物理(沪粤版)九上提高版：11.3如何提高机械效率
一、选择题
1.下列有关机械效率的说法中，正确的是( )
A.机械做的有用功占总功的比例越大，机械效率越高
B.机械做的有用功越多，机械效率越高
C.机械效率越高越省力
D.机械的功率越大，机械效率越高
2.简单机械的机械效率高是指( )。
A.有用功多 B.额外功少
C.总功多 D.有用功占总功的比例高
3.将一定滑轮改为动滑轮使用，则它的机械效率在不计摩擦时( )
A.一定增大 B.一定降低
C.一定不变 D.可能不变，可能变化
4.小明和体重较大的爸爸帮助邻居各扛一袋质量为10kg的大米，从一楼爬到三楼，爸爸用时较短，则小明与爸爸所做的( )
A.有用功相等 B.总功相等
C.总功率相等 D.有用功和总功的比值相等
5.建筑工人用如图所示的滑轮组,将重800N的重物匀速提高5m,拉力所做的功为4800J,则该滑轮组的机械效率是( ).
A.67% B.73% C.83% D.100%
6.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
7.甲吊车比乙吊车的机械效率高，当它们分别把相同质量的物体匀速提升相同高度时，则( )
A.甲吊车的电动机做的有用功较多 B.乙吊车的电动机做的额外功较多
C.甲吊车的电动机做的总功较多 D.甲、乙两吊车的电动机做的总功相同
8.在如图所示的滑轮组中，重物G=50N绳子自由端的拉力F=30N时，重物恰好匀速上升，绳重及摩擦不计，由此可知( )
A.该装置中动滑轮重5N B.该装置中动滑轮重10N
C.该装置的机械效率为60% D.该装置的机械效率为556%
9.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
10.小红家住在16楼,她第一次上楼时电梯中只有她一个人,而第二次上楼时电梯里有十个人,于是小红做出如下判断(不计摩擦和钢索的质量),其中正确的是( )
A.两次上楼过程中提升电梯的电动机所做的有用功是相同的
B.两次上楼过程中提升电梯的电动机所做的额外功是相同的
C.两次上楼过程中提升电梯的电动机所做的总功是相同的
D.两次上楼过程中提升电梯的电动机的效率是相同的
11.小华为帮助爸爸搬运装修材料设计了如图所示的甲、乙两种方案,小华采用相同的滑轮组按不同的搬运方案,分别将地面上质量相同的材料匀速运送到二楼,所用拉力分别为F甲、F乙,它们的机械效率分别为η甲、η乙,则下列关系正确的是(不计绳重与摩擦)( )
A.F甲>F乙,η甲=η乙 B.F甲F乙,η甲>η乙 D.F甲12.两个滑轮组如图所示,已知每一个动滑轮的重相同,均为G0,摩擦力和绳重不计,用它们匀速提起同一重为G=5G0的物体时,甲、乙两个滑轮组的机械效率之比为( ).
A.6∶7 B.7∶6 C.5∶6 D.5∶7
二、填空题
13.用动力臂是阻力臂2倍的杠杆将重400N的货物抬高20cm，手向下压杠杆的力是220N，手下降的高度是_____cm，人做的总功是_____J,有用功是_____J，这根杠杆的机械效率是__________________.
14.某人用图所示的两种方法分别将同一物体匀速提升相同的高度，不计摩擦和绳重，他所做的有用功W甲__________W乙，两种装置的机械效率η甲_________η乙。(选填“＞”“=”或“＜”)
15.用如图所示的滑轮组匀速提升钩码，已知钩码总重8Ｎ，弹簧测力计的示数为3Ｎ，绳子自由端被拉上去了30cm，则使用该滑轮组做的总功为___________Ｊ，额外功为__________Ｊ，这个滑轮组的机械效率是_________________。
16.在图中,重为500N的物体与地面间的摩擦力是150N,为使物体匀速移动,必须在绳端加以60N的水平拉力,则滑轮组的机械效率约为 ;若物体的移动速度为0.2m/s,则1min内拉力做的功是 J.
