沪科版物理八年级同步提优训练：10.5 机械效率 （共2课时 有解析）

第五节　机械效率
第1课时　机械效率
1　有用功、额外功、总功　　　　　　　
1.如图1所示,小明用桶把一些沙子运上三楼。在此过程中 (　　)
A.小明克服自身重力所做的功是总功 B.小明克服沙子重力所做的功是有用功
C.小明克服沙子重力所做的功是额外功 D.小明克服桶的重力所做的功是有用功
2.利用如图1所示的滑轮,在粗糙水平地面上匀速拉动物体,下列叙述中正确的是 (　　)
A.克服物体重力做的功是有用功 B.克服物体受地面摩擦力做的功是有用功
C.绳子自由端的拉力F做的功是有用功 D.克服物体受地面摩擦力做的功是额外功
2　机械效率概念的理解　　　　　　　
3.下列关于机械效率的说法中,正确的是(　　)
A.越省力的机械,效率越高 B.功率越大,机械效率越高
C.机械做的总功一定,有用功越多,机械效率越高
D.额外功在总功中所占比例越大,机械效率越高
4.两台机械,甲的机械效率为80%,乙的机械效率为60%,则下列说法中正确的是 (　　)
A.甲机械做的总功一定比乙机械的多 B.乙机械做的额外功一定比甲机械的多
C.甲机械做的有用功一定比乙机械的多 D.有用功相同时,乙机械所做的总功多
3　滑轮组机械效率的简单计算　　　　　　　
5.(2021菏泽)如图1所示,用动滑轮提起一重为80 N的物体,在10 s内将物体匀速提高
5 m,已知动滑轮重20 N,则(不计绳重和摩擦) (　　)
A.手对绳子的拉力为40 N B.拉力做功的功率为50 W
C.手拉绳子移动的速度为0.5 m/s D.该装置的机械效率为60%
6.(2021常德)如图1所示,用滑轮组将一重为10 N的物体匀速提升1 m,所用的时间为2 s,作用在绳子自由端的拉力F为6 N,下列说法中正确的是(不计绳重和摩擦) (　　)
A.所做的有用功为6 J B.动滑轮自重为4 N
C.拉力F做功的功率为5 W D.该滑轮组的机械效率为83.3%
7.(2021衡阳)(多选)如图1所示,一名同学用滑轮组拉着重450 N的物体A,使它5 s内在水平地面上匀速前进了1 m,水平拉力F=75 N,若与地面的摩擦力是物重的0.2,下列说法正确的是 (　　)
A.他做的总功是150 J B.他做的有用功是450 J
C.拉力做功的功率是15 W D.该滑轮组的机械效率是60%
8.(2021自贡)用如图1甲所示的滑轮组运送货物上楼,每件货物重为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4件货物时,滑轮组的机械效率为　　　　。(不考虑绳重和摩擦)
9.(2021苏州)如图1所示是工人师傅用滑轮组提升建筑材料的示意图,在400 N的拉力作用下,使质量为70 kg的建筑材料在10 s的时间里,匀速竖直上升了2 m。不计绳重和滑轮摩擦,g取10 N/kg。求:
(1)拉力的功率P。
(2)滑轮组的机械效率η。
(3)动滑轮的重力G动。
10.(2020乐山)(多选)如图1甲所示的装置中,A是重为15 N的空吊篮,绳子B和C能承受的最大拉力分别为100 N和50 N。质量为50 kg的小张同学将A提升到高处,施加的拉力F随时间t的变化关系如图乙所示,A上升的速度v随时间t的变化关系如图丙所示。忽略绳重及滑轮摩擦,g取10 N/kg。下列结论中正确的是 (　　)
A.动滑轮的重力为9 N
B.第2 s内拉力F的功率为40 W
C.此装置最多能匀速运载80 N的货物
D.此装置提升货物的最大机械效率为85%
　　　
第2课时　测量机械效率
1　测量滑轮组的机械效率　　　　　　　
1.(2021遂宁)涪江六桥建筑工地上矗立的塔吊,是用电动机带动滑轮组提升重物的设备。如何提高滑轮组机械效率,节约电能呢 为此同学们进行了“影响滑轮组机械效率因素”的实验探究,用到的装置如图1所示,实验数据记录如下表所示:
实验 次数 钩码重 G/N 钩码上升 高度h/m 绳端拉力 F/N 绳端移动 距离s/m 机械效 率η
1 2 0.1 1.2 0.3 55.6%
2 2 0.2 1.2 0.6 55.6%
3 4 0.1 1.9 0.3 70.2%
4 4 0.1 1.3 0.5 61.5%
(1)实验中应沿竖直方向　　　　拉动弹簧测力计。
