11.4 机械效率（举一反三讲义）物理教科版八年级下册

本初中物理“机械效率”讲义，系统梳理有用功、额外功、总功的概念及计算方法，深入分析滑轮组在竖直和水平方向的机械效率原理，同步整合测量滑轮组机械效率的实验探究，构建“概念辨析—公式推导—实验验证—实例应用”的递进式学习支架。 资料以思维导图直观呈现知识框架，助力物理观念形成，通过控制变量法探究机械效率影响因素（如动滑轮重、物重）培养科学探究与科学思维能力，典例变式（如搬书、工人提重物）联系实际渗透科学态度。课中辅助教师实验教学与概念讲解，课后巩固训练覆盖选择、计算、实验题，帮助学生查漏补缺，强化知识应用。

第4节 机械效率 目录 【思维导图】 1 【知识梳理】 1 知识点1：有用功、额外功和总功的概念以及计算方法 1 知识点2：测量滑轮组的机械效率 5 【巩固训练】 9 【思维导图】 【知识梳理】 知识点1：有用功、额外功和总功的概念以及计算方法 1. 有用功 、额外功、总功和机械效率的概念 有用功：提水所做的功，记作W有 额外功：克服水桶重力与自身重力所有的功，记作W额外 总功=有用功+额外功，记作W总 机械效率的定义：物理学中，将有用功跟总功的比值叫做机械效率。 公式：η＝×100% 2. 滑轮的有用功、额外功、总功和机械效率的理解以及计算方法 （1）竖直拉动物体 F是动力，做的是总功。 要克服滑轮重力和摩擦做功，这个功不是目的而又不得不做，是额外功。 目的是提升重物， 是有用功。 有用功： W有=Gh 额外功： W额外=G动滑轮h 总功： W总=W有+ W额外 W总=Fs 推导：机械效率计算公式的其它表达形式。 （2） 水平拉动物体要克服滑轮的轮与轴之间的摩擦做功，这个功不是目的而又不得不做，是额外功。 F是动力，做的功是总功。 目的是水平移动物体，克服物体与地面之间的摩擦力做的的功是有用功。 有用功： W有 = f s物 总功： W总 = F s绳 机械效率： 【典例1】小明用两种方法搬相同的书上楼：一是把所有书一起搬上楼；二是分多次先后将所有书搬上楼。若两种方法搬书的时间相同，则两种搬书过程中，他完成的物理量相同的是（      ） A．总功 B．有用功 C．机械效率 D．总功率 【典例2】用如图所示滑轮组将重12N的物体匀速提升0.5m，拉力F为5N，该滑轮组的机械效率为（　　） A．60% B．75% C．80% D．90% 【变式1】工人用滑轮组把一箱货物从一楼提升到五楼，在滑轮组上加润滑油后，机械效率提高了，则加润滑油后工人将同样重的货物从一楼提升到五楼时，做的（　　） A．有用功不变，总功减少 B．有用功增加，总功增加 C．有用功不变，总功增加 D．有用功减小，总功减小 【变式2】小梦用如图所示的动滑轮，在10s内将重200N的水桶匀速提升0.2m，动滑轮重10N，忽略绳重和摩擦，则（    ） A．绳子自由端10s内移动的距离为 B．拉力的大小为 C．动滑轮的机械效率为 D．拉力的功率为 【变式3】利用如图所示的滑轮，在粗糙水平面上匀速拉动物体，下列叙述正确的是（　　） A．重力做的功是有用功 B．拉力F1做的功是额外功 C．绳子自由端的拉力F做的功是总功 D．克服摩擦力做的功是额外功 知识点2：测量滑轮组的机械效率 实验探究 滑轮组的机械效率 实验原理 提出问题 滑轮组的机械效率可能与哪些因素有关？ 猜想与假设 影响滑轮组机械效率的因素可能有绕线方式、 提升重物的质量、动滑轮质量、重物提升的高度等。 设计实验 刻度尺、钩码、弹簧测力计、滑轮两个、铁架台、长约 2 m 的细绳等 用滑轮组提升物体，W有=Gh，W总=Fs，所以需要测出物重、拉力、物体上升的高度、绳子前进的距离。 进行实验 1.测出一个钩码的重力。 2.在滑轮组（一动一静）上挂两个钩码，记下钩码和绳子自由端的位置。竖直匀速拉动弹簧测力计，使钩码上升一定高度，读出测力计示数，用刻度尺测出钩码上升高度和绳自由端移动距离。 3.挂四个钩码重复上述实验。 4.记录数据，并计算机械效率。 实验数据 次数 钩码 重/N 钩码上升 高度/m 有用 功/J 弹簧测力计示数/N 绳子自由端移动距离/m 总功/J 机械 效率 1 2 3 实验结论 实验结论：动滑轮重一定，提起的物重越大，机械效率越高。提起的物重一定，动滑轮越重，机械效率越低。 影响因素： 1、动滑轮的重力（G动）（吊起同一个重物，动滑轮越重，机械效率越低。） 2 、所提升物体的重力（G物）（同一个滑轮组，吊起的物体越重，机械效率越高。） 