11.5 机械效率（提高篇）（有解析） 苏科版九年级物理上册

2023年苏科版九年级物理上册课时练习
11.5 机械效率（提高篇）
学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________
一、知识梳理
1、认识有用功、额外功和总功（以动滑轮提升钩码为例）
有用功（W有用）：人们需要的功，也就是“目的”功
比如：用动滑轮提升钩码，目的是提钩码，则钩码重乘以提升的高度就是有用功
相应公式：W有用 = G钩码h
额外功（W额）：人们为达到目的，并不需要但又不得不做的功
比如：用动滑轮提升钩码，克服钩码重及摩擦力所做的功为额外功
相应公式：W额= G动滑轮h（忽略摩擦时）
总功（W总）：人们在达到目的的过程中实际做的功
比如：用动滑轮提升钩码的过程中，人所做的功为总功
相应公式：W总=W有用+W额 或W总= Fs
2、机械效率
定义：有用功与总功的比值 （2）物理意义：有用功占总共的多少
（3）公式：η=100％ （4）单位：无单位
3、对机械效率的理解
机械效率高低表示的是有用功在总功中所占比例的高低
机械效率只有大小，没有单位通常用百分数表示
有用功是总功的一部分，对于实际的机械，由于额外功的存在，机械效率总是小于100%
机械效率是表示机械做功性能好坏的物理量，机械效率越高，这个机械的性能就越好
机械效率的高低并不能说明使用机械是省力的还是费力，效率高只说明有用功在总功中所占的比例高，机械效率高不一定省力
4、影响滑轮组机械效率的主要原因与改进措施
（1）被提升物体的重力：同一滑轮组被提升物体的重力越大，做的有用功越多，机械效率越高。所以，尽可能增加被提升物体的重力，可以提高机械效率
（2）动滑轮的自重：有用功不变时，减少动滑轮的重力，可以减少额外功，可提高机械效率。所以要改进滑轮结构，减轻动滑轮自重
（3）滑轮组自身部件的摩擦：自身部件的摩擦力越大，所做额外功越多，机械效率越低。所以要对机械进行保养，保持良好的润滑，减小摩擦
二、达标训练
1．分别用杠杆、动滑轮和滑轮组将同一物体举到相同高度，做的有用功（　　）
A．杠杆最多 B．动滑轮最多 C．滑轮组最多 D．一样多
2．如下图所示，小明分别使用甲、乙、丙、丁四种不同的机械把同一物体匀速提升到同一高度，（绳长不变），下列说法中正确的是（　　）

A．使用机械丁最省力 B．机械乙的机械效率最高
C．的大小为物重的一半 D．使用这四种机械的有用功相同
3．如图甲所示是高空作业的师傅在美化楼体外墙的情境，其平台结构的原理简图如图乙所示，吊篮的质量为40kg，两名工人及工具的总质量为200kg，某次吊升过程中，吊篮在30s内匀速上升了6m。不计滑轮重、绳重和摩擦，g取10N/kg。则下列说法正确的是（　　）
A．使用该装置可以省距离，但不能省功
B．电动机拉动绳子的功率为480W
C．整个装置的机械效率为73.3%
D．在承载范围内，工人及工具的总质量越大，该装置的机械效率越低
4．如图，三种不同方法往楼上运沙子，绳重及摩擦不计，下面分析错误的是（　　）
A．三种方法运沙子上楼所做的有用功相同
B．甲方法没有使用滑轮，但所做的额外功最多，所以效率最低
C．乙、丙两种方法使用了动滑轮，可以省力但不能省功
D．丙方法做的额外功为60J
5．如图所示，用同一滑轮组分别将两个不同的物体A和B匀速提升相同的高度，不计绳重和摩擦的影响，提升A的过程滑轮组的机械效率较大，则下列判断正确的是（　　）
①提升A的拉力较大 ②A物体比B物体轻
③提升A做的有用功较多 ④提升A所做的额外功较少
A．只有①③ B．只有②④ C．只有②③ D．只有①④
6．如图所示，斜面的高h=1.2m，小明用600N沿斜面向上的力，将质量为100kg的大箱子匀速推到车上，所用的时间为30s，g=10N/kg，则下列说法中正确的是（　　）
A．推力的功率为24W
B．推力所做的有用功为1440J
C．大箱子在斜面上匀速运动时受到的摩擦力为100N
D．若斜面光滑，则小明只需要用400N的推力就可以把大箱子推上去
7．小华用图甲所示的滑轮组运送货物上楼，每次运送的量不定，每件货物重为100N；图乙是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。整个过程中物体上升保持v=0.4m/s不变，不考虑绳重和摩擦。下列说法正确的（ ）
A．该装置中动滑轮的重为50N
B．当运送4件货物时，拉力大小为225N
C．当运送4件货物时，拉力的功率为90W
D．运送4件货物时，滑轮组的机械效率为80%
8．如图所示，光滑斜面AB>AC，沿斜面AB和AC分别将同一重物从它们的底部拉到顶部，所需拉力分别为F1和F2，所做的功分别为W1和W2，两个斜面的效率分别为η1和η2，则F1_________F2，W1_________W2，η1_________η2。

