专题12.3 机械效率--八年级物理人教版（下册）.doc

第十二章 简单机械 第3节 机械效率 1．有用功：对人们有用的功，等于直接用手对重物所做的功（Gh）。 公式：W有用＝Gh（提升重物）=W总－W额=ηW总。 2．额外功：并非我们需要但又不得不做的功。 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）。 3．总功：有用功加额外功或动力所做的功。 公式：W总=W有用＋W额=Fs=W有用／η。 4．机械效率和功率的区别 功率和机械效率是两个不同的概念。功率表示做功的_________，即单位时间内完成的功功率越大，做功越快；机械效率表示机械做功的效率，即所做的总功中有多大比例的有用功，机械效率越大，有用功跟总功的比值_________。有用功总________总功，所以机械效率总__________。通常用百分数表示。某滑轮机械效率为60%表示有用功占总功的60%。 提高机械效率的方法：减小机械自重、减小机件间的摩擦等。 快慢 越大 小于 小于1 常考机械的有用功、总功、机械效率计算 简单机械 有用功 总功 额外功 机械效率 杠杆 W有用=Gh W总=Fs W额=W总－W有用 滑轮组 W有用=Gh W总=Fs W总=Gh+G动h（不计绳重和摩擦） W额=W总－W有用 W额=G动h（不计绳重和摩擦） 斜面 W有用=Gh W总=Fl W总=Gh+fl （f为摩擦力） W额=W总－W有用 W额=fl （f为摩擦力） 【例题】如果世界上不存在一切摩擦，那么下列哪种现象不会发生 A．饭将从我们嘴里滑掉 B．人将寸步难行 C．不能用螺钉螺母固定工件 D．物体将飘浮在空中 参考答案：D 1．水桶掉进水里，打捞时桶里带些水，下列所述中属于有用功的是 A．把桶中水提高做的功 B．把桶提高做的功 C．提整个桶做的功 D．手对绳子拉力做的功 2．某建筑工地要将同一个箱子从地面搬上二楼，如果分别采用如图所示的两种方式搬运，F1和F2做功的情况，以下判断正确的是 A．两种方式机械效率一定相等 B．两种方式功率一定相等 C．两种方式所做的总功一定相等 D．两种方式所做的有用功一定相同 3．如图所示，A物体受到的重力是100 N，在拉力F的作用下，能以0.2 m/s的速度在水平地面上向左匀速直线运动。已知拉力F=5 N，滑轮组的机械效率为80%，则下列说法不正确的是 A．拉力F的功率是1 W B．2 s内绳子自由端移动的距离是1.2 m C．5 s内拉力F所做功的大小是15 J D．物体A受到水平地面的摩擦力大小是12 N 4．下列关于功率的说法正确的是 A．功率大的机械，机械效率一定高 B．功率大的机械，做功一定多 C．功率大的机械，做功一定快 D．功率大的机械，做功时间一定短 5．小红用塑料桶从井中打水；小军把不小心掉进井中的塑料桶打捞上来。在这两个情形中水桶中都有水。那么下列分析中正确的是 A．两个情形中，两人对水做的功都是有用功 B．两个情形中，两人对水做的功都是总功 C．两个情形中，两人对水做的功都是额外功 D．小红对水做的功是有用功，小军对水做的功是额外功 6．用四个完全相同的滑轮和两根相同的绳子组成如图所示的甲、乙两个滑轮组，不计绳子与滑轮的摩擦，则甲、乙两个滑轮组相比较，说法正确的是 A．甲滑轮组最省力，机械效率也最高 B．乙滑轮组最省力，机械效率也最高 C．两个滑轮组省力程度不同，机械效率相同 D．两个滑轮组省力程度不同，机械效率也不同 7．通过测量滑轮组机械效率的实验，可得出下列各措施中能提高机械效率的是 A．增加动滑轮，减小拉力 B．减少提升重物重力，减小拉力 C．减少提升高度，减少做功 D．增加提升重物重力，增大有用功 8．工人利用如图所示的滑轮组，将重800 N的物体竖直向上匀速提升1 m，工人对绳的拉力为500 N，则滑轮组对重物所做的有用功W有和该滑轮组此时的机械效率η分别是 A．W有＝500 J η＝62.5% B．W有＝500 J η＝80% C．W有＝800 J η＝62.5% D．W有＝800 J η＝80% 9．