练习(十)
机械效率
建议用时：30分钟
INCLUDEPICTURE "../箭头.tif" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "../箭头.tif" \* MERGEFORMAT __机__械__效__率
1．(2021·盐城期末)小明在探究影响滑轮组机械效率的因素时，猜想滑轮组机械效率与下列因素有关：①被提升的物体的重力；②物体被提升的高度；③动滑轮的重力；④承重绳子的段数。他用相同的滑轮设计了如图所示的两个滑轮组，将重物提升相同高度做对比实验来验证猜想，该实验验证的猜想是(A)
A．① B．①②
C．①②③ D．①②③④
【解析】如题图所示，提升的物体的重力不相同(钩码的个数不相同)，但是使用相同的滑轮组，将不同的物体提升相同高度，因此这两个图研究的是滑轮组的机械效率与被提升物体重力的关系；题图中两滑轮组中动滑轮的重力相同，物体被提升的高度、承重绳子的段数都相同，所以不是研究滑轮组机械效率与动滑轮的重力、物体被提升的高度、承重绳子的段数的关系，故A正确。
2．(2021·焦作模拟)如图所示，分别用三个大小相同、方向分别沿A、B、C三个斜面的力将同一物体推上同一高度，则(D)
A．三个斜面的机械效率相同，所做有用功一样多
B．斜面A的机械效率最高，所做有用功一样多
C．斜面B的机械效率最高，所做有用功一样多
D．斜面C的机械效率最高，所做有用功一样多
【解析】如题图所示，分别用三个大小相同、方向分别沿A、B、C三个斜面的力将同一物体推上同一高度；由W有＝Gh可知，所做的有用功是相同的；斜面的倾角越大，则物体对斜面的压力越小，接触面的粗糙程度不变，则物体受到的摩擦力就越小，根据W额＝fs可知，所做的额外功就越少，所以物体在斜面C上运动的额外功最少，总功最少，根据η＝×100%可知，其机械效率最高，故D正确。
3．(2020·聊城中考)如图所示，用相同的滑轮安装成甲、乙两种装置，分别将A、B两物体匀速向上提升，若所用拉力大小相等，绳端在相同时间内移动了相同的距离。不计绳重和摩擦，下列说法正确的是(D)
A．两物体上升的速度相同
B．两种装置的机械效率相等
C．两次提升物体所做的有用功相等
D．两种装置中拉力做功的功率相等
【解析】甲图中为定滑轮，乙图中为动滑轮，绳端在相同时间内移动了相同的距离，则绳端移动的速度相同，设为v，甲图中物体A上升的速度vA＝v，乙图中物体B上升的速度vB＝v，有vA＝2vB，故A错误；两图中加在绳自由端的拉力所做的功为总功，由W总＝Fs知，在相同时间内，两装置所做的总功W总相同，不计绳重和摩擦，甲图中没有做额外功，其机械效率为100%，乙图中需要克服动滑轮重做额外功，其机械效率小于100%，故B错误；不计绳重和摩擦，使用定滑轮时，拉力F＝GA；使用动滑轮，拉力F＝(GB＋G动)，GB＝2F－G动，绳端移动距离s相等，而s＝nh，物体升高距离h甲＝s，h乙＝s，由W＝Gh可知，W甲有＝GAh甲＝Fs，W乙有＝GBh乙＝(2F－G动)×s＝Fs－G动s，所以提升物体所做的有用功W甲有>W乙有，故C错误；在相同时间内两装置所做的总功相同，由P＝可知，功率相同，故D正确。
4. (多选)(2021·北京中考)如图所示，用滑轮组提升所受重力为900 N的物体A，滑轮组绳子自由端在拉力F作用下竖直匀速移动了12 m，同时物体A被竖直匀速提升了4 m，用时40 s，滑轮组的额外功是400 J，下列说法中正确的是(C、D)
A．动滑轮所受的重力为100 N
B．物体A上升的速度是0.3 m/s
C．拉力F的功率是100 W
D．滑轮组的机械效率是90%
【解析】由题图可知，n＝3，动滑轮重力：W额＝(G0＋f)h，G0＝－f＝100 N－f<100 N，A错误；物体A上升的速度v＝＝＝＝0.1 m/s，B错误；有用功W有＝Gh＝900 N×4 m＝3 600 J，拉力F做的总功W总＝W有＋W额＝3 600 J＋400 J＝4 000 J，功率P＝＝＝100 W，C正确；机械效率η＝×100%＝×100%＝90%，D正确。