9．小刚同学利用图所示的完全相同的滑轮，在相同时间内将同一物体提升相同高度，若不计绳重和摩擦，机械效率较高的是__________（选填“定”或“动”）滑轮，拉力__________（选填“F1”或“F2”）做功更多。

10．如图，甲、乙分别表示A、B两机械某次工作时的有用功W有和额外功W额的关系，则A的机械效率为ηA=___________；A、B的机械效率大小关系为ηA___________ηB；总功的大小关系为WA___________WB（后面两空选填“<”、“>”或“=”）。

11．如图所示，是安装在某种塔式起重机吊臂一侧的滑轮组，某次匀速起吊的物体时，上升，用时，滑轮组的机械效率是，则所做有用功是_______________J，总功是_______________J，拉力F的功率是_______________W。（g取）

12．如图为某景区的盘山公路，汽车行驶过程中遇到陡坡时司机常常要换用低速档，这样做是因为在发动机的输出功率一定时可以增大___________。一辆总重为1×105N的汽车经过某一长为200m的路段时，竖直高度上升了20m，如果汽车的牵引力恒为2.5×104N，此过程中盘山公路斜面的机械效率为___________。

13．用如图甲的滑轮组（不计摩擦）提升物体，重物和绳子自由端的移动情况如图乙所示，反映绳子自由端运动的图线是________（选填“A”或“B”）；若提升物体的重力变小，则该滑轮组的机械效率会变________。

14．如图是起重机吊臂上端的滑轮组示意图，已知所吊重物的重力为，每个滑轮的重力为150 N。当用力F使重物在30 s内匀速上升3 m的过程中．不计绳重与摩擦，则起吊过程中，滑轮组克服重物重力所做的功为________J，拉力的功率为________W；当吊起更重的物体时，滑轮组的机械效率将________（选填“变大”“变小”或“不变”）。

15．在探究“滑轮组机械效率”时，小米用图甲测得前3组数据，用图乙测得第4组数据，如下表：

实验次数 物重G物/N 动滑轮重G动/N 钩码上升的高度h/m 动力F/N 动力作用点移动的距离s/m 滑轮组的机械效率η/%
1 1 0.5 0.1 0.7 0.3 47.6
2 2 0.5 0.1 1.1 0.3 60.6
3 4 0.5 0.1 2 0.3
4 4 1 0.1 1.6 50
（1）根据表中前3次实验数据，画出甲图中滑轮组的绕绳方法；___________
（2）在实验中，测量绳端拉力F时，应尽量___________匀速向上拉动弹簧测力计，第4 次实验时滑轮组动力作用点移动的距离为___________；
（3）第3次实验时滑轮组做的有用功为___________，总功为___________，此时的机械效率为___________；
（4）上表中第1、2、3组数据可知，同一滑轮组的机械效率与___________有关。
16．小明用图甲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。