3、滑轮组轮与轴及轮与绳之间的摩擦 如何提高滑轮组的机械效率？ 1.减小动滑轮的重力 2.增大吊起的物体重力 3.减小摩擦力 【典例1】在“测量滑轮组的机械效率”的实验中，用同一滑轮组进行三次实验（如图所示），实验数据记录如下表： 实验序号 钩码重\N 钩码上升高度\cm 弹簧测力计示数\N 弹簧测力计移动 距离\cm 机械效率 ① 2 0.8 30 83.3% ② 4 10 1.5 30 ③ 6 10 2.2 30 90.9% (1)在实验过程中，应沿竖直方向 拉动弹簧测力计。 (2)第2次实验中滑轮组的机械效率为 （结果保留一位小数）。 (3)分析数据可得结论：用同一滑轮组，提升的物体越重，滑轮组的机械效率越 （选填“高”或“低”）。 (4)根据实验结论推测，使用该滑轮组再次将重8N的物体匀速提升10cm，此时滑轮组的机械效率可能为__________（只填序号）。 A．71.6% B．82.4% C．92.1% (5)若第1次实验中，钩码上升高度变为20cm，则滑轮组的机械效率 （选填“大于”、“小于”或“等于”）83.3%。 【变式1】某同学探究“影响滑轮组的机械效率的因素”，他用质量相同的滑轮做了如图所示的实验，并测算了各次实验的机械效率，下列相关说法中正确的是（    ） A．实验时，可在弹簧测力计静止时读数 B．实验时，换用不同装置多次实验是为了减小误差 C．由甲乙可知：滑轮组的机械效率与绳子的绕法有关 D．由乙丙可知：同一滑轮组提升的物体越重，机械效率越高 【变式2】工人用如图所示的装置把重240N的物体提高1m，所用的拉力为150N，则该工人克服重力所做的有用功为 J，该滑轮组的机械效率是 ，若仅增加提升的重物，该滑轮组的机械效率将 （选填“增大”、“减小”或“不变”）。 【变式3】如图所示，某同学在做“测定滑轮组机械效率”实验时，采用“一个定滑轮、一个动滑轮”组成的滑轮组，实验记录如下表： 实验序号 钩码重/N 钩码上升距离/cm 拉力/N 绳端移动距离/cm 机械效率 ① 3.0 10 1.5 30 66.7% ② 4.5 10 2.0 A B ③ 6.0 10 2.5 30 80.0% (1)完成表格两个数据的计算。A： ；B： ； (2)如果第二次实验时用“两个定滑轮、两个动滑轮”组成的滑轮组来提升同样的钩码做实验，则弹簧测力计读数将 ，机械效率将 （均选填“变大”、“变小”或“不变”）； (3)某次实验时将绳子自由端竖直方向 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，绳自由端移动距离记为s，钩码提升高度记为h，不计绳子重及摩擦，则下列关于滑轮组机械效率的计算关系中错误的是( ) A．        B．        C．        D． (4)分析表中数据可以发现，使用同一滑轮组提升钩码，钩码重力变大，机械效率将 （选填“提高”、“不变”或“降低”） 【巩固训练】 1．“曲岸深潭一山叟，驻眼看钩不移手”，古往今来，无数钓鱼爱好者陶醉于这项活动之中。钓鱼时，某人不小心把水桶弄进水里，捞上桶时发现桶里带些水，在用绳子打捞水桶的过程中，下列所述中属于有用功的是（　　） A．把桶中水提高做的功 B．把桶和桶中的水提高做的功 C．把桶提高做的功 D．把绳子提高做的功 2．关于功、功率、机械效率，下列说法中正确的是（　　） A．效率越高的机械，做的有用功越多 B．功率越大的机械，做功越快 C．做功越多的机械，功率越大 D．功率越大的机械，机械效率越高 3．用滑轮组提高重物，下述几种方法中能够提高机械效率的是（　　） A．改变绳子的缠绕方法 B．增加重物提升高度 C．增加动滑轮质量 D．增加重物质量 4．把同样重的物体匀速向上提升，两机械做功情况的部分数据如图所示，以下说法正确的是（　　） A．甲机械做的有用功等于乙机械做的有用功 B．甲机械的额外功小于乙机械的额外功 C．甲机械的总功大于乙机械的总功 D．甲的机械效率大于乙的机械效率 5．如图所示，用滑轮组提升重物时，重400N的物体在10s内匀速上升了1m。已知拉绳的力F为250N，则提升重物的过程中（　　） A．绳子自由端被拉下1m B．做的总功是400J C．拉力的功率是25W D．滑轮组的机械效率是80% 6．小明分别用图甲和乙的滑轮组匀速提升同一重物到相同高度，实际测量，则（　　） A． B． C． D． 7．如图甲所示，一位同学用滑轮组拉着重700N的物体A，在水平地面上匀速前进，全过程滑轮组的部分数据如图乙所示，物体A受到阻力为其重力的0.1倍，下列说法正确的是（　　） A．