5．(2021·铜陵质检)如图所示，甲、乙两套装置所用滑轮质量均相等，用它们分别将所挂重物在相等时间内竖直向上匀速提升相同高度。若G1＝G2，所用竖直向上的拉力分别为F1和F2，拉力做功的功率分别为P1和P2，两装置的机械效率分别为η1和η2(忽略绳重和摩擦)，则下列选项正确的是(C)
A．F1＞F2，η1＜η2，P1＜P2
B．F1＜F2，η1＞η2，P1＞P2
C．F1＞F2，η1＝η2，P1＝P2
D．F1＞F2，η1＝η2，P1＞P2
【解析】 如题图所示，绳子的有效条数：n1＝2，n2＝3，已知每个滑轮的质量相同，且两滑轮组均只有一个动滑轮，则动滑轮重相同；不计绳重及摩擦，则绳子受到的拉力分别为F1＝(G1＋G动)，F2＝(G2＋G动)，因G1＝G2，故F1＞F2；因为动滑轮重相同，提升的物体重和高度都相同，且W额＝G动h，W有＝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；由η＝×100%可知，两滑轮组的机械效率相同，即η1＝η2；又因为所用时间相同、总功相同，所以由P＝可知，拉力做功的功率P1＝P2，故C正确、A、B、D错误。
6. (2021·青海中考)一名建筑工人用如图所示的滑轮组，将一个重为450 N的货物，在10 s内沿竖直方向匀速提升了4 m，建筑工人所用的拉力是300 N。则该建筑工人所做的有用功是__1__800__J，建筑工人做功的功率是__240__W，该滑轮组的机械效率是__75%__。
【解析】将一个重为450 N的货物，在10 s内沿竖直方向匀速提升了4 m，该建筑工人所做的有用功是W有＝Gh＝450 N×4 m＝1 800 J; 绳子的有效段数为2，货物匀速提升了4 m，则绳子自由端移动的距离：s＝nh＝2×4 m＝8 m；工人所做的总功是W总＝Fs＝300 N×8 m＝2 400 J；建筑工人做功的功率是P＝＝＝240 W；该滑轮组的机械效率是η＝×100%＝×100%＝75%。
7. (2021·泰州中考)如图，小明将一个重为3 N的小车从斜面底端匀速拉到斜面顶端，沿斜面向上的拉力为1.25 N，小车沿斜面移动的距离s＝1.6 m，上升的高度h＝0.6 m。则小明对小车做的有用功是__1.8__J，斜面的机械效率是__90%__。
【解析】小明对小车做的有用功：W有＝Gh＝3 N×0.6 m＝1.8 J，总功为W总＝Fs＝1.25 N×1.6 m＝2 J；斜面的机械效率是η＝×100%＝×100%＝90%。
8．用如图甲所示的滑轮组运送货物上楼，每件货物重100 N，每次运送的量不定。图乙记录了在整个过程中滑轮组的机械效率随货物重力增加而变化的图像，则动滑轮重为__100__N；当某次运送3件货物时，绳子的拉力F是__200__N。(不考虑绳重和摩擦)
【解析】在不计绳重和摩擦的情况下，只需克服动滑轮的重力做额外功，此时滑轮组的机械效率可以表示为η＝×100%＝×100%＝×100%＝×100%，根据题中图像可知，当G＝100 N时，η＝50%，则50%＝，解得G动＝100 N；当运送3件货物时，则根据力的平衡关系可知，2F＝G′＋G动＝300 N＋100 N＝400 N，解得F＝200 N。
9．小明用如图所示的实验装置研究“杠杆的机械效率”。实验时，将总重为G的钩码挂在铁质杠杆上，弹簧测力计作用于P点，现竖直向上匀速拉动弹簧测力计，钩码上升的高度为h，弹簧测力计的示数为F，其移动的距离为s，则杠杆的机械效率η＝__×100%__(用题中字母表示)。若将弹簧测力计移动到Q点，仍将钩码匀速提升h的高度，设此时弹簧测力计的示数为F′，杠杆的机械效率为η′，若不计转轴O处的摩擦，则：F′__＞__F，η′__＝__(均选填“＞”“＝”或“＜”)η。
【解析】杠杆的机械效率：η＝×100%＝×100%；如题图所示，将弹簧测力计移动到Q点时，阻力和阻力臂都不变，动力臂减小，由F1l1＝F2l2可知，动力将增大，即F′＞F；将弹簧测力计移动到Q点时，因钩码上升的高度不变，所以有用功不变，则总功也不变；铁质杠杆的重力不能忽略，弹簧测力计移至Q点后，仍将钩码匀速提升h的高度，杠杆转动角度不变，重心上升高度h也就不变，所以额外功应该不变，有用功不变，所以总功不变，机械效率不变，即η′＝η。
10．(2021·茂名期末)在“测滑轮组机械效率”的实验中，小强按正确方法操作，如图是他实验中的情景，如表是他记录的一组数据。
