组的机械效率: η= ×100%= ×100%= ×100%= ×100%= ×100%=80%,故D正确。 9.(2025江西永修月考,★★☆)如图所示,工人们利用滑轮组拉 动困在水平地面上重为16 000 N的汽车以0.5 m/s的速度向左 匀速行驶2 s,所用拉力为1 000 N,汽车与水平地面间的摩擦力 为1 600 N。则下列分析正确的是 ( )       B     A.绳子自由端的速度为1.5 m/s B.滑轮组的机械效率为80% C.拉力F做功的功率为1 600 W D.2 s内工人们拉力所做的功为1 000 J 解析　由图可知,n=2,则绳子自由端的速度为v=nv车=2×0.5 m/ s=1 m/s,故A错误;汽车以0.5 m/s的速度向左匀速行驶,受力平 衡,则汽车受到的拉力为F拉=f=1 600 N,则滑轮组的机械效率 为η= ×100%= ×100%= ×100%= ×100%=  ×100%=80%,故B正确;拉力F做功的功率为P= =  =Fv=1 000 N×1 m/s=1 000 W,故C错误;2 s内工人们拉力所 做的功为W=Pt=1 000 W×2 s=2 000 J,故D错误。 10.(2025安徽六安金安月考,★☆☆)如图所示是一根质量均 匀的细木棒OB,A是木棒的中点。在B点施力将挂在A点的重 为180 N的物体匀速提升0.3 m,杠杆的机械效率为90%。则木 棒重为__________N。(不计摩擦)       20     解析　杠杆做的有用功为 W有=Gh=180 N×0.3 m=54 J, 由η= ×100%可得, 总功为W总= = =60 J; 克服木棒重力所做的额外功为 W额=W总-W有=60 J-54 J=6 J; 木棒的重力为G棒= = =20 N。 11.(2025江西南昌期中,★★☆)小明在测量滑轮组机械效率 的实验中,所用装置如图所示,实验中每个钩码重2 N,测得的 数据如表:             序号 钩码 总重 G/N 钩码上 升的高 度h/m 测力 计示 数F/N 测力计 移动距 离s/m 机械 效率η 1 4 0.1 1.8 0.3 2 6 0.1 2.4 0.3 83% 3 4 0.1 1.4 0.5 57% 4 4 0.2 1.4 1.0 57% (1)在实验中,测绳端拉力F时,应尽量竖直向上_______拉动 弹簧测力计,且在_____________(选填“拉动过程中”或 “静止时”)读数。 (2)第1次实验测得的机械效率为___________。(结果保留两位有效数字) (3)分析表中数据可知:第2次实验是用_________图装置做的;第 4次实验是用_________图装置做的。(两空均选填“a”“b” 或“c”)     c         b         74%     　拉动过程中     　匀速     (4)分析第1、3次实验数据可知:使用不同的滑轮组,提升相同 的重物,动滑轮个数越多(即动滑轮总重越重),滑轮组的机械 效率_______。 (5)分析第3、4次实验数据可知,滑轮组的机械效率与物体被 提升的高度_______(选填“有关”或“无关”)。 　无关     　越低     解析    (1)为使装置处于平衡状态,拉力大小等于弹簧测力计 的示数,需竖直向上匀速拉动测力计,且要在拉动过程中读数, 因拉动过程中存在摩擦,若在静止时读数则拉力偏小; (2)η= ×100%= ×100%= ×100%≈74%; (3)由表中数据知第2次实验中,s为h的3倍,所以滑轮组由3段绳 子承担物重,且被提升的物重为6 N,其他3组为4 N,所以第2次 实验是用b图装置做的,第4次实验s是h的5倍,故是用c图装置 做的; (4)分析第1、3次实验中数据:用不同的滑轮组提升相同的重 物,c图装置的动滑轮比a图装置多、重力大,c图装置的机械效 率比a图装置的低,即使用不同的滑轮组提升相同的重物时,动 滑轮越多,滑轮组的机械效率越低; (5)第3、4次实验只改变了物体被提升的高度,机械效率没变, 故可得滑轮组的机械效率与物体被提升的高度无关。 12.【跨学科·工程实践】(2024广东广州中考节选,★★☆)如 图,吊车在建筑工地进行作业时,由支腿将吊车撑起并脱离地 面,吊臂上的滑轮组在1 s内,将重为9×103 N的建筑材料沿竖直 方向匀速提升1 m,滑轮组上钢丝绳自由端受到的拉力F为5× 103 N。 (2)求钢丝绳自由端的移动速度; (3)求拉力F的功率和滑轮组的机械效率。 解析    (2)滑轮组在1 s内,将建筑材料沿竖直方向匀速提升1 m,由图可知有三段绳子承担物重,绳子自由端移动的距离:s=3 h=3×1 m=3 m; 钢丝绳自由端的移动速度:v= = =3 m/s。 (3)由P= = =Fv得,拉力F的功率:P=Fv=5×103 N×3 m/s=1.5 ×104 W; 滑轮组的机械效率:η= ×100%= ×100%= × 100%=60%。 13.(2023江西中考,★★☆)如图所示,利用斜面将箱子推进车 厢,通常要比把箱子直接从地面搬进车厢省力多了。某同学 用100 N的力沿斜面向上匀速推动箱子,已知箱子质量为20 kg,斜面长3 m,斜面高1.2 m,g=10 N/kg。求: (1)箱子受到的重力; (2)箱子受到的摩擦力; (3)斜面的机械效率; (4)使用斜面推箱子时有哪些更省力的方法。 解析    (1)箱子受到的重力: G=mg=20 kg×10 N/kg=200 N。 (2)推力所做的总功: W总=Fs=100 N×3 m=300 J; 推力做的有用功: W有=Gh=200 N×1.2 m=240 J; 沿斜面推动箱子,克服斜面对箱子的摩擦力做的功是额外功, 额外功:W额=W总-W有=300 J-240 J=60 J; 由W额=fs可得箱子受到的摩擦力: f= = =20 N。 (3)斜面的机械效率: η= ×100%= ×100%=80%。 (4)减小斜面的坡度或减小斜面的粗糙程度都可以省力。   14.【新课标·科学思维】(2024江苏南通期中)物理学中把 机械对重物施加的力与人对机械施加的力的比值叫作 机械效益MA,用于比较不同机械的省力程度,现用图示 滑轮组匀速提升重物,不计绳重和摩擦,则下列描述滑轮组的机械效益MA与物体重力G、机械效率η与机械效益MA的关系图 像中,可能正确的是 ( )     C     解析　机械对重物施加的力与人对机械施加的力的比值叫作 机械效益MA,即MA= ,不计绳重和摩擦,则F= (G+G动),则MA = = = = ,由此可知,当G取无穷大时,MA 会无限接近一个定值n,故A、B错误;不计绳重和摩擦,η=  = = = ,则 = =n,即η与MA成正比,故C正确,D错 误。 $$