2023学年八年级物理下册第十二章简单机械12.3机械效率精讲精练含解析新版（人教版）.doc

专题12.3 机械效率 课前预习 1.有用功 (W有用）：人们为了达到工作目的____必须____要做的功。 2.额外功(W额）：利用机械时不想需要但___不得不做____的功。 3.总功(W总）：外力所做的功，即有用功和额外功的总__和___。 4.定义：机械效率是有用功与总功的比值，分析判定一个机械的机械效率高低要分析两个因素：有用功与总功。任何机械的机械效率都小于___1___. 5.计算公式:___ η=×100％_____。 6.提高机械效率的途径：尽可能增加提升物体的___重力___；减轻机械的___自身___重量；合理地减少部件间的有害___摩擦____。 知识点解读与例题突破 知识点1：有用功和额外功 1.有用功：使用机械时，对人们有用的功叫有用功。也就是人们不用机械而直接用手时必须做的功。在提升物体时，W有用= Gh 2.额外功：使用机械时，对人们没有用但不得不做的功叫额外功。 3.额外功的主要来源：①提升物体时，克服机械自重、容器重、绳重等所做的功。②克服机械的摩擦所做的功。 4.人们在使用机械做功的过程中实际所做的功叫总功，它等于有用功和额外功的之和。即：W总=W有用+W额 5.若人对机械的动力为F，则：W总= FS 【例题1】（2023年山东威海）如图是一款健身拉力器原理图，斜面的倾角为30°，重500N的物块与固定在斜面底端的弹簧相连，小明通过定滑轮拉着物块沿斜面向上匀速运动2m的过程中（此过程弹簧始终处于被拉伸状态），小明对绳的拉力所做的功为1000J，克服弹簧拉力做功300J，则克服物块重力做的功为　　J，物块与斜面之间摩擦力的大小为　　N．（忽略绳重、滑轮与轴的摩擦） 【答案】500；100。 【解析】已知斜面的倾角为30°，物块沿斜面向上匀速运动2m，则斜面的高度h＝s＝×2m＝1m， 克服物块重力做的功W有用＝Gh＝500N×1m＝500J； W额＝W总﹣W1﹣W有用＝1000J﹣500J﹣300J＝200J， 由W额＝fs可得，物块与斜面之间摩擦力的大小f＝＝＝100N。 知识点2：机械效率 （1） 定义：有用功与总功的比值，叫机械效率。 （2）公式：η=×100％ 【例题2】（2023年湖北荆州）湖北省第二届园林博览会将于2023年年9月28日在荆州开幕。在某场馆建设中，采用了如图所示的装置提升重物，当工人师傅们用1000N的拉力F向下拉绳，使重1600N的重物匀速上升了5m，此过程中克服绳重和摩擦做功500J，下列说法中正确的是（　　） A．拉力F做功为5×103 J B．缠绕在动滑轮上每股绳的拉力为800N C．动滑轮重为300N D．滑轮组的机械效率为75% 【答案】C 【解析】A．由图知，n＝2，拉力端移动距离：s＝2h＝2×5m＝10m， 拉力F做功：W总＝Fs＝1000N×10m＝1×104J，故A错； B．已知绳子末端的拉力F为1000N，则缠绕在动滑轮上每股绳的拉力都为1000N，故B错； C．拉力做的有用功：W有用＝Gh＝1600N×5m＝8×103J， 拉力做的额外功：W额总＝W总﹣W有用＝1×104J﹣8×103J＝2×103J， 此过程中克服绳重和摩擦做功W额1＝500J， 提升动滑轮做的额外功：W额2＝W额总﹣W额1＝2×103J﹣500J＝1.5×103J， 由W＝Gh可得动滑轮重力： G轮＝＝＝300N，故C正确； D．滑轮组的机械效率：η＝＝×100%＝80%，故D错。 【例题3】（2023年湖北荆州）为了发展文化旅游事业，荆州市正在兴建华强方特文化主题园，建成后将通过最新的VR技术展示包括楚文化和三国文化在内的五千年华夏文明。园区建设中需把重1200N的木箱A搬到高h＝2m，长L＝10m的斜面顶端。如图所示，工人站在斜面顶端，沿斜面向上用时50s将木箱A匀速直线从斜面底端拉到斜面顶端，已知拉力F的功率为80W．求： （1）拉力F的大小； （2）该斜面的机械效率是多少； （3）木箱A在斜面上匀速直线运动时受到的摩擦力是多大。 【答案】（1）拉力F的大小为400N； （2）该斜面的机械效率是60%； （3）木箱A在斜面上匀速直线运动时受到的摩擦力是160N。 【解析】（1）由P＝得，拉力所做的功： W 总＝Pt＝80W×50s＝4×103J， 由W＝FL得，拉力F的大小： F＝＝＝400N。 （2）克服物重做功： W 有＝Gh＝1200N×2m＝2.4×103J， 则斜面的机械效率： η＝×100%＝×100%＝60%。 （3）木箱 A 在斜面上匀速运动时克服摩擦做功： W额＝W总﹣W有＝4×103J﹣2.4×103J＝1.6×103J， 由W额＝fL得，木箱 A 在斜面上匀速运动时受到的摩擦力： f＝＝＝160N。 习题精练 一、选择题 1．下列关于简单机械在实际应用中的说法正确的是（　　） A．指甲剪是省力省功的机械 B．定滑轮不省力，但能改变力的方向 C．滑轮组既省力，又省距离，还省功 D．斜面的机械效率可以达到100% 【答案】B． 【解析】（1）根据指甲剪的结构和功的原理分析； （2）定滑轮的实质是等臂杠杆； （3）根据滑轮组的特点可做出判断； （4）机械效率永远小于1． A．指甲剪由三条杠杆组成，其中既有省力杠杆也有费力杠杆，但其最终可以达到省力的目的，所以为省力机械，但使用任何机械都不省功，故A错误； B．定滑轮的实质是等臂杠杆，不省力也不费力，但可以改变力的方向，故B正确； C．滑轮组可以省力，但费距离，且不可能省功，故C错误； D．使用任何机械都要做额外功，所以机械效率不可能达到100%，故D错误． 2．（2023年湖北宜昌）如图所示的吊车有大小两个吊钩，在确保安全的前提下，下列关于吊车机械效率说法正确的是（　　） A．吊起相同货物，使用小吊钩机械效率高 B．吊起相同货物，上升速度快机械效率高 C．每次吊起的货物越少，机械效率越高 D．货物升高的高度越高，机械效率越高 【答案】A 【解析】在物理学中，我们把有用功与总功的比值称为机械效率，即机械效率的高低与有用功的大小、总 功的大小或额外功的大小有关；故利用控制变量的方法分析判断即可。 （1）使用小吊钩吊起相同货物时，小吊钩（小动滑轮）的重力小，做的额外功少，在有用功一定的情况下，总功小，其机械效率高，故A正确； （2）由机械效率公式η可知，机械效率的高低与上升速度、货物升高的高度无关，故BD错误； （3）每次吊起的货物越少，有用功越少，有用功在总功中所占比例越小，所以机械效率越低，故C错误。 3．（2023年湖南株洲）在测量图甲所示滑轮组机械效率η的实验中，通过改变物重G或动滑轮重G动进行多次实验，得到了形如图乙所示的效率与物重或动滑轮重的关系，图中纵轴表示机械效率的倒数η﹣1，若不计绳重与摩擦，则橫轴可能表示（　　） A．G B．G﹣1 C．G动 D． 【答案】BC 【解析】由图可知，物体由3段绳子承担， 此滑轮组的机械效率η＝＝＝＝＝1+ 则η﹣1＝1+＝1+（G﹣1×G动）， 已知图中纵轴表示机械效率的倒数η﹣1，由此可知，若不计纯重与摩擦，则橫轴可能表示G﹣1或G动 4.如图所示，用完全相同的四个滑轮和两根相同的细绳组成甲、乙两个滑轮组，在各自的自由端施加大小分别为F1和F2的拉力，将相同的重物缓慢提升相同的高度（不计绳重和一切摩擦）．下列说法正确的是（　　） A．拉力F1小于拉力F2 B．甲、乙两滑轮组的机械效率相同 C．甲、乙两滑轮组中的动滑轮都是费力机械 D．甲、乙两滑轮组中绳子自由端移动的距离相等 【答案】B． 【解析】由滑轮组的结构知道承担物重的绳子股数n，则绳子自由端移动的距离s=nh；把相同的重物匀速提升相同的高度，做的有用功相同；不计绳重及摩擦，利用相同的滑轮和绳子、提升相同的高度，做额外功相同；而总功等于有用功加上额外功，可知利用滑轮组做的总功相同，再根据效率公式判断滑轮组机械效率的大小关系． A．不计绳重及摩擦，因为拉力F=（G物+G动），n1=2，n2=3， 所以绳端的拉力：F1=（G物+G动），F2=（G物+G动），所以F1＞F2，故A错误； B．因为动滑轮重相同，提升的物体重和高度相同，W额=G动h，W有用=G物h，所以利用滑轮组做的有用功相同、额外功相同，则总功相同；因为η=，所以两滑轮组的机械效率相同，故B正确； C．使用动滑轮能够省力，动滑轮为省力杠杆，故C错误； D．因为绳子自由端移动的距离s=nh，n1=2，n2=3，提升物体的高度h相同，所以s1=2h，s2=3h，则s1≠s2，故D错误。 5．（2023年内蒙古巴彦淖尔市）如图所示，拉力F为5N，物体A以0.1m/s的速度在物体B表面向左做匀速直线运动（B表面足够长）；物体B静止在地面上，受到地面水平向左4N的摩擦力，弹簧测力计示数为12N．下列说法正确的是（　　） A．物体A受到的摩擦力为10N B．拉力F的功率为1.5W C．滑轮组的机械效率为80% D．拉力F增大到15N时，物体B开始向左运动 【答案】C 【解析】A．物体B静止在地面上，所以受力平衡；水平方向上物体B受到向右的弹簧拉力、地面对它向左的摩擦力和物体A对它向左的摩擦力，所以两个摩擦力之和为12N，即fAB+4N＝12N，则fAB＝8N；根据相互作用力的知识可知，物体A受到的摩擦力为f＝fAB＝8N；故A错误； B．由图知，水平使用滑轮组，n＝2，拉力端移动速度v＝2v物＝2×0.1m/s＝0.2m/s， 则拉力做功的功率：P＝＝＝Fv＝5N×0.2m/s＝1W；故B错误； C．滑轮组的机械效率：η＝×100%＝＝80%，故C正确； D．若拉力F增大到15N时，A在运动过程中，A对B的压力不变、接触面的粗糙程度不变，则A和B之间的摩擦力不变，所以物体B的运动状态不会改变，即物体B仍然静止，不会向左运动，故D错误。 6.建筑工人用如图所示的滑轮组，在4s内将重为1500N的物体沿水平方向匀速移动2m的过程中，所用的拉力大小为375N，物体受到水平地面的摩擦力为物重的0.4倍．在此过程中下列说法正确的是（　　） A．绳子自由端沿水平方向移动了6 m B．物体受到的拉力为750N C．拉力F的功率为750W D．滑轮组的机械效率为80% 【答案】D． 【解析】（1）由图可知滑轮组绳子的有效股数，根据s=nsA求出绳子自由端沿水平方向移动； （2）物体沿水平方向匀速移动时处于平衡状态，受到的拉力和摩擦力是一对平衡力，二力的大小相等，根据FA=f=0.4G求出物体受到的拉力； （3）根据W=Fs求出拉力F做的功，根据P=求出拉力F的功率； （4）根据W有=FAsA求出拉力做的有用功，根据η=×100%求出滑轮组的机械效率． 二、填空题 7．（2023年湖南娄底）既可以省力，又可以改变用力方向的滑轮是____（选填“定滑轮”“动滑轮”或“滑轮组”）；利用一个效率为90%的杠杆做100J的总功，其中额外功是____J。 【答案】滑轮组；10。 【解析】（1）使用定滑轮不能省力，但可以改变力的方向；使用动滑轮可以省力，但不可以改变力的方向；用定滑轮和动滑轮组成滑轮组，既可以省力，又可以改变力的方向； （2）由题知，使用杠杆做的总功W总=100J，η=90%， 可得做的有用功： W有用=W总×90%=100J×90%=90J， 则利用杠杆做的额外功： W额=W总-W有用=100J-90J=10J。 8．（2023年江苏南京）建筑工地上，起重机吊臂上的滑轮组如图所示在匀速起吊重4.2×103N的物体时，物体5s内上升了6m，此过程中有用功为　 　J，钢