钩码总重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
1.8 0.05 0.4 0.15
(1)由表中数据可计算出，滑轮组对钩码做的有用功为0.09 J，人做的总功为__0.06__J。
(2)对以上两个计算结果进行比较，其不合理之处是__总功小于有用功__；
结合弹簧测力计放大图，可知小强的错误是__弹簧测力计拉力F的示数读错了__。
(3)在该次实验中，人做的总功应该是__0.12__J__，所测滑轮组的机械效率应该为__75%__。
(4)实验中，若仅增加钩码的重，则滑轮组的机械效率将__增大__(选填“增大”“减小”或“不变”)。
【解析】本题考查测滑轮组机械效率。
(1)由表中实验数据可知，人做的总功W总＝Fs＝0.4 N×0.15 m＝0.06 J；
(2)由表中实验数据可知，有用功W有＝Gh＝1.8 N×0.05 m＝0.09 J，比较可知，总功小于有用功，这是不合理的；
由题图弹簧测力计可知，其分度值为0.2 N，示数应为0.8 N，由表中实验数据可知，弹簧测力计示数为0.4 N；由此可知，实验数据错误是由于弹簧测力计的读数错误；
(3)此时人做的总功W′总＝F′s＝0.8 N×0.15 m＝0.12 J，在该次实验中，所测滑轮组的机械效率应为η＝×100%＝×100%＝75%；
(4)同一滑轮组，若仅增加钩码的重，有用功增大，额外功不变，根据η＝×100%可知，滑轮组的机械效率将增大。
11．(2021·泰安中考)如图所示，甲工人用水平推力F甲推动重为750 N的货物，在水平路面上匀速移动2 m至仓库门口A处，用时10 s，此过程中甲工人做功的功率P甲＝30 W；乙工人接着使用滑轮组拉动该货物在同样的路面上匀速移动3 m到达指定位置B，拉力F乙为80 N。求：
(1)甲工人做的功；
(2)该滑轮组的机械效率。
解：(1)甲工人做的功：
W甲＝P甲t＝30 W×10 s＝300 J
(2)货物与地面的摩擦力：
f＝F甲＝＝150 N
滑轮组对货物的拉力：
F牵＝f＝150 N
滑轮组的机械效率：
η＝×100%＝×100%＝×100%＝×100%＝×100%＝62.5%
【素养驿站】——物理与生活
12.如图是供残疾人轮椅车通行的斜道，可以看成一个斜面，斜道高0.35 m，长度为2.8 m，若某人乘坐电动轮椅车上此斜道，人的重力为600 N，轮椅车的动力是300 N；使用此斜道__不能__(选填“能”或“不能”)省功；此斜道的机械效率是__25%__。保持高度不变，增加斜道的长度，则该斜道的机械效率将__减小__(选填“不变”“增大”或“减小”)。
【解析】如题图所示，斜道可以看成一个斜面，使用斜面时可以省力，但费距离，且不能省功；
使用斜道时做的有用功：
W有＝Gh＝600 N×0.35 m＝210 J，
动力做的总功：
W总＝Fs＝300 N×2.8 m＝840 J，
斜道的机械效率：
η＝×100%＝×100%＝25%；
保持高度不变，增加斜道的长度，斜道的倾斜程度(坡度)减小，其机械效率减小。
PAGE练习(十)
机械效率、
建议用时：30分钟
__机__械__效__率
1．(2021·盐城期末)小明在探究影响滑轮组机械效率的因素时，猜想滑轮组机械效率与下列因素有关：①被提升的物体的重力；②物体被提升的高度；③动滑轮的重力；④承重绳子的段数。他用相同的滑轮设计了如图所示的两个滑轮组，将重物提升相同高度做对比实验来验证猜想，该实验验证的猜想是( )
A．① B．①②
C．①②③ D．①②③④
2．(2021·焦作模拟)如图所示，分别用三个大小相同、方向分别沿A、B、C三个斜面的力将同一物体推上同一高度，则( )
A．三个斜面的机械效率相同，所做有用功一样多
B．斜面A的机械效率最高，所做有用功一样多
C．斜面B的机械效率最高，所做有用功一样多
D．斜面C的机械效率最高，所做有用功一样多
3．(2020·聊城中考)如图所示，用相同的滑轮安装成甲、乙两种装置，分别将A、B两物体匀速向上提升，若所用拉力大小相等，绳端在相同时间内移动了相同的距离。不计绳重和摩擦，下列说法正确的是( )
A．两物体上升的速度相同
B．两种装置的机械效率相等