拉力F做功700J B．物体A移动的距离为1m C．只增大物体的重力，机械效率不变 D．该滑轮组的机械效率是70% 8．某同学在做测量机械效率的实验时，分别用甲、乙两种机械将重的同一物体匀速提升，记录它们所做的总功如图所示，则甲机械做的有用功为 J，甲、乙两机械的机械效率 （选填“>”、“=”或“<”）。 9．如图所示，站在水平地面上的工人师傅利用滑轮组将重为810N的物体，在10s内匀速提升了2m，绳子自由端的拉力为300N，若不计绳重及摩擦，则动滑轮的重力为 N，拉力的功率为 W，此时滑轮组的机械效率为 。 10．如图所示，是采用滑轮组水平向右移动重物的场景。已知物体A重为20N，水平滑动时受到的摩擦力为12N，拉力F＝5N，物体A在5s内匀速移动了0.2m，则滑轮组对物体做的有用功为 J，滑轮组的机械效率为 。 11．用如图甲的滑轮组提升重的物体，已知拉力F为，不计绳重和摩擦，物体和绳子自由端的运动情况如图乙所示，反映绳子自由端运动的图线是 （选填“A”或“B”），动滑轮重为 ，机械效率为 %（保留一位小数）。 12．建筑工地上，起重机吊臂上的滑轮组如图所示。在匀速吊起的重物时，绳子自由端在4s内移动了4m，若拉力F为2000N，则拉力F的功率为 W，滑轮组的机械效率为 。 13．提高机械效率可以充分发挥机械设备的作用，对节能减排、提高经济效益有重要的意义。某科技创新小组根据生活经验和客观事实，对影响滑轮组机械效率的因素作出如下猜想： 猜想Ⅰ：滑轮组的机械效率与物体被提升的高度有关 猜想Ⅱ：滑轮组的机械效率与动滑轮的重力有关 猜想Ⅲ：滑轮组的机械效率与所提物体的重力有关 根据猜想，运用如图甲、乙、丙所示的装置进行了实验探究，测得的实验数据如下表所示。 实验次数 钩码的重力 钩码上升高度 绳端拉力 绳端移动的距离 机械效率 1 2 0.1 0.90 0.3 74.1% 2 4 0.1 1.50 0.3 88.9% 3 4 0.1 1.25 0.4 4 4 0.2 1.50 0.6 88.9% （1）实验时应沿竖直方向 缓慢向上拉动弹簧测力计；构成滑轮组的定滑轮，它的作用是 ； （2）分析表中数据可知：第3次实验是利用了图 的装置完成的，它的机械效率 %； （3）比较2、4两次实验数据，可验证猜想Ⅰ是 （选填“正确”或“错误”）的； （4）通过比较 （填实验序号）两次实验数据得出结论：同一滑轮组提升重物时，物重越大，滑轮组的机械效率越高； （5）通过比较2、3两次实验数据可得出结论：不同滑轮组提升相同重物时，动滑轮越重，滑轮组的机械效率 。 14．如图所示，工人利用滑轮组将一个重900N的货箱在6s内匀速提升3m。此过程中，绳子自由端所受的拉力为F，滑轮组的机械效率为75%。（不计绳重和摩擦）则：    (1)有用功是多少? (2)拉力F是多少? (3)若用此滑轮组匀速提起1200N的货物，此时滑轮组的机械效率是多少? 15．在一次车辆故障处理过程中，拖车所用装置简化如图。为了尽快疏通道路，交警只用了30s的时间，指挥拖车在水平路面上将质量为1.5t的故障车匀速拖离了现场。若故障车被拖离的速度是1m/s，绳子自由端的拉力F是500N，故障车被匀速拖离时受到的阻力是车重的0.08。（g取10N/kg） 求： (1)A处拉力的大小。 (2)拉力F在30s内所做的功。 (3)该装置的机械效率。 16．如图所示，工人师傅用150N的拉力，使重为1000N的物体以0.2m/s的速度在地面上沿水平方向做匀速直线运动，已知物体在运动时受到地面的摩擦力为物重的0.2倍。不计绳重及绳与滑轮、滑轮与轴之间的摩擦。求： （1）工人师傅拉力的功率； （2）动滑轮的重； （3）若物重增大到2000N，则滑轮组的机械效率是多少？ 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $ 第4节 机械效率 目录 【思维导图】 1 【知识梳理】 1 知识点1：有用功、额外功和总功的概念以及计算方法 1 知识点2：测量滑轮组的机械效率 6 【巩固训练】 13 【思维导图】 【知识梳理】 知识点1：有用功、额外功和总功的概念以及计算方法 1. 有用功 、额外功、总功和机械效率的概念 有用功：提水所做的功，记作W有 额外功：克服水桶重力与自身重力所有的功，记作W额外 总功=有用功+额外功，记作W总 机械效率的定义：物理学中，将有用功跟总功的比值叫做机械效率。 公式：η＝×100% 2. 