内容正文:
5
11.3 机械效率
第1课时 有用功与额外功 机械效率 ▶ “答案与解析”见P3
1.
买茶杯的人从货架上拿起茶杯,喝茶的人从
桌面上端起茶杯。下列对两人克服茶杯重力
做功的说法正确的是 ( )
A.
都是有用功
B.
都是额外功
C.
对喝茶的人来说是有用功
D.
对买茶杯的人来说是有用功
2.
(2024·无锡惠山模拟)某兴趣小组用滑轮组
进行了一场别开生面的“一瓶水提升一个人”
活动。如图所示,水瓶匀速直线下降8m,使
人匀速升高0.4m,水瓶对绳a的拉力F1=
30N,绳b对人的拉力F2=480N,此过程
中,下列说法正确的是 ( )
A.
F1做的功小于F2做的功
B.
F1做功的功率等于F2做功的功率
C.
有用功为240J
D.
滑轮组的机械效率为80%
(第2题)
(第4题)
3.
喝茶时,人从桌面上端起盛茶水的茶杯,人对
茶杯做的功是 ,对茶水做的功是
,对茶杯和茶水做的功是 。
(选填“有用功”“额外功”或“总功”)
4.
(2024·汕尾期末)搬运工人为了将笨重的物
体装进货车车厢,常使用如图所示的装置。
若斜面长5m,高2m,工人用500N沿斜面
向上的推力,在10s内将重为1000N的物体
从斜面底端匀速推上顶端。此过程中,有用
功为 J,推力的功率为 W,
该斜面的机械效率是 。
5.
现定义人对机械施加的力与机械对
重物施加的力的比值叫做机械效能
K,用于比较不同机械的省力程度。
用甲、乙两个滑轮(组)匀速提升不同重物,不
计绳重和摩擦,经测算描绘出两滑轮(组)的
机械效能K 与重物重力的倒数G-1 的关系
图线如图所示,两图线平行。则 ( )
A.
甲为定滑轮,乙为动滑轮
B.
甲、乙滑轮组中动滑轮重相等
C.
提升相同重物时,乙滑轮组机械效率比
甲小
D.
甲滑轮组提升20N重物时,机械效率
为80%
(第5题) (第6题)
6.
渔民利用如图所示的滑轮组把河中
的小渔船拖上岸进行维护,当渔民
作用在绳子自由端的拉力为200N
时,小渔船在河水中以2m/s的速度匀速向
右运动,受到河水的阻力为320N。不计绳重
和绳与滑轮间的摩擦,下列相关说法正确
的是 ( )
A.
拉力的功率为400W
B.
滑轮组的机械效率为75%
C.
动滑轮受到的重力为80N
D.
增大小渔船在河水中匀速运动时的速度,
滑轮组的机械效率会增大
第十一章 功与机械能
6
(第7题)
7.
为模拟盘山公路,现将连接了重
1.5N的小球的细线穿入一根长
1.5m的细管。如图,将细管从
竖直放置的圆柱体底部a 点开
始斜向上缠绕5圈后,恰好绕至顶部b点,相
邻细管间的高度均为12cm,在b点处通过细
线用1N的拉力(与管的轴线平行)将管口的
小球从a点匀速拉至b点,则缠绕在圆柱体
上的细管(模拟的盘山公路)的机械效率为
( )
A.
83.3%B.
80% C.
75% D.
60%
8.
小明同学放学回家经过一家具厂,他看见工
人师傅正在利用固定的横梁、活动的横杆和
绳子来提升实木家具的高度,其简化模型如
图所 示。已 知 实 木 家 具 所 受 重 力 G=
1000N,匀速提升高度h=1m,所用的时间
t=5s,横杆所受的重力G'=80N。求:(不
计绳重和摩擦)
(1)
拉绳子的力做的有用功W有用。
(2)
拉绳子的力做功的功率P。
(3)
此过程中的机械效率η(结果精确到
0.1%)。
(第8题)
9.
为了将放置在水平地面上受到的重力G=
100N的重物提升到高处,小明同学设计了
图甲滑轮组。当用图乙所示随时间t变化的
竖直向下拉力F 拉绳时,重物的运动速度v
和上升的高度h随时间t变化的关系图像分
别如图丙、丁。若重物与地面的接触面积
S=5×10-2m2,不计绳重和摩擦,绳的拉力
方向均可看成在竖直方向,则下列说法正确
的是 ( )
(第9题)
A.