17.用如图所示的滑轮组将总质量为500g的钩码匀速上拉，不计摩擦和绳的重力，弹簧测力计的读数是1.1N，动滑轮的重力是________N；滑轮组的机械效率为________；若用此滑轮组提升1000g的钩码，滑轮组的机械效率_________(填“不变”“变大”或“变小”，取g=10m/s2).
18.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________。
三、实验探究题
19.小军同学为了探究“使用动滑轮的省力情况及滑轮组的机械效率”，使用了如图所示的实验装置。实验前，小军用轻质弹簧测力计测得动滑轮的重力为1.0N，每个钩码的重力为0.5N，实验过程中，小军多次改变动滑轮所挂钩码的数量，分别记下了每次所挂钩码的重力及对应的轻质弹簧测力计示数(见下表)
序号 1 2 3 4 5 6 7 8
动滑轮重G0/N 1.0 1.0 1.3 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0
所挂钩码的重力G/N 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0
弹簧测力计示数F/N 0.8 1.2 1.3 1.6 1.8 2.2 2.3 2.7
(1)分析实验数据可以得到：在动滑轮的重力大于或等于物体的重力的条件下，使用该滑轮组______(选填“省力”或“不省力”)
(2)在忽略摩擦、绳重及实验误差的条件下，弹簧测力计的示数F与被提升钩码重力G以及动滑轮重力G0的关系为______
(3)小军同学又研究了滑轮组水平拉动物体的情况，用另一组滑轮组将重为50N的物块从位置A匀速直线拉到位置B，请在图中画出最省力的绕线方法：物块移动的距离为______cm；若此时绳自由端所用拉力为10N，物块受到的摩擦力为18N，该滑轮组的机械效率为______。
四、解答题
20.如，小王站在高3m、长6m的斜面上，将重200N的木箱沿斜面匀速从底端拉上顶端，拉力大小恒为120N，所花时间是10s。求：(1)木箱沿斜面方向的运动速度。(2)小王对木箱做功的功率。(3)斜面的机械效率。
21.建筑工地上，工人用如图所示的装置将重为230N的建材从地面匀速送到6ｍ高处，所用拉力为125N，时间为20s。求：(1)工人做的有用功；(2)工人做的总功；(3)此过程中该装置的机械效率；(4)工人做功的功率。
22.用如图所示滑轮组拉着一重为100N的物体A沿水平面做匀速运动，所用拉力F为40N。
(1)不计滑轮和绳子的重力以及摩擦，求物体A所受的摩擦力；
(2)若滑轮组的机械效率为80%，求物体A所受的摩擦力。物理(沪粤版)九上提高版：11.3如何提高机械效率
一、选择题
1.下列有关机械效率的说法中，正确的是( )
A.机械做的有用功占总功的比例越大，机械效率越高
B.机械做的有用功越多，机械效率越高
C.机械效率越高越省力
D.机械的功率越大，机械效率越高
【答案】A。
【解析】A、机械效率是有用功与总功的比值，有用功在总功中占的比例越大，说明机械效率越高。故A正确；
B、机械效率是有用功与总功的比值，总功不确定，所以，有用功越多，机械效率不一定高。故B错误；
C、机械省力与否与机械效率没有关系。故C错误；
D、功率是做功与所用时间的比值，机械效率是有用功与总功的比值，功率和机械效率没有关系。故D错误。
2.简单机械的机械效率高是指( )。
A.有用功多 B.额外功少
C.总功多 D.有用功占总功的比例高
【答案】D
【解析】机械效率是有用功跟总功的比值，所以机械效率越高，说明有用功占总功的比例越高。
3.将一定滑轮改为动滑轮使用，则它的机械效率在不计摩擦时( )
A.一定增大 B.一定降低
C.一定不变 D.可能不变，可能变化
【答案】B
4.小明和体重较大的爸爸帮助邻居各扛一袋质量为10kg的大米，从一楼爬到三楼，爸爸用时较短，则小明与爸爸所做的( )
A.有用功相等 B.总功相等
C.总功率相等 D.有用功和总功的比值相等
【答案】A。
【解析】由题知小明和爸爸所扛大米重力相同，上升的高度相同，由W=Gh可知，二人做的有用功一样多；
而由于爸爸体重大，所做的额外功多，故爸爸所做的总功多；
由功率P=W/t
可知，爸爸所用的时间短，故爸爸的功率要大；
有用功相等，爸爸做总功多，所以爸爸的有用功和总功的比值比小明小。
5.建筑工人用如图所示的滑轮组,将重800N的重物匀速提高5m,拉力所做的功为4800J,则该滑轮组的机械效率是( ).