滑轮的有用功、额外功、总功和机械效率的理解以及计算方法 （1）竖直拉动物体 F是动力，做的是总功。 要克服滑轮重力和摩擦做功，这个功不是目的而又不得不做，是额外功。 目的是提升重物， 是有用功。 有用功： W有=Gh 额外功： W额外=G动滑轮h 总功： W总=W有+ W额外 W总=Fs 推导：机械效率计算公式的其它表达形式。 （2） 水平拉动物体要克服滑轮的轮与轴之间的摩擦做功，这个功不是目的而又不得不做，是额外功。 F是动力，做的功是总功。 目的是水平移动物体，克服物体与地面之间的摩擦力做的的功是有用功。 有用功： W有 = f s物 总功： W总 = F s绳 机械效率： 【典例1】小明用两种方法搬相同的书上楼：一是把所有书一起搬上楼；二是分多次先后将所有书搬上楼。若两种方法搬书的时间相同，则两种搬书过程中，他完成的物理量相同的是（      ） A．总功 B．有用功 C．机械效率 D．总功率 【答案】B 【详解】由题可知，书的总重量相同，提升的高度相同（从楼下到楼上），所以有用功相同。由 ，可知，时间相同，有用功相同，所以有用功功率也相同。但总功不一定相同，因为分多次搬时，人要多次上下楼，额外功（人自身重力做的功）更多，总功更大，总功功率相应的也更大。有用功相同，但总功不同，所以机械效率不同，故ACD不符合题意，B符合题意。 故选 B。 【典例2】用如图所示滑轮组将重12N的物体匀速提升0.5m，拉力F为5N，该滑轮组的机械效率为（　　） A．60% B．75% C．80% D．90% 【答案】C 【详解】由图可知，绳子段数，物体上升高度，则绳子自由端移动距离 有用功 总功 滑轮组机械效率故C符合题意，ABD不符合题意。 故选 C。 【变式1】工人用滑轮组把一箱货物从一楼提升到五楼，在滑轮组上加润滑油后，机械效率提高了，则加润滑油后工人将同样重的货物从一楼提升到五楼时，做的（　　） A．有用功不变，总功减少 B．有用功增加，总功增加 C．有用功不变，总功增加 D．有用功减小，总功减小 【答案】A 【详解】加润滑油后工人将同样重的货物从一楼提升到五楼时，货物的重力和提升的高度不变，由W有=Gh可知，工人所做的有用功不变，在滑轮组上加润滑油后，摩擦力减小，克服摩擦力所做的额外功减少，由W总=W有+W额可知，总功减小，故A符合题意，BCD不符合题意。 故选A。 【变式2】小梦用如图所示的动滑轮，在10s内将重200N的水桶匀速提升0.2m，动滑轮重10N，忽略绳重和摩擦，则（    ） A．绳子自由端10s内移动的距离为 B．拉力的大小为 C．动滑轮的机械效率为 D．拉力的功率为 【答案】D 【详解】A．由题图可知，动滑轮绳子股数为n=2，绳子自由端10s内移动的距离为，故A不符合题意； B．忽略绳重和摩擦，根据可得，拉力F的大小为，故B不符合题意； C．忽略绳重和摩擦，利用动滑轮提升重物时需要克服动滑轮重做功，因此动滑轮机械效率小于100%，故C不符合题意； D．拉力的功率为，故D符合题意。 故选D。 【变式3】利用如图所示的滑轮，在粗糙水平面上匀速拉动物体，下列叙述正确的是（　　） A．重力做的功是有用功 B．拉力F1做的功是额外功 C．绳子自由端的拉力F做的功是总功 D．克服摩擦力做的功是额外功 【答案】C 【详解】A．由题图知，在水平面上使用动滑轮拉动物体，重力不做功，故A错误； BD．克服物体受到的摩擦力做的功即拉力F1做的功为有用功，克服动滑轮间的摩擦做的功为额外功，故BD错误； C．绳子自由端的拉力F做的功包括有用功和额外功，为总功，故C正确。 故选C。 知识点2：测量滑轮组的机械效率 实验探究 滑轮组的机械效率 实验原理 提出问题 滑轮组的机械效率可能与哪些因素有关？ 猜想与假设 影响滑轮组机械效率的因素可能有绕线方式、 提升重物的质量、动滑轮质量、重物提升的高度等。 设计实验 刻度尺、钩码、弹簧测力计、滑轮两个、铁架台、长约 2 m 的细绳等 用滑轮组提升物体，W有=Gh，W总=Fs，所以需要测出物重、拉力、物体上升的高度、绳子前进的距离。 进行实验 1.测出一个钩码的重力。 2.在滑轮组（一动一静）上挂两个钩码，记下钩码和绳子自由端的位置。竖直匀速拉动弹簧测力计，使钩码上升一定高度，读出测力计示数，用刻度尺测出钩码上升高度和绳自由端移动距离。 3.挂四个钩码重复上述实验。 4.记录数据，并计算机械效率。 实验数据 次数 钩码 重/N 钩码上升 高度/m 有用 功/J 弹簧测力计示数/N 绳子自由端移动距离/m 总功/J 机械 效率 1 2 3 实验结论 实验结论：动滑轮重一定，提起的物重越大，机械效率越高。