第九章 机械和功 第五节 探究使用机械是否省功 同步练习2025-2026学年八年级物理下学期 北师大版（郭玉英版）

第九章 机械和功 第五节 探究使用机械是否省功 基础知识点内容 1.探究使用机械是否省功 （1）提出问题：为什么要使用这些工具？使用机械是否能省功？ （2）实验目的：比较用动滑轮和直接提升时所做的功 （3）设计实验：两次提升同一物体，且提升相同高度。 实验注意事项： ▸缓慢提升物体 ▸测力计要在提升过程中读数 ▸测量距离要记录始、末位置的刻度 （4）实验数据记录表格 提升方式 力／N 移动距离／m 力做的功／J 直接提升 F＝0.2 h=0.1 W1＝Fh＝0.02 用动滑轮提升 F’＝0.15 s=0.2 W2=F’s＝0.03 （5）结论：使用动滑轮提升物体不能省功 （6）使用动滑轮提升物体为什么多做了功？ （7）使用杠杆能省功吗？ 提升方式 F／N s／m W／J 直接 0.5 0.1 0.05 用杠杆 0.38 0.3 0.114 实验结论：使用杠杆不省功。 （8）使用斜面能省功吗？ 提升方式 F／N s／m W／J 直接 1.45 0.1 0.145 用斜面 0.4 0.8 0.32 实验结论：使用斜面不省功。 大量实验表明：使用任何机械都不省功！ 2.简单机械中的三种功 有用功：为了实现做功的目的，不用任何机械而必须做的功，用W有表示。 额外功：使用机械时，不是我们需要的但又不得不做的功，用W额表示。 总功：有用功与额外功之和是总共所做的功，用W总表示。 【点拨】有用功可理解为一种“ 目的功 ”。在用动滑轮或滑轮组提升重物时，使用机械的目的是提升重物，那么克服重物的重力做的功是有用功，即W有用=Gh；用滑轮组拉动重物在水平面匀速移动时，使用机械的目的是水平移动重物，那么克服物体与水平面间的摩擦力做的功是有用功，即W有用=fs。 总功（W总） 有用功（W有用） 额外功（W额外） 动力F1所做的功W总=F1·S1 克服阻力F2所做的功W有用=F2·S2 克服摩擦或杠杆自重所做的功 拉力F所做的功W总=F·S， W总=（G 动+G物）h 克服重物的重力所做的功，即动滑轮对物体所做的功W有用=G物h 克服动滑轮重、克服摩擦力（一般忽略）所做的功W额外=G动h 推力F所做的功W总=F·S， W总=G物h+fS 克服重物的重力所做的功，W有用=G物h 克服摩擦力所做的功W额外=fs 联系 W总= W有用 + W额外 3.机械效率 （1）定义：物理学中，将有用功跟总功的比值叫做机械效率。公式： （2）影响因素：摩擦、机械自重及物重等。 注意：①使用任何机械都不可避免地要做额外功，有用功总小于总功，机械效率总小于1；②机械效率不是固定不变的，机械效率反映的是机械在一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，机械效率往往不同。 4.测量滑轮组的机械效率 （1）原理： （2）应测物理量：钩码重力 G 、钩码提升的高度h 、拉力 F、绳自由端移动的距离 S （3）器材：除钩码、铁架台、滑轮、细线外还需 刻度尺、弹簧测力计。 （4）注意：沿竖直方向匀速拉动弹簧测力计 （5）结论： 同一滑轮组，提升重物越重，机械效率越高；提升相 同重物，动滑轮个数越多，机械效率越低，但越省力。 注意：在应用同一滑轮组提升物体时，若被提升物体的重力发生改变，则整个滑轮组的机械效率也应随之发生改变。切不可认为给定一个滑轮组，它的机械效率就是唯一的。 题型练习 一．单选题 1.下面关于机械效率说法正确的是（ ） A．做功多的机械，机械效率一定高 B．做额外功少的机械，机械效率一定高 C．做有用功多的机械，机械效率一定高 D．做有用功占总功比例高的机械，机械效率一定高 2.关于功、功率和机械效率下列说法正确的是（ ） A.功率大的机械做功一定快 B.功率越大的机械，其机械效率越高 C.功率大的机械做功一定多 D.机械效率越高的机械，其做的有用功越多 3.如图所示，小明分别用甲、乙两套滑轮把同一桶沙子从一楼地面匀速竖直提升到二楼。用甲滑轮所做的总功为，机械效率为；用乙滑轮所做的总功为，机械效率为。