(2)分析表中数据可知:第4次实验是用图　　　　装置来完成的。
(3)通过比较1、2两次实验数据可得出:使用同一滑轮组提升相同重物,滑轮组的机械效率与重物上升　　　　无关。
(4)通过比较　　　　(填实验次数的序号)两次实验数据可得出:同一滑轮组提升的物体越重,滑轮组机械效率越高。
(5)通过比较3、4两次实验数据可得出:不同滑轮组提升相同重物,动滑轮越重,机械效率越　　　　。
(6)(多选)为提高滑轮组机械效率,节约电能,根据以上结论和生活经验,你建议可采取的措施有　　　　。
A.减轻动滑轮重 B.增加所提物重
C.机械加润滑油 D.增加重物上升高度
2　比较不同滑轮(滑轮组)相关物理量的大小　　　　　　　
2.如图10所示,规格完全相同的滑轮,用相同的绳子绕成甲、乙两个滑轮组,分别提起重为G1和G2的两个物体,不计摩擦与绳重,比较它们的省力情况和机械效率,下列说法正确的是 (　　)
图10
A.若G1=G2,则F1F2,乙的机械效率高
C.若G13.(2020甘孜州)某实验小组分别用如图11所示的甲、乙两个滑轮组(每个滑轮等重),在相同时间内把重物G提升相同高度。若F1和F2大小相等,不计绳重及摩擦,下列说法中正确的是 (　　)
图11
A.力F1和F2做功的功率相同 B.力F1和F2做的总功相同
C.两个滑轮组的机械效率相同 D.甲滑轮组的机械效率比乙滑轮组高
3　杠杆、斜面的机械效率　　　　　　　
4.用如图12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,使挂在杠杆下面的钩码缓缓上升。
图12
(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1.0 N,钩码上升高度h为0.1 m,测力计移动距离s为0.4 m,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,一名同学用该实验装置,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:
实验 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力有关,钩码越重其效率越高”的结论 答:　　　　　;请简要说明理由:　 　　　　　　　　　　(合理即可)。
5.(2021广元)小敏在利用斜面搬运物体A的过程中,提出了一个问题:“斜面的机械效率与斜面的倾斜程度有没有关系 ”针对这个问题,他通过在斜面上匀速直线拉动物体进行了实验探究(如图13所示),测得的实验数据如下表所示。(物体A体积忽略不计)
图13
实验 序号 斜面 的倾 斜程 度 物体 重力 G/N 物体 上升 高度 h/m 沿斜 面拉 力 F/N 物体 移动 距离 s/m 有用 功 W有/J 总功 W总/J 机械 效率 η
① 较缓 5.0 0.10 1.6 0.50 0.50 0.80 62.5%
② 较陡 5.0 0.15 2.2 0.50 0.75 1.10 68.2%
③ 最陡 5.0 0.25 3.1 0.50 1.25 1.55
(1)根据表中的数据可求出第③次实验中斜面的机械效率是　　　　。
(2)通过对上述实验数据的分析可知,斜面的省力情况与斜面倾斜程度的关系是:斜面越陡,越　　　　。
(3)通过对上述实验数据的分析,对斜面机械效率的问题可获得的初步结论是:在其他条件不变的情况下,斜面越陡,机械效率　　　　。
第1课时
1.B
2.B　[解析] 用动滑轮在水平方向上拉动物体运动,这个过程中,克服物体受地面摩擦力做的功是有用功,绳子自由端的拉力F做的功是总功,克服滑轮摩擦做的功是额外功。
3.C　4.D
5.B　[解析] 重80 N的物体,在10 s内被匀速提高5 m,已知动滑轮重20 N,不计绳重和摩擦,手对绳子的拉力大小:F=(G物+G动)=×(80 N+20 N)=50 N,A错误;由图可知,n=2,拉力做的总功:W总=Fs=Fnh=50 N×2×5 m=500 J,拉力做功的功率:P===50 W,B正确;物体移动的速度:v===0.5 m/s,绳子自由端移动的速度是物体移动速度的2倍,手拉绳子移动的速度为