（1）已知OC上升0.3m，钩码总重为1.0N，实验中，弹簧测力计的示数为______N，钩码上升高度为0.1m，杠杆的机械效率为______%；
（2）若只将钩码的悬挂点由A移至B，仍将钩码提升相同的高度，则弹簧测力计的示数将_____，杠杆的机械效率将_______（均选填“变大”“变小”或“不变”）；
（3）如图乙，用始终竖直的力把重物提升至虚线所示的位置，拉力F的大小将_______（选填“变大”“变小”或“不变”）。
17．小林站在地面上用图甲所示的滑轮组将重为G的物体30s内匀速提升5m，所做的总功和额外功如图乙所示。求：
（1）请在图甲中画出滑轮组中绳子的绕法；
（2）滑轮组的机械效率；
（3）人拉绳子的力F；
（4）拉力做功的功率。

18．以“‘荆歌’铁马，奔向未来”为主题的2023荆州马拉松3月26日在荆州体育中心鸣枪起跑。在开赛场地建设过程中，工人利用长度L=3m的斜面把质量为240kg的重物匀速推到h=1m高处，如图所示，工人所用推力F=1000N。g取10N/kg。求：
（1）推力做的有用功；
（2）斜面的机械效率；
（3）工人将另一质量为300kg的重物匀速推到同一高度，为了省力，换用长度为5m的斜面，此时重物与斜面间的摩擦力与原来的摩擦力之比为6∶5，共用时20s，工人推力做功的功率。