在0~1s内,滑轮组对重物做功200J
B.
在1~2s内,拉力做的功为375J
C.
在2~3s内,拉力的功率为300W
D.
在2~3s内,滑 轮 组 的 机 械 效 率η
为53%
物理(沪粤版)九年级
7
第2课时 机械效率的测量 ▶ “答案与解析”见P3
1.
在“测量滑轮组的机械效率”实验中,小丽用
同一滑轮组提升不同的物体,如图甲、乙、丙
所示,每个钩码重力相同,三次实验中弹簧测
力计所用拉力分别为F1、F2、F3,三次实验
中滑轮组的机械效率分别为η1、η2、η3。下列
说法错误的是(不计绳重和摩擦) ( )
A.
实验时,需竖直向上匀速拉动弹簧测力计
B.
实验需要的测量工具有弹簧测力计和刻
度尺
C.
F1<F2<F3
D.
η1>η2>η3
(第1题)
(第2题)
2.
如图所示,在“探究斜面的机械效率”实验中,
以下说法错误的是 ( )
A.
利用斜面提升木块,既可以省力,又可以
省功
B.
用弹簧测力计沿着斜面向上拉木块时,应
尽量匀速
C.
本实验中,用小车替代木块,可提高斜面
的机械效率
D.
斜面的倾斜程度越小,所需的拉力越小
(第3题)
3.
(2023·南通)如图所示,在“测定滑轮
组的机械效率”实验中,小明匀速向下
拉动绳子,2s内物体上升20cm,
G物=10N,F=6N,不计绳重和
摩擦。
(1)
物体上升的速度v物= m/s。
(2)
动滑轮的重力G动= N,滑轮组
的机械效率η≈ (结果精确到
0.1%)。
(3)
小明想更省力,他只改变了滑轮组的绕
绳方法,滑轮组的机械效率将 。
4.
小明用如图所示的装置探究杠杆的机械效
率,他将两个钩码悬挂在B 点,在A 点用弹
簧测力计保持竖直方向拉动杠杆,使其绕O
点缓慢转动,带动钩码上升一定的高度h(不
计摩擦)。下列说法正确的是 ( )
(第4题)
A.
杠杆转动过程中,弹簧测力计示数会变小
B.
仅增加钩码个数,拉力所做额外功增大
C.
仅将拉力的作用点从A 点移到C 点,杠
杆的机械效率不变
D.
仅将钩码的悬挂点从B 点移到C 点,拉
力做的总功变大
5.
实验小组的同学用如图甲所示装置探究“斜
面的机械效率与哪些因素有关”,改变斜面倾
角(斜面与水平面的夹角)和木块的重力,用
弹簧测力计沿斜面向上匀速拉动木块,记录
的部分实验数据如表所示。
(第5题)
第十一章 功与机械能
8
实验次序 1 2 3
斜面倾角 30° 30° 45°
斜面高度h/m 0.6 0.6 0.85
斜面长度s/m 1.2 1.2 1.2
木块重力G/N 5.0 3.0 3.0
沿斜面拉力F/N 4.2 2.5 2.8
机械效率η 60% 76%
(1)
实验中调整斜面的倾斜程度时,要使斜
面倾角由30°变为45°,应将垫块向
(选填“左”或“右”)移动。
(2)
第2次实验中,斜面的机械效率为
%。
(3)
第1、2次实验是为了探究斜面的机械效
率与 的关系;分析第2、3次实验的
数据,可知 。
(4)
如果对原实验装置做如图乙所示的改
进,与原实验装置相比,用带滑轮的斜面做实
验的好处是 。
(5)
如图丙,将同一木块分别沿光滑的斜面
AB、AC 从底部匀速拉到顶点A,已知AB>
AC,施加的力分别为F1、F2,拉力做的功分
别为W1、W2,则力F1 F2,拉力做的
功W1 W2。(选填“>”“<”或“=”)
6.