C．两次提升物体所做的有用功相等
D．两种装置中拉力做功的功率相等
4. (多选)(2021·北京中考)如图所示，用滑轮组提升所受重力为900 N的物体A，滑轮组绳子自由端在拉力F作用下竖直匀速移动了12 m，同时物体A被竖直匀速提升了4 m，用时40 s，滑轮组的额外功是400 J，下列说法中正确的是( )
A．动滑轮所受的重力为100 N
B．物体A上升的速度是0.3 m/s
C．拉力F的功率是100 W
D．滑轮组的机械效率是90%
5．(2021·铜陵质检)如图所示，甲、乙两套装置所用滑轮质量均相等，用它们分别将所挂重物在相等时间内竖直向上匀速提升相同高度。若G1＝G2，所用竖直向上的拉力分别为F1和F2，拉力做功的功率分别为P1和P2，两装置的机械效率分别为η1和η2(忽略绳重和摩擦)，则下列选项正确的是( )
A．F1＞F2，η1＜η2，P1＜P2
B．F1＜F2，η1＞η2，P1＞P2
C．F1＞F2，η1＝η2，P1＝P2
D．F1＞F2，η1＝η2，P1＞P2
6. (2021·青海中考)一名建筑工人用如图所示的滑轮组，将一个重为450 N的货物，在10 s内沿竖直方向匀速提升了4 m，建筑工人所用的拉力是300 N。则该建筑工人所做的有用功是__ __ __J，建筑工人做功的功率是__ __W，该滑轮组的机械效率是__ __。
7. (2021·泰州中考)如图，小明将一个重为3 N的小车从斜面底端匀速拉到斜面顶端，沿斜面向上的拉力为1.25 N，小车沿斜面移动的距离s＝1.6 m，上升的高度h＝0.6 m。则小明对小车做的有用功是__ __J，斜面的机械效率是__ __。
8．用如图甲所示的滑轮组运送货物上楼，每件货物重100 N，每次运送的量不定。图乙记录了在整个过程中滑轮组的机械效率随货物重力增加而变化的图像，则动滑轮重为__ __N；当某次运送3件货物时，绳子的拉力F是__ __N。(不考虑绳重和摩擦)
9．小明用如图所示的实验装置研究“杠杆的机械效率”。实验时，将总重为G的钩码挂在铁质杠杆上，弹簧测力计作用于P点，现竖直向上匀速拉动弹簧测力计，钩码上升的高度为h，弹簧测力计的示数为F，其移动的距离为s，则杠杆的机械效率η＝__ __(用题中字母表示)。若将弹簧测力计移动到Q点，仍将钩码匀速提升h的高度，设此时弹簧测力计的示数为F′，杠杆的机械效率为η′，若不计转轴O处的摩擦，则：F′__ __F，η′__ __(均选填“＞”“＝”或“＜”)η。
10．(2021·茂名期末)在“测滑轮组机械效率”的实验中，小强按正确方法操作，如图是他实验中的情景，如表是他记录的一组数据。
钩码总重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
1.8 0.05 0.4 0.15
(1)由表中数据可计算出，滑轮组对钩码做的有用功为0.09 J，人做的总功为__ __J。
(2)对以上两个计算结果进行比较，其不合理之处是__ __；
结合弹簧测力计放大图，可知小强的错误是__ __。
(3)在该次实验中，人做的总功应该是__ __ __，所测滑轮组的机械效率应该为__ __。
(4)实验中，若仅增加钩码的重，则滑轮组的机械效率将__ __(选填“增大”“减小”或“不变”)。
11．(2021·泰安中考)如图所示，甲工人用水平推力F甲推动重为750 N的货物，在水平路面上匀速移动2 m至仓库门口A处，用时10 s，此过程中甲工人做功的功率P甲＝30 W；乙工人接着使用滑轮组拉动该货物在同样的路面上匀速移动3 m到达指定位置B，拉力F乙为80 N。求：
(1)甲工人做的功；
(2)该滑轮组的机械效率。
【素养驿站】——物理与生活
12.如图是供残疾人轮椅车通行的斜道，可以看成一个斜面，斜道高0.35 m，长度为2.8 m，若某人乘坐电动轮椅车上此斜道，人的重力为600 N，轮椅车的动力是300 N；使用此斜道__ __(选填“能”或“不能”)省功；此斜道的机械效率是__ __。保持高度不变，增加斜道的长度，则该斜道的机械效率将__ __(选填“不变”“增大”或“减小”)。
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