A.67% B.73% C.83% D.100%
【答案】C
【解析】η==83%,C正确.
6.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
【答案】D
【解析】小红的目的是打水，因此对水做的功是有用功，而小军的目的是将塑料桶打捞上来，对塑料桶做的功才是有用功，此时桶中水是无用的但又不能不提上来，因此对水做的功是额外功。
7.甲吊车比乙吊车的机械效率高，当它们分别把相同质量的物体匀速提升相同高度时，则( )
A.甲吊车的电动机做的有用功较多 B.乙吊车的电动机做的额外功较多
C.甲吊车的电动机做的总功较多 D.甲、乙两吊车的电动机做的总功相同
【答案】B
【解析】甲吊车的机械效率比乙吊车的机械效率高，说明甲吊车所做的有用功在总功中占的比值比乙吊车大；把相同质量的物体提高相同的高度，根据公式W有用=Gh=mgh可知：两辆吊车所做的有用功相同；机械效率不同，是因为做的额外功不同，导致总功不同。
8.在如图所示的滑轮组中，重物G=50N绳子自由端的拉力F=30N时，重物恰好匀速上升，绳重及摩擦不计，由此可知( )
A.该装置中动滑轮重5N B.该装置中动滑轮重10N
C.该装置的机械效率为60% D.该装置的机械效率为556%
【答案】B
【解析】由于不计绳子重及摩擦，根据图中滑轮组的绕法可得出绳子的自由端的拉力等于物体和动滑轮总重的1/2，根据这个关系可求出动滑轮重(参考例2).根据η=W有用/W总=Gh/Fs=G/nF，可求出该滑轮组的机械效率，从而得出正确答案.
9.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
【答案】D
【解析】考查物理概念的理解与比较。
10.小红家住在16楼,她第一次上楼时电梯中只有她一个人,而第二次上楼时电梯里有十个人,于是小红做出如下判断(不计摩擦和钢索的质量),其中正确的是( )
A.两次上楼过程中提升电梯的电动机所做的有用功是相同的
B.两次上楼过程中提升电梯的电动机所做的额外功是相同的
C.两次上楼过程中提升电梯的电动机所做的总功是相同的
D.两次上楼过程中提升电梯的电动机的效率是相同的
【答案】B
【解析】若小红的重力为G1,十个人的总重力为G2,则G111.小华为帮助爸爸搬运装修材料设计了如图所示的甲、乙两种方案,小华采用相同的滑轮组按不同的搬运方案,分别将地面上质量相同的材料匀速运送到二楼,所用拉力分别为F甲、F乙,它们的机械效率分别为η甲、η乙,则下列关系正确的是(不计绳重与摩擦)( )
A.F甲>F乙,η甲=η乙 B.F甲F乙,η甲>η乙 D.F甲【答案】A
【解析】忽略绳重及摩擦,由图知承担物重的绳子股数n甲=2,n乙=3,所以两图所用拉力:F甲=(G物+G动),F乙=(G物+G动),额外功W额=G动h,有用功W有=G物h，因为滑轮相同,提升的物体重相同,所以F甲>F乙。两图将同一物体匀速提高相同的高度,且动滑轮相同，所以有用功W有和额外功W额相同,因为W总=W有用+W额,所以总功相同,又η=,所以两图的机械效率η相同,即η甲=η乙。故选A。
12.两个滑轮组如图所示,已知每一个动滑轮的重相同,均为G0,摩擦力和绳重不计,用它们匀速提起同一重为G=5G0的物体时,甲、乙两个滑轮组的机械效率之比为( ).
A.6∶7 B.7∶6 C.5∶6 D.5∶7
【答案】B
【解析】F1=(5G0+G0)=3G0,
F2=(5G0+2G0)=G0,
η1=×100%=×100%=×100%=,
η2=×100%=×100%=,
,所以B正确.