1 m/s,故C错误;有用功:W有=G物h=80 N×5 m=400 J,该装置的机械效率:η=×100%=×100%=80%,故D错误。
6.D　[解析] 有用功:W有=Gh=10 N×1 m=10 J,故A错误;不计绳重和摩擦,则有F=(G+G动),动滑轮自重:G动=nF-G=2×6 N-10 N=2 N,故B错误;拉力F做功的功率:P=====6 W,故C错误;该滑轮组的机械效率:η=×100%=×100%=×100%=×100%=×100%≈83.3%,故D正确。
7.AD　[解析] 由图可知,n=2,则绳子自由端沿水平方向移动的距离:s=nsA=2×1 m=2 m,拉力F做的总功:W总=Fs=75 N×2 m=150 J,故A正确;由题知,物体受到的摩擦力:f=0.2G=0.2×450 N=
90 N,有用功:W有=fsA=90 N×1 m=90 J,故B错误;拉力做功的功率:P===30 W,故C错误;该滑轮组的机械效率:η=×100%=×100%=60%,故D正确。
8.100　80%　[解析] 由图乙可知,运送1件货物时,即G=100 N时,
滑轮组的机械效率:η=50%,不考虑绳重和摩擦时,滑轮组的机械效率:η=×100%=×
100%=×100%,
代入数据可得,50%=×100%,解得G动=100 N;
当运送4件货物时,即G'=4G=4×100 N=400 N,
不计绳重和摩擦,则滑轮组的机械效率:
η'=×100%=×100%=×100%=×100%=80%。
9.(1)由图可知,动滑轮上绳子的股数n=2,绳子自由端移动的距离:s=nh=2×2 m=4 m,
拉力做的功:W总=Fs=400 N×4 m=1600 J,
拉力的功率:P===160 W。
(2)建筑材料的重力:G=mg=70 kg×10 N/kg=700 N,
有用功:W有=Gh=700 N×2 m=1400 J,
滑轮组的机械效率:η=×100%=×100%=87.5%。
(3)不计绳重和摩擦,由F=(G+G动)可得,动滑轮的重力:G动=2F-G=2×400 N-700 N=100 N。
10.BC　[解析] 由图丙知1~2 s内物体做匀速运动,忽略绳重和摩擦,F=(G+G动),动滑轮的重力:G动=nF-G=2×10 N-15 N=5 N,故A错误;第2 s内拉力为10 N,A的速度为2 m/s,绳子自由端的速度为v绳=nvA=2×2 m/s=4 m/s,则拉力的功率为P=Fv绳=10 N×4 m/s=40 W,B正确;当B绳上的拉力为100 N时,C绳上的拉力:FC===52.5 N>50 N,超过C绳能承受的最大拉力,C绳会断。当C绳上的拉力为50 N时,B绳上的拉力:FB=nFC'-G动=2×50 N-5 N=
95 N<100 N,故吊篮中能装载的货物的最大重力:G=95 N-15 N=80 N,C正确;当拉力达到50 N时,提升货物的重力为80 N,机械效率最大,η=×100%=×100%==×100%=×
100%=80%,D错误。
第2课时
1.(1)匀速　(2)丙　(3)高度　(4)1、3　(5)低　(6)ABC
2.D
3.D　[解析] 因不计绳重及摩擦,故克服动滑轮重力所做的功为额外功,由η=×100%=×100%=×100%可知,在相同时间内把重物G提升相同高度,甲、乙两个滑轮组所做的有用功相同,F1做的总功比F2做的总功少,甲做的额外功比乙做的额外功少,故两者的机械效率甲比乙高。
4.(1)0.5　50%　克服杠杆自身重力做功(合理即可)
(2)不能　两次实验时,钩码没有挂在同一位置,且仅根据一次对比实验所得结论是不可靠的
[解析] (1)由图可知,弹簧测力计的分度值是0.1 N,所以它的示数为0.5 N。
在实验过程中,有用功:W有=Gh=1.0 N×0.1 m=0.1 J,总功:W总=Fs=0.5 N×0.4 m=0.2 J,所以杠杆的机械效率:η=×100%=×100%=50%。利用杠杆提升物体时,克服摩擦以及杠杆自重做的功是额外功。
(2)探究机械效率的影响因素时应采取控制变量法,研究提升的物重和机械效率的关系时,应保持钩码所挂位置不变,而两次实验中钩码悬挂的位置是不同的。同时,还应进行多次实验,分析多组数据,才能得出普遍性的结论,只凭一次对比实验所得结论是不可靠的。
5.(1)80.6%　(2)费力　(3)越高