参考答案：
1．D
【详解】分别用杠杆、动滑轮和滑轮组将同一物体举到相同高度，物体的重力相等，提升的高度相等，根据公式W有=Gh可知，做的有用功相等。故ABC不符合题意，D符合题意。
故选D。
2．D
【详解】A．根据四个图可知，甲是斜面，使用斜面可以省力；乙是定滑轮，不能省力；丙是动滑轮，可以省一半的力；丁是滑轮组，有三段绳子拉着动滑轮，拉力为物重和动滑轮总重的三分之一；由于不知道斜面的倾角，无法判定省力情况，故A错误；
B．由于不知道绳子与滑轮之间的摩擦情况，无法判定额外功的大小，无法比较机械效率的大小，故B错误；
C．根据动滑轮特点可知，此时的最小拉力为物重和动滑轮总重的二分之一，故C错误；
D．把同一物体匀速提升到同一高度，根据W=Gh可知，有用功相同，故D正确。
故选D。
3．B
【详解】A．由图可知
则绳子自由端移动的距离
即使用该装置费距离，由功的原理可知，使用任何机械都不省功，故A错误；
B．吊篮的重力
两名工人及工具的总重力
因为不计滑轮重、绳重和摩擦，使用绳子自由端的拉力
电动机拉动绳子做的总功
电动机拉动绳子做功的功率
故B正确；
C．整个装置做的有用功
整个装置的机械效率：滑轮组的机械效率
故C错误；
D．在承载范围内，工人及工具的总质量越大，由可知，有用功W有越大，额外功W额外不变；由
可知，有用功W有越大，额外功W额外不变时，机械效率越大，故D错误。
故选B。
4．D
【详解】A．三种方法的最终目的都是要将100N的沙子提升6m，因此，其有用功为
,是相同的；故A正确，不符合题意；
BD．甲种方法额外功为
乙种方法额外功为
丙种方法额外功为
因为三种方法中的有用功相同，甲种方法的额外功最多，所以机械效率最低，故B正确，不符合题意，D错误，符合题意；
C．根据功的原理，乙、丙两种方法使用了动滑轮，可以省力，但多移动了距离，可以省力但不能省功，故C正确，不符合题意。
故选D。
5．A
【详解】②滑轮组的机械效率
因为故即
故②错误；
①绳子的拉力
因为故故①正确；
③提升物体做的有用功为
因为故故③正确；
④不计绳重和摩擦，而额外功指的是克服动滑轮做功，根据
故④错误；
故综上所述，只有①③正确，A正确。
故选A。
6．C
【详解】A．由题意可知，斜面倾角30°，斜面长是高的2倍，即
推力做的功
功率
故A错误；
B．有用功为
故B错误；
C．由
可得
由得斜面对物体的摩擦力
故C正确；
D．若斜面光滑，摩擦力为0，推力做的功等于直接提升物体所做的功，即
则推力
故D错误。
故选C。
7．D
【详解】A．根据图乙可知，当物体的重为100N时，机械效率为50%，则可以列等式为
经整理可知，动滑轮的重力为
故A错误；
B．如图甲，一共有两段绳子分担动滑轮和物重，故当运送4件货物时，拉力大小为
故B错误；
C．当运送4件货物时，拉力的功率为
故C错误；
D．运送4件货物时，滑轮组的机械效率为
故D正确。
故选D。
8． < = =
【详解】[1][2][3]斜面光滑说明没有摩擦，所以不做额外功。所以把同一物体沿斜面AB和AC分别拉到顶端A，h相同，由W=Gh可知两次做的功相同，即W1=W2；根据，有用功与总功相等，机械效率均为100%，所以η1=η2；由图可知，LAB>LAC，而W1=W2，由W=Fs，所以F19． 定 F2
【详解】[1]由图中可知，若不计绳重和摩擦，定滑轮中绳子拉力F1所做的功完全用于提升物体，额外功为0，动滑轮中绳子拉力F2要克服动滑轮的重力做额外功，故可知机械效率较高的是定滑轮。
[2]设物体重力为G，动滑轮的重力为G动，物体提升的高度为h，由图中可知，拉力F1等于物体的重力G，所做的功为W1=F1s1=Gh
拉力F2为
动滑轮绳子自由端移动的距离为s=2h，故拉力F2做的功为
故可知拉力F2做的功更多。
10． 25% < =
【详解】[1]由图中数据可知，A的机械效率为
[2] 由图中数据可知，B的机械效率为
因此A、B的机械效率大小关系为ηA<ηB。
[3]A所做总功为W总A=W有+W额=6.0×105J+1.8×106J=2.4×106J
B所做总功为W总B=W有'+W额'=1.6×106J+8×105J=2.4×106J
因此总功的大小关系为WA=WB。
11． 3×104 3.75×104 2.5×103
【详解】[1]物体的重力G=mg=600kg×10N/kg=6000N
滑轮组所做有用功W有=Gh=6000N×5m=3×104J
[2]由得，滑轮组所做总功
[3]拉力F的功率
12． 牵引力 40%
【详解】[1]根据功率为
可知，在发动机的输出功率一定时，司机常常要换用低速档，这样做可增大牵引力。
[2]此过程中盘山公路斜面的机械效率为
13． A 小
【详解】[1]由图甲可知，绳子自由端移动的距离
即相同时间内，绳子自由端移动的距离是物体上升高度的3倍，由图乙可知，反映绳子自由端运动的图线是A。
[2]不计摩擦，提升物体的重力变小，由
可知，有用功变小，额外功不变，由
可知，机械效率变小。
14． 3015 变大
【详解】[1]滑轮组克服重物重力所做的功为
[2]动滑轮由3段绳子承担着，绳子自由端移动的距离
不计绳重与摩擦，动滑轮处于平衡状态，动滑轮受到向上的力是3根绳子的拉力，每根绳子的拉力是F，则有
则每根绳子的拉力是
拉力的功率为
[3]根据机械效率的公式可得
当增大时减小，动滑轮的机械效率增大，因此当吊起更重的物体时，滑轮组的机械效率将变大。
15． 竖直 0.5m 0.4J 0.6J 66.7％ 物重
【详解】（1）[1]由表中前3次实验数据可知，动力作用点移动的距离为钩码上升高度的3倍，故可知动滑轮上有三股绳子承重，如下图所示

