3.4简单机械 机械效率 4课时学案（无答案）

机械效率
第一课时
【要点1】
再探动滑轮
〖猜想〗在使用动滑轮提升重物的过程中，若不计滑轮重、绳重及摩擦，人对
绳子做的功
（等于/大于/小于）动滑轮对重物做的功；设想一
下：如果动滑轮很重，绳与滑轮间的摩擦较大，则动力对绳子做的功
应
（等于/大于/小于）动滑轮提升重物所做的功。
〖活动〗再探动滑轮
实验次数
物重G/N
拉力F/N
物体上升的高度h/m
手移动的距离s/m
手拉绳做的功Fs/J
动滑轮拉物体做的功Gh/J
1
2
3
〖讨论〗（1）手拉绳做的功与动滑轮拉物体做的功相等吗？哪一个做的功多一些？
（2）你认为产生这一现象的原因是什么？
〖总结〗
〖辨析〗（1）用水桶从井中提水时，所做的功中哪些是有用功？哪些是额外功？
（2）桶掉到井里，捞桶时桶里带了些水，所做的功中哪些是有用功？哪些是额外功？
【要点2】
什么是机械效率
〖总结〗
〖应用〗计算用图示三种方法将砂子运上三楼时所做的有用功、额外功、总功和机械效率。
〖例1〗下列有关机械效率的概念的叙述中，正确的是（
）
A．做功越多的机械，机械效率一定越高
B．做功快的机械，机械效率一定高
C．省力多的机械，机械效率一定高
D．机械效率越大，有用功占总功的比值越大
〖例2〗下列说法正确的是（
）
A．效率高的机械，功率一定大
B．做功时间长的机械，功率一定大
C．所有机械的机械效率都小于l
D．功率大的机械．做功-一定多
〖例3〗下列说法中正确的是（
）
A．机械效率越高，做的有用功越多　　B．机械效率越低，做的额外功越多
C．机械效率越高，做的总功越少　　　D．机械效率越低，额外功占的比例越大
〖例4〗值日时，小明将一桶水从一楼提到二楼。此过程中，关于做功的说法正确的是（
）
A．对桶做的功是有用功
B．对水做的功是有用功
C．对水做的功是额外功
D．克服自身重力做的功是总功
〖例5〗如图是某工人用滑轮组提升重物，工人用360N拉力将重为600N的重物匀
速提升10m，需要时间50s。求：（1）有用功；（2）总功；（3）额外功；
（4）机械效率；（5）工人做功的功率。
〖例6〗某工人用动滑轮在20s内将3000N的物体匀速提高4m，已知动滑轮的机械
效率是80％。求：（1）该工人所做的总功是多少?（2）他所用拉力是多
少？（3）他所用动滑轮重力是多少？（4）他做功的功率是多少瓦?
第二课时
【复习与思考】
如图，动滑轮重20N，物体重80N，不计绳重和摩擦：
（1）请你在图中画出一种绕绳方法。
（2）根据你的绕绳方法，用滑轮组将物体匀速提升1m时，求作用在绳子上的拉力、
有用功和滑轮组的机械效率。
【要点3】
探究影响滑轮组机械效率的因素
〖原理〗
〖方案〗需要测量的物理量有：
、
、
、
。
〖器材〗铁架台、滑轮组、钩码、
、
。
〖注意〗实验时应
、
拉动弹簧测力计。
〖讨论〗测量时，若突然用力拉动，则测得的机械效率将
；若在弹簧测力计静止时读
数，则测得的机械效率将
；若弹簧测力计没有竖直向上拉，则测得的机械效
率将
。
〖分析〗（1）同一动滑轮，提升重物至同样高度，物重增加，做的有用功
，额外功
，总功
，机械效率
；
（2）提升同一重物至同样高度，动滑轮越重，或使用的动滑轮越多，做的有用功
，额外功
，总功
，机械效率
。
〖总结〗
〖质疑〗如果没有刻度尺，如何测出滑轮组的机械效率？
〖例1〗如图所示，某同学用重为10N的动滑轮匀速提升重为50N的物体。不计
摩擦，则该同学所用拉力F的可能值是（
）
A．20N
B．25N
C．30N
D．35N