二、填空题
13.用动力臂是阻力臂2倍的杠杆将重400N的货物抬高20cm，手向下压杠杆的力是220N，手下降的高度是_____cm，人做的总功是_____J,有用功是_____J，这根杠杆的机械效率是__________________.
【答案】40888090.9%
【解析】使用杠杆做功时，动力作用点下降的高度h1与阻力作用点上升的高度h2之比等于杠杆两力臂之比(由几何相似三角形可得).即h1∶h2=L1∶L2
h1=×0.2m=0.4m=40cm
人对杠杆做功是总功W总=Fh1=220N×0.4m=88J
杠杆提取重物做功是有用功W用=Gh2=400N×0.2m=80J
杠杆的机械效率η=J≈90.9%.
14.某人用图所示的两种方法分别将同一物体匀速提升相同的高度，不计摩擦和绳重，他所做的有用功W甲__________W乙，两种装置的机械效率η甲_________η乙。(选填“＞”“=”或“＜”)
【答案】=＞
【解析】因为是使同一物体匀速上升，物体上升高度又都相同，所以两次所做的有用功相同。不计绳重与摩擦，甲没有做额外功，所以机械效率为100%，而乙需要克服动滑轮的重力对动滑轮做功，而这部分功是额外功，所以机械效率一定低于100%。于是η甲＞η乙。
15.用如图所示的滑轮组匀速提升钩码，已知钩码总重8Ｎ，弹簧测力计的示数为3Ｎ，绳子自由端被拉上去了30cm，则使用该滑轮组做的总功为___________Ｊ，额外功为__________Ｊ，这个滑轮组的机械效率是_________________。
【答案】0.90.190%
【解析】根据该滑轮组的组装，可看出有三段绳子承担钩码，那么绳子自由端移动的距离是钩码移动距离的３倍，由Ｗ总＝Ｆs、Ｗ有用＝Ｇh、Ｗ总=Ｗ有用+Ｗ额外可求出使用滑轮组做的总功和额外功，再根据η=Ｗ有用/Ｗ总求出机械效率。
16.在图中,重为500N的物体与地面间的摩擦力是150N,为使物体匀速移动,必须在绳端加以60N的水平拉力,则滑轮组的机械效率约为 ;若物体的移动速度为0.2m/s,则1min内拉力做的功是 J.
【答案】83.3%2160
【解析】η=×100%=×100%=×100%=83.3%.
物体移动的速度为0.2m/s,
则拉绳的速度是其3倍,为0.6m/s,
故1min内拉绳s=vt=0.6m/s×60s=36m.
W=Fs=60N×36m=2160J.
17.用如图所示的滑轮组将总质量为500g的钩码匀速上拉，不计摩擦和绳的重力，弹簧测力计的读数是1.1N，动滑轮的重力是________N；滑轮组的机械效率为________；若用此滑轮组提升1000g的钩码，滑轮组的机械效率_________(填“不变”“变大”或“变小”，取g=10m/s2).