(2024·长春二模)在“测量滑轮组
机械效率”的实验中,同学们用如图
所示的滑轮组提升钩码,并作出了
如下猜想:
(第6题)
猜想一:滑轮组机械效率与被提升
物体所受的重力有关。
猜想二:滑轮组机械效率与动滑轮
所受的重力有关。
(1)
为了验证猜想一,准备器材如
下:两个相同的滑轮、一根细绳、钩码若干、刻
度尺和 。用该滑轮组提升不同数
量的钩码进行了三次实验,数据如表所示:
实验
序号
钩码重
G/N
钩码上升
高度h/cm
拉力
F/N
绳端移动的
距离s/cm
① 1.0 20.0 0.7 40.0
② 2.0 20.0 1.2 40.0
③ 3.0 20.0 1.7 40.0
(2)
分析表中数据,通过计算可知:改变钩码
的重力G,则滑轮组的机械效率η与钩码重
力G 的关系可能符合 。
A. B.
C. D.
(3)
为了验证猜想二,还需增加的实验器材
是 。
(4)
根据题中数据可知,如果细绳能承受的
最大拉力是2.2N,保持省力的情况下提升钩
码,请通过推理写出滑轮组机械效率的范围。
(不计绳重和摩擦,写出必要的文字说明、表
达式及最后结果)
物理(沪粤版)九年级
11.3 机械效率
第1课时 有用功与额外功
机械效率
1.
D 2.
D
3.
额外功 有用功 总功
4.
2000 250 80%
5.
C 解析:不计绳重和摩擦,若甲为
定滑轮,则K=FG=1
,由图可知甲的
K-G-1 的图线不是过纵轴刻度1且
平行于横轴的直线,故A错误。不计
绳重和摩擦,设甲、乙滑轮组承担绳子
的股数分别为n1、n2,则K甲=
F甲
G甲=
G甲+G甲动
n1G甲 =
1
n1+
G甲动
n1G甲
,结合甲的图
线可知n1=2,把G甲-1=0.1N-1 时
K甲=1代入,解得G甲动=10N;同理
可得K乙=1n2+
G乙动
n2G乙
,由乙的图线
可知1
n2<0.5
,所以n2>2=n1,甲、乙
图 线 平 行,故 G甲动
n1 =
G乙动
n2
,所 以
G甲动<G乙动,故B错误。提升相同重
物时,设提升重物的重力为G,机械效
率η甲 =
G
G+G甲动 ×100%
,η乙 =
G
G+G乙动×100%
,所以η甲>η乙,故C
正确。由上述推论知G甲动=10N,所
以用甲滑轮组提升G'=20N重物时,
机械效率η=
G'
G'+G甲动 ×100%=
20N
20N+10N×100% ≈66.7%
,故 D
错误。
6.
C 解析:由图可知,n=2,绳子自
由端移动的速度v绳 =nv物 =2×
2m/s=4m/s,拉力的功率P=Wt=
Fs'
t =Fv绳=200N×4m
/s=800W,
故A错误;该滑轮组的机械效率η=
W有用
W总 ×100%=
fs
Fs'×100%=
fs
Fns×
100%= fnF ×100%=
320N
2×200N×
100%=80%,故B错误;根据F=
1
n
(f+G动)可知,动滑轮受到的重力
G动=nF-f=2×200N-320N=
80N,故 C 正 确;由 η=
W有用
W总 ×
100%=fsFs'×100%=
fs
Fns×100%=
f
nF×100%
可知,增大小渔船在河水
中匀速运动时的速度,滑轮组的机械
效率不变,故D错误。
7.
D 解析:由题可知,细管缠绕在圆
柱体上后相当于一个斜面,由图可知,
a 点 到b 点 的 高 度h=5×12×
10-2m=0.6m,拉小球上升时,有用
功W有用 =Gh=1.5N×0.6m=
0.9J,总功W总=Fs=1N×1.5m=
1.5J,所以缠绕在圆柱体上的细管的
机械效率η=
W有用
W总 ×100%=
0.9J
1.5J×
100%=60%。
8.
解析:(1)
已知实木家具所受重力
G=1000N,匀速提升高度h=1m,
则拉绳子的力做的有用功 W有用 =
Gh=1000N×1m=1000J。(2)
不
计绳重和摩擦,拉绳子的力做的总功
W总=Fs=14
(G+G')·4h=(G+
G')h=(1000N+80N)×1m=1080J,
拉绳子的力做功的功率P=
W总
t =
1080J
5s =216W
。(3)
此过程中的机
械效率η=
W有用
W总 ×100%=
1000J
1080J×
100%≈92.6%。
9.