用滑轮组提升重物，下列措施中能提高机械效率的是 A．增加提升的高度，增大有用功 B．增加动滑轮个数，使滑轮组更省力 C．增加被提升物体的重力，从而增大有用功 D．增大提升的速度，从而减小额外功 10．如图所示是一种小型千斤顶的示意图，当手往下压动摇臂时，能把重物抬高一段较小的距离。工人在2 s时间里，用100 N的力，竖直向下压动摇臂50 cm，把重1 000 N的重物匀速抬高4 cm，则重物上升的速度是________m/s，所做的有用功是________J，千斤顶的机械效率是________。 11．工人师傅常利用斜面把重物搬运到汽车上，如图所示，汽车车厢底板高度h=1.5 m，斜面长度s=3 m。现用力F沿斜面把重力为G=1 800 N重物匀速推到车上，若不计摩擦，推力F为______N。若实际存在的摩擦力f=300 N，则工人师傅实际用的推力F′=______N，该斜面的机械效率是______。 12．一座高达40 m的大桥，总长为8 350 m，其中正桥只有850 m，而两侧引桥却长达7 500 m。一座大桥为什么要有这么长的引桥呢？小明很奇怪，请教老师后，他明白了引桥相当于一个斜面。 （1）小明用如图所示的斜面进行模拟实验。在保持斜面高度不变的情况下，改变斜面的长度。发现斜面越长，拉动小车匀速上升的力F越小。由此他明白了很长的引桥在汽车上桥是能起到_____（填“省力”或“省功”）的作用。 （2）一辆总质量为2 000 kg的汽车以10 m/s的速度匀速通过一侧引桥（长3 750 m），需要的时间为_____________s，所做的有用功为_____________J。（g 取10 N/kg） 13．如图所示，某人通过滑轮组将深井中的物体拉至井口。已知物体在10 s内被提升了2 m，物体所受重力G=720 N，人对绳子水平向右的拉力F=300 N。求： （1）物体上升的速度； （2）人匀速拉动绳子的功率； （3）人拉起物体时的机械效率。 14．已知甲机器的机械效率是65%，乙机器的机械效率是80%，那么下列说法中正确的是 A．甲机器一定比乙机器省力 B．甲机器一定比乙机器省距离 C．甲机器做的有用功一定比乙机器多 D．以上说法都不对 15．如图所示，在大小为1 000 N的拉力F作用下，滑轮组将1 800 N的重物匀速提升了0.5 m，设滑轮组摩擦不计。则在此过程中 A．做的有用功是500 J B．做的总功是1 500 J C．滑轮组的机械效率是90% D．若减缓重物的提升速度，滑轮组的机械效率会相应的减小 16．用相同的滑轮和绳子分别组成如图所示的甲、乙两个滑轮组，绳子受的拉力分别为F1、F2，保持甲、乙两绳自由端的速度相同，把相同的物体匀速提升相同的高度。若不计绳重及轴处摩擦，下列说法正确的是 A．F1和F2大小不相等，滑轮组的机械效率相同 B．F1和F2大小不相等，F1和F2的功率相同 C．绳子自由端移动的距离不相等，物体运动的时间相同 D．绳子自由端移动的距离相等，F1和F2做的功相同 17．如图所示的两个滑轮组分别把重力相等的两个物体提升相同的高度，所用的拉力F1=F2，比较两拉力所做的功W1、W2及两滑轮组的机械效率η1、η2，则有 A．W1>W2，η1<η2 B．W1<W2，η1<η2 C．W1=W2，η1=η2 D．W1<W2，η1>η2 18．在一个高为h、长为L的斜面上，用沿斜面向上的力F把重为G的木块匀速向上拉的过程中，如果斜面的机械效率为η，则木块和斜面间的摩擦力表达式错误的是 A．F（1–η） B． C． D． 19．某同学用如图所示的实验装置测量滑轮组的机械效率，相关数据记录在下表中： 实验次数 钩码重/N 钩码上升的高度/m 绳端的拉力/N 绳端移动的距离/m 机械效率 1 4 0.10 1.8 0.3 2 6 0.10 2.5 0.3 3 6 0.15 2.5 （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）第二次实验中，2 s内钩码上升的高度为0.1 m，则它运动的速度为___________m/s。 （3）第三次实验中，绳端移动的距离为___________m，滑轮组的机械效率为___________。 （4）分析比较第一、二两次实验数据，有用功W有1___________W有2，滑轮组的机械效率η1___________η2（两空均选填“>”“=”或“<”）．由此可知，可采用___________的方法来提高滑轮组的机械效率。 20．用图示装置探究“斜面机械效率”，实验记录如表。 实验次数 物体种类 物重G/N 斜面高h/cm 沿斜面的拉力F/N 斜面长 s/cm 机械效率η/% 1 木块 4 15 1.1 90 60 2 小车 4 15 90 （1）沿斜面拉动物体时，应使其做___________运动。 （2）根据图中测力计的示数，可知第2次实验的机械效率为___________%．由实验可得初步结论：斜面倾斜程度相同时，___________越小，机械效率越大。 （3）第1次实验中，木块所受摩擦力为___________N。 21．一辆汽车不慎陷入泥坑，司机用如图所示的滑轮组将汽车拖出．已知整个过程中，水平拉力F是1×104 N，汽车沿水平方向匀速移动了4 m，滑轮组的机械效率为80%．求： （1）拉力F做的总功。 （2）有用功为多大？ 22．（2017·黄石卷）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% 23．（2017·哈尔滨卷）用如图所示的装置研究滑轮组机械效率，下列说法不正确的是 A．弹簧测力计通常要竖直向上匀速拉动 B．测量机械效率的原理：η=×100% C．机械效率与动滑轮重力的大小有关 D．提高机械效率可以通过减小钩码的重力来实现 24．（2017·安徽卷）如图所示，当水平拉力F=50 N时，恰好可以使物体A沿水平地面向右做匀速直线运动。已知物体重为200 N，所受地面的摩擦力约为80 N，假如在5 s时间内，物体水平移动了0.6 m，不计绳和滑轮的自重，则在此过程中 A．拉力F做功为30 J B．物体重力做功为120 J C．拉力F做功的功率为12 W D．该装置的机械效率约为60% 25．（2017·广州卷）图1中力F1水平拉动重为G的物体A在水平路面匀速移动了s。改用滑轮组拉动A在同一路面匀速移动s，拉力为F2（如图2）。此过程滑轮组 A．总功为F2s B．额外功为F1s C．机械效率为 D．额外功为3F2s–F1s 26．（2017·宜昌卷）小明同学做“测量滑轮组机械效率”的实验。（如图所示），用相同的滑轮组提升不同数量的钩码，记录数据如表所示。 （1）观察如图中测力计的示数，表格中编号①的数值是________N，②的数值是_________。 （2）小明通过分析表格中的数据，得到了提高滑轮组机械效率的方法，汽车作为一种“机械”，提高效率对节能减排有重要意义，请你指出以下三种提高效率的方法中，方法_____是与本实验同理的。 方法一：鼓励人们“拼车”出行，使汽车尽量装满人员。 方法二：汽车制造厂用新材料减轻汽车重量。 方法三：经常给汽车做保养，保持良好的润滑。 （3）小明发现绳端移动的距离与钩码提升高度有固定的倍数关系，于是他认为钩码数量一定时，无论将钩码提升多高，都不影响该滑轮组的机械效率。小芳则认为：钩码提升的高度不同，有用功就不同，机械效率就变化了，你认为_________的看法是正确的。 1．B【解析】我们的目的就是为了把水桶提上来，所以对水桶做的功为有用功；但水桶里面有一些水，又不得不对水做功，所以对水做的功为额外功；必须通过绳子才能把水桶提上来，但对绳子做的功又没有用，却又不得不做，所以手拉绳子做的功也是额外功。故选B。 2．D【解析】不管用什么机械做功，只要提升的物体和提升的高度相同，则做的有用功相同。所以题中用两种方法搬运同一个箱子到二楼做的有用功相同，其他不能确定。故选D。 4．C【解析】A．有用功与总功的比值叫机械效率，与功率的大小无关。故A错误；B．功率反映做功的快慢，功率大则做功快，做功的多少还与时间有关，故B错误；C．功率反映做功的快慢，功率大则做功快。故C正确；D．功率等于功和做功时间的比值，功率大，但功的多少不知，无法判定做功的时间，故D错误。 5．D【解析】用水桶从井中提水的时候，目的是提水，所以对水做的功是有用功，对桶做的功是额外功；桶掉到井里，从井里把桶捞上来，目的是捞桶，所以对桶做的功是有用功，对水做的功是额外功；有用功和额外功之和是总功，故D正确. 6．C【解析】由图可知，甲滑轮组由2股绳子承担物体和动滑轮的总重力，乙滑轮组由3股绳子承担物体和动滑轮的总重力，所以乙滑轮组更省力；甲、乙两滑轮组将同一重物提升相同高度，由W有用=Gh可知有用功相同，由W额外=G动h可知额外功相同，由W总=W有用+W额外可知总功相同，由η可知机械效率相同。故选C。 7．D【解析】滑轮组的机械效率与物重、动滑轮重、摩擦、绳重有关，物体越重滑轮组的机械效率越高；动滑轮越轻，机械效率越高；摩擦越小，绳子越轻滑轮组的机械效率越高，故选D。 8．D【解析】W有=Gh=800 N×1 m=800 J，工人通过滑轮组提升物体，绳子股数n=2，s=nh=2×1 m=2 m；则W总=Fs=500 N×2 m=1 000 J；。故选D。 10．0.02 40 80% 【解析】重物上升的速度v＝＝0.02 m/s，所做的有用功W有用＝Gh＝1 000 N×0.04 m＝40 J，总功W总＝Fs＝100 N×0.5 m＝50 J，所以千斤顶的机械效率是η＝＝80%。 11．900 1 200 75% 【解析】若不计摩擦，则W有＝W总，即Gh＝F所以F＝＝900 N；若实际存在的摩擦力f＝300 N，则工人师傅实际用的推力F′＝900 N+300 N=1 200 N，有用功W有＝Gh＝1 800 N×1.5 m＝2 700 J；总功W总＝Fs＝1 200 N×3 m＝3 600 J；该斜面的机械效率η＝＝＝75%。 12．（1）省力 （2）375 8×105 【解析】（1）汽车利用斜面上升时，增大了运动的距离，故可以省力，但却不能省功。 （2）汽车通过引桥的时间为t＝＝375 s，汽车通过引桥到达大桥时，上升的高度为大桥的高，即40 m。故所做的有用功为W＝Gh＝mgh＝2 000 kg×10 N/kg×40 m＝8×105 J。 13．（1）0.2 m/s （2）180 W （3）80% 【解析】（1）物体上升的速度为； （2）绳子的自由端的速度为v2=3v1=3×0.2 m/s=0.6 m/s； 人拉动绳子的功率为P=Fv2=300 N×0.6 m/s=180 W； （3）人拉起物体时的机械效率为 η==80%。 15．C【解析】由图可知，n=2，则绳端移动的距离：s=nh=2×0.5 m=1 m，则做的总功：W总=Fs=1 000 N×1 m=1 000 J，故B不正确；做的有用功：W有=Gh=1 800 N×0.5 m=900 J，故A不正确；滑轮组的机械效率：，故C正确；由 可知，减缓重物的提升速度时，G、n、F均不变，则滑轮组的机械效率不变，故D不正确。故选C。 16．A【解析】不计绳重及摩擦，AB、∵拉力，n1=3，n2=2，∴绳子受的拉力：，，∴F1≠F2，∵动滑轮重相同，提升的物体重和高度相同，W额=G轮h，W有用=G物h，∴利用滑轮组做的有用功相同、额外功相同，总功相同，∵，∴滑轮组的机械效率相同；已知甲、乙两绳自由端的速度相同，而拉力不同，由P=Fv知：拉力F1和F2的功率不相同。所以选项A正确、B错误；CD、∵绳子自由端移动的距离s=nh，n1=3，n2=2，提升物体的高度h相同，∴s1=3h，s2=2h，可见s1≠s2；物体上升速度不同，上升高度相同，所以所用时间不同。选项C、D均错误。故选A。 17．D【解析】从图可知，左图有三段绳子在拉动滑轮和重物，s1=3h，右图有四段绳子在拉动滑轮和重物，s2=4h，W1=F1s1=F1×3h=3F1h，W2=F2s2=F2×4h=4F2h，而F1=F2，∴两拉力所做总功的关系为：W1<W2，两个滑轮组将重力相等的两个物体匀速提升至相同的高度，由公式W有用=Gh可知，两个滑轮组所做的有用功相同，由公式可知，在有用功相同时，所做的总功越大，机械效率越小，∴η1>η2。故选D。 18．C【解析】人对物体所做的总功：W总=FL，人对物体所做的有用功：W有=Gh；∵W总=W有+W额，∴W额=W总–W有=FL–Gh，∵W额=fL，∴摩擦力：，故B正确，但不符合题意，C错误，符合题意；人对物体所做的总功：W总=FL，∵，∴W有用=W总×η=FLη，∵W总=W有+W额，∴W额=W总–W有=FL–FLη，∵W额=fL，∴摩擦力：，故A正确，但不符合题意；人对物体所做的有用功：W有=Gh；∵，∴，∵W总=W有+W额，∴W额=W总–W有=，∵W额=fL，∴摩擦力：，故D正确，不符合题意。故选C。 19．（1）匀速 （2）0.05 （3）0.45 80% （4）< < 增加物重 （4）根据第1次和第2次数据可知，有用功分别为：W有1=G1h1=4 N×0.1 m=0.4 J；W有2=G2h2=6 N×0.1 m=0.6 J；所以，W有1<W有2；总功分别为：W总1=F1s1=1.8 N×0.3 m=0.54 J；W总2=F2s2=2.5 N×0.3 m=0.75 J；机械效率分别为：；；两次所用滑轮组相同，但第二次物重大于第1次物重，机械效率也大于第一次的机械效率，所以可得：使用同一滑轮组，增加物重可以提高滑轮组的机械效率。 20．（1）匀速直线 （2）95.2 摩擦力 （3）0.43 【解析】（1）沿斜面拉动物体时，为使弹簧测力计的示数稳定，便于读数，所以应尽量使物体做匀速直线运动。 （2）由图可知，第2次实验弹簧测力计的示数即拉力F=0.7 N，则斜面的机械效率 。比较两次的机械效率可知，第2次机械效率大，斜面的倾斜程度相同，小车所受的摩擦力小，由此可得结论：斜面倾斜程度相同时，摩擦力越小，机械效率越大。 （3）由第1次实验的数据可知，沿斜面拉木块做的有用功W有=Gh=4 N×0.15 m=0.6 J，拉力做的总功W总=Fs=1.1 N×0.9 m=0.99 J，则额外功W额=W总–W有=0.99 J–0.6 J=0.39 J，由W额=fs得，木块所受摩擦力。 21．（1）1.2×105 J （2）9.6×104 J 22．B【解析】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。故选B。 23．D【解析】A．在实验操作中应竖直向上匀速拉动弹簧测力计，这样弹簧测力计处于平衡状态，弹簧测力计的示数才反映了拉力的大小，故A正确；B．测量机械效率的原理：η=×100%，故B正确；C．题图中滑轮组的机械效率与动滑轮的重力有关，在物重一定的条件下，动滑轮越重，机械效率越低，故C正确；D．减小钩码的重力，在额外功相同的情况下，有用功减小，有用功占总功的百分比减小，滑轮组的机械效率减小，故D错误。故选D。 24．C【解析】由于物体水平移动，物体在重力的方向上（竖直向下）没有移动距离，所以重力不做功，即重力做功为0 J，故B错误；由题图可知，该滑轮为动滑轮，绳子的有效股数n=2，则绳端移动的距离：s绳=ns物=2×0.6 m=1.2 m，拉力F做的功：W总=Fs绳=50 N×1.2 m=60 J，故A错误；拉力F做功的功率：P==12 W，故C正确；所受地面的摩擦力约为80 N，则有用功约为：W有=fs物=80 N×0.6 m=48 J，该装置的机械效率约为：η=×100%=×100%=80%，故D错误。故选C。 25．D【解析】题图1中，因为物体做匀速运动，拉力和摩擦力平衡，所以F1=f；题图2中，同一物体在同一路面上匀速运动，因为压力大小不变，接触面的粗糙程度不变，所以摩擦力不变，物体A受到的摩擦力仍为f=F1，A．因为滑轮组中有3段绳子拉着物体，所以s′=3s，此滑轮组的总功为：W总=F2×3s=3F2s，故A错误；BD．此滑轮组的有用功：W有用=fs=F1s，则额外功为：W额=W总–W有用=3F2s–F1s，故B错误，D正确；C．此滑轮组的机械效率为：η==，故C错误。故选D。 26．（1）2.3 87% （2）一 （3）小明