12.3机械效率
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第3节 机械效率
一、综合题
1.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
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。
答案:D
2. (2012·广东广州中考)如图所示的剪刀剪纸机械效率为80%,这表示( )。
A.若作用在剪刀的动力是1N,则阻力是0.8 N
B.若作用在剪刀的阻力是1N,则动力是0.8 N
C.若作用在剪刀的动力做功1J,则有0.2 J的功用于剪纸
D.若作用在剪刀的动力做功1J,则有0.8 J的功用于剪纸
解析:剪刀可以看做是一个杠杆,根据杠杆的平衡条件F1l1=F2l2知,要比较动力或阻力大小,必须知道动力臂和阻力臂,A、B选项都错误;利用剪刀的目的是剪纸,所以剪纸做的功是有用功,由机械效率为80%知,如果动力做功1J,有0.8 J是用于剪纸,C选项错误,D选项正确。
答案:D
3.(2012·四川自贡中考)如图所示,用滑轮组提升重物时,重800N的物体在10 s内匀速上升了1 m。已知拉绳子的力F为500N,则提升重物的过程中( )。
A.做的有用功是800J
B.拉力F的功率是80W
C.绳子自由端被拉下3m
D.滑轮组的机械效率是60%
解析:在提升重物的过程中W有=Gh=800N×1 m=800 J;拉力F的功率是P==100 W;绳子自由端被拉下s=2×1m=2 m;滑轮组的机械效率是:η==80%。
答案:A
4.(2012·安徽中考)如图所示,有一斜面长为L、高为h,现用力F沿斜面把重为G的物体从底端匀速拉到顶端。已知物体受到斜面的摩擦力为Ff,则下列关于斜面机械效率η的表达式正确的是( )。
A.η= B.η=
C.η= D.η=
解析:本题考查机械效率与有用功和额外功的关系。斜面机械效率η等于有用功Gh与总功之比,总功等于力F乘以在力的方向上运动的距离,也等于有用功加上额外功,此题额外功等于FfL,故本题选D。
答案:D
5.如图所示,小聪用桶、小明用口袋,各装重120N的砂子从一楼运上三楼。小聪做的有用功为 J,小聪与小明所用机械的效率之比为 。(不计绳重及摩擦)
解析:W有=Gh=120N×6 m=720 J,小聪做的额外功:W额1=(G桶+G动)h=(20N+10 N)×6 m=180 J
小明做的额外功:W额2=(G袋+G动)h=(5N+10 N)×6 m=90 J。小聪所用机械的效率:η1==80%;小明所用机械的效率:η2==89%,所以小聪与小明所用机械的效率之比为:。
答案:720 80∶89
6.(2012·福建福州中考)小明用同一滑轮组分别将甲、乙两组钩码提升相同的高度,如图所示。他两次提升钩码所用的拉力分别为F甲和F乙,则F甲 F乙;所做的有用功分别为W甲和W乙,机械效率分别为η甲和η乙,则W甲 W乙,η甲 η乙。(均选填“>”“=”或“<”)
解析:本题考查滑轮组机械效率的计算。甲、乙滑轮组承担物重的绳子股数都是三股,提起的重物越重,所需的拉力越大,所以F甲答案:< < <
7.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100 N的力,竖直向下压动摇臂50 cm,把重1 000 N的重物匀速抬高4 cm,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 。
解析:物体上升的速度v==0.02 m/s;有用功W有=Gh=1000N×0.04 m=40 J;总功W总=Fs=100N×0.5 m=50 J;千斤顶的机械效率η==80%。
答案:0.02 40 80%
8. (2012·四川广安中考)如图所示,将质量为100kg的木箱,用一平行于斜面向上的力从底端匀速拉到斜面顶端。斜面长5m、高1.6 m,在此过程斜面的机械效率为80%。则拉力做的功为 J,拉力所做的额外功为 J。(取g=10N/kg)
解析:本题考查斜面机械效率的有关计算。根据木箱的质量可以求出木箱的重力:G=mg=100kg×10N/kg=1000N;克服木箱的重力所做的功就是有用功,即W有=Gh=1 000 N×1.6m=1600J;拉力F所做的总功是W总==2000J;所以拉力所做的额外功是W额=W总-W有=2 000 J-1600J=400J。