提起的物重一定，动滑轮越重，机械效率越低。 影响因素： 1、动滑轮的重力（G动）（吊起同一个重物，动滑轮越重，机械效率越低。） 2 、所提升物体的重力（G物）（同一个滑轮组，吊起的物体越重，机械效率越高。） 3、滑轮组轮与轴及轮与绳之间的摩擦 如何提高滑轮组的机械效率？ 1.减小动滑轮的重力 2.增大吊起的物体重力 3.减小摩擦力 【典例1】在“测量滑轮组的机械效率”的实验中，用同一滑轮组进行三次实验（如图所示），实验数据记录如下表： 实验序号 钩码重\N 钩码上升高度\cm 弹簧测力计示数\N 弹簧测力计移动 距离\cm 机械效率 ① 2 0.8 30 83.3% ② 4 10 1.5 30 ③ 6 10 2.2 30 90.9% (1)在实验过程中，应沿竖直方向 拉动弹簧测力计。 (2)第2次实验中滑轮组的机械效率为 （结果保留一位小数）。 (3)分析数据可得结论：用同一滑轮组，提升的物体越重，滑轮组的机械效率越 （选填“高”或“低”）。 (4)根据实验结论推测，使用该滑轮组再次将重8N的物体匀速提升10cm，此时滑轮组的机械效率可能为__________（只填序号）。 A．71.6% B．82.4% C．92.1% (5)若第1次实验中，钩码上升高度变为20cm，则滑轮组的机械效率 （选填“大于”、“小于”或“等于”）83.3%。 【答案】(1)匀速缓慢 (2)88.9% (3)高 (4)C (5)等于 【详解】（1）实验过程中，应沿竖直方向匀速向上拉动弹簧测力计，此时系统处于平衡状态，受到平衡力的作用，拉力大小不变，测力计示数稳定。 （2）由表中数据可得，第2次实验中滑轮组的机械效率为 （3）纵向分析数据可得结论：用同一滑轮组，提升的物体越重，滑轮组的机械效率越高。 （4）根据“用同一滑轮组，提升的物体越重，滑轮组的机械效率越高”，所以，使用该滑轮组再次将重8N的物体匀速提升10cm，此时物重比第3次实验的物重大，则机械效率大于90.9%，所以此时滑轮组的机械效率可能为92.1%。，故选C。 （5）该滑轮组的机械效率，可知滑轮组机械效率与物体提升的高度无关，所以，若第1次实验中，钩码上升高度变为20cm，则滑轮组的机械效率等于83.3%。 【变式1】某同学探究“影响滑轮组的机械效率的因素”，他用质量相同的滑轮做了如图所示的实验，并测算了各次实验的机械效率，下列相关说法中正确的是（    ） A．实验时，可在弹簧测力计静止时读数 B．实验时，换用不同装置多次实验是为了减小误差 C．由甲乙可知：滑轮组的机械效率与绳子的绕法有关 D．由乙丙可知：同一滑轮组提升的物体越重，机械效率越高 【答案】D 【详解】A．测量绳端拉力时，弹簧测力计需做匀速直线运动才能保证拉力等于弹簧测力计示数，静止时读数因忽略了摩擦力的影响，会导致测量结果错误，故A错误； B．实验时换用不同装置多次实验是为了寻找普遍规律，不是为了减小误差，故B错误； C．甲、乙两次实验中，滑轮组绕线方式不同，提升物体重力相同，动滑轮重力等因素相同，测出的机械效率相同，得出机械效率与绳子绕法无关，故C错误；    D．乙、丙两次实验使用同一滑轮组，控制动滑轮重力等因素不变，仅提升物体重力不同，丙中物体重力更大，机械效率更高，可得出“同一滑轮组提升的物体越重，机械效率越高”，故D正确。    故选D。 【变式2】工人用如图所示的装置把重240N的物体提高1m，所用的拉力为150N，则该工人克服重力所做的有用功为 J，该滑轮组的机械效率是 ，若仅增加提升的重物，该滑轮组的机械效率将 （选填“增大”、“减小”或“不变”）。 【答案】 240 80% 增大 【详解】[1]该工人克服重力所做的有用功为 [2]由图知，n=2，拉力端移动的距离 拉力做的总功 那么动滑轮的机械效率为 [3]此过程中所用滑轮组没有发生变化，滑轮组主要的额外功是克服动滑轮的重力做功，所以在此过程中，可看成所做的额外功不变，由于物体的重力增加，由公式可知，有用功所占的比例将增大，所以动滑轮的机械效率增大。 【变式3】如图所示，某同学在做“测定滑轮组机械效率”实验时，采用“一个定滑轮、一个动滑轮”组成的滑轮组，实验记录如下表： 实验序号 钩码重/N 钩码上升距离/cm 拉力/N 绳端移动距离/cm 机械效率 ① 3.0 10 1.5 30 66.7% ② 4.5 10 2.0 A B ③ 6.0 10 2.5 30 80.0% (1)完成表格两个数据的计算。