第十一章 功与机械能 专题训练 机械效率的测量与探究、机械效率的计算 习题课件 2025-2026学年沪粤版（2024）九年级物理上册

第十一章 功与机械能 专题训练 机械效率的测量与探究、机械效率的计算 机械效率的测量与探究 类型一　滑轮组机械效率的测量与探究 1．［新考法·分析论证］小明在测量滑轮组机械效率的实验中，所用装置如图。实验中每个钩码重2 N，测得的数据如下表。 　　 　　 甲 乙 丙 实验 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 移动的 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)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拉动过程中读数。  (2)第1次实验测得的机械效率为　 　%。(结果精确到1%)  (3)分析表中数据可知：第2次实验是按图　 　做的；第4次实验是按图　 　做的。(均选填“甲”“乙”或“丙”)  丙　 乙　 74　 缓慢匀速 (4)分析第1、2两次实验数据可知：使用同一滑轮组， 　 　可以提高滑轮组的机械效率；分析第1、3两次实验数据可知：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)，滑轮组的机械效率越 　 　。 (5)分析第3、4两次实验数据可知：滑轮组的机械效率与物体被提升的高度　 　。 无关　 低　 增大物重　 (6)某次实验时将绳自由端匀速拉动时弹簧测力计的读数记为F，钩码重记为G，动滑轮重记为G'，绳自由端移动距离记为s，钩码提升高度记为h，不计绳重及摩擦。下列关于滑轮组机械效率的计算关系式中错误的是　 　。  A．η＝×100% B．η＝×100% C．η＝×100% D．η＝（1－）×100% BD　 类型二　斜面机械效率的测量与探究 2．如图所示，某实验小组的同学们在探究“斜面的机械效率”的实验时，用弹簧测力计沿斜面匀速向上拉动物块，收集了下表中的实验数据。 实验 次数 斜面的 倾斜 程度 物块 重力 G/N 斜面高 度h/m 拉力 F/N 斜面 长度 s/m 机械 效率η 1 较缓 5 0.2 2.4 1 41.7% 2 较陡 5 0.5 3.2 1 78.1% 3 最陡 5 0.7 4.3 1 81.4% (1)分析表中的数据可得出：在其他条件一定时，斜面越缓越 　 　(选填“省”或“费”)力；斜面越陡，机械效率越　 _　(选填“高”或“低”)。  (2)该小组又进行了第4次实验，他们在斜面上铺上棉布，使斜面变粗糙，保持斜面的高和长分别是0.5 m和1 m，用弹簧测力计拉动同一物块沿斜面向上做匀速直线运动，读出此时弹簧测力计的示数为4.5 N，他们测得这种情况下斜面的机械效率为 　 　。把第4次与第　 　次测量结果相比较，还能得出，在其他条件一定时，斜面越粗糙，斜面的机械效率越　 　(选填“高”或“低”)。  低　 2　 55.6%　 高 省　 (3)当用弹簧测力计沿斜面向上　 　拉动物块时，物块所受的拉力　 　(选填“大于”“小于”或“等于”)物块所受的摩擦力。  (4)斜面在生产和生活中应用广泛，请你举出一个生产或生活中利用斜面的实例：　 　。 盘山公路　 大于　 匀速　 类型三　杠杆机械效率的测量与探究 3．如图所示，在测定杠杆机械效率的实验中，竖直向上匀速拉动弹簧测力计，使挂在杠杆OB下面的物块缓慢上升至虚线位置，测力计的示数F为　 　N。测力计上升的高度s为0.2 m，物块的重力G为1.5 N，物块上升的高度h为0.3 m，则杠杆的机械效率为　 　%，使用杠杆做额外功的一个原因是　 _ 　。  要克服杠杆自重(或克服摩擦力)做功　 使用杠杆时需 90　 2.5　 (1)实验中，测力计的示数F为　 　N，实验中若提升的钩码重一定，则影响杠杆机械效率的主要因素是 。 (2)若只将钩码的悬挂点由A移至B，仍将钩码提升相同的高度，则杠杆的机械效率将　 　(选填“变大”“变小”或“不变”)。 变大　 杠杆的重力 4．小敏用如图所示的实验装置测定杠杆的机械效率。