答案:2000 400
9.(2012·江苏泰州中考)某实验小组利用如图所示的装置测滑轮组机械效率,记录数据如下表:
实验
序号
钩码
重/N
钩码上升
的高度/m
绳端的
拉力/N
绳端移动
的距离/m
机械
效率/%
①
4
0.1
1.8
0.3
74.1
②
6
0.1
2.4
0.3
(1)实验时,应沿竖直方向 拉动弹簧测力计。
(2)第2次实验中,拉力做的总功是 J,滑轮组做的有用功是 J,滑轮组的机械效率η= (结果保留一位小数)。
(3)由记录数据分析,两次机械效率不同的主要原因是 。
解析:本题考查测量滑轮组的机械效率。实验时,要竖直向上匀速拉动弹簧测力计;第2次实验中,拉力做的总功W总=Fs=2.4N×0.3 m=0.72 J,滑轮组做的有用功W有=Gh=6N×0.1 m=0.6 J,则滑轮组的机械效率η==83.3%。两次实验中由于钩码重不同,提升相同高度时,所做的有用功不同,而滑轮重、摩擦基本相同,那么所做的额外功相同,所以机械效率不同。
答案:(1)匀速 (2)0.72 0.6 83.3% (3)钩码重不同
10.如图所示装置,绳重及摩擦不计。装卸工人将重为800N的货物提至高处,人对绳的拉力F1为500N,货物在1 min内匀速上升了5 m。
(1)请在图上画出绳子的绕法;
(2)求滑轮组的机械效率;
(3)如果重物是600N,要把重物提升5 m,求拉力做的功。
解析:人站在地上拉绳子,绳子末端方向向下,一个动滑轮,所以有两段绳子承担重物,绳端固定在定滑轮上;滑轮组的机械效率可由公式η=直接求出;当重物改变时机械效率改变,故不能利用第(2)问的机械效率求解,这里是学生常出错的地方,一定要找到变化中不变的量,动滑轮的重力始终没有变,先求出G动=2F1-G物=2×500N-800 N=200 N,F2=(G动+G物)/2=(600N+200 N)/2=400 N,再求出拉力做的功,W=F2s=400N×5×2 m=4 000 J。
答案:(1)绕法如图所示。
(2)滑轮组的机械效率:η==80%。
(3)动滑轮的重力:G动=2F1-G物=2×500N-800 N=200 N。
拉力F2=(G动+G物)/2=(600N+200 N)/2=400 N,
W=F2s=400N×5×2 m=4 000 J。
11.在湛江港码头,小华看到工人利用斜面把货物推到车上,联想到上物理课时老师讲过的知识,小华想探究斜面的机械效率可能与哪些因素有关,小华提出了以下猜想:
A.斜面的机械效率可能与物体的重力有关。
B.斜面的机械效率可能与斜面的倾斜程度有关。
小华同学为了证实自己的猜想是否正确,于是他用同一块木板组成如图所示的装置进行了实验探究,记录的实验数据如下表:
实验
次数
斜面倾
角θ
物块重
力G/N
斜面高
度h/m
沿斜面
拉力F/N
斜面长
s/m
有用功
W有/J
总功
W总/J
斜面的机
械效率
①
30°
5.0
0.6
4.2
1.2
3.0
5.0
②
30°
3.0
0.6
2.5
1.2
1.8
60%
③
45°
3.0
0.8
2.8
1.2
2.4
3.4
71%
(1)在实验操作过程中,应沿斜面向上 拉动木块;实验时要使木板的倾斜角变大,应该把木板下面的木块向 (选填“左”或“右”)移动。
(2)根据表格中数据,第①次实验斜面的机械效率为 %,第②次实验中总功为 J。
(3)通过对比实验①②数据,可验证小华的猜想 (填写字母);通过对比实验②③数据,可以得出的探究结论是: 。
(4)此实验主要用到的研究方法是 。
(5)除了小华的猜想以外,请你猜想斜面的机械效率还可能与 (写出一个)有关。
解析:(1)在实验中为了准确测出拉力的大小,应匀速拉动木块,木板下面的木块向左移动时,木板的倾角变大;(2)η==60%,W总=Fs=2.5N×1.2 m=3 J;(3)①②两组数据中,木板的倾角相等,物体的重力不等,所以可以验证猜想A,②③两组数据中,物体的重力相等,木板的倾角不等,计算得出这两次的机械效率分别为60%和71%,所以可以得出斜面的倾斜程度越大,斜面的机械效率越高的结论;(4)在验证机械效率与物体重力的关系时,保证木板的倾角不变,在验证机械效率与木板倾角的关系时,保证物体的重力不变,所以用到的是控制变量法;(5)猜想只要与本实验有关,合理即可。
答案:(1)匀速 左 (2)60 3.0 (3)A 在其他条件相同时,斜面的倾斜程度越大,斜面的机械效率越高(或大);或在其他条件相同时,斜面的机械效率与斜面的倾斜程度有关
(4)控制变量法
(5)斜面的粗糙程度、木板的长度、拉木块的速度、木板的面积等
一、综合题
1.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
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。
答案:D
2. (2012·广东广州中考)如图所示的剪刀剪纸机械效率为80%,这表示( )。
A.若作用在剪刀的动力是1N,则阻力是0.8 N
B.若作用在剪刀的阻力是1N,则动力是0.8 N
C.若作用在剪刀的动力做功1J,则有0.2 J的功用于剪纸
D.若作用在剪刀的动力做功1J,则有0.8 J的功用于剪纸
解析:剪刀可以看做是一个杠杆,根据杠杆的平衡条件F1l1=F2l2知,要比较动力或阻力大小,必须知道动力臂和阻力臂,A、B选项都错误;利用剪刀的目的是剪纸,所以剪纸做的功是有用功,由机械效率为80%知,如果动力做功1J,有0.8 J是用于剪纸,C选项错误,D选项正确。
答案:D
3.(2012·四川自贡中考)如图所示,用滑轮组提升重物时,重800N的物体在10 s内匀速上升了1 m。已知拉绳子的力F为500N,则提升重物的过程中( )。
A.做的有用功是800J
B.拉力F的功率是80W
C.绳子自由端被拉下3m
D.滑轮组的机械效率是60%
解析:在提升重物的过程中W有=Gh=800N×1 m=800 J;拉力F的功率是P==100 W;绳子自由端被拉下s=2×1m=2 m;滑轮组的机械效率是:η==80%。
答案:A
4.(2012·安徽中考)如图所示,有一斜面长为L、高为h,现用力F沿斜面把重为G的物体从底端匀速拉到顶端。已知物体受到斜面的摩擦力为Ff,则下列关于斜面机械效率η的表达式正确的是( )。
A.η= B.η=
C.η= D.η=
解析:本题考查机械效率与有用功和额外功的关系。斜面机械效率η等于有用功Gh与总功之比,总功等于力F乘以在力的方向上运动的距离,也等于有用功加上额外功,此题额外功等于FfL,故本题选D。
答案:D
5.如图所示,小聪用桶、小明用口袋,各装重120N的砂子从一楼运上三楼。小聪做的有用功为 J,小聪与小明所用机械的效率之比为 。(不计绳重及摩擦)
解析:W有=Gh=120N×6 m=720 J,小聪做的额外功:W额1=(G桶+G动)h=(20N+10 N)×6 m=180 J
小明做的额外功:W额2=(G袋+G动)h=(5N+10 N)×6 m=90 J。小聪所用机械的效率:η1==80%;小明所用机械的效率:η2==89%,所以小聪与小明所用机械的效率之比为:。
答案:720 80∶89
6.(2012·福建福州中考)小明用同一滑轮组分别将甲、乙两组钩码提升相同的高度,如图所示。他两次提升钩码所用的拉力分别为F甲和F乙,则F甲 F乙;所做的有用功分别为W甲和W乙,机械效率分别为η甲和η乙,则W甲 W乙,η甲 η乙。(均选填“>”“=”或“<”)
解析:本题考查滑轮组机械效率的计算。甲、乙滑轮组承担物重的绳子股数都是三股,提起的重物越重,所需的拉力越大,所以F甲
7.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100 N的力,竖直向下压动摇臂50 cm,把重1 000 N的重物匀速抬高4 cm,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 。
解析:物体上升的速度v==0.02 m/s;有用功W有=Gh=1000N×0.04 m=40 J;总功W总=Fs=100N×0.5 m=50 J;千斤顶的机械效率η==80%。
答案:0.02 40 80%
8. (2012·四川广安中考)如图所示,将质量为100kg的木箱,用一平行于斜面向上的力从底端匀速拉到斜面顶端。斜面长5m、高1.6 m,在此过程斜面的机械效率为80%。则拉力做的功为 J,拉力所做的额外功为 J。(取g=10N/kg)
解析:本题考查斜面机械效率的有关计算。根据木箱的质量可以求出木箱的重力:G=mg=100kg×10N/kg=1000N;克服木箱的重力所做的功就是有用功,即W有=Gh=1 000 N×1.6m=1600J;拉力F所做的总功是W总==2000J;所以拉力所做的额外功是W额=W总-W有=2 000 J-1600J=400J。
答案:2000 400
9.(2012·江苏泰州中考)某实验小组利用如图所示的装置测滑轮组机械效率,记录数据如下表:
实验
序号
钩码
重/N
钩码上升
的高度/m
绳端的
拉力/N
绳端移动
的距离/m
机械
效率/%
①
4
0.1
1.8
0.3
74.1
②
6
0.1
2.4
0.3
(1)实验时,应沿竖直方向 拉动弹簧测力计。
(2)第2次实验中,拉力做的总功是 J,滑轮组做的有用功是 J,滑轮组的机械效率η= (结果保留一位小数)。
(3)由记录数据分析,两次机械效率不同的主要原因是 。
解析:本题考查测量滑轮组的机械效率。实验时,要竖直向上匀速拉动弹簧测力计;第2次实验中,拉力做的总功W总=Fs=2.4N×0.3 m=0.72 J,滑轮组做的有用功W有=Gh=6N×0.1 m=0.6 J,则滑轮组的机械效率η==83.3%。两次实验中由于钩码重不同,提升相同高度时,所做的有用功不同,而滑轮重、摩擦基本相同,那么所做的额外功相同,所以机械效率不同。
答案:(1)匀速 (2)0.72 0.6 83.3% (3)钩码重不同
10.如图所示装置,绳重及摩擦不计。装卸工人将重为800N的货物提至高处,人对绳的拉力F1为500N,货物在1 min内匀速上升了5 m。
(1)请在图上画出绳子的绕法;
(2)求滑轮组的机械效率;
(3)如果重物是600N,要把重物提升5 m,求拉力做的功。
解析:人站在地上拉绳子,绳子末端方向向下,一个动滑轮,所以有两段绳子承担重物,绳端固定在定滑轮上;滑轮组的机械效率可由公式η=直接求出;当重物改变时机械效率改变,故不能利用第(2)问的机械效率求解,这里是学生常出错的地方,一定要找到变化中不变的量,动滑轮的重力始终没有变,先求出G动=2F1-G物=2×500N-800 N=200 N,F2=(G动+G物)/2=(600N+200 N)/2=400 N,再求出拉力做的功,W=F2s=400N×5×2 m=4 000 J。
答案:(1)绕法如图所示。
(2)滑轮组的机械效率:η==80%。
(3)动滑轮的重力:G动=2F1-G物=2×500N-800 N=200 N。
拉力F2=(G动+G物)/2=(600N+200 N)/2=400 N,
W=F2s=400N×5×2 m=4 000 J。
11.在湛江港码头,小华看到工人利用斜面把货物推到车上,联想到上物理课时老师讲过的知识,小华想探究斜面的机械效率可能与哪些因素有关,小华提出了以下猜想:
A.斜面的机械效率可能与物体的重力有关。
B.斜面的机械效率可能与斜面的倾斜程度有关。
小华同学为了证实自己的猜想是否正确,于是他用同一块木板组成如图所示的装置进行了实验探究,记录的实验数据如下表:
实验
次数
斜面倾
角θ
物块重
力G/N
斜面高
度h/m
沿斜面
拉力F/N
斜面长
s/m
有用功
W有/J
总功
W总/J
斜面的机
械效率
①
30°
5.0
0.6
4.2
1.2
3.0
5.0
②
30°
3.0
0.6
2.5
1.2
1.8
60%
③
45°
3.0
0.8
2.8
1.2
2.4
3.4
71%
(1)在实验操作过程中,应沿斜面向上 拉动木块;实验时要使木板的倾斜角变大,应该把木板下面的木块向 (选填“左”或“右”)移动。
(2)根据表格中数据,第①次实验斜面的机械效率为 %,第②次实验中总功为 J。
(3)通过对比实验①②数据,可验证小华的猜想 (填写字母);通过对比实验②③数据,可以得出的探究结论是: 。
(4)此实验主要用到的研究方法是 。
(5)除了小华的猜想以外,请你猜想斜面的机械效率还可能与 (写出一个)有关。
解析:(1)在实验中为了准确测出拉力的大小,应匀速拉动木块,木板下面的木块向左移动时,木板的倾角变大;(2)η==60%,W总=Fs=2.5N×1.2 m=3 J;(3)①②两组数据中,木板的倾角相等,物体的重力不等,所以可以验证猜想A,②③两组数据中,物体的重力相等,木板的倾角不等,计算得出这两次的机械效率分别为60%和71%,所以可以得出斜面的倾斜程度越大,斜面的机械效率越高的结论;(4)在验证机械效率与物体重力的关系时,保证木板的倾角不变,在验证机械效率与木板倾角的关系时,保证物体的重力不变,所以用到的是控制变量法;(5)猜想只要与本实验有关,合理即可。
答案:(1)匀速 左 (2)60 3.0 (3)A 在其他条件相同时,斜面的倾斜程度越大,斜面的机械效率越高(或大);或在其他条件相同时,斜面的机械效率与斜面的倾斜程度有关
(4)控制变量法
(5)斜面的粗糙程度、木板的长度、拉木块的速度、木板的面积等