A： ；B： ； (2)如果第二次实验时用“两个定滑轮、两个动滑轮”组成的滑轮组来提升同样的钩码做实验，则弹簧测力计读数将 ，机械效率将 （均选填“变大”、“变小”或“不变”）； (3)某次实验时将绳子自由端竖直方向 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，绳自由端移动距离记为s，钩码提升高度记为h，不计绳子重及摩擦，则下列关于滑轮组机械效率的计算关系中错误的是( ) A．        B．        C．        D． (4)分析表中数据可以发现，使用同一滑轮组提升钩码，钩码重力变大，机械效率将 （选填“提高”、“不变”或“降低”） 【答案】(1) 30 75.0% (2) 变小 变小 (3) 匀速 B (4)提高 【详解】（1）[1]由其他组数据及滑轮组图可知，绳子自由端移动的距离s与物体被提升的高度h之间的关系为，则A单元格为 [2]B单元格为第二次实验时的机械效率，由可得，机械效率为 （2）[1]如果第二次实验时用“两个定滑轮、两个动滑轮”组成的滑轮组来提升同样的钩码做实验，增加了动滑轮，根据可知，因为增大比例小于n增大比例，所以弹簧测力计的示数会变小。 [2]根据机械效率计算公式可知，因为增大，所以机械效率会变小。 （3）[1]实验时将绳子自由端竖直方向匀速拉动时弹簧测力计，以保证系统处于平衡状态，测力计示数稳定。 [2]AD．机械效率计算的基本公式为，其中有用功就是克服物体重力所在的功，即，总功为拉力所做的功，不计绳重及摩擦，克服动滑轮重力所做的功为额外功，所以有 故AD正确，不符合题意； BC．绳子自由端移动的距离与物体被提升的高度之间的关系为，提升物体时所需拉力大小为，所以有 故C正确，不符合题意；故B错误，符合题意。 故选B。 （4）由可知，使用同一滑轮组提升钩码，钩码重力变大，所做的有用功变大，而额外功几乎不变，有用功占总功的比例变大，机械效率将会提高。 【巩固训练】 1．“曲岸深潭一山叟，驻眼看钩不移手”，古往今来，无数钓鱼爱好者陶醉于这项活动之中。钓鱼时，某人不小心把水桶弄进水里，捞上桶时发现桶里带些水，在用绳子打捞水桶的过程中，下列所述中属于有用功的是（　　） A．把桶中水提高做的功 B．把桶和桶中的水提高做的功 C．把桶提高做的功 D．把绳子提高做的功 【答案】C 【详解】有用功的定义是完成一件事情而做的功，简单理解，有用功是与你的目的直接相关的；我们的目的就是为了把水桶提上来，所以克服水桶的重力做的功为有用功。故C符合题意，ABD不符合题意。 故选C。 2．关于功、功率、机械效率，下列说法中正确的是（　　） A．效率越高的机械，做的有用功越多 B．功率越大的机械，做功越快 C．做功越多的机械，功率越大 D．功率越大的机械，机械效率越高 【答案】B 【详解】A．机械效率是有用功占总功的比值，效率越高的机械，做的有用功不一定越多，故A错误； BC．功率指的是做功快慢，功率大，指的是做功快，做功多的机械，功率不一定大，故B正确，C错误； D．机械效率是有用功占总功的比值，而功率是做功快慢的物理量，两个物理量之间没有必然的联系，故D错误。 故选B。 3．用滑轮组提高重物，下述几种方法中能够提高机械效率的是（　　） A．改变绳子的缠绕方法 B．增加重物提升高度 C．增加动滑轮质量 D．增加重物质量 【答案】D 【详解】A．改变绳子的缠绕方法，对重物被拉升没有影响，即对有用功没影响；对动滑轮的拉升、动滑轮转动时的摩擦也没有影响，即不影响额外功。所以改变绕绳方式不影响机械效率。故A不符合题意； B．增加重物提升高度的时候，绳端被拉升的距离也变长了，根据 可知，机械效率并不受影响。故B不符合题意； C．增加动滑轮质量，对有用功没影响，额外功增加了，所以机械效率降低了，故C不符合题意； D．增加重物的质量，即增加了重物的重力，在动滑轮、摩擦不变的情况下，即额外功不变的情况下，有用功增加了，所以机械效率就提高了。故D符合题意。 故选D。 4．把同样重的物体匀速向上提升，两机械做功情况的部分数据如图所示，以下说法正确的是（　　） A．甲机械做的有用功等于乙机械做的有用功 B．甲机械的额外功小于乙机械的额外功 C．甲机械的总功大于乙机械的总功 D．甲的机械效率大于乙的机械效率 【答案】C 【详解】对于甲机械：已知额外功，则总功 有用功 机械效率为 对于乙机械：已知有用功，机械效率为 总功 则额外功为 因，故A错误； ，故B错误； ，故C正确； ，故D错误。 故选C。 5．