C 解析:由图丙、丁可知,0~1s
内重物静止在地面上,因此滑轮组对
重物做功为零,故A错误;由图甲可
知,n=3,由图乙、丁可知,在1~2s
内,拉 力 F2=50N,重 物 上 升 高
度h2=1.25m,绳自由端移动的距
离s2=nh2=3×1.25m=3.75m,拉
力 做 的 功 W =F2s2 =50 N×
3.75m=187.5J,故B错误;由图乙、
丙可知,在2~3s内,重物做匀速直
线 运 动,拉 力 F3 =40 N,v3 =
2.50m/s,绳自由端移动的速度v3'=
nv3=3×2.50m/s=7.5m/s,因为
P=Wt =
Fs
t =Fv
,所以拉力的功率
P=F3v3'=40N×7.5m/s=300W,
故C正确;因为滑轮组的机械效率
η=
W有用
W总 ×100%=
Gh
Fs×100%=
Gh
Fnh×100%=
G
nF×100%
,所以2~
3s内滑轮组的机械效率η=
G
nF3×
100%= 100N3×40N×100%≈83%
,故D
错误。
第2课时 机械效率的测量
1.
D 解析:实验中,要竖直向上匀速
拉动弹簧测力计,由二力平衡的条件
可知,只有竖直向上匀速拉动弹簧测
力计时,弹簧测力计的示数才和绳子
的拉力相等,故A正确;根据滑轮组
机械效率η=
W有用
W总 ×100%=
Gh
Fs×
100%可知,需要测钩码重、拉力、钩码
升高的高度、绳端移动距离,因此需要
的测量工具有弹簧测力计和刻度尺,
故B正确;不计绳重和摩擦,根据F=
1
n
(G+G动)可知,承担钩码重的绳子
股数和动滑轮重力相同时,钩码越重,
拉力越大,因为G1<G2<G3,所以
F1<F2<F3,故C正确;不计绳重和
摩 擦,根 据 η=
W有用
W总 ×100% =
Gh
1
n
(G+G动)nh
×100%= GG+G动 ×
100%= 1
1+
G动
G
×100%可知,同一滑
轮组,钩码重力越大,机械效率越高,
因为G1<G2<G3,所以η1<η2<η3,
故D错误。
2.
A 解析:使用机械对物体做功时,
由于机械不可避免地做额外功,所以
任何机械都不能省功,故A错误;为
了使弹簧测力计的示数稳定,测量准
确,应使木块做匀速直线运动,故B
正确;实验中,用小车替代木块,小车
受到的摩擦力小于木块受到的摩擦
3
力,运动距离一定时,克服摩擦力做的
功减小,即额外功减小,斜面的机械效
率增大,故C正确;在物体的重力和斜
面的粗糙程度一定时,斜面的倾斜程
度越小,所需的拉力越小,故D正确。
3.
(1)
0.1 (2)
2 83.3% (3)
不变
解析:(1)
2s内物体上升的高度h=
20cm=0.2m,则物体上升的速度
v物=ht =
0.2m
2s =0.1m
/s。(2)
由
图可知,n=2,不计绳重和摩擦,根据
F=1n
(G物+G动)可知,动滑轮的重
力G动=nF-G物=2×6N-10N=
2N;该滑轮组机械效率η=
W有用
W总 ×
100% =
G物h
Fs ×100% =
G物h
Fnh ×
100% =
G物
nF ×100% =
10N
2×6N×
100%≈83.3%。(3)
不计绳重和摩
擦,额外功的来源是克服动滑轮重力
做的功,改变图中滑轮组的绕绳方法,
提起同一物体时,η=
W有用
W总 ×100%=
Gh
Fs×100%=
Gh
F·nh×100%=
G
nF×
100%= G
n×1n
(G+G动)
×100%=
G
G+G动×100%
,由此可知,滑轮组的
机械效率不变。
4.