不计绳重和滑轮的摩擦，下列说法正确的是（ ） A. ， B. ， C. ， D. ， 4.分别利用如图所示的甲、乙两个滑轮组（每个滑轮受到的重力G轮相等），在相同时间内把同一重物G（G>2G轮）匀速提升相同的高度。不计绳重及摩擦，下列判断正确的是（ ） A．乙滑轮组更省力 B．甲滑轮组做的总功更多 C．力F1做功的功率更大 D．乙滑轮组的机械效率更高 5.体重为700N的工人用图所示的滑轮组将建材运送到高处。在某次运送中，工人在20s内将质量为40kg的建材竖直向上匀速提升了5m，滑轮组的机械效率为80%。若两个滑轮的质量相等，不计绳重及摩擦，g取10N/kg。下列说法中正确的是（ ） A. 动滑轮重为10N B. 此过程中工人拉力做功的功率为62.5W C. 此过程中B处挂钩受到天花板的拉力为600N D. 此过程中该工人对地面的压力的大小为250N 6.工人用如图所示的滑轮组将矿井中的物体A和物体B先后匀速提升上来。匀速提升物体Ａ时，滑轮组的机械效率为75%。匀速提升物体B时，在10s内物体B上升4m。已知动滑轮重50N，物体A的重是物体B重的两倍，不计绳重和摩擦，下列判断正确的是（ ） A．物体A所受重力为75NF B．提升物体A时，绳端拉力的功率为50W C．提升物体B时，滑轮组的机械效率为60% D．提升物体B时，在10s内滑轮组做的总功为300J 7.小阳用滑轮组提升物体，绳子自由端竖直移动的距离随时间变化的关系如图中图线a所示，物体上升的高度随时间变化的关系如图中图线b所示。已知物体的质量为900g，绳子自由端的拉力F为2.5N，g取10N/kg。在0～2s的过程中，下列说法正确的是（ ） A.绳子自由端移动的速度为5.0cm/s B.拉力F的功率为0.125W C.动滑轮的质量为100g D.滑轮组的机械效率为90％ 8.用图所示的动滑轮匀速提升钩码，测量动滑轮的机械效率，下表中已填入某次实验时测量出的数据。下列说法正确的是（ ） 钩码重 G/N 提升高度 h/m 绳自由端拉力 F/N 绳自由端移动距离 s/m 机械效率 2 0.1 1.2 0.2 A. 实验中应在弹簧测力计保持静止时读数 B. 本次实验中，动滑轮的机械效率为60% C. 该动滑轮的机械效率不会改变 D. 若只增加钩码受到的重力，该动滑轮的机械效率会变大 二．多选题 1.用4个质量相同的滑轮和轻绳组成甲、乙两个滑轮组，如图所示。在绳的自由端分别沿竖直方向用力和把钩码以相同的速度匀速提升到相同高度。已知图中的每个钩码质量相等，若不考虑绳重和摩擦，则下列说法中正确的是（ ） A. 使用乙滑轮组时，一定小于所提升钩码的总重 B. 拉力与可能相等 C. 甲滑轮组的机械效率一定小于乙滑轮组的机械效率 D. 拉力做功的功率一定大于做功的功率 2.如图所示，用两个质量相同的滑轮组成的滑轮组来提升质量的物体。滑轮组绳子自由端拉力，物体以的速度竖直匀速运动。不计滑轮组的绳重和摩擦，取。下列说法正确的是（ ） A.拉力的功率为 B.定滑轮对天花板的拉力为 C.物体所受拉力为 D.滑轮组的机械效率为90% 3.某课外小组的同学用滑轮组进行“一瓶水提升一个人”活动，如图所示，水瓶沿竖直方向匀速直线下降10m，使人匀速升高0.5m，水瓶对绳a的拉力为F1=30N，绳b对人的拉力为F2=480N。对于此过程的叙述，下列说法正确的是（ ） A．有用功为240J B．F1做的功等于F2做的功 C．F1做的功小于F2做的功 D．滑轮组的机械效率为80% 4.小力用由A、B两个相同的滑轮组成的滑轮组向上提升重为900N的物体C，如图所示。提升过程中，小力用大小为500N且竖直向下的力拉动绳子，使物体C以0.4m/s的速度竖直匀速上升。小力质量为60kg，每段绳子承受的最大拉力为1000N，g取10N/kg。若不计绳重及轮与轴的摩擦，下列说法正确的是（ ） A.小力拉力的功率为200W B.小力对地面的压力大小为100N C.天花板受到滑轮A的拉力大小为1100N D.小力用此滑轮组提升物体时，滑轮组最大的机械效率约为91.7% 5.如图所示，工人站在水平台面上用滑轮组提货物。