11.4 机械效率-【学海风暴】2025-2026学年八年级下册物理同步备课（教科版）

机 ● 课前预习导航 一、有用功和额外功 1.有用功：在物理学中，人们使用机械完 成某一项任务时必须做的功，叫作有用功。有 用功用符号W有或W有用表示。 2.额外功：并非我们需要，但又不得不做 的功。额外功用W额或W额外表示。 3.总功：使用机械时，动力所做的功。总 功实际上是有用功和额外功之和，总功用W总 表示。W总=W有用十W额外。 二、机械效率 1.定义：有用功W有用跟总功W总的比值 叫作机械效率。 W有用×100%。 2.公式：7=W8 (1)机械效率是一个比值，只有大小，没有 单位。 (2)由于有用功总小于总功，因此机械效 率总是小于1，通常用百分数表示。 (3)机械效率是表示机械做功性能好坏的 物理量，机械效率越高，机械的性能越好。 规律总结 提高机械效率的方法： (1)有用功一定时，减小额外功。如减 小机械自重、保证良好的润滑等。 (2)额外功一定时，增大有用功。如增 大物重等。增大物重是提高机械效率非常 有效的措施。 三、测量滑轮组的机械效率（见本节重 点实验讲解)】 重点实验讲解 【实验名称】测量滑轮组的机械效率。 【实验原理】)一w N箱×100%=2 ×100% 械效率 【实验器材】刻度尺、钩码、弹簧测力计、滑 轮、长约2m的细绳、铁架台等。 【实验过程】 1.用弹簧测力计测出钩码所受的重力G 并填入表格中。 2.按照图甲组装滑轮组，分别记下钩码和 绳端的位置。 3.如图乙所示，匀速缓慢拉动弹簧测力 计，使钩码升高，从弹簧测力计上读出拉力F 的值，用刻度尺测出钩码上升的高度h和绳端 移动的距离s,将这三个量填入表格中。 4.利用公式计算出有用功W有、总功W总、 机械效率？并填入表格中。 5.改变钩码的数量，重复上面的实验（多 次实验，消除偶然因素)。 6.换用较重的动滑轮组成滑轮组，重复第 2~5步，将实验数据填入表格中 【实验数据】 实钩码所提升 有用功拉力 绳端移 总功机械效 次 受的重高度 动的距 W有/小F/N 力G/Nh/m 离s/m W点/小率n 2 3 4 5 【实验结论】 1.使用同一滑轮组提升重力不同的物体 下册第11章 109 时，机械数率不同，被提升的物体越重，机械效 率越高。 2.使用不同的滑轮组提升同一物体时，升 高相同的高度，动滑轮较重的（或动滑轮多的） 滑轮组的机械数率较低。 【拓展】 1.实验中分别记下钩码和弹簧测力计的 起始位置的目的是：便于测量钩码和弹簧测力 计移动的距离。 2.实验中，匀速缓慢拉动弹簧测力计的目 的是：使弹簧测力计示数稳定，便于读出拉力 大小 已经典例题剖析 【例】(2025凉山)用图甲所示的滑轮组提 升物体A。已知物体A的重力为900N,卷扬 机施加在绳子自由端的拉力F将物体A以 0.5m/s的速度匀速提高了5m。拉力F做的 功随时间变化的图像如图乙所示（不计绳重和 滑轮与绳的摩擦)。此过程滑轮组提升物体的 机械效率为 %,动滑轮的重力为 N。 ↑W小 10000 目卷扬机 7500 5000 A 2500- 05101520/s 乙 【解题点拨】已知物体A的重力和上升的 高度，根据公式W=Gh计算拉力F提升物体 A时做的有用功；已知物体A上升的高度和速 度，由速度公式计算出物体A上升的时间，由 图乙可知此时拉力做的总功，再根据公式？ W是X100%计算出此时滑轮组的机械效率： W点 由图甲可知绳子的有效段数n,由s=nh和W =Fs可以计算出绳子自由端的拉力F,不计绳 重和滑轮与绳的摩擦，由F=】(G十G)可 10 八年级物理JK版 计算出动滑轮的重力。 参考答案0【例】90 100 已课内基础闯关 考点①有用功、额外功和总功 1.右图所示的是在生产力比较 低下的时期，人们从人工挖的 水井中获取生活用水时使用 的辘轳和水桶。当使用辘轳和水桶从井中 提水时，对水桶做的功是 对水做的功是 ,手的拉力所 做的功是 (均选填“总功” “有用功”或“额外功”) 考点②机械效率 2.(2025重庆)在老旧小区改造中，工人 用右图所示的装置把质量为60kg的 材料从地面竖直匀速提高10m,则 绳子自由端移动的距离是 m。若拉力F为400N,这个装置的机械 效率是 %。(g取10N/kg) 3.用几个完全相同的滑轮组成图甲、乙所示的 两个滑轮组，先后将同一重物G提升相同的 高度。若不计绳重和摩擦，下列说法正确的 是 ( ) M 0 甲 A.绳端拉力：F甲>F乙 B.绳端拉力做的功：W甲>W乙 C.两个滑轮组的机械效率：？甲=”z D.绳的自由端移动的距离：s甲=s乙 考点③测量滑轮组的机械效率 4.在“测量滑轮组的机械效率”的实验中，小丽 用同一滑轮组提升不同的物体，如图甲、乙、 丙所示（不计绳重和摩擦），每个钩码的重力 相同。小丽按照正确的操作步骤做实验，三 次实验中弹簧测力计的拉力分别为F1、F2、 F3,三次实验中滑轮组的机械效率分别为 7172、73。下列说法错误的是 A.实验时，需要竖直向上匀速拉动弹簧测 力计 B.本实验中，需要的测量工具有弹簧测力计 和刻度尺 C.三次实验中拉力的大小关系为F,< F2<F D.三次实验中机械效率的大小关系为？1> 72>73 已课外拓展提高 一、填空题 1.(2025龙东)如图所示，小李同学用滑轮将重 6N的物体竖直向上匀速提升20cm。若此 滑轮自重为2N,忽略绳重和摩擦，则小李同 学作用在绳子自由端的拉力F为 N, 这个滑轮的机械效率是 第1题图 第2题图 2.(2025上饶广信区期末)如图所示，用轻质滑 轮组匀速拉动水平地面上重200N的物体，拉 力F为20N。若物体和地面之间的摩擦力大 小为30N,则细线A的拉力大小为 N, 滑轮组的机械效率为 二、选择题 3.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，做功多 B.机械做的有用功越多，机械效率越高 C.机械效率高的机械，功率大 D.机械效率越高，有用功与总功的比值越大 4.（2025天津，多选)用图甲所示的动滑轮，先 后将两个不同重物在相同时间内匀速提升 相同高度，两次做功的情况如图乙所示。第 一次提升重物时做的额外功为900J,不计绳 重和摩擦，则 ( 第一次 第二次 25% 30% 75% 70% 口有用功■额外功 甲 乙 A.第一次提升重物时机械效率较高 B.第二次提升重物时的额外功较大 C.先后两次提升重物的重力之比为7：9 D.先后两次提升重物的总功率之比为6：5 三、计算题 5.(2025遂宁)我国很早就有使用滑轮的记载， 图甲所示的汉代砖刻便记录了矿山使用滑 轮做起吊机械的场景。借助图乙所示的装 置（篮子质量不计），质量为60kg的采矿工 人用400N的拉力将70kg的矿石从矿坑匀 速提起，10s内矿石上升了2m。(忽略绳重 及滑轮的摩擦，g取10N/kg) 汉代砖刻 (1)求绳子自由端移动的速度。 下册第11章 111△ (2)求此滑轮组的机械效率。 (3)若工作时工人双脚与地面的接触面积为 400cm,求他对水平地面的压强。 四、实验与探究题 6.【实验名称】测量滑轮组的机械效率。 用下图所示的装置测量滑轮组的机械效率， 部分实验数据如下表： 钩码上 绳子自由 次 钩码重 拉力 机械效 年 升高度 端移动距 力G/N F/N 率1/% h/cm 离s/cm 1 2.0 6 1.0 18 66.7 2 4.0 6 1.8 18 74.1 3 6.0 6 2.5 18 4 4.0 12 1.8 36 74.1 【数据分析】 (1)实验过程中，应沿竖直方向 拉动弹簧测力计：第1次实 验时，钩码上升的时间为3s,此过程 中，绳子自由端上升的速度为 m/s Λ112 八年级物理K版 (2)第3次实验时所做的有用功为 J,滑轮组的机械效率是 %。 (3)分析第 次实验的数据可 知，使用同一滑轮组提升重物时，重物的重 力越大，滑轮组的机械效率越高；分析第2、4 次实验的数据可知，滑轮组的机械效率与钩 码上升的高度 (4)机械效率是机械性能好坏的重要标志， 结合生产生活实际，下列措施中可以提高机 械效率的是 (填字母)。 A.换用更轻的动滑轮 B.加快提升物体的速度 C.给机械加润滑油 核心素养提升 科学思维如图甲所示，用一个动滑轮和两 个定滑轮组成的滑轮组提升重物A,拉力F 随时间t变化的关系图像如图乙所示。不计 一切摩擦和绳重。已知在1~2s内，滑轮组 的机械效率为80%，重物A上升的速度v随 时间t变化的关系图像如图丙所示。则 ↑v/(m·s-) 500 A 0 3/s 23小 乙 A.0~1s内，重物A受到平衡力的作用 B.1~2s内，绳子自由端移动的速度为1m/s C.所提重物A的重力为1500N D.若将重物A的重力减小为900N,则提升 重物匀速上升时，滑轮组的机械效率将变 为75%4.C【解析】小明同学的重力G=mg=50kg×10N/kg =500N;每次起跳高度h=12cm=0.12m:跳绳一次 做功W=Gh=500N×0.12m=60J;由于“双摇跳绳” 是指每次在双脚跳起后，绳连续绕身体两周的跳绳方 200 法，所以1min内摇绳200圈，他的起跳次数n= 2 =100次；在1min内他一共做功W。=nW=100× 60J=6000J,他在整个跳绳过程中的平均功率P= wg_6000J=100w。 60s 5.BD【解析】由图乙可知，当两个物体移动的距离相同 时，拉力F,做的功多，根据W=Fs可知，水平拉力的 大小关系为F,>F,,A错误。由图丙可知，当两个物 体的运动时间相同时，A运动的路程大，由口=广可 知，两个物体运动的速度大小关系为v1>v2,B正确。 因为两个物体都做匀速直线运动，所以由二力平衡条 件可知，A所受的摩擦力∫，=F1,B所受的摩擦力f2 =F:,因F>F,故f>f,C错误。由P=W- =F可知，因为F>F2,o1>v2,故F、F2做功的功 率的大小关系为P,>P2,D正确。 6.解：(1)无人机飞行的时间t=1min30s=90s 操场的长度s=vt=2m/sX90s=180m (2)无人机匀速上升时牵引力与重力是一对平衡力， 大小相等，则无人机的牵引力F=G=mg=2kg× 10N/kg=20N 无人机的牵引力做功W=Fh=20N×80m=1600J 无人机的输出功率P=W_1600J=80W Γt 20s )核心素养提升 (1)做功(2)1920【解析】(1)筒车是一种利用水流 作为动力的机械装置，用于将水从低处提升到高处。 在这个过程中，水流对筒车的作用力使筒车发生转 动。根据物理学中“功”的定义，水流对筒车做了功。 (2)已知接水槽离取水处的高度为h=4m,水轮上有 12个取水筒，一个取水筒每次可取水的质量为m三 4kg,一个取水筒每次取水所做的功为W,=Gh= mgh=4kg×10N/kg×4m=160J。由于水轮上有12 个取水筒，所以筒车转一圈对进入接水槽的水所做的 总功为W。=12×W1=12×160J=1920J。 专题九功和功率的相关计算 1.解：(1)完成一次引体向上所做的功 W=Gh=500N×0.6m=300J (2)10s内小明做引体向上的总功 W=4×300J=1200J 10s内小明做引体向上的功率 p-w是-1200J-120W t 10s 2.解：(1)小红同学上半身的重力 G=50%G=50%×480N=240N 22 八年级物理JK版 完成一次仰卧起坐所做的功 W=Gh=240N×0.3m=72J (2)小红同学在1min内做仰卧起坐所做的总功 W每=nW=40×72J=2880J 在1min内做仰卧起坐的功率 we_2880J=48w P= t 60s 3.解：(1)自行车对水平路面的压力为 F=G总=(m人+m车)g=(65kg+15kg)X10N/kg= 800N (2)自行车对水平路面的压强为 F800N p=5=2×103m =4×105Pa (3)该市民骑车时受到的牵引力为F'=f=15N 骑车的速度为v=36km/h=10m/s 所以该市民做功的功率为P=W_坠=F'=15N t ×10m/s=150W 4机械效率 ②课内基础闯关 1.额外功有用功总功 2.2075【解析】绳子自由端移动的距离s=2h=2× 10m=20m:材料的重力G=mg=60kg×10N/kg 600N,工人做的有用功W有m=Gh=600N×10m= 6000J,工人做的总功W=Fs=400N×20m= 8001,动指轮的机被效率，-×10%-808 8000J ×100%=75%。 3.C【解析】图甲中1=3，不计绳重和摩擦，则F甲= (G+G):图乙中n=2,不计绳重和摩擦，则卫 =2(G+G动)：所以F甲：Fz=2:3,F甲<F乙，故A 错误。将同一重物G提升相同的高度，则图甲中绳的 自由端移动的距离s甲=3h,图乙中绳的自由端移动 的距离s乙=2h,F甲：Fz=2:3,W甲=F甲s甲，Wz= Fzs乙，则W甲=Wz,故B、D错误。将重物匀速提升 相同高度h,动滑轮的重力相同，则额外功相同，因为 G相同，所以由W有用=Gh可知，W有用甲=W有用乙，We ,+W,由习-W×10%可知9=北，故 C正确。 4.D【解析】实验时，需要竖直向上匀速拉动弹簧测力 W有用 计，故A正确。根据滑轮组机械效率的原理？=W。 100%=×100%可知，需要测物重、拉力、物体升 高的高度和绳端移动的距离，则需要弹簧测力计和刻 度尺，故B正确。物重越重，所需拉力越大，则三次实 验中拉力的大小关系为F<F2<F,故C正确。同 一滑轮组提升不同的物体，物重越重，机械效率越高， 由图可知，7：<2<3，故D错误。 )课外拓展提高 1.475%【解析】由图可知，该滑轮为动滑轮，动滑轮 上绳子的有效股数n=2,忽略绳重和摩擦，小李同学 作用在绳子自由端的拉力F=是(G。十Ga)=号 W布用大 (6N+2N)=4N。该滑轮的机械效率)=W。 Gh G =CGhX100%气FMX100%三E×100% 100%= 6N 2X4NX100%=75%。 2.3075%【解析】物体在水平地面上做匀速运动，则 此时细线A对物体的拉力和物体受到的摩擦力是一 对平衡力，则FA=f=30N。从题图可知，有2段绳 子与动滑轮相连，则绳子自由端移动的距离=2物， _W×100%= 所以滑轮组的机械效率)一W。 f5物 FX2X5物 ×100%= 赤×100%=2020N×10%=75%. 30N 3.D 4.AD【解析】由图乙可知，第一次提升重物时的机械 效率：=75%，第二次提升重物时的机械效率72= 70%,所以第一次提升重物时机械效率较高，A正确。 不计绳重和摩擦，提升重物时克服动滑轮重力所做的 功为额外功，即W颜外=G动h,因为动滑轮重力不变， 提升的高度相同，所以两次提升重物做的额外功相 _W有陆×100%= 同，均为900J,B错误。根据7=W。 Gh G -×100%可得，第一次提 Gh+G南h ×100%=G+G G 升重物时，=G,十G -×100%=75%,解得G1= G2 3G,第二次提升重物时，=G,十G ×100%= 70%:解得G,-号0a所会-9-号，C错误。 > 900J 第一次提升重物时做的总功W总，= W光一 1-711-75% =3600J:第二次提升重物时做的总功Wa:一1一 900J 可 1一70%=3000J。两次做功时间相同，根据P= P_we1=3600J 知，两次提升重物的总功率之比P:=w:一3000了 5D正确。 5.解：(1)由图可知，绳子的有效段数n=2,则绳子自由 端移动的距离s=nh=2×2m=4m 绳子自由端移动的速度 =三=4m=0.4m/s =t10s (2)矿石的重力 G=mg=70 kgX10 N/kg=700 N 工人做的有用功 W有用=Gh=700N×2m=1400J 工人做的总功 Wa=Fs=400N×4m=1600J 滑轮组的机械效率 W×100%=1400 7二 1600了X100%=87.5% (3)工人的重力 G人=m人g=60kg×10N/kg=600N 工人对水平地面的压力 FE=G人-F=600N-400N=200N 工人对水平地面的压强 F压 200N p=S=400×10m =5000Pa 6.(1)匀速0.06(2)0.3680(3)1、2、3无关 (4)AC ©核心素养提升 D【解析】由图丙可知，0~1s内，重物A加速上升， 处于非平衡状态，受力不平衡，A错误。由图丙可知， 1~2s内，重物A匀速上升的速度为v物=1m/s,由图 甲可知，n=3,则绳子自由端移动的速度为v=v物= 3×1m/s=3m/s,B错误。由图乙可知，1~2s内，绳 _W粒×100%= 子自由端的拉力为F=500N,根据)一w。 停×10%=做×10%-号×10%可得，所提重 物A的重力G=nF7=3×500N×80%=1200N,C 错误。不计一切摩擦和绳重，根据F=上(G+G)可 得，动滑轮的重力为G动=nF一G=3×500N 1200N=300N,将重物A的重力减小为900N时，绳 子自由端的拉力变为F'=(G'+Ga)=3×(900N 十300N)=400N,此时滑轮组的机械效率变为7'= G 900N 京X100%=3x100NX100%=75%,D正确. 5改变世界的机械 )课内基础闯关 1.轮省力2.轮轴螺丝刀3.斜面力 4.牵引力40%【解析】根据公式P=”_=Pm可 知，在发动机的输出功率一定时，汽车行驶的速度越 小，发动机产生的牵引力就越大，所以汽车上陡坡时， 司机常要换用低速挡，其目的是增大汽车的牵引力。 W题大 此过程中盘山公路斜面的机械效率为？=W。 Gh 100%= ×100%= 1×10N×20m×100% 2.5×10N×200m =40%。 5.D 课外拓展提高 1.斜面力乙2.斜面甲乙 3.B4.D 下册参考答案 23△