〖例2〗在不计摩擦和绳子质量的情况下，分别使用定滑轮、动滑轮、滑轮组（两个定滑轮和
两个动滑轮）匀速提升同一物体到同一高度处，其机械效率分别为η定、η动、η组，则下列选项正确的是（
）
A．η组<η动<η定
B．
η定<η动<η组
C．
η动<η定<η组
D．
η定<η组<η动
〖例3〗用一个定滑轮和一个动滑轮组成的滑轮组把重150N的物体匀速提升1m，不计摩擦和
绳重，滑轮组的机械效率为60％．则下列选项错误的是（
）
A．拉力大小一定是125N
B．有用功一定是150J
C．总功一定是250J
D．动滑轮重一定是100N
〖例4〗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，把相
同的重物匀速提升相同的高度。若不计绳重及摩擦，下列说法正确
的是（
）
A．绳子受的拉力F1和F2大小相等，滑轮组的机械效率相同
B．绳子受的拉力F1和F2大小不相等，滑轮组的机械效率不同
C．绳子自由端移动的距离不相等，拉力对滑轮组所做的功相等
D．绳子自由端移动的距离不相等，拉力对滑轮组所做的功不相等
〖例5〗用如图所示的甲、乙两种方式匀速提升重为100N的物体，已知滑
轮重20N、绳重和摩擦力不计。则（
）
A．手的拉力：F甲=F乙；机械效率：η甲=η乙
B．手的拉力：F甲＜F乙；机械效率：η甲＜η乙
C．手的拉力：F甲＞F乙；机械效率：η甲＜η乙
D．手的拉力：F甲＞F乙；机械效率：η甲＞η乙
〖例6〗某实验小组在“测滑轮组机械效率”的实验中得到的数据如下
表所示，第1、2、3次实验装置分别如图甲、乙、丙所示。
（1）比较第1次实验和第2次实验，可得结论：使用同样的滑轮组，提起的钩码越重，
滑轮组的机械效率越
。
（2）第3次实验中所做的有用功是
J，机械效率是________。
（3）第3次实验中动滑轮个数比第2次实验多，对动滑轮所做的额外功
，因
而，由第2、3次实验可知：滑轮组的机械效率与动滑轮自重大小
。
（4）综合上述结论，提高机械效率的方法有
有用功，
额外功。
〖例7〗某同学在“测滑轮组机械效率”的实验中，用图甲所示的装置匀速
提起重物，并做了如下实验记录：
钩码重G（N）
钩码上升高度h（m）
测力计拉力F（N）
测力计移动距离s（m）
2
0.1
0.4
0.3
（1）对该同学实验记录进行有关分析后发现他的实验结果违背物
理规律，其表现在于：
。
（2）图乙是测力计的放大图。结合图甲你会发现导致实验结果违背
物理规律的原因是
。
（3）纠正错误后，可计算该滑轮组的机械效率为
。
第三课时
【复习与思考】
小明在“测滑轮组机械效率”实验中，用如图甲所示的滑轮组进行了三次实
验，实验数据如下表：
实验次数
物重G/N
物体上升的高度h/cm
测力计的示数F/N
测力计移动的距离s/cm
1
6
3
2.5
9
2
6
5
2.5
17
3
6
8
2.5
24
（1）分析表中数据，回答以下问题：
①表中有一个数据的记录是错误的，错误的数据是
；
②第3次实验中滑轮组的机械效率是
；
③滑轮组的机械效率与
无关。
（2）小红在小明实验的基础上多使用一个滑轮也做了实验，如图乙所示。
①小红多使用一个滑轮，目的是为了改变
；
②当这两位同学使用各自的滑轮组提升相同的重物时，若忽略绳重及摩擦，它们的机械效率
（选填“相同”或“不相同”），理由是：
。
【要点4】
机械效率的综合计算
〖类型一〗用滑轮组提升重物时机械效率的计算
1.
提升重物的目的是克服重力做功，则W有用=G物h
人的拉力为动力，则W总=Fs
2.
相关知识点链接：
（1）不计绳重和绳与滑轮之间的摩擦时：F=(G物+G动)/n
W额外=W总－W有用=
G动h
（2）不计滑轮重、绳重和绳与滑轮之间的摩擦时：F=G物/n
W额外=W总－W有用
（3）绳子自由端移动的距离s与物体上升的高度h的关系：s=nh
绳子自由端移动的速度v与物体移动的速度v物的关系：v=nv物
〖例题〗如图所示，用滑轮组匀速提起一个重为400N的物体，物体在5s内竖直
上升了2m，人拉绳的力为250N，（不汁绳重及摩擦）
（1）对重物做的有用功是多少？
（2）人拉绳子做功的功率是多少？
（3）如果用此滑轮组匀速提升一个重为300N的物体，则拉力是多少？
滑轮组的机械效率是多少？
〖类型二〗斜面问题机械效率的计算
不计物体与斜面之间的摩擦时：FL=G物h
考虑物体与斜面之间的摩擦时：W额外=W总－W有用=fL
〖例题〗现有一重为3000N的包装箱，工人师傅想把它搬到1.2m高的车厢上，他们用木
板在车厢与地面之间搭成一个长度约为4m的简易斜面，如图所示，工人师傅站
在地上用1200N的推力沿斜面把包装箱匀速推上车。求：
（1）该斜面的机械效率是多少?
（2）包装箱在斜面上运动时所受摩擦力多大?
〖类型三〗杠杆问题机械效率的计算
1.
不考虑杠杆本身的重力时：FL1=FL2
考虑杠杆本身的重力时：W额外=W总－W有用
2.
动力下降的距离s与物体上升的高度h的关系：s=nh
动力下降的速度v与物体上升的速度v物的关系：v=nv物
其中：n=L1/L2（L1为动力臂，L2为阻力臂）
〖例题〗用一个杠杆来提升重物，已知动力臂是阻力臂的3倍，物重为600牛，手向下压
杠杆的动力是210牛，物体被提升了20cm，求：
（1）手压杠杆下降的高度；
（2）杠杆的机械效率；
（3）人做了多少额外功？
〖类型四〗机器问题机械效率的计算
应用机器将物体提高的目的是克服重力做功，则W有用=G物h
项
目
数值
整机质量（kg）
5000
标准斗容（m3）
0.5
A最大挖掘深度（m）
3
B最大卸料高度（m）
5
电动机的动力，则W总=Pt
电动机所做的额外功为W额外=W总－W有用
〖例题〗某型号挖掘机的实物图和作业范围图以及部分相
关数据表，如图所示。挖掘机在4s内将装满铲斗
的密度为1.6×l03kg／m3的泥土，从最大挖掘深
度处送到位于最大卸料高度的装载车上。
取g=10N／kg，求：
（1）铲斗内泥土的质量。
（2）移送泥土的过程中，挖掘机对泥土所
做的功。
（3）移送泥土的过程中，发动机的总功率
是40kW，此过程挖掘机的机械效率。
第四课时
〖例1〗用定滑轮、动滑轮和滑轮组分别来提升同一重物，若不计摩擦和绳的重力，则三种情
况下的机械效率（
）
A．定滑轮最高
B．动滑轮最高
C．滑轮组最高
D．三者一样
〖例2〗一个滑轮组经改进后提高了机械效率，用它把同一物体匀速提升同样的高度，改进后
与改进前比较（
）
A．做得有用功减少了
B．总功不变，有用功增加了
C．总功不变，额外功减少了
D．有用功不变，总功减少了
〖例3〗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等
〖例4〗甲升降机比乙升降机的机械效率高，它们分别把质量
相同的物体匀速升高相同的高度，两者相比，甲升降机（
）
A．做的总功较少
B．做的总功较多
C．提升重物做的有用功较少
D．提升重物做的有用功较多
〖例5〗如图所示，拉力F=80N，物体重力G=120N，不计摩擦和绳重。若将物
体匀速提高1m，以下说法中错误的是（
）
A．拉力做的有用功为80J
B．动滑轮的重力为40N
C．拉力做的总功为160J
D．该滑轮组的机械效率为75%
〖例6〗用四个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，用它们提起相同的货物，不计绳子与滑轮的摩擦，则（
）
A．甲滑轮组较省力　　
B．乙滑轮组较省力
C．甲滑轮组机械效率较高　　D．乙滑轮组机械效率较高
〖例7〗为了粉刷教室，需要将涂料运到五楼。工人师傅可以采用的方法有：
①用人直接搬运上去；②用定滑轮提上去；③用动滑轮提上去。在这几种方法中（
）
A．最省力的是②
B．最省力的是③
C．做有用功最多的是①
D．机械效率最高的是③
〖例8〗
如图所示，建筑工人用滑轮组提升重为220N的泥桶，动滑轮重为20N，
不计滑轮与轴之间的摩擦及绳重。若工人在5s内将绳子匀速向上拉6m，
则泥桶上升_____m，手拉绳子的力为______N，拉力的功率为______W，
滑轮组的机械效率为________。
〖例9〗如图所示，用竖直向上的力匀速拉动较长的杠杆，使重为18N的物体
缓慢升高0.1m，拉力大小F=8N，拉力移动的距离为0.25m．拉力所
做的功为
J，有用功为
J，杠杆的机械效率为
%。
〖例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2s时间里，用100N的力，
竖直向下压动摇臂50cm，把重1000N的重物匀速抬高4cm，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
。
〖例11〗一物体质量为18kg，其所受重力为
N。如图所示，小明用定滑
轮将该重180N的物体在4s内匀速提高2m．所用拉力为200N．此过
程中，小明做的有用功是
J，定滑轮的机械效率是
，
拉力的功率是
W。(取g＝10N/kg)
〖例12〗用如图所示的实验装置测量杠杆的机械效率。实验时，竖直向上匀速
拉动弹簧测力计，使挂在较长杠杆下面的钩码缓缓上升。
（1）实验中，将杠杆拉至图中虚线位置，测力计的示数F为
N，钩码总重G
为1.0N，钩码上升高度h为0.1m，测力计移动
距离s为0.3m，则杠杆的机械效率为
%。
请写出使用该杠杆做额外功的一个原因：
。
（2）为了进一步研究杠杆的机械效率与哪些因素有关，
一位同学用该实验装置，先后将钩码挂在A、B两
点，测量并计算得到下表所示的两组数据：
次数
钩码悬挂点
钩码总重G/N
钩码移动距离h/m
拉力F/N
测力计移动距离s/m
机械效率η/%
1
A点
1.5
0.10
0.7
0.30
71.4
2
B点
2.0
0.15
1.2
0.30
83.3
根据表中数据，能否得出“杠杆的机械效率与所挂钩码的重有关，钩码越重其
效率越高”的结论？答：
；请简要说明两条理由：
①
；
②
。
〖例13〗江南科技馆有一种神奇的装置，如图所示，借助该装置，小明仅用150N的拉力就提
起了重量为600N的摩托车。问：此过程中该装置的机械效率为多少？
〖例14〗如图所示，工人师傅用一个定滑轮和动滑轮组成滑轮组，把重为500N的箱子匀速提
升5m，动滑轮的质量为8kg，不计绳重和摩擦，取g=10N/kg。
（1）在图中用笔画线代替细绳组装滑轮组。
（2）在向上提升箱子的过程中，人对绳子的拉力为多大?
（3）在向上提升箱子的过程中，滑轮组的机械效率为多少?
1．有用功W有用：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
用滑轮组提升重物时：W有用＝
2．额外功W额外：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
3．总功W总：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
用滑轮组提升重物时：W总＝
4．总功、有用功、额外功之间的关系：
1．
叫做机械效率。
2．公式：
3．因为
W有用
W总，所以?
1
4．某机械的机械效率为60%，表示
（1）．人直接提着砂桶上楼，需要做的有用功
是
J，额外功是
J，总功
是
J机械效率是
。
（2）．用动滑轮把砂桶提上楼，需要做的有用功是
J，额外功是
J，总功是
J，机械效率是
。
（3）．若将砂桶改用口袋，需要做的有用功是
J，额外功是
J，总功是
J，机械效率是
。
1．提高滑轮组机械效率的方法：
（1）
提升物体的重力；
（2）
动滑轮自身的重力；
（3）
绳重及绳与滑轮之间的摩擦。
2．滑轮组的机械效率与提升的速度
，与提升的高度
，与滑轮组绕绳方式
。
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