C 解析:若弹簧测力计拉力方向
一直竖直向上,阻力不变,动力臂变
小,阻力臂变小,如图甲所示。根据数
学知识可知,L2
L1=
OB'
OA'
,OB'
OA'=
OB
OA
,所
以动力臂与阻力臂的比值不变,因为
阻力不变,根据杠杆的平衡条件知,弹
簧测力计的示数应该不变,故 A错
误;克服杠杆重力做的功为额外功,仅
增加钩码个数,杠杆重力和杠杆上升
的高度不变,拉力所做额外功不变,故
B错误;仅将拉力的作用点从A 点移
到C点,钩码和杠杆还是上升原来的
高度,则有用功不变,额外功也不变,
总功不变,根据η=
W有用
W总 ×100%
可
知,机械效率不变,故C正确;仅将钩
码的悬挂点从B 点移到C 点,钩码还
是上升原来的高度,有用功不变,如图
乙所示,钩码由B点移到C点,上升高
度不变,仍为h,根据数学关系可知,杠
杆提升的高度减小,额外功减小,又因
为总功等于额外功与有用功之和,所
以拉力做的总功变小,故D错误。
(第4题)
5.
(1)
左 (2)
60 (3)
木块重力
其他条件相同时,斜面倾角越大,斜面
的机械效率越高 (4)
能使木块所受
拉力的方向与斜面平行 (5)
< =
解析:(1)
斜面的倾角靠长木板下面
的垫块左右移动来改变,垫块向左移
动倾角变大,垫块向右移动倾角变小。
(2)
第2次实验,斜面的机械效率η=
W有用
W总 ×100% =
Gh
Fs ×100% =
3.0N×0.6m
2.5N×1.2m × 100% = 60%
。
(3)
由表可知,第1、2次实验控制的
是斜面的倾斜程度(斜面倾角)不变,
改变的是木块的重力,因此是探究斜
面机械效率与木块重力的关系;对比
2、3次实验数据可知,其他条件相同
时,斜面倾角越大,斜面的机械效率越
高。(4)
利用滑轮改变了绳子的方
向,使木块所受拉力的方向与斜面始
终平行,使示数更加准确稳定,读数时
也更方便。(5)
由图丙可知,斜面AB
的倾角小于斜面AC 的倾角,所以木
块沿AB 运动时拉力较小,即F1<
F2;斜面光滑,所以沿斜面拉木块时
不做额外功,即拉力做功等于有用功,
而木块重力和上升高度均相同,则有
用功相同,所以拉力在两斜面上做功
相同,即W1=W2。
6.
(1)
弹簧测力计 (2)
C (3)
几
个重力不同的滑轮 (4)
大于50%且
小于或等于90.9% 解析:(1)
在此
实验中,提升的物体是钩码,同时需要
用弹簧测力计测量钩码的重力和绳端
拉力。(2)
使用滑轮组提升钩码时,
动滑轮的重力不可忽略,则克服动滑
轮的重、细绳的重和细绳与滑轮间的
摩擦所做的功为额外功,从摩擦角度
考虑,随着钩码重力的增大,细绳与滑
轮间的摩擦在一定程度也会增大;同
时,钩码重力增大,有用功逐渐增大,
有用功占总功的比值在增大,所以机
械效率逐渐增大,但由于摩擦也在增
大,故机械效率η与钩码重力G 的关
系并 不 成 正 比,故 C 符 合 题 意。
(3)
为了验证猜想二:滑轮组机械效
率与动滑轮所受的重力有关,要改变
动滑轮的重力,故还需增加的实验器
材是几个重力不同的滑轮。(4)
由第
一组实验数据知,nF1-G=2×
0.7N-1.0N=0.4N,由第二组实验
数据 知,nF2 -G'=2×1.2N-
2.0N=0.4N,由第三组实验数据知,
nF3-G″=2×1.7N-3.0N=
0.4N,故根据nF=G+G动 得F=
1
2
(G+G动),提起钩码的重力G‴=
2F最大-G动 =2×2.2N-0.4N=
4N,所以滑轮组的机械效率最大为
η=
W有用
W总 ×100%=
G‴h
F最大s×100%=
G‴
nF最大×100%=
4N
2×2.2N×100%≈
90.9%;根据F=12
(G+G动)知,要
保持省力的情况下提升钩码,G>
G动,滑轮组的机械效率最小为η'=
W有用
W总 ×100%=
Gh
Gh+G动h×100%=
G
G+G动 ×100%>
G
G+G×100%=
1
2=50%
,故滑轮组的机械效率范围
是大于50%且小于或等于90.9%。
4