工人第一次竖直向上用200N的力拉绳子时，货物未离开水平地面；第二次竖直向上拉动绳子，使货物以0.09m/s的速度匀速上升。已知工人体重为600N，货物重为900N，货物与地面的接触面积为0.，动滑轮重为100N。不计滑轮组的绳重和摩擦，下列说法正确的是（ ） A．第一次拉绳子时，工人对水平台面的压力为800N B．第一次拉绳子时，货物对地面的压强为4000Pa C．第二次拉绳子的过程中，该滑轮组的机械效率为90% D．第二次拉绳子的过程中，工人拉力的功率为81W 6.如图所示，用两个质量相同的滑轮组成的滑轮组来提升质量为的物体。滑轮组绳子自由端拉力为，物体以的速度竖直匀速运动，提升过程中滑轮组的机械效率为。不计滑轮组的绳重和摩擦，取。下列说法正确的是（ ） A.物体所受拉力为120N B.绳子自由端的拉力大小F为40N C.拉力F的功率为36W D.定滑轮对上端支架的拉力为80N 7.如图甲所示，滑轮组悬挂在水平支架上。两次分别匀速提升物体A、B时，卷扬机拉力F所做的功W随时间t的变化关系图线分别为图乙中的a、b、已知两个滑轮的质量相等，两次提升时物体上升的速度均为0.2m/s，物体A的质量为180kg，不计绳重和摩擦，g取10N/kg。下列说法正确的是（ ） A.物体B的质量为80kg B.提升物体A时滑轮组的机械效率为80% C.提升物体A时支架受到定滑轮的拉力为3200N D.相同时间内，滑轮组提升物体A时做的额外功大于提升物体B时做的额外功 8.如图甲所示是一种吊运设备的简化模型示意图，虚线框内是两个相同的滑轮组装成的滑轮组。工人利用该滑轮组匀速竖直提升物体，绳子自由端的拉力沿竖直方向，此时滑轮组的机械效率为80%，被提升的物体上升的速度为0.5m/s，绳子自由端的拉力为300N，绳子自由端的拉力所做的功跟时间的变化关系如图乙所示。不考虑滑轮组绳子的质量、滑轮与轴间的摩擦。下列说法正确的是（ ） A.绳子自由端移动的速度为1.5m/s B.物体所受的重力为480N C.动滑轮所受的重力为180N D.天花板受到的拉力为1020N 三．实验填空题 1.小明做“测滑轮组机械效率”的实验装置如图所示，下表为实验中的部分数据。 实验序号 钩码重 钩码上升的高度 自由端拉力F/N 自由端移动的距离 机械效率 1 2 10 0.9 30 74.1% 2 4 10 1.6 30 83.3% 3 6 10 2.2 30 ① 4 6 10 1.9 40 78.9% （1）实验中，应在__________读数； （2）表中①填__________%（结果保留1位小数）； （3）第4次实验中，滑轮组的额外功是__________J； （4）可以判断出第4次实验是用图_________（选填“甲”或“乙”）装置进行的； （5）根据表中数据，提出一种提升滑轮组机械效率的方法：______________。 2.在“探究影响滑轮组机械效率的因素”实验中，小明用同一滑轮组做了3次实验，实验数据如下表所示，其中为动滑轮受到的重力、为滑轮组所挂钩码受到的重力、为钩码上升的高度、为绳子自由端所受的拉力、为绳子自由端移动的距离。 次数 /N /N /cm /N /cm （1）请根据实验数据，在图中完成滑轮组的绕线_______。 （2）实验中，使用滑轮组提升重物时，应________拉动弹簧测力计。 （3）第3次实验中，滑轮组的机械效率约为________%（计算结果保留一位小数）。 （4）分析以上三次实验数据，可得出结论：________。 3.实验台上有组装好的实验装置，如图所示，其中弹簧测力计的量程为0～5N。另外还有质量均为100g的钩码六个（图中未画出）。要求利用上述实验装置和钩码设计一个实验证明：用动滑轮提升重物时，如果动滑轮的机械效率不变，则有用功跟总功成正比。小京的主要实验步骤如下： （1）在动滑轮挂钩上挂2个钩码，用弹簧测力计竖直向上匀速拉绳子自由端。2个钩码的总质量用m表示，绳子自由端所受拉力用F表示，绳子自由端移动的距离用s表示，钩码上升的高度用h表示。