实验时，竖直向上匀速拉动弹簧测力计，使挂在杠杆下面的钩码缓缓上升。 0.5　 (3)若将同一物体悬挂在A点，弹簧测力计分别挂在B点和C点时，竖直向上匀速使物体提高相同高度时的机械效率分别为η1和η2，则η1　 　(选填“＞”“＜”或“＝”)η2。  小王用如图所示的另一实验装置测量杠杆的机械效率。O为杠杆的转轴，不计摩擦。实验时，给B端施加竖直向下的力，使挂在杠杆A端的钩码缓缓上升。(图中杠杆为质量分布均匀的直棒) ＝　 (4)第①组实验中，杠杆的机械效率为　 　。  (5)由　 　三组实验，可以初步得出结论：相同的杠杆，提升的物体越重，效率越高。  (6)不计摩擦，分析实验数据可知道杠杆的自重为　 　N。 2　 ①②④　 如表是提升物体时采集到的数据： 80%　 实验 序号 物重 G/N 拉力 F/N A端上 升的高 度h/m B端下降 的竖直距 离s/m 杠杆的 效率η ① 2 5 0.04 0.02   ② 4 9 0.04 0.02 89% ③ 2 5 0.06 0.03 80% ④ 6 13 0.04 0.02 92% 机械效率的计算 解：(1)由题图乙可知，运送一件货物G＝100 N时，滑轮组的机械效率η＝50%，不计绳重和摩擦时，滑轮组的机械效率η＝×100%＝×100%＝×100%＝×100%＝50%，解得G动＝100 N。 类型一　滑轮组机械效率的变化问题的计算 1．小华用图甲所示的滑轮组运送货物上楼，每次运送的量不定，每件货物重为100 N；图乙是在整个过程中滑轮组的机械效率随货物重力增加而变化的图像。整个过程中物体上升保持v＝0.4 m/s不变，不考虑绳重和摩擦。求： (1)该装置中动滑轮的重为多少牛？ 甲 乙 甲 乙 (2)运送4件货物时，滑轮组的机械效率为多少？ (2)不计绳重和摩擦，此时滑轮组的机械效率η'＝×100%＝×100%＝×100%＝80%。 类型二　滑轮组机械效率的最值问题的计算 2．质量为60 kg的李师傅在装修施工时，利用如图所示的滑轮组来提升装修材料。他用200 N的拉力在20 s内将500 N的材料提升了10 m，不计绳重及摩擦。求：(g取10 N/kg) (1)动滑轮的重力。 解：(1)由题图可知，n＝3，不计绳重及摩擦，由F＝得，动滑轮的重力G动＝nF－G＝3×200 N－500 N＝100 N。 (2)他施加拉力的功率。 (2)绳子自由端移动的距离s＝nh＝3×10 m＝30 m，李师傅施加拉力做的功W＝Fs＝200 N×30 m＝6 000 J，则他施加拉力的功率P＝＝300 W。 (3)他利用滑轮组工作时的最大机械效率。(精确到0.1%) (3)李师傅的重力G人＝mg＝60 kg×10 N/kg＝600 N，他能提供的最大拉力等于自身重力，即F'＝G人＝600 N，当他施加最大拉力时，提升的物重最大，滑轮组的机械效率最高，此时的最大重物G'＝nF'－G动＝3×600 N－100 N＝1 700 N，则滑轮组的最大机械效率η＝×100%＝×100%＝×100%＝×100%≈94.4%。 类型三　滑轮组水平拉物体时机械效率的计算 3．［广元中考］如图所示，某工人利用滑轮组将一个工件沿水平地面匀速拉动到加工点。拉动过程中，工人对绳的拉力始终沿竖直方向，工人双脚始终与水平地面接触且接触面积为300 cm2。工人对地面的压强为2.0×104 Pa；此工人的质量为70 kg，两个动滑轮的质量共为10 kg，绳重、绳与滑轮之间的摩擦均忽略不计，g取10 N/kg。求： (1)工人的手对绳的拉力大小。 解：(1)工人的重力G＝mg＝70 kg×l0 N/kg＝700 N。 由p＝可知，工人对地面的压力：F压＝pS＝2.0×104 Pa×300×10－4m2＝600 N。由力的作用是相互的可知，工人受到的支持力F支＝F压＝600 N。 由力的平衡条件可知，工人的手对绳的拉力 F＝G－F支＝700 N－600 N＝100 N。 (2)工件移动过程中，地面对工件摩擦力的大小。 (2)两个动滑轮的重力G动＝m动g＝10 kg×10 N/kg＝100 N。由题图可知n＝4，因为不计绳重和绳轮摩擦时F＝(f＋G动)，所以地面对工件摩擦力f＝nF－G动＝4×100 N－100 N＝300 N。 (3)滑轮组在此次工作中的机械效率。 (3)滑轮组的机械效率η＝×100%＝×100%＝×100%＝×100%＝×100%＝75%。 类型四　斜面机械效率的计算 4．［跨学科·物理学与日常生活］以“‘荆歌’铁马，奔向未来”为主题的荆州马拉松3月26日在荆州体育中心鸣枪起跑。在开赛场地建设过程中，工人利用长度L＝3 m的斜面把质量为240 kg的重物匀速推到h＝1 m高处，如图所示，工人所用推力F＝1 000 N。g取10 N/kg。求： (1)推力做的有用功。 解：(1)推动重物时做的有用功W有＝Gh＝mgh＝240 kg×10 N/kg×1 m＝2 400 J。 (2)斜面的机械效率。 (2)推力做的总功W总＝Fs＝1 000 N×3 m＝3 000 J，斜面的机械效率η＝×100%＝×100%＝80%。 (3)此过程的额外功W额＝W总－W有＝3 000 J－2 400 J＝600 J。由W额＝fs得重物与斜面间的摩擦力f＝＝200 N。 (3)工人将另一质量为300 kg的重物匀速推到同一高度，为了省力，换用长度为5 m的斜面，此时重物与斜面间的摩擦力与原来的摩擦力之比为6∶5，共用时20 s，工人推力做功的功率。 工人将另一质量为300 kg的重物匀速推到同一高度，为了省力，换用长度为5 m的斜面，此时重物与斜面间的摩擦力与原来的摩擦力之比为6∶5，即f'＝×200 N＝240 N，有用功W有'＝G'h＝m'gh＝300 kg×10 N/kg×1 m＝3 000 J，额外功W额'＝f's'＝240 N×5 m＝1 200 J；则总功W总'＝W有'＋W额'＝3 000 J＋1 200 J＝4 200 J，工人推力做功的功率P＝＝210 W。 5．在斜面上将一个质量为0.4 kg的物体，从底端沿斜面匀速拉到顶端(如图所示)，所用时间为4 s，斜面长s＝1 m、高h＝0.2 m，该斜面的机械效率为80%。(g取10 N/kg)求： (1)物体受到的重力。 解：(1)物体受到的重力G＝mg＝0.4 kg×10 N/kg＝4 N。 (2)拉力所做的有用功。 (2)拉力所做的有用功W有＝Gh＝4 N×0.2 m＝0.8 J。 (3)拉力所做的总功和总功率。 (3)拉力所做的总功W总＝＝1 J，拉力的功率 P总＝＝0.25 W。 (4)物体在斜面上受到的摩擦力。 (4)额外功W额外＝W总－W有用＝1 J－0.8 J＝0.2 J，物体在斜面上受到的摩擦力f＝＝0.2 N。 类型五　杠杆机械效率的计算 6．小明在探究利用杠杆做功的实践活动中，杠杆一端固定，中点处挂有一重力G为20 N的重物，现用手竖直提起杠杆的另一端，使物体缓慢匀速提升(摩擦忽略不计)。 (1)若不计杠杆自重，求拉力F的大小？ 解：(1)因为拉力总是竖直向上的，重物挂在杠杆的中点，所以动力臂是阻力臂的2倍。由杠杆平衡条件FL1＝GL2，所以拉力F＝G＝×20 N＝10 N。 (2)W有用＝Gh＝20 N×0.1 m＝2 J，由η＝×100%得，总功W总＝＝2.5 J，因为W总＝W有用＋W额外，所以W额外＝W总－W有用＝2.5 J－2 J＝0.5 J，因为摩擦忽略不计，所以W额外＝G杆h，杠杆自身重力G杆＝＝5 N。 (2)若杠杆是一根材料均匀的硬棒，将重物提升的高度h为0.10 m，小明使用杠杆所做的有用功W有用为多大？若此时杠杆的机械效率为80%，则杠杆自身的重力为多少？ 7．如图是一个提起重物的机械组成部分示意图，O是转动轴，不计绳重及摩擦，杠杆OA是重为G0的均匀杠杆，挂在OA中点B处的重物重力为G，已知G0＝30 N，G＝150 N。 (1)若利用该杠杆将重物提升0.5 m，求杠杆的机械效率。 解：(1)设该机械工作时将重物提高h，不计绳重及摩擦，W有＝Gh，W额＝G0h，所以η＝×100%＝×100%＝×100%＝×100%＝×100%≈83.3%。 (2)为维持杠杆在水平位置平衡，求力F的大小。 (2)由题图可知，加在A点拉力的方向始终竖直向上，阻力方向与物体重力方向相同始终竖直向下，所以其力臂之比，根据杠杆平衡条件F1L1＝F2L2，可得F＝F1＝×F2＝×180 N＝90 N。 $$