（2）[2]在实验中，测量绳端拉力F时，由二力平衡可知，应尽量竖直匀速向上拉动弹簧测力计。
[3]由图乙可知，第4次实验中动滑轮上有5股绳子承重，此时钩码上升的高度为h=0.1m，故可知此时滑轮组动力作用点移动的距离为s=5h=5×0.1m=0.5m
（3）[4][5][6]由表中数据可知，第三次实验中物体的重力为G=4N，物体上升的高度为h=0.1m，故由W=Gh可得，滑轮组做的有用功为W有=Gh=4N×0.1m=0.4J
此时动力为F=2N，动力作用点移动的距离为s=0.3m，由W=Fs可得，此时滑轮组做的总功为W总=Fs=2N×0.3m=0.6J
此时滑轮组的机械效率为
（4）[7]由表中第1、2、3组数据可知，动滑轮的重力与钩码上升的高度相同，物体的重力不同，使得绳子自由端的动力也不同，导致滑轮组的机械效率也不同，故可知同一滑轮组的机械效率与物重有关。
16． 0.5 66.7 变大 变大 不变
【详解】（1）[1]如图甲可知，测力计分度值为0.1N，示数为0.5N。
[2]拉力对钩码的有用功为
拉力做的总功为
则杠杆的机械效率为
（2）[3]如图，将钩码的悬挂点由A移至B，根据杠杆平衡条件可知，阻力不变，阻力臂变大，则动力臂不变时，动力变大，及测力计示数变大。
[4]将钩码的悬挂点由A移至B，将钩码提升相同的高度，由于夹角的原因，杠杆自身升高的距离变短，即是拉力做的额外功减少，有用功不变，则有用功占总功的比例增大，根据可得杠杆机械效率变大。
（3）[5]如图乙所示，用始终竖直的力把重物提升至虚线所示的位置，新的动力臂和新的阻力臂之比不变，则根据杠杆平衡条件可得，力臂之比不变，则力之比不变，因为重物重力不变，则拉力F不变。
17．（1） ；（2）66.7%；（3）120N；（4）40W
【详解】解：（1）如图所示，由于绳子的自由端需要在人的手中，故绳子末端只能受到向下的拉力，根据动滑轮绕线原则，动定交替，如图所示：

（2）滑轮组的机械效率
（3）如图所示，一共两段绳子分担动滑轮和物重，故绳子自由端移动的距离为
人拉绳子的力F
（4）拉力做功的功率
答：（1）见解析；
（2）滑轮组的机械效率为66.7%；
（3）人拉绳子的力F为120N；
（4）拉力做功的功率为40W。
18．（1）2400J；（2）80%；（3）210W
【详解】解：（1）推力做的有用功是W有=Gh=mgh=240kg×10N/kg×1m=2400J
（2）推力做的总功是W总=FL=1000N×3m=3000J
斜面的机械效率为
（3）原来斜面做的额外功为W额=W总-W有=3000J-2400J=600J
原来斜面的摩擦力为
此时重物与斜面间的摩擦力与原来的摩擦力之比为6∶5，则此时的摩擦力为
此时斜面的长度为5m，则额外功为W'额=f's=240N×5m=1200J
工人将另一质量为300kg的重物匀速推到同一高度，做的有用功是
W'有=m'gh=300kg×10N/kg×1m=3000J
此时的总功W'总=W'额+W'有=1200J+3000J=4200J
工人推力做功的功率是
答：（1）推力做的有用功是2400J；
（2）斜面的机械效率是80%；
（3）工人推力做功的功率是210W。