将m的数值记录在表格中，用弹簧测力计测出F，用刻度尺分别测出s、h，并把测量数据记录在表格中； （2）保持______不变，依次改变______，仿照步骤（1）再做5次实验，将各次的m数值记录在表格中，分别测量各次的F、s、h，并把测量数据记录在表格中； （3）利用W总＝______，计算出各次的总功，用W有用＝Gh＝______，计算出各次的有用功，并将各次的总功、有用功记录在表格中。 四．计算题 1.图甲所示的是用重30N的动滑轮运送建筑材料A的示意图，在卷扬机对绳子的拉力作用下，使重350N的建筑材料A以0.5m/s的速度匀速竖直上升。在这个过程中，卷扬机对绳子的拉力F做的功随时间变化的关系如图乙所示。求： （1）卷扬机对绳子的拉力F做功的功率P； （2）卷扬机对绳子的拉力F； （3）动滑轮匀速提升建筑材料A的机械效率η。 2.如图甲所示，是某科技小组同学设计的利用电动机通过滑轮组匀速提升物体的装置图。图乙是使用该电动机提升不同物体时，电动机对绳子竖直向上的拉力F与绳子自由端的速度v的关系图像。当使用该装置匀速竖直提升810N的物体A时，电动机拉动绳子的速度为0.2m/s。若电动机拉动绳子的功率始终保持不变，不计绳重和滑轮的摩擦。求： （1）动滑轮受到的重力； （2）若用该装置提升另一物体B时，电动机拉动绳子的速度为0.5m/s，此时滑轮组的机械效率。 3.如图甲所示，用一个动滑轮匀速竖直提升重为4500N的物体A，在卷扬机对绳端拉力的作用下，物体A竖直上升的高度随时间变化的关系如图乙中图线a所示；用该装置匀速提升物体B时，物体B竖直上升的高度随时间变化的关系如图乙中图线b所示。卷扬机的功率恒为1000W，不计绳重和摩擦。求： （1）提升物体A时，绳端移动的速度； （2）动滑轮所受的重力； （3）提升物体B时，动滑轮的机械效率。 4.如图所示，工人站在水平台面上用滑轮组提货物。工人竖直向上拉动绳子，使货物匀速上升。已知工人体重为600N，货物重为810N，动滑轮重为90N。不计滑轮组的绳重和摩擦，求： （1）工人拉绳子的过程中，工人的拉力F； （2）工人拉绳子的过程中，该滑轮组的机械效率η； （3）工人拉绳子的过程中，工人对水平台面的压力F压。 答案： 一．1.D 2.A 3.D 4.A 5.C 6.C 7.D 8.D 二．1.BC 2.AD 3.AD 4.BCD 5.ABC 6.BC 7.AC 8.BD 三．1.（1）竖直匀速拉动物体时 （2）90.9 （3）0.16 （4）乙 （5）增大被提升物体的重力 2.（1） （2）竖直向上匀速 （3）83.3 （4）用同一滑轮组提升重物时，重物所受的重力越大，滑轮组的机械效率越高 3.（2）动滑轮所挂钩码数量 绳子自由端移动的距离s （3） Fs mgh 四．1.（1）根据图乙信息可得，卷扬机对绳子的拉力F做功的功率 （2）当t=20s，建筑材料A以0.5m/s的速度匀速竖直上升，重物A上升的高度为 分析甲图发现，一共用两段绳子分担动滑轮重，绳子移动的距离为 卷扬机对绳子的拉力F做功为，卷扬机对绳子的拉力 （3）动滑轮匀速提升建筑材料A的机械效率 2.（1）由图乙可知，当绳子自由端的速度为0.2m/s时，绳子自由端的拉力为300N。由图甲可知，承担物重的绳子股数为3，则根据可知动滑轮受到的重力 （2）根据图乙可知电动机的功率 当电动机拉动绳子的速度为0.5m/s时，拉力 则物体B的重力 滑轮组的机械效率 3.（1）由图线a可知，时，物体A提升的距离为，由图可知，有效绳子段数为2，则绳子自由端移动的距离为 根据公式可知，物体A绳端移动的速度为 （2）根据公式可知，提升物体A的拉力为 不计绳重和摩擦，提升物体A的拉力为 则动滑轮的重力为 （3）由图线b可知，时，物体B提升的距离为，则绳子自由端移动的距离为 根据公式可知，物体B绳端移动的速度为 根据公式可知，提升物体B的拉力为 不计绳重和摩擦，提升物体B的拉力为 则物体B的重力为 根据公式可知，提升物体B时，动滑轮的机械效率为 4.（1）由图可知，承担物重绳子的根数n=3，工人的拉力 （2）滑轮组的机械效率 （3）对工人进行受力分析，此时人受到向下的重力、绳子向下的拉力和平台向上的支持力，因此工人对水平台面的压力等于平台对工人向上的支持力，即 F压=F支=G人+F拉=600N+300N=900N 1 学科网（北京）股份有限公司 $