第4节 简单机械（机械效率及其计算）同步练习（含答案）

2021-2022学年浙教版科学机械效率及其计算
一．选择题（共6小题）
1．在下列有关机械效率说法中正确的是（　　）
A．机械效率较大的，所做功少
B．机械效率较大的，所做的额外功较少
C．机械效率较大的，有用功和额外功的比值较大
D．机械效率较大的，额外功和有用功的比值较大
2．下列说法正确的是（　　）
A．机械效率不可能大于1
B．做功所用时间越长，功率越小
C．做功越多，功率越大，机械效率越高
D．做的有用功越多的机械，机械效率越高
3．如图所示，用两个滑轮分别匀速提升A、B两个物体，拉细绳的力F大小相等，在相同时间内，物体上升的距离也相等，绳重及摩擦不计，滑轮的质量小于物体的质量，甲的有用功为W甲，机械效率为η甲，拉力的功率为P甲；乙的有用功为W乙，机械效率为η乙，拉力的功率为P乙．比较甲、乙两个装置可知（　　）
A．P甲＞P乙
B．P甲＜P乙
C．W甲＜W乙
η甲＜η乙
D．W甲=W乙
η甲＜η乙
4．如图所示，小丽分别用甲、乙两滑轮把同一桶沙从一楼地面提到二楼地面，用甲滑轮所做的总功为W1，机械效率为η1；用乙滑轮所做的总功为W2，机械效率为η2，若不计滑轮的摩擦和绳重，则（　　）
A．W1=W2
η1=η2
B．W1=W2
η1＜η2
C．W1＜W2
η1＞η2
D．W1＞W2
η1＜η2
5．物理课上刘老师将规格完全相同的滑轮，用相同的绳子绕成甲、乙两个滑轮组，如图所示，分别提起重为G1、G2两个物体，比较它们省力情况和机械效率，不计绳重及摩擦下面四位同学作了四种猜测，你认为正确的是（　　）
A．甲同学说若G1=G2，则F1＜F2，η甲＞η乙
B．乙同学说若G1=G2，则F1＞F2，η甲＜η乙
C．丙同学说若G1＜G2，则F1＜F2，η甲=η乙
D．丁同学说若G1＜G2，则F1＜F2，η甲＜η乙
6．如图所示滑轮组，在50s内将重5000N货物匀速吊起10m高，绳的自由端受到的拉力大小是1500N，不计绳重及摩擦，关于该滑轮组的说法不正确的是（　　）
A．滑轮组的机械效率为83.3%
B．绳自由端移动的距离是50m
C．滑轮组所做有用功的功率是1000W
D．该装置中的动滑轮总重为1000N
　
二．填空题（共6小题）
7．　　和　　的总和叫做总功。　　跟　　的比值叫机械效率，机械效率总是　　（填“小于”“等于”或“大于”）1。
8．有两个相同的桶都装有5kg
的水，甲同学把水从一楼提上二楼，乙同学在楼上用轻绳将水拉到二楼，如图所示，则　　机械效率更高。若将桶中水增加到7kg，则甲同学提水上楼的机械效率变　　。
9．利用如图所示的甲、乙两滑轮组（每个滑轮的重量都相同），在相同时间用力F1和F2把物重为G的物体提升到相同的高度如果用η1和η2分别表示甲、乙两滑轮组的机械效率，用P1和P2分别表示F1和F2做功的功率（不计绳重及摩擦），则η1　　η2，P1　　P2．（两空均选填“＜”、“＞”或“=”）
10．如图甲所示，某人用200N的力F使物体A沿水平方向匀速直线运动了2m，这个人克服物体A的重力做功　　J．若将此滑轮组用来提升物体A，如图乙所示（不计绳的重力和滑轮各处的摩擦），这时滑轮组的机械效率为75%，为了提高机械效率，改用轻质材料的新动滑轮后，再提升同一物体A，此时滑轮组的机械效率提高到80%，那么新的动滑轮是原动滑轮重的　　倍。
11．如图所示，一根质地均匀的细木棒OC，OA=1/4OC，B为OC的中点。在C点用始终竖直向上的50N的拉力将挂在A点的重为180N的物体匀速提升0.1m。提升该物体做的有用功是　　J，总功是　　J，木棒的机械效率为　　（不计摩擦）。
12．利用如图所示装置将重为100N的物体匀速从斜面的底端拉到顶端。已知斜面的长是5m，高是2m，拉力为F=30N，不计动滑轮重和绳重，以及滑轮与轴之间的摩擦，则该装置的机械效率为　　，物体所受的摩擦力为　　。
　
三．解答题（共6小题）