如图所示，用滑轮组提升重物时，重400N的物体在10s内匀速上升了1m。已知拉绳的力F为250N，则提升重物的过程中（　　） A．绳子自由端被拉下1m B．做的总功是400J C．拉力的功率是25W D．滑轮组的机械效率是80% 【答案】D 【详解】A．由图知，n=2，绳子自由端被拉下的距离 故A不符合题意； B．拉力做的总功 故B不符合题意； C．拉力做功的功率 故C不符合题意； D．所做的有用功 滑轮组的机械效率 故D符合题意。 故选D。 6．小明分别用图甲和乙的滑轮组匀速提升同一重物到相同高度，实际测量，则（　　） A． B． C． D． 【答案】D 【详解】A．图甲和乙的滑轮组匀速提升同一重物到相同高度，则根据可知，有用功相同，即，故A不符合题意； B．把同一重物匀速提升相同的高度，图甲中动滑轮上有2股绳，则绳端移动的距离为 图乙中动滑轮上有3股绳，则绳端移动的距离为 则 所以，故B不符合题意； CD．已知，，根据可知，，故C不符合题意，D符合题意。 故选D。 7．如图甲所示，一位同学用滑轮组拉着重700N的物体A，在水平地面上匀速前进，全过程滑轮组的部分数据如图乙所示，物体A受到阻力为其重力的0.1倍，下列说法正确的是（　　） A．拉力F做功700J B．物体A移动的距离为1m C．只增大物体的重力，机械效率不变 D．该滑轮组的机械效率是70% 【答案】D 【详解】A．拉力做的功为总功，由图可知，总功为 则拉力F做功为1000J，故A错误； B．物体的重力为G=700N，物体A受到阻力为其重力的0.1倍，即 由可知，物体A移动的距离为 故B错误； C．增大物体的重力，则物体对地面的压力增大，物体与地面之间的摩擦力增大，则有用功增大，由可知，机械效率增大，故C错误； D．该滑轮组的机械效率是 故D正确。 故选D。 8．某同学在做测量机械效率的实验时，分别用甲、乙两种机械将重的同一物体匀速提升，记录它们所做的总功如图所示，则甲机械做的有用功为 J，甲、乙两机械的机械效率 （选填“>”、“=”或“<”）。 【答案】 1.2 < 【详解】[1][2]分别用甲、乙两种机械将重2N的物体匀速提升0.6m，所做的有用功 从图中可知，甲机械的总功4.5J，乙机械的总功为3J，两机械有用功相同，根据公式可知，甲机械的总功大于乙机械的总功，故。 9．如图所示，站在水平地面上的工人师傅利用滑轮组将重为810N的物体，在10s内匀速提升了2m，绳子自由端的拉力为300N，若不计绳重及摩擦，则动滑轮的重力为 N，拉力的功率为 W，此时滑轮组的机械效率为 。 【答案】 90 180 90% 【详解】[1]由图可知，n=3，物体的重力为810N，绳子自由端的拉力为300N，若不计绳重及摩擦，由可知，动滑轮的重力为 [2]物体在10s内匀速提升了2m，拉力的功率 [3]此时滑轮组的机械效率 10．如图所示，是采用滑轮组水平向右移动重物的场景。已知物体A重为20N，水平滑动时受到的摩擦力为12N，拉力F＝5N，物体A在5s内匀速移动了0.2m，则滑轮组对物体做的有用功为 J，滑轮组的机械效率为 。 【答案】 2.4 80%/0.8 【详解】[1]滑轮组对物体做的有用功是克服摩擦力所做的功，公式为。 已知摩擦力 ，物体移动距离 物，则： [2]首先确定滑轮组的绳子段数：由图可知，动滑轮上有3段绳子承担力，因此绳子自由端移动的距离 总功 机械效率 11．用如图甲的滑轮组提升重的物体，已知拉力F为，不计绳重和摩擦，物体和绳子自由端的运动情况如图乙所示，反映绳子自由端运动的图线是 （选填“A”或“B”），动滑轮重为 ，机械效率为 %（保留一位小数）。 【答案】 A 40 83.3 【详解】[1]由图甲可知，滑轮组有3段绳子承担物重，所以绳端速度为物体速度的3倍。由图乙可知，A图线表示的速度为 同理，B图线表示的速度为0.5m/s，所以反映绳子自由端运动的图线是A。 [2]动滑轮重为 [3]滑轮组的机械效率为 12．建筑工地上，起重机吊臂上的滑轮组如图所示。在匀速吊起的重物时，绳子自由端在4s内移动了4m，若拉力F为2000N，则拉力F的功率为 W，滑轮组的机械效率为 。 【答案】 2000 60% 【详解】[1]绳子自由端的速度为 拉力F的功率为 [2]由图可知，承担物重的绳子有3段，滑轮组的机械效率为 13．提高机械效率可以充分发挥机械设备的作用，对节能减排、提高经济效益有重要的意义。