【答案】0.591%变大
18.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________。
【答案】0.024080%
【解析】物体上升的速度v＝＝0.02m/s；有用功W有＝Gh＝1000N×0.04m＝40J；总功W总＝Fs＝100N×0.5m＝50J；千斤顶的机械效率η＝＝80%。
三、实验探究题
19.小军同学为了探究“使用动滑轮的省力情况及滑轮组的机械效率”，使用了如图所示的实验装置。实验前，小军用轻质弹簧测力计测得动滑轮的重力为1.0N，每个钩码的重力为0.5N，实验过程中，小军多次改变动滑轮所挂钩码的数量，分别记下了每次所挂钩码的重力及对应的轻质弹簧测力计示数(见下表)
序号 1 2 3 4 5 6 7 8
动滑轮重G0/N 1.0 1.0 1.3 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0
所挂钩码的重力G/N 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0
弹簧测力计示数F/N 0.8 1.2 1.3 1.6 1.8 2.2 2.3 2.7
(1)分析实验数据可以得到：在动滑轮的重力大于或等于物体的重力的条件下，使用该滑轮组______(选填“省力”或“不省力”)
(2)在忽略摩擦、绳重及实验误差的条件下，弹簧测力计的示数F与被提升钩码重力G以及动滑轮重力G0的关系为______
(3)小军同学又研究了滑轮组水平拉动物体的情况，用另一组滑轮组将重为50N的物块从位置A匀速直线拉到位置B，请在图中画出最省力的绕线方法：物块移动的距离为______cm；若此时绳自由端所用拉力为10N，物块受到的摩擦力为18N，该滑轮组的机械效率为______。
【答案】(1)不省力；
(2)F=；
(3)；
3.10；60%。
【解析】(1)分析表中序号为1、2的两组数据可以得到：在动滑轮的重力大于或等于物体的重力的条件下，测力计示数大于所挂钩码的重力G，故此时使用该滑轮组不省力；
(2)由可知n=2，在忽略摩擦、绳重及实验误差的条件下，弹簧测力计的示数F与被提升钩码重力G以及动滑轮重力G0的关系为：F=；
(3)用另一组滑轮组将重为50N的物块从位置A匀速直线拉到位置B，当绳子的有效段数最多为3时，最省力，如下图所示：
由图知，物块移动的距离为44.10cm-41.00cm=3.10cm；
若此时绳自由端所用拉力为10N，物块受到的摩擦力为18N，该滑轮组的机械效率为：
η===×100%=60%。
故答案为：(1)不省力；(2)F=；(3)如上图所示；3.10；60%。
(1)根据在动滑轮的重力大于或等于物体的重力的条件下，确定表中序号为1、2的两组数据，据此得出结论；
(2)在忽略摩擦、绳重及实验误差的条件下，弹簧测力计的示数F与被提升钩码重力G以及动滑轮重力G0的关系为：F=；
(3)当绳子的有效段数最多为3时，最省力，据此连接；由刻度尺的分度值得出物块移动的距离；实验中克摩擦力做的功为有用功，根据η==×100%求解。
本题考查滑轮组有关知识及长度的测量和机械效率的计算。
四、解答题
20.如，小王站在高3m、长6m的斜面上，将重200N的木箱沿斜面匀速从底端拉上顶端，拉力大小恒为120N，所花时间是10s。求：(1)木箱沿斜面方向的运动速度。(2)小王对木箱做功的功率。(3)斜面的机械效率。
【答案】(1)
(2)
(3)，
【解析】(1)木箱沿斜面方向的运动速度可以直接利用速度公式计算。(2)小王对木箱做功的功率应该是总功的功率，而不是有用功。(3)先计算有用功，再计算斜面的机械效率就容易了。
21.建筑工地上，工人用如图所示的装置将重为230N的建材从地面匀速送到6ｍ高处，所用拉力为125N，时间为20s。求：(1)工人做的有用功；(2)工人做的总功；(3)此过程中该装置的机械效率；(4)工人做功的功率。
【答案】(1)
(2)
(3)
(4)
【解析】(1)工人做的有用功就是滑轮组克服重物重力做的功；(2)工人做的总功等于所用拉力与绳端移动距离的乘积，注意绳子自由端移动的距离是物体升高距离的2倍；(3)装置的机械效率可以直接利用公式计算；(4)工人做功的功率应该是工人做的总功的功率。
22.用如图所示滑轮组拉着一重为100N的物体A沿水平面做匀速运动，所用拉力F为40N。
(1)不计滑轮和绳子的重力以及摩擦，求物体A所受的摩擦力；
(2)若滑轮组的机械效率为80%，求物体A所受的摩擦力。
【答案】120N96N
【解析】(1)当滑轮组拉着物体A在水平地面上匀速运动时，不计滑轮和绳子的重力以及摩擦，根据滑轮组的知识，动滑轮和物体的总拉力由几段绳子承担，作用在绳端的拉力应为总拉力的几分之一，f=3F=3×40N=120N。
(2)当滑轮组拉着物体A在水平地面上匀速运动时，此时有用功为滑轮组对A物体的拉力所做的功，它的大小等于物体克服地面摩擦力所做的功，即W有=fs，而总功为拉力F对滑轮组所做的功，据滑轮组知识可知F移动的距离为物体A移动距离的3倍，则W总=F·3s，据机械效率公式即可求f，
η==f=3Fη=3×40×0.8N=96N。