13．如图所示，用动滑轮把重400N的物体在20s内匀速提高10m，拉力所做的功为5000J。
求：（1）动滑轮的机械效率
（2）拉力的功率。
14．用如图所示的滑轮组将一质量24kg的物体10s内匀速提高了2m，若所用的拉力为100N，不计绳重和摩擦。（g取10N/kg）
（1）该滑轮组的机械效率为多少？
（2）拉力的功率是多少？
（3）若用此滑轮组匀速提升540N的物体需要多大拉力？
15．如图所示，不计摩擦和绳重，把一个重为40N的物体沿竖直方向在4s内匀速提升了2m，所用的拉力F为25N，则动滑轮重为　　N，4s内拉力做功　　J，4s内拉力的功率　　W，该滑轮组的机械效率为　　。
16．在九年级物理拓展课上，李博同学模拟某建筑工地上塔吊的工作情景，设置了如图所示的滑轮组来提升装修材料，若他用250N的拉力在20s内将450N的材料提升了10m，（不计绳重和摩擦，g=10N/kg）。求：
（1）拉力的功率是多少？
（2）提升450N材料时，此滑轮组的机械效率是多少？
（3）若绳子能承受的最大拉力为400N时，此滑轮组的机械效率最大可提高到多少？
17．如图所示，小明在探究利用杠杆做功的实践活动中，用轻绳将重为90N的重物挂在杠杆的中点，用手竖直提起杆的右端，使物体缓慢匀速提升，求：
（1）若不计杠杆自身重力和摩擦，求拉力F的大小？
（2）若不计摩擦，杠杆是一根重为10N质地均匀的硬棒，小明利用杠杆将重物匀速提升0.1m，则小明所做的有用功为多大？机械效率是多大？
（3）如果要增加该杠杆的效率，小明可以采取的措施有　　
A．仅增加提升的物重
B．仅增加匀速提升的高度
C．仅将悬挂点离支点近一点
D．仅将悬挂点离支点远一点。
18．如图所示，工人用沿斜面大小为750N的拉力把一箱重为1800N货物从底端匀速拉进车厢，此斜面的长为4m，高为1.5m，则该斜面的机械效率是　　%，货物与斜面间的摩擦力是　　N，在这个过程中，货物的机械能　　（选填“增大”、“不变”或“减小”）
　
2021-2022学年浙教版科学机械效率及其计算
参考答案与试题解析
一．选择题（共6小题）
1．解：机械效率越大，有用功在总功中所占的比值越大，额外功在总功中所占的比值越小，从而有用功和额外功的比值越大。
故选：C。
　
2．解：A．使用任何机械都要做额外功，所以总功一定大于有用功，即有用功与总功的比值一定小于1，也就是机械效率小于1，故A正确；
B．由P=可知，做功的多少未知，时间越长，功率不一定越小，故B错误；
C．时间未知，做功越多，功率不一定越大，机械效率与功和功率的多少无关，故C错误；
D．做的有用功越多的机械，总功未知，机械效率不一定越高，故D错误。
故选：A。
　
3．解：①在不计绳重和摩擦时，用定滑轮提升物体时，定滑轮的机械效率等于1，用动滑轮提升物体时，要克服动滑轮的重，动滑轮的机械效率小于1．所以η甲＜η乙。
②在相同时间t内，物体上升的距离h也相等，物体上升的速度v相同，
动滑轮提升物体时，拉力做的总功为：W总=Fs=2Fh，拉力功率为P甲=2Fv。
定滑轮提升物体时，拉力做的总功为：W'总=Fs'=Fh，拉力功率为P乙=Fv。
即P甲=2P乙，所以P甲＞P乙．选项A正确、选项B错误；
③根据机械效率公式得，甲的有用功为：W甲=η甲?W总=2Fhη甲，
乙的有用功为：W乙=η乙?W'总=Fhη乙，所以，2W乙=2Fhη乙，
因为不计绳重和摩擦，滑轮的质量小于物体的质量，2η甲＞η乙，所以，W甲＞W乙．选项C、D错误。
故选：A。
　
4．解：因为小明分别用甲、乙两滑轮把同一桶沙从一楼地面提到二楼地面，所以两种情况的有用功相同；当有用功一定时，利用机械时做的额外功越少，则总功越少，机械效率越高。而乙滑轮是动滑轮，所以利用乙滑轮做的额外功多，则总功越多，机械效率越低。即W1＜W2
η1＞η2。
故选：C。
　
5．解：AB．由题知，滑轮组都是一定一动，动滑轮重力G轮相同，不计绳重和摩擦，拉力F1=（G+G轮），拉力F2=（G+G轮），如果物重G1=G2，则拉力F1＜F2；
机械效率η===，物重相同、动滑轮重相同，机械效率相同，故AB错误；
CD．由题知，滑轮组都是一定一动，动滑轮重力G轮相同，不计绳重和摩擦，拉力F1=（G1+G轮），拉力F2=（G2+G轮），如果物重G1＜G2，则拉力F1＜F2；
如果物重G1＜G2，即物重增大，有用功将增大，不计绳重和摩擦，额外功不变，机械效率η===，所有机械效率将变大，即乙的机械效率高，故C错误、D正确。
故选：D。
　
6．解：由图可知，n=4，则绳子自由端移动的距离：s=nh=4×10m=40m，故B错误；
有用功：W有=Gh=5000N×10m=5×104J，
滑轮组所做有用功的功率：
P有===1000W，故C正确；
总功：W总=Fs=1500N×40m=6×104J，
滑轮组的机械效率：
η=×100%=×100%=83.3%，故A正确；
不计绳重及摩擦，由F=（G+G动）可得，该装置中的动滑轮总重：
G动=nF﹣G=4×1500N﹣5000N=1000N，故D正确。
故选：B。
　
二．填空题（共6小题）
7．解：（1）有用功和额外功的总和叫总功，有用功与总功的比值叫机械效率；
（2）使用机械时，不可避免地要做额外功，所以总功一定大于有用功，由η=×100%可知，机械效率一定小于1。
故答案为：有用功；额外功；有用功；总功；小于。
　
8．解：根据图示可知，甲乙两种方式所做的有用功相同，而甲中的额外功大于乙中的额外功，因此乙的机械效率高；
因为机械效率与物重有关，当其它因素一定时，物重越大，有用功越大，机械效率越大，因此若将桶中水增加到7kg，则甲同学提水上楼的机械效率变大。
故答案为：乙；大。
　
9．解：（1）由图可知，甲滑轮组中有1个动滑轮，乙滑轮组中有2个动滑轮，
根据题意可知，物重相同都为G，且每个滑轮的重量都相同，
不计绳重及摩擦，滑轮组的机械效率：η====，
所以，甲、乙两滑轮组的机械效率分别为：
η1=，η2=，
比较可知，η1＞η2；
（2）用两滑轮组把物重为G的物体都提升到相同的高度，由W有=Gh可知，所做的有用功相同；
因乙滑轮组中2个动滑轮的总重力较大，则克服动滑轮重力做的额外功较多，由W总=W有+W额可知，利用乙滑轮组做的总功较多（即拉力F2做功较多），
已知所用时间相同，根据P=可知，F2做功的功率较大，即P1＜P2。
故答案为：＞；＜。
　
10．解：（1）物体A沿水平方向匀速直线运动，在重力的方向上没有移动距离，则这个人克服物体A的重力做功为0J；
（2）用如图乙的滑轮组提升物体A时，
不计绳的重力和滑轮各处的摩擦，则滑轮组的机械效率：
η====75%，
则=G+G动，
解得物体A的重力：
G=3G动，﹣﹣﹣﹣﹣①
改用轻质材料的新动滑轮后，再提升同一物体A，此时滑轮组的机械效率：
η′==80%，﹣﹣﹣﹣﹣﹣②
将①代入②可得：
=80%，
化简解得：
G动′=G动=0.75G动。
故答案为：0；0.75。
　
11．解：提升该物体做的有用功：
W有=Gh=180N×0.1m=18J，
由题意可知，OA=OC，
由相似三角形的性质可知，拉力端（C端）上升的高度：
s=4h=4×0.1m=0.4m，
提升该物体做的总功：
W总=Fs=50N×0.4m=20J；
木棒的机械效率：
η=×100%=×100%=90%。
故答案为：18；20；90%。
　
12．解：（1）提升重物做的有用功：
W有用=Gh=100N×2m=200J，
在斜面上使用的是动滑轮，拉力端移动的距离：s=2L=2×5m=10m，
拉力所做的总功：
W总=Fs=30N×10m=300J，
该装置的机械效率：
η==×100%≈66.7%；
（2）额外功：W额=W总﹣W有用=300J﹣200J=100J，
不计动滑轮重和绳重，以及滑轮与轴之间的摩擦，克服斜面摩擦力做的功为额外功，
由W额=fL得物体所受的摩擦力：
f===20N。
故答案为：66.7%；20N。
　
三．解答题（共6小题）
13．解：（1）因为W有用=Gh=400N×10m=4000J，所以η===80%。
（2）P===250W。
答：（1）动滑轮的机械效率是80%；
（2）拉力的功率是250W。
　
14解：（1）物体受到的重力为G=mg=24kg×10N/kg=240N；
由图知，滑轮组有三段绳子承担物重，则s=3h，
滑轮组的机械效率：
η=×100%=×100%=×100%=×100%=×100%=80%；
（2）W总=Fs=F×3h=100N×3×2m=600J，
拉力的功率：P===60W；
（3）不计绳重和摩擦，拉力F=（G+G轮），
提升240N重物时，100N=×（240N+G轮），
G轮=3×100N﹣240N=60N，
提升540N重物时，拉力F′=（G′+G轮）=×（540N+60N）=200N。
答：（1）该滑轮组的机械效率为80%；
（2）拉力的功率是60W；
（3）若用此滑轮组匀速提升540N的物体需要200N的拉力。
　
15．解：（1）由图可知，n=2，不计摩擦和绳重，
由F=（G+G动）可得，动滑轮的重力：
G动=nF﹣G=2×25N﹣40N=10N；
（2）绳端移动的距离：
s=nh=2×2m=4m，
4s内拉力做功：
W总=Fs=25N×4m=100J，
拉力的功率：
P===25W，
有用功：
W有=Gh=40N×2m=80J，
滑轮组的机械效率：
η=×100%=×100%=80%。
故答案为：10；100；25；80%。
　
16．解：（1）由图知，n=3，
则绳子自由端移动的距离：
s=nh=3×10m=30m，
拉力做的功：
W总=Fs=250N×30m=7500J，
则施加拉力的功率：
P===375W；
（2）有用功W有用=Gh=450N×10m=4500J，
机械效率η=×100%=×100%=60%；
（3）由F=（G+G动）可得，
动滑轮的重力G动=nF﹣G=3×250N﹣450N=300N；
由F=（G+G动）可得，
最大物重G′=nF′﹣G动=3×400N﹣300N=900N；
此滑轮组的最大机械效率η′=====75%。
答：（1）拉力的功率是375W；
（2）提升450N材料时，此滑轮组的机械效率是60%；
（3）若绳子能承受的最大拉力为400N时，此滑轮组的机械效率最大可提高到75%。
　
17．解：（1）由杠杆原理可知：FL1=GL2，即==；
F===45N。
（2）W有用=Gh=90N×0.1m=9J，
W额外=G杆h=10N×0.1m=1J，
W总=W有用+W额外=9J+1J=10J，
η=×100%=×100%=90%。
（3）A．仅增加提升的物重，可以增大有用功，所以可以提高机械效率；
B．仅增加匀速提升的高度，有用功和总功都成相同倍数的变化，所以机械效率不变；
C．仅将悬挂点离支点近一点，物体被提升相同的高度，要把杠杆提升更高的高度，克服杠杆重力做的功更多，即额外功更多，所以机械效率反而降低；
D．仅将悬挂点离支点远一点，物体被提升相同的高度，要把杠杆提升较低的高度，克服杠杆重力做的功减少，即额外功减少，所以机械效率反而升高。
答：（1）不计杠杆自身重力和摩擦，拉力F是4.5N；（2）小明使用杠杆所做的有用功为9J．机械效率是90%；（3）A、D。
　
18．解：
（1）工人做的有用功W有用=Gh=1800N×1.5m=2700J；
工人做的总功W总=Fs=750N×4m=3000J，
斜面的机械效率η=×100%=×100%=90%；
（2）因为W总=W有用+W额
所以克服摩擦做的额外功W额=W总﹣W有用=3000J﹣2700J=300J，
由W额=fs可得货物与斜面间的摩擦力f===75N；
（3）货物从底端匀速拉进车厢，货物质量不变，所以货物的动能不变，重力势能增大，故货物的机械能增大。
故答案为：90；75；增大。