某科技创新小组根据生活经验和客观事实，对影响滑轮组机械效率的因素作出如下猜想： 猜想Ⅰ：滑轮组的机械效率与物体被提升的高度有关 猜想Ⅱ：滑轮组的机械效率与动滑轮的重力有关 猜想Ⅲ：滑轮组的机械效率与所提物体的重力有关 根据猜想，运用如图甲、乙、丙所示的装置进行了实验探究，测得的实验数据如下表所示。 实验次数 钩码的重力 钩码上升高度 绳端拉力 绳端移动的距离 机械效率 1 2 0.1 0.90 0.3 74.1% 2 4 0.1 1.50 0.3 88.9% 3 4 0.1 1.25 0.4 4 4 0.2 1.50 0.6 88.9% （1）实验时应沿竖直方向 缓慢向上拉动弹簧测力计；构成滑轮组的定滑轮，它的作用是 ； （2）分析表中数据可知：第3次实验是利用了图 的装置完成的，它的机械效率 %； （3）比较2、4两次实验数据，可验证猜想Ⅰ是 （选填“正确”或“错误”）的； （4）通过比较 （填实验序号）两次实验数据得出结论：同一滑轮组提升重物时，物重越大，滑轮组的机械效率越高； （5）通过比较2、3两次实验数据可得出结论：不同滑轮组提升相同重物时，动滑轮越重，滑轮组的机械效率 。 【答案】 匀速 改变力的方向 丙 80 错误 1、2 越低 【详解】（1）[1]实验时应沿竖直方向匀速缓慢向上拉动弹簧测力计，使物体受力平衡。 [2]定滑轮虽不能省力，但可以改变力的方向，所以构成滑轮组的定滑轮的作用是改变力的方向。 （2）[3]由表中数据可知，绳端移动距离是钩码上升高度的4倍，说明有四根绳子受力，故实验用的是图丙中的装置。 [4]机械效率 （3）[5]由表中数据可知，2和4两组绳端移动的距离都是钩码上升高度的3倍，说明使用的是同一装置，物体被提升的高度不同，但机械效率相等，说明机械效率与物体被提升的高度无关，即猜想I是错误的。 （4）[6]1、2两组绳端移动的距离都是钩码上升高度的3倍，说明使用的是同一装置，2物体的重力更大，机械效率更大，说明同一滑轮组提升重物时，物重越大，滑轮组的机械效率越高。 （5）[7]对比2、3两组，重物的重力不变，提升的高度也不变，但滑轮组中动滑轮的个数变多，机械效率降低，所以可得出结论：不同滑轮组提升相同重物时，动滑轮越重，滑轮组的机械效率越低。 14．如图所示，工人利用滑轮组将一个重900N的货箱在6s内匀速提升3m。此过程中，绳子自由端所受的拉力为F，滑轮组的机械效率为75%。（不计绳重和摩擦）则：    (1)有用功是多少? (2)拉力F是多少? (3)若用此滑轮组匀速提起1200N的货物，此时滑轮组的机械效率是多少? 【答案】(1)2700J (2)400N (3)80% 【详解】（1）由题可知，有用功为 （2）拉力做的总功为 由图可知，动滑轮上有段绳子承担物重，即，则绳子自由端移动的距离为 由可得，拉力为 （3）根据可得，动滑轮的重力为 则用此滑轮组匀速提起1200N的货物时，滑轮组的机械效率是 15．在一次车辆故障处理过程中，拖车所用装置简化如图。为了尽快疏通道路，交警只用了30s的时间，指挥拖车在水平路面上将质量为1.5t的故障车匀速拖离了现场。若故障车被拖离的速度是1m/s，绳子自由端的拉力F是500N，故障车被匀速拖离时受到的阻力是车重的0.08。（g取10N/kg） 求： (1)A处拉力的大小。 (2)拉力F在30s内所做的功。 (3)该装置的机械效率。 【答案】(1)1200N (2)4.5×10⁴J (3)80% 【详解】（1）A处拉力的大小 （2）故障车在30s内移动的距离 绳子自由端移动的距离 拉力F在30s内所做的功 （3）有用功 该装置的机械效率 16．如图所示，工人师傅用150N的拉力，使重为1000N的物体以0.2m/s的速度在地面上沿水平方向做匀速直线运动，已知物体在运动时受到地面的摩擦力为物重的0.2倍。不计绳重及绳与滑轮、滑轮与轴之间的摩擦。求： （1）工人师傅拉力的功率； （2）动滑轮的重； （3）若物重增大到2000N，则滑轮组的机械效率是多少？ 【答案】（1）60W；（2）100N；（3）80％ 【详解】解：（1）该滑轮组动滑轮上有两段绳子承载，整个过程克服摩擦力做功。绳端移动的速度 拉力做功的功率 （2）根据F=，动滑轮重力为 G动=nF-f=nF-0.2G=2×150N-0.2×1000N=100N （3）若物重增大到2000N，则此时物体与地面之间的摩擦力 绳端拉力 滑轮组的机械效率 答：（1）工人师傅拉力的功率为60W； （2）动滑轮重力为100N； （3）滑轮组的机械效率为80％。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $