12.4 机械效率 同步分层练习题 2025-2026学年人教版物理八年级下学期

**基本信息** 初中物理新授课同步练，分层清晰（基础20题、提升10题、拓展5题），从核心概念到综合应用，适配新授课巩固与能力提升。 **分层设计** |层次|知识覆盖|设计特色| |----|----------|----------| |基础层|有用功、额外功、机械效率等核心概念及简单计算|填空/选择/基础计算，强化物理观念中能量观念的理解| |提升层|机械效率公式综合应用与实验分析|实验数据处理（如动滑轮效率探究），培养科学思维与科学探究能力| |拓展层|复杂情境下机械效率综合计算|结合起重机、升降机等实际场景，体现科学态度与责任|

12.4 机械效率 同步分层练习题 【核心知识点清单】 1. 有用功（W有）：对人们有用的功，等于直接提升物体克服重力做的功（W有=Gh）或水平克服摩擦力做的功（W有=fs）。 2. 额外功（W额）：不需要但又不得不做的功，如克服机械自重、摩擦等做的功。 3. 总功（W总）：动力对机械做的功，W总 = W有 + W额 = Fs。 4. 机械效率（η）：有用功与总功的比值，η = W有/W总 ×100%，η恒小于1。 5. 提高机械效率的方法：减小机械自重、减小摩擦、增加物重（对于滑轮组）。 【易错点提醒】 1. 机械效率没有单位，通常用百分数表示，且总小于1（100%）。 2. 功率与机械效率无关：功率表示做功快慢，机械效率表示有用功占比，二者无直接联系。 3. 对于滑轮组，W有=Gh，W总=Fs，F=G总/n，s=nh，n为承担重物的绳子段数。 【解题技巧点拨】 1. 先区分有用功和总功：通常克服物体重力（或摩擦力）做的功是有用功，动力做的功是总功。 2. 计算滑轮组机械效率常用公式：η= Gh/(Fs) = G/(nF)（不计绳重和摩擦时还可写为η= G/(G+G动)）。 一、基础层（20题）——覆盖核心概念与简单应用 1. 使用机械时，对人们有用的功叫____有用功__，对人们没有用但又不得不做的功叫___额外功___，有用功和额外功之和叫____总功__。 2. 机械效率的计算公式是η = __η= W有/W总____，机械效率总是___小于___（选填“大于”“小于”或“等于”）1。 3. 某机械的效率为50%，表示该机械做功时，____有用__功在___总___功中的比例为50%。使用任何机械时，机械效率总是小于___1___。 4. 额外功(W额)：利用机械时不想需要但____不得不__做的功。 公式：W额= W总－W有用=G动h(忽略轮轴摩擦的动滑轮、滑轮组)；斜面：W额=fL。 5. 有用功 (W有)：人们为了达到工作目的___必___要做的功。公式：W有用＝Gh=W总－W额。 6. 用滑轮组提升重物，若重物重为100N，被提升2m，则有用功为___200___J；若实际拉力为40N，绳子自由端移动6m，则总功为___240 ___J，机械效率为__83.3%____。 7. 用滑轮组将重为400N的物体匀速提升2m，若滑轮组的机械效率为80%，则有用功为___800___J，总功为___1000___J，额外功为___200___J。 8. 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 【解析】（1）有用功是对我们有价值的功，此处即克服物体重力做功， 该工人克服重力所做的有用功为； （2）先确定滑轮组承担物重的绳子段数 ，由图知， n=2，绳子自由端移动的距离为 拉力做的总功 那么滑轮组的机械效率为 （3） 由于额外功主要指克服动滑轮重力和摩擦做的功，故额外功基本不变，增加提升的物重时，有用功在总功中的占比会变大，由公式，有用功所占的比例将增大，所以动滑轮的机械效率增大。 9. 用图中滑轮组将物块匀速提升了20cm用时2s，动滑轮重0.9N，绳子自由端弹簧测力计的示数如图所示为______N，不计绳重及摩擦，则该物块重______N。如果要提高滑轮组的机械效率，你的做法是______。 【答案】1.2；2.7；在绳子能承受的拉力范围内，增大物重 【解析】图中弹簧测力计分度值为0.2N，示数为1.2N； 由图可知，动滑轮上绳子段数，不计绳重及摩擦，则该物块重力为： 不计绳重及摩擦，滑轮组的机械效率： 由上式可知，增大物重，滑轮组的机械效率变大，所以如果要提高滑轮组的机械效率，可以在绳子能承受的拉力范围内，增大物重。 故答案为：1.2；2.7；在绳子能承受的拉力范围内，增大物重。 10. 如图所示，超市购物时，小明用沿斜面向上150N的推力，将总重为500N的小车匀速推到斜面顶端。已知斜面高1.2m，长5m。此过程中小明推力做功为______J；该斜面的机械效率为______；日常生活中人们利用斜面可以______（选填“省力”或“省功”）。 【答案】750；80%；省力 【解析】 小明施加的推力F=150N，小车在推力方向上移动的距离l=5m，因此推力所做的总功为： 已知物体重力G=500N，斜面高度h=1.2m，则有用功为： 斜面的机械效率计算如下： 斜面能省力，但由于需要克服摩擦力做功，因此不会减少总功量。 11. 某同学在做测量机械效率的实验时，分别用甲、乙、丙三种机械将重2N的物体匀速提升0.6m，记录它们所做的总功如图所示，则甲机械做的有用功为______J，乙机械的额外功为______J，丙机械的机械效率为______。 【答案】1.2；1.8；80% 【解析】机械所做有用功为物体克服重力做功，即，乙机械的总功W乙＝3J，所以额外功为，丙机械的总功W丙＝1.5J，结合效率公式可知机械效率为。 12. 如图所示，工人利用滑轮组来提升物体时可以______（选填“省力”或“省功”）；某次作业中，工人将540N的物体匀速吊起5m高，工人对绳子自由端的拉力F为240N，滑轮组的机械效率为______；若只增大拉动绳子自由端的速度，滑轮组的机械效率将______（选填“变大”“变小”或“不变”）。 【答案】省力；；不变 【解析】（1）根据功的原理可知，使用滑轮组既可以省力，也可以改变力的方向，但不能省功。 （2）根据图片可知，动滑轮上承担物重的绳子股数为n=3， 滑轮组的机械效率为。 （3）滑轮组的机械效率跟动滑轮的重力、物体的重力和绳子与滑轮之间的摩擦有关，跟物体移动的速度无关，所以只改变绳子自由端的速度，滑轮组的机械效率不变。 13. 如图所示，工人用500N的推力在斜面上将重为1200N箱子向上推到0.3m高处，箱子沿斜面移动了1m，共耗时5s，则推力的功率为______W，此斜面的机械效率为______，克服摩擦力做功______J。 【答案】100；72%；140 【解析】根据题意可知，推力为500N，箱子移动1m， 则推力做的总功为W总=F拉s=500N×1m=500J； 那么推力的功率为。 箱子的重力为1200N，上升高度为0.3m， 则推力做的有用功为W有=G物h=1200N×0.3m=360J； 斜面的机械效率为； 工人克服摩擦做的额外功W额=W总-W有=500J-360J=140J。 14. 下列关于机械效率的说法正确的是（ ） A. 机械效率可以大于1 B. 机械效率越高，做功越快 C. 有用功在总功中占的比例越大，机械效率越高 D. 做功越多的机械，机械效率越高 【答案】C 【解析】A. 错误。因为使用机械时，克服摩擦、机械自重等因素做的额外功是不可避免的，所以有用功永远小于总功，机械效率总是小于1的。 B. 错误。做功的快慢是由功率决定的，而机械效率反映的是有用功在总功中所占的比例。两者没有直接关系（比如一台精密的玩具电动机效率很高，但功率很小，做功并不快）。 C. 正确。这正是机械效率的物理意义，比例越大，说明机械对能量的利用率越高。 D. 错误。做功多只能说明总功大，如果其中大部分是额外功，机械效率依然会很低。 15. 下列方法中，能提高机械效率的是（ ） A. 增加机械的功率 B. 减小机械做功的时间 C. 减小机械的额外功 D. 增加机械做的总功 【答案】C 【解析】AB错误。这两项都是改变做功的“快慢”（即功率），与机械效率（能量利用率）无关。 C. 正确。根据公式 ，在有用功一定时，减小额外功（如减轻机械自重、加润滑油减小摩擦）可以让总功变小，从而提高机械效率。 D. 错误。单纯增加总功，并不能保证有用功的比例增加，因此不一定能提高机械效率。 16. 关于功和机械效率，下列说法错误的是（ ） A. 使用任何机械都不省功 B. 机械效率高的机械做功一定快 C. 总功一定时，额外功越少，机械效率越高 D. 有用功一定时，额外功越少，机械效率越高 【答案】B 【解析】A. 正确。这是著名的“功的原理”，使用机械可以省力或省距离，但永远不能省功。 B.错误。如第14题所述，机械效率高只代表“做功的质量好”（浪费少），不代表“做功的速度快”（功率大）。 C. 正确。总功不变，额外功越少，意味着有用功越多，比例自然越高。 D. 正确。有用功不变，额外功越少，总功就越小，有用功占总功的比例就越大。 17. 用杠杆、斜面和滑轮组分别将物重相同的物体提升到相同高度的过程中，所做的有用功（ ） A. 使用杠杆时最多 B. 使用斜面时最多 C. 使用滑轮组时最多 D. 一样多 【答案】D 【解析】有用功为 克服物体重力所做的功 ，用三种机械做的有用功相同，故D正确，ABC错误； 综上选D。 18. 理解物理概念是学好物理的关键，关于功、功率和机械效率，下列说法正确的是（ ） A. 功率越大，做功就越快，机械效率也越大 B. 机械效率越高的机械，表明它做的有用功越多 C. 物体受力且运动一段距离时，力就对物体做了功 D. 两个机械工作时做的额外功相同，有用功也相同，机械效率也一定相同 【答案】D 【解析】A. 错误。前半句是对的，功率确实是表示做功快慢的物理量。但后半句错了，功率和机械效率没有直接关系。功率大只代表做功快（比如大马力跑车），而机械效率高代表有用功占总功的比例大、能量浪费少（比如精密的自行车链条）。一台机器可以功率很大但效率很低（比如老式蒸汽机车），也可以功率很小但效率很高。 B. 错误。机械效率是一个比值（有用功/总功），它反映的是能量的利用率。效率高只能说明有用功在总功里占的比例大，并不代表有用功的绝对数值多。举个例子：你用手轻轻提起一本书（总功很小，额外功几乎为0），机械效率可能接近100%；而一台大型起重机吊起几吨重的钢材，虽然做的有用功非常多，但因为机械自身重、摩擦大，机械效率可能只有50%左右。 C.错误。这句话少了一个非常关键的条件。物理学中规定，做功必须同时满足两个必要因素：①作用在物体上的力；②物体在力的方向上通过的距离。如果力的方向和物体运动的方向垂直（比如人提着水桶在水平地面上匀速行走，提力竖直向上，运动方向水平向前），这个力就没有对物体做功。 D.正确。根据机械效率的公式 ，而总功等于有用功加上额外功（ ）。如果两个机械的有用功（ ）和额外功（ ）都分别相同，那么它们的总功（ ）就一定相同。分子（有用功）和分母（总功）都完全一样，算出来的机械效率自然也就一定相同。 19. 关于功、功率、机械效率的说法中，正确的是（ ） A. 功率大的机械，机械效率一定高 B. 机械效率越高，有用功与总功的比值越大 C. 做功越多，功率越大 D. 机械做功时，做的有用功越多，机械效率越高 【答案】B 【解析】A．功率表示做功快慢，机械效率表示有用功占总功的比例，两者物理意义不同，无必然联系。功率大仅说明单位时间做功多，不能说明机械效率高，故A错误。 B．机械效率定义为，效率高说明有用功占比大，故B正确。 C．功率公式为，仅知做功多而时间未知时，无法确定功率大小，故C错误。 D．机械效率取决于有用功与总功的比值，仅有用功多但总功未知时，效率可能不变或降低，故D错误。 故选B。 20. 如下所示的简单机械在使用过程中省距离的是（ ） A. 盘山公路 B. 汽车钥匙 C. 船桨 D. 旗杆上的定滑轮 【答案】C 【解析】A、盘山公路属于斜面，斜面省力但是费距离，故A错误； B、钥匙属于轮轴，可以省力，但是费距离，故B错误； C、船桨属于费力杠杆，费力但是省距离，故C正确； D、定滑轮不省力，也不省距离，故D错误。 故选C。 二、提升层（10题）——知识综合运用与实验分析 1. 如图所示，在研究“使用动滑轮是否省功”的实验中，用甲、乙两种不同的方式将同样的钩码缓慢地提升相同的高度，下列说法正确的是（　　） A．甲种方法更省力 B．乙种方法更省功 C．两种方法做的有用功相等 D．两种方法的机械效率相等 【答案】C 【解析】AB．图乙中，是动滑轮，更省力，使用任何机械都不省功，故AB错误； C．图中，钩码的重力G相同、被提高的高度h相同，根据W有=Gh，则有用功相等，故C正确； D．图甲中，弹簧测力计直接提升钩码，图乙中，使用动滑轮提升钩码，需要克服动滑轮重力及摩擦做额外功，则乙的机械效率小于甲的机械效率，故D错误。 故选C。 2. 如图所示是《天工开物》中古人用脚踏碓舂米的情景。下列分析正确的是（　　） A．人对碓做的是有用功 B．石头重力做的功是额外功 C．使用这种杠杆可以省功 D．人对碓做的功是总功 【答案】D 【解析】 解：ABD．用脚踏碓舂米过程中，克服石头重力做的功是有用的，克服木杠重和摩擦做的功是额外功，因此人对碓做的功是总功，故AB错误，D正确； C．根据功的原理可知，使用任何机械都不能省功，故C错误。 故选：D。 3. 如图所示，甲、乙两装置所用滑轮质量均相等，用它们分别将重为G1和G2的两物体匀速提升相同的高度。所用竖直方向上的拉力F1=F2，两装置的机械效率分别为η1和η2（不计绳重和一切摩擦），则下列选项正确的是（　　） A．G1＞G2 η1＞η2 B．G1＞G2 η1＜η2 C．G1＝G2 η1＞η2 D．G1＝G2 η1＝η2 【答案】A 【解析】据图可知甲乙缠绕的绳子数为3、2，根据拉力的计算公式可知；，所以G1＞G2；结合效率公式计算可知；，所以η1＞η2.A正确，BCD错误； 综上选A。 4. 如图，小明分别用甲、乙两个相同的滑轮把同一桶沙提升相同高度（滑轮重力小于沙和桶的总重力）。不计摩擦和绳重，下列判断正确的是（　　） A．拉力F1等于F2 B．乙滑轮的机械效率高 C．甲、乙两滑轮做的额外功相同 D．甲滑轮做的总功少 【答案】D 【解析】A、设一桶沙的重力为G，不计绳重和摩擦，图甲中为定滑轮，绳自由端施加的拉力为：F1=G，图乙中为动滑轮，设动滑轮的重力为G动，则绳自由端施加的拉力为： ， F1>F2 ，故A错误； B、不计绳重和摩擦，甲滑轮做的额外功为0，故甲滑轮的机械效率为100%，乙滑轮需对动滑轮做额外功，机械效率小于100%，甲滑轮的机械效率一定比乙的高，故B错误； C、 若不计摩擦和绳重， 甲滑轮只对桶做额外功，而乙滑轮需对动滑轮和桶做额外功， 由W总=W有用+W额外可知，甲滑轮做的总功少，乙滑轮做的总功多， 故C错误； D、同一桶沙提升相同高度，则甲、乙滑轮做的有用功相同，而甲滑轮做的额外功为0，乙滑轮的额外功不为0，故甲滑轮做的总功小于乙滑轮做的总功，D正确； 故选：D。 5. 在“探究影响动滑轮机械效率的因素”实验时，某小组利用重力不同的两个动滑轮进行了三次测量，数据记录如下表。请回答： （1）实验中，使用滑轮组提升重物时，应竖直向上______拉动弹簧测力计； （2）第②次实验中的机械效率是______； （3）通过比较______两次实验数据，可知动滑轮的机械效率与动滑轮的自重______； （4）小明认为“同一个机械，它的机械效率是不变的”，通过比较______两次实验数据，可知他的观点是______的。 实验序号 钩码重/N 动滑轮重/N 拉力/N 钩码上升高度/m 测力计移动距离/m 有用功/J 总功/J 机械效率/% ① 4 0.5 2.3 0.2 0.4 0.8 0.92 87.0 ② 4 0.9 2.5 0.2 0.4 0.8 1.0 80.0 ③ 6 0.5 3.3 0.2 0.4 1.2 1.32 90.9 【答案】匀速；80%；①②；有关；①③；错误 【解析】（1）在实验中，使用滑轮组提升重物时，应竖直向上匀速拉动弹簧测力计； （2）由表可知，第②次实验中的机械效率是80%； （3）通过对比①、②两次实验可知，钩码的重力相同，动滑轮的重力不同，机械效率也不同，可知动滑轮的机械效率与动滑轮自重有关； （4）比较①③两次实验数据可知，动滑轮重力相同（即同一个机械），提升的物体重力不同时，机械效率也不同，且提升的物体越重，机械效率越大，因此小明的观点是错误的。 故答案为：（1）匀速；（2）80%；（3）①②；有关（4）①③；错误。 6. 在“测量滑轮组的机械效率”的实验中，用同一滑轮组进行了三次实验，实验数据记录如表。请回答： （1）实验时，要竖直向上______拉动弹簧测力计； （2）第3次实验中，弹簧测力计的示数如图，为______N；机械效率为______（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______； （4）若第1次实验中，钩码上升高度增大为20cm，则过程中做的额外功______，滑轮组的机械效率______；（均选填“增大”、“减小”或“不变”） （5）若第3次实验中，弹簧测力计的示数是在拉动的过程中停下来读取的，则此时滑轮组实际的机械效率______（选填“偏大”、“不变”或“偏小”）。 次数 钩码重G/N 钩码上升距离h/cm 弹簧测力计示数F/N 弹簧测力计上升距离s/cm 机械效率 1 2 10 0.8 30 83.3% 2 4 10 1.5 30 88.9% 3 6 10 30 【答案】（1）匀速 （2）2.2；90.9% （3）高 （4）增大；不变 （5）偏大 【解析】解：（1）在实验时，要竖直向上匀速拉动弹簧测力计； （2）由图可知弹簧测力计的分度值为0.2N，根据指针位置可以知道其示数为2.2N。 第3次实验中拉力的总功为， 第3次实验中有用功为， 滑轮组的机械效率为； （3）由表中实验数据可知，1、2、3次实验提升重物依次增加，滑轮组的机械效率越来越高，可得实验结论：用同一滑轮组，提升的物体越重，滑轮组的机械效率越高。 （4）若第1次实验中，钩码上升高度增大为20cm，动滑轮的重和摩擦力大小都不变，移动的距离增加，根据W额=G动h知额外功增大，拉力和物体的重力大小不变，拉力移动距离仍是物体移动距离的3倍，根据机械效率公式知滑轮组的机械效率不变。 （5）在拉动过程中停下来读数，此时系统处于静止状态，绳子与滑轮间的静摩擦力小于匀速拉动时的滑动摩擦力，因此弹簧测力计示数会偏小，导致计算出的总功偏小，而有用功不变，因此计算出的机械效率偏大。 7. 选用图中所示一套装置测量滑轮组的机械效率，部分实验数据如表： 实验次数 钩码重力G/N 钩码上升高度h/cm 拉力F/N 绳子自由端移动距离s/cm 机械效率η 1 2.0 5 1.0 15 66.7% 2 4.0 5 1.8 15 74.1% 3 4.0 10 1.8 30 74.1% 4 6.0 5 2.5 15 （1）实验过程中，缓慢竖直拉动弹簧测力计，使钩码匀速直线上升，由记录的数据可知，该实验使用的是图　 　所示的实验装置； （2）第4次实验时所做的有用功为　 　J，滑轮组的机械效率是　 　%； （3）分析1、2、4次实验的数据可知，使用同一滑轮组提升重物时，重物重力越　 　（选填“大”或“小”），滑轮组的机械效率越高；分析2、3次实验的数据可知，滑轮组的机械效率与钩码上升的高度　 　（选填“有关”或“无关”）。 【答案】（1）甲 （2）0.3；80 （3）大；无关 【解析】（1）根据表格数据可以得出，绳子自由端移动的距离是钩码移动距离的3倍。根据公式可以判断，连接动滑轮的绳子股数为3股，因此实验采用的是图甲所示的装置。 （2）在第4次实验中，钩码重力为6N，移动距离5cm，滑轮组做的有用功为： 第4次实验的机械效率计算如下： （3）对比1、2、4次实验数据发现，在其他条件相同的情况下，钩码越重，滑轮组的机械效率越高。这表明使用同一滑轮组提升重物时，重物重力越大，机械效率越高。 对比2、3次实验数据可见，在其他条件相同时，虽然物体上升高度和自由端移动距离不同，但机械效率相同。这说明滑轮组的机械效率与钩码上升高度无关。 8．斜面是一种省力机械，斜面的省力情况与哪些因素有关呢？小明做了如下猜想： 猜想1：斜面的省力情况与斜面的表面材料有关。 猜想2：斜面的省力情况与斜面的倾斜程度有关。 猜想3：斜面的省力情况与物体受到的重力大小有关。 小明为验证上述猜想，利用如图所示的装置进行了实验，物体在沿斜面拉力的作用下做匀速直线运动，实验数据记录如下表。 实验次序 1 2 3 4 5 6 斜面倾角 30° 30° 30° 30° 45° 60° 斜面的表面材料 木板 毛巾 木板 木板 木板 木板 物重G/N 2.0 2.0 4.0 6.0 2.0 2.0 沿斜面拉力F/N 1.35 1.52 2.70 4.05 1.52 1.70 根据实验数据，回答下列问题： （1）通过对比实验1、2中的数据可知，使用斜面省力的情况与斜面的　 　有关。 （2）通过对比实验1、5、6中的数据，得出的结论是在其他条件相同时，　 　，提升物体越省力。 （3）为验证猜想3，小明做了三次实验　 　（选填实验次序），分析实验数据后，他认为这几次实验省力情况相同，依据是沿斜面的拉力与物块重力比值　 　（选填“相等”或“不等”）。 （4）完成实验后，小明沿斜面用1.8N的拉力将重为4N的物体从斜面底端匀速拉到了顶端，已知斜面长为1.2m、高为0.3m，则斜面的机械效率约是　 　（结果精确至1%）；物体受到的摩擦力是　 　N。 【答案】（1）材料 （2）斜面的倾斜程度越小 （3）1、3、4；相等 （4）55.6％；0.8 【解析】 （1）实验1、2控制了斜面倾角、物重不变，只改变斜面表面材料，拉力不同，说明使用斜面省力的情况与斜面的表面材料有关。 （2）实验1、5、6控制了表面材料、物重不变，改变斜面倾角，30°时拉力1.35N，45°时1.52N，60°时1.70N，倾角越小，拉力越小，越省力，因此结论为：在其他条件相同时，斜面倾角越小，提升物体越省力。 （3）验证猜想3，需控制斜面倾角、表面材料相同，仅改变物重，因此选择实验1、3、4；计算拉力与物重的比值，三次比值均为0.675，相等，说明省力情况相同。 （4）拉力做的有用功W有=Gh=4N×0.3m=1.2J，拉力做的总功W总=Fs=1.8N×1.2m=2.16J。 斜面的机械效率：。拉力做的额外功W额=W总-W有=2.16J-1.2J=0.96J，物体受到的摩擦力。 故答案为：（1）材料；（2）斜面的倾斜程度越小；（3）1、3、4；相等；（4）55.6%；0.8。 9. 某工人用如图1所示的滑轮组运送货物上楼，滑轮组的机械效率随货物重力变化的图像如图2所示。若工人在t0时间内将重为G0的货物匀速向上提升h0高度。下列说法正确的是（不计绳重和摩擦）（　　） A．此时工人所用的拉力为 B．工人所用拉力做功的功率为 C．动滑轮的重力为 D．若工人将2G0的货物匀速提升h0高度，则滑轮组的机械效率为 【答案】A,C,D 【解析】A．由图可知，动滑轮缠绕绳子数为3，根据机械效率可得，此时工人所用的拉力为，故A正确； B．工人在t0时间内将重为G0的货物匀速向上提升h0高度，绳子移动的距离为3h0，可得绳末端移动的速度为，结合功率公式计算可知工人所用拉力做功的功率为，故B错误； C．不计绳重和摩擦，根据动滑轮拉力的计算可知动滑轮的重力为，故C正确； D．若工人将2G0的货物匀速提升h0高度，绳末端的拉力为，结合效率公式分析可知滑轮组的机械效率为，故D正确。故选ACD。 10. 工人用如图甲所示的滑轮组利用箱子运送建材上楼，每次运送量不定．滑轮组的机械效率随建材重量变化的图象如图乙所示，滑轮和钢绳的摩擦力及绳重忽略不计，g取10N/kg。 （1）动滑轮的重力是多大？ （2）若工人在 1min 内将建材匀速竖直向上提升了 12m，作用在钢绳上的拉力为 200N，求拉力的功率； （3）当滑轮组的机械效率为 80% 时，运送建材的重力是多大？ 【答案】（1）由图乙知道，当运送建材的重力G1=400N时，滑轮组的机械效率η=50%，所以滑轮组的机械效率： η=，解得G轮=400N； （2）由图甲知道，n=2，所以钢绳移动的距离是物体移动距离的2倍，即s=nh=2×12m=24m，拉力做的功：W=Fs=200N×24m=4800J， 拉力的功率：P= =80W； （3）当滑轮组的机械效率为80% 时，即η=，解得建材的重力是：G'=1600N。 【解析】（1）由图乙知道，当运送建材的重力G1=400N时，滑轮组的机械效率η=50%，所以滑轮组的机械效率： η=，解得G轮=400N； （2）由图甲知道，n=2，所以钢绳移动的距离是物体移动距离的2倍，即s=nh=2×12m=24m，拉力做的功：W=Fs=200N×24m=4800J， 拉力的功率：P= =80W； （3）当滑轮组的机械效率为80% 时，即η=，解得建材的重力是：G'=1600N。 三、拓展层（5题）——实验探究与综合应用 1. 如图所示，在50N的拉力F作用下，一个重600N的物体以0.1m/s的速度沿水平地面向右匀速直线运动了10s。已知滑轮组的机械效率为80%，不计滑轮重和绳重，下列说法中正确的是（　　）。 A．拉力F做的功为50J B．拉力F做功的功率为5W C．物体与地面的摩擦力为120N D．物体与地面的摩擦力为150N 【答案】C 【解析】AB.由图可知，动滑轮上绳子端的段数 n=3，绳子自由端移动的距离为： s=ns物=nv物t=3 x 0.1m/s×10s=3m 拉力F做功为：W总=Fs=50N×3m=150J 拉力做功的功率为：，故AB错误； CD.克服物体与地面间滑动摩擦力做的有用功为： W有用=ηW总=80%×150J=120J 则物体与地面间滑动摩擦力为： f=W有用/s物=W有用/v物t=120J/0.1m/s×10s=120N ，故C正确，D错误。 故选C。 2. 建筑工地上，工人用如图所示的装置将重为300N的建材从地面匀速运送到离地面8m的高处，所用时间为40s。已知动滑轮重为40N，不计滑轮组的绳重和摩擦，下列说法正确的是（　　） A．工人做的总功为2400J B．工人拉力的功率为60W C．此过程中该装置的机械效率约为88% D．可以通过增加动滑轮个数的方法提高该装置的机械效率 【答案】C 【解析】A．根据图片可知，承担重力的绳子段数n=2， 则拉力， 绳子自由端移动的距离s=nh=2×8m=16m， 工人做的总功W总=Fs=170N×16m=2720J，故A错误； B．根据题意可知，工人拉力的功率为，故B错误； C．工人做的有用功为W有=Gh=300N×8m=2400J， 此过程中该装置的机械效率，故C正确； D．根据可知，增加动滑轮的个数，可以增加动滑轮重，增大了额外功，所以会降低机械效率，故D错误。故选C。 3.如图所示，工人站在水平地面上，用滑轮组提升重物A，工人对绳子自由端施加竖直向下的拉力F，工人拉力功率为200W，物体A被竖直匀速提升1m，用时5s，滑轮组的额外功为100J。下列说法中正确的是（　　） A．工人的体重不能小于500N B．动滑轮所受的重力为100N C．物体A的重力可以大于1000N D．该滑轮组的机械效率为80% 【答案】A 【解析】A．图中，动滑轮相上绳子根数为2，物体A被提升1m，用时5s，则绳子移动的速度为，根据，则绳子拉力为 绳子的拉力不能大于工人的重力，故工人的体重不能小于500N，故A正确； B．在使用滑轮组时，不计绳重和摩擦，额外功克服动滑轮的重力做功，动滑轮的重力为，考虑摩擦，动滑轮所受重力小于100N，故B错误； C．工人体重最小为500N，提升物体的最大重力为 物体A的重力不大于1000N，故C错误； D．计算滑轮组的机械效率为，故D错误。 故选A。 4. （多选）建筑工地上，建筑工人利用小型的升降机来搬运水泥，如图所示。某次搬运过程中，工人用升降机在6s的时间内，将3袋水泥从地面吊上四楼，每袋水泥的质量为30kg。电动机牵引绳子的拉力F-t及水泥运动的v-t图分别如图乙和丙所示，每个滑轮所受的重力均为30N。g取10N/kg，每层楼层高为3m，下面说法正确的是（　　） A．水泥匀速上升时，拉力F做功的功率为2040W B．水泥匀速上升过程，滑轮组对水泥做功为8100J C．滑轮组匀速拉动水泥时的机械效率约为88.2% D．滑轮组匀速拉动水泥过程克服绳重和摩擦做的额外功为720J 【答案】A,C 【解析】A、由图甲可知，滑轮组绳子股数为：n=3，水泥匀速上升时，由图丙可知，水泥上升的速度为2m/s；由图乙可知，此时的拉力F为340N，则拉力F做功的功率为：，故A正确； B、由图丙可知，水泥匀速上升的时间为t=5s-2s=3s，水泥匀速上升的高度为： h=vt=2m/s×3s=6m，则水泥匀速上升过程，滑轮组对水泥做的功为： W有=3Gh=3mgh=3×30kg×10N/kg×6m=5400J，故B错误； C、滑轮组匀速拉动水泥时拉力做的总功为：W总=Fs=Fnh=340N×3×6m=6120J，滑轮组匀速拉动水泥时的机械效率为：，故C正确； D、滑轮组匀速拉动水泥过程中克服动滑轮重做的功为： W额动=G动h=30N×6m=180J， 滑轮组匀速拉动水泥过程克服绳重和摩擦做的额外功为： W绳+摩=W总-W有-W动=6120J-5400J-180J=540J，故D错误。 故选：AC。 5. 如图中甲是起重机正在吊起重物的情景，乙图是吊臂上B端的滑轮组示意图。钢绳末端的拉力F使重物正在以0.5m/s的速度竖直匀速上升已知重物重，每个滑轮重300N。不计绳重与摩擦。请解答以下问题： （1）写一条甲图中应用到的物理知识。 （2）经过10s钢绳末端拉力F拉动的距离为多少米？ （3）钢绳末端的拉力F是多少？ （4）滑轮组的机械效率（结果精确至0.1%）。 【答案】（1）答：压强的大小与压力和受力面积有关，起重机的车轮较多，可增大受力面积，减小对地面的压强。 （2）由图可知，n=3， 绳子自由端移动的距离为：s=nh=nvt=3×0.5m/s×10s=15m。 答：经过10s钢绳末端拉力F拉动的距离为15m。 （3）不计绳重与摩擦，钢绳末端的拉力为：。 答：钢绳末端的拉力F是1100N。 （4）不计绳重与摩擦，滑轮组的机械效率为：。 答：滑轮组的机械效率90.9%。 【解析】（1）根据图甲从减小压强方面分析回答； （2）根据滑轮组装置确定绳子股数，利用s=nh=nvt求出绳子自由端移动的距离； （3）不计绳重与摩擦，根据求出钢绳末端的拉力F；（4）不计绳重与摩擦，根据求出滑轮组的机械效率。 （1）压强的大小与压力和受力面积有关，起重机的车轮较多，可增大受力面积，减小对地面的压强。 （2）经过10s重物上升的高度 从图乙可知n=3，则钢绳末端拉力F拉动的距离 （3）钢绳末端的拉力 （4）由图知，滑轮组有一个动滑轮，不计绳重与摩擦，克服动滑轮做的额外功 克服重物重力做的有用功 拉力做的总功 滑轮组的机械效率 第 1 页 共 25 页 学科网（北京）股份有限公司 $ 12.4 机械效率 同步分层练习题 【核心知识点清单】 1. 有用功（W有）：对人们有用的功，等于直接提升物体克服重力做的功（W有=Gh）或水平克服摩擦力做的功（W有=fs）。 2. 额外功（W额）：不需要但又不得不做的功，如克服机械自重、摩擦等做的功。 3. 总功（W总）：动力对机械做的功，W总 = W有 + W额 = Fs。 4. 机械效率（η）：有用功与总功的比值，η = W有/W总 ×100%，η恒小于1。 5. 提高机械效率的方法：减小机械自重、减小摩擦、增加物重（对于滑轮组）。 【易错点提醒】 1. 机械效率没有单位，通常用百分数表示，且总小于1（100%）。 2. 功率与机械效率无关：功率表示做功快慢，机械效率表示有用功占比，二者无直接联系。 3. 对于滑轮组，W有=Gh，W总=Fs，F=G总/n，s=nh，n为承担重物的绳子段数。 【解题技巧点拨】 1. 先区分有用功和总功：通常克服物体重力（或摩擦力）做的功是有用功，动力做的功是总功。 2. 计算滑轮组机械效率常用公式：η= Gh/(Fs) = G/(nF)（不计绳重和摩擦时还可写为η= G/(G+G动)）。 一、基础层（20题）——覆盖核心概念与简单应用 1. 使用机械时，对人们有用的功叫______，对人们没有用但又不得不做的功叫______，有用功和额外功之和叫______。 2. 机械效率的计算公式是η = ______，机械效率总是______（选填“大于”“小于”或“等于”）1。 3. 某机械的效率为50%，表示该机械做功时，______功在______功中的比例为50%。使用任何机械时，机械效率总是小于______。 4. 额外功(W额)：利用机械时不想需要但______做的功。 公式：W额= W总－W有用=G动h(忽略轮轴摩擦的动滑轮、滑轮组)；斜面：W额=fL。 5. 有用功 (W有)：人们为了达到工作目的______要做的功。公式：W有用＝Gh=W总－W额。 6. 用滑轮组提升重物，若重物重为100N，被提升2m，则有用功为______J；若实际拉力为40N，绳子自由端移动6m，则总功为______J，机械效率为______。 7. 用滑轮组将重为400N的物体匀速提升2m，若滑轮组的机械效率为80%，则有用功为______J，总功为______J，额外功为______J。 8. 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”）。 9. 用图中滑轮组将物块匀速提升了20cm用时2s，动滑轮重0.9N，绳子自由端弹簧测力计的示数如图所示为______N，不计绳重及摩擦，则该物块重______N。如果要提高滑轮组的机械效率，你的做法是______。 10. 如图所示，超市购物时，小明用沿斜面向上150N的推力，将总重为500N的小车匀速推到斜面顶端。已知斜面高1.2m，长5m。此过程中小明推力做功为______J；该斜面的机械效率为______；日常生活中人们利用斜面可以______（选填“省力”或“省功”）。 11. 某同学在做测量机械效率的实验时，分别用甲、乙、丙三种机械将重2N的物体匀速提升0.6m，记录它们所做的总功如图所示，则甲机械做的有用功为______J，乙机械的额外功为______J，丙机械的机械效率为______。 12. 如图所示，工人利用滑轮组来提升物体时可以______（选填“省力”或“省功”）；某次作业中，工人将540N的物体匀速吊起5m高，工人对绳子自由端的拉力F为240N，滑轮组的机械效率为______；若只增大拉动绳子自由端的速度，滑轮组的机械效率将______（选填“变大”“变小”或“不变”）。 13. 如图所示，工人用500N的推力在斜面上将重为1200N箱子向上推到0.3m高处，箱子沿斜面移动了1m，共耗时5s，则推力的功率为______W，此斜面的机械效率为______，克服摩擦力做功______J。 14. 下列关于机械效率的说法正确的是（ ） A. 机械效率可以大于1 B. 机械效率越高，做功越快 C. 有用功在总功中占的比例越大，机械效率越高 D. 做功越多的机械，机械效率越高 15. 下列方法中，能提高机械效率的是（ ） A. 增加机械的功率 B. 减小机械做功的时间 C. 减小机械的额外功 D. 增加机械做的总功 16. 关于功和机械效率，下列说法错误的是（ ） A. 使用任何机械都不省功 B. 机械效率高的机械做功一定快 C. 总功一定时，额外功越少，机械效率越高 D. 有用功一定时，额外功越少，机械效率越高 17. 用杠杆、斜面和滑轮组分别将物重相同的物体提升到相同高度的过程中，所做的有用功（ ） A. 使用杠杆时最多 B. 使用斜面时最多 C. 使用滑轮组时最多 D. 一样多 18. 理解物理概念是学好物理的关键，关于功、功率和机械效率，下列说法正确的是（ ） A. 功率越大，做功就越快，机械效率也越大 B. 机械效率越高的机械，表明它做的有用功越多 C. 物体受力且运动一段距离时，力就对物体做了功 D. 两个机械工作时做的额外功相同，有用功也相同，机械效率也一定相同 19. 关于功、功率、机械效率的说法中，正确的是（ ） A. 功率大的机械，机械效率一定高 B. 机械效率越高，有用功与总功的比值越大 C. 做功越多，功率越大 D. 机械做功时，做的有用功越多，机械效率越高 20. 如下所示的简单机械在使用过程中省距离的是（ ） A. 盘山公路 B. 汽车钥匙 C. 船桨 D. 旗杆上的定滑轮 二、提升层（10题）——知识综合运用与实验分析 1. 如图所示，在研究“使用动滑轮是否省功”的实验中，用甲、乙两种不同的方式将同样的钩码缓慢地提升相同的高度，下列说法正确的是（　　） A．甲种方法更省力 B．乙种方法更省功 C．两种方法做的有用功相等 D．两种方法的机械效率相等 2. 如图所示是《天工开物》中古人用脚踏碓舂米的情景。下列分析正确的是（　　） A．人对碓做的是有用功 B．石头重力做的功是额外功 C．使用这种杠杆可以省功 D．人对碓做的功是总功 3. 如图所示，甲、乙两装置所用滑轮质量均相等，用它们分别将重为G1和G2的两物体匀速提升相同的高度。所用竖直方向上的拉力F1=F2，两装置的机械效率分别为η1和η2（不计绳重和一切摩擦），则下列选项正确的是（　　） A．G1＞G2 η1＞η2 B．G1＞G2 η1＜η2 C．G1＝G2 η1＞η2 D．G1＝G2 η1＝η2 4. 如图，小明分别用甲、乙两个相同的滑轮把同一桶沙提升相同高度（滑轮重力小于沙和桶的总重力）。不计摩擦和绳重，下列判断正确的是（　　） A．拉力F1等于F2 B．乙滑轮的机械效率高 C．甲、乙两滑轮做的额外功相同 D．甲滑轮做的总功少 5. 在“探究影响动滑轮机械效率的因素”实验时，某小组利用重力不同的两个动滑轮进行了三次测量，数据记录如下表。请回答： （1）实验中，使用滑轮组提升重物时，应竖直向上______拉动弹簧测力计； （2）第②次实验中的机械效率是______； （3）通过比较______两次实验数据，可知动滑轮的机械效率与动滑轮的自重______； （4）小明认为“同一个机械，它的机械效率是不变的”，通过比较______两次实验数据，可知他的观点是______的。 实验序号 钩码重/N 动滑轮重/N 拉力/N 钩码上升高度/m 测力计移动距离/m 有用功/J 总功/J 机械效率/% ① 4 0.5 2.3 0.2 0.4 0.8 0.92 87.0 ② 4 0.9 2.5 0.2 0.4 0.8 1.0 80.0 ③ 6 0.5 3.3 0.2 0.4 1.2 1.32 90.9 6. 在“测量滑轮组的机械效率”的实验中，用同一滑轮组进行了三次实验，实验数据记录如表。请回答： （1）实验时，要竖直向上______拉动弹簧测力计； （2）第3次实验中，弹簧测力计的示数如图，为______N；机械效率为______（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______； （4）若第1次实验中，钩码上升高度增大为20cm，则过程中做的额外功______，滑轮组的机械效率______；（均选填“增大”、“减小”或“不变”） （5）若第3次实验中，弹簧测力计的示数是在拉动的过程中停下来读取的，则此时滑轮组实际的机械效率______（选填“偏大”、“不变”或“偏小”）。 次数 钩码重G/N 钩码上升距离h/cm 弹簧测力计示数F/N 弹簧测力计上升距离s/cm 机械效率 1 2 10 0.8 30 83.3% 2 4 10 1.5 30 88.9% 3 6 10 30 7. 选用图中所示一套装置测量滑轮组的机械效率，部分实验数据如表： 实验次数 钩码重力G/N 钩码上升高度h/cm 拉力F/N 绳子自由端移动距离s/cm 机械效率η 1 2.0 5 1.0 15 66.7% 2 4.0 5 1.8 15 74.1% 3 4.0 10 1.8 30 74.1% 4 6.0 5 2.5 15 （1）实验过程中，缓慢竖直拉动弹簧测力计，使钩码匀速直线上升，由记录的数据可知，该实验使用的是图　 　所示的实验装置； （2）第4次实验时所做的有用功为　 　J，滑轮组的机械效率是　 　%； （3）分析1、2、4次实验的数据可知，使用同一滑轮组提升重物时，重物重力越　 　（选填“大”或“小”），滑轮组的机械效率越高；分析2、3次实验的数据可知，滑轮组的机械效率与钩码上升的高度　 　（选填“有关”或“无关”）。 8．斜面是一种省力机械，斜面的省力情况与哪些因素有关呢？小明做了如下猜想： 猜想1：斜面的省力情况与斜面的表面材料有关。 猜想2：斜面的省力情况与斜面的倾斜程度有关。 猜想3：斜面的省力情况与物体受到的重力大小有关。 小明为验证上述猜想，利用如图所示的装置进行了实验，物体在沿斜面拉力的作用下做匀速直线运动，实验数据记录如下表。 实验次序 1 2 3 4 5 6 斜面倾角 30° 30° 30° 30° 45° 60° 斜面的表面材料 木板 毛巾 木板 木板 木板 木板 物重G/N 2.0 2.0 4.0 6.0 2.0 2.0 沿斜面拉力F/N 1.35 1.52 2.70 4.05 1.52 1.70 根据实验数据，回答下列问题： （1）通过对比实验1、2中的数据可知，使用斜面省力的情况与斜面的　 　有关。 （2）通过对比实验1、5、6中的数据，得出的结论是在其他条件相同时，　 　，提升物体越省力。 （3）为验证猜想3，小明做了三次实验　 　（选填实验次序），分析实验数据后，他认为这几次实验省力情况相同，依据是沿斜面的拉力与物块重力比值　 　（选填“相等”或“不等”）。 （4）完成实验后，小明沿斜面用1.8N的拉力将重为4N的物体从斜面底端匀速拉到了顶端，已知斜面长为1.2m、高为0.3m，则斜面的机械效率约是　 　（结果精确至1%）；物体受到的摩擦力是　 　N。 9. 某工人用如图1所示的滑轮组运送货物上楼，滑轮组的机械效率随货物重力变化的图像如图2所示。若工人在t0时间内将重为G0的货物匀速向上提升h0高度。下列说法正确的是（不计绳重和摩擦）（　　） A．此时工人所用的拉力为 B．工人所用拉力做功的功率为 C．动滑轮的重力为 D．若工人将2G0的货物匀速提升h0高度，则滑轮组的机械效率为 10. 工人用如图甲所示的滑轮组利用箱子运送建材上楼，每次运送量不定．滑轮组的机械效率随建材重量变化的图象如图乙所示，滑轮和钢绳的摩擦力及绳重忽略不计，g取10N/kg。 （1）动滑轮的重力是多大？ （2）若工人在 1min 内将建材匀速竖直向上提升了 12m，作用在钢绳上的拉力为 200N，求拉力的功率； （3）当滑轮组的机械效率为 80% 时，运送建材的重力是多大？ 三、拓展层（5题）——实验探究与综合应用 1. 如图所示，在50N的拉力F作用下，一个重600N的物体以0.1m/s的速度沿水平地面向右匀速直线运动了10s。已知滑轮组的机械效率为80%，不计滑轮重和绳重，下列说法中正确的是（　　）。 A．拉力F做的功为50J B．拉力F做功的功率为5W C．物体与地面的摩擦力为120N D．物体与地面的摩擦力为150N 2. 建筑工地上，工人用如图所示的装置将重为300N的建材从地面匀速运送到离地面8m的高处，所用时间为40s。已知动滑轮重为40N，不计滑轮组的绳重和摩擦，下列说法正确的是（　　） A．工人做的总功为2400J B．工人拉力的功率为60W C．此过程中该装置的机械效率约为88% D．可以通过增加动滑轮个数的方法提高该装置的机械效率 3.如图所示，工人站在水平地面上，用滑轮组提升重物A，工人对绳子自由端施加竖直向下的拉力F，工人拉力功率为200W，物体A被竖直匀速提升1m，用时5s，滑轮组的额外功为100J。下列说法中正确的是（　　） A．工人的体重不能小于500N B．动滑轮所受的重力为100N C．物体A的重力可以大于1000N D．该滑轮组的机械效率为80% 4. （多选）建筑工地上，建筑工人利用小型的升降机来搬运水泥，如图所示。某次搬运过程中，工人用升降机在6s的时间内，将3袋水泥从地面吊上四楼，每袋水泥的质量为30kg。电动机牵引绳子的拉力F-t及水泥运动的v-t图分别如图乙和丙所示，每个滑轮所受的重力均为30N。g取10N/kg，每层楼层高为3m，下面说法正确的是（　　） A．水泥匀速上升时，拉力F做功的功率为2040W B．水泥匀速上升过程，滑轮组对水泥做功为8100J C．滑轮组匀速拉动水泥时的机械效率约为88.2% D．滑轮组匀速拉动水泥过程克服绳重和摩擦做的额外功为720J 5. 如图中甲是起重机正在吊起重物的情景，乙图是吊臂上B端的滑轮组示意图。钢绳末端的拉力F使重物正在以0.5m/s的速度竖直匀速上升已知重物重，每个滑轮重300N。不计绳重与摩擦。请解答以下问题： （1）写一条甲图中应用到的物理知识。 （2）经过10s钢绳末端拉力F拉动的距离为多少米？ （3）钢绳末端的拉力F是多少？ （4）滑轮组的机械效率（结果精确至0.1%）。 第 1 页 共 25 页 学科网（北京）股份有限公司 $