11.3如何提高机械效率(一) 讲义 （无答案） 2023-2024学年沪粤版物理九年级上册

物理讲义
课题 11.3.1如何提高机械效率 九年级
知识回顾 1.生活工作中，什么叫效率？——单位时间完成的有效工作量 2.那在简单机械做功过程中，什么叫机械效率呢？ 姓　名
新课教学 教学目标： 1.知道有用功、额外功和总功的含义，以及它们之间的关系。 2.理解机械效率的概念，会用机械效率的公式进行简单的计算。 3.会测算滑轮组的机械效率。 4.知道机械效率总小于1，知道提高机械效率的方法和意义。 教学难点： 提高机械效率的方法与运用，同一机械的效率是可变的 教学内容 一、有用功、额外功和总功 (1)对于教材图11-16(a)：拉力对滑轮组做功时，拉力对重物、动滑轮、绳子以及克服各部分之间的摩擦力都做了功；其中，＿＿＿＿＿所做的功是我们需要的功，对＿＿＿＿、＿＿＿＿以及＿＿＿＿＿＿所做的功是我们不需要但又不得不做的功。 (2)对于教材图11-16(b)：挖掘机对泥土、抓斗以及克服各部件之间的摩擦力都做了功；其中，＿＿＿＿所做的功是我们需要的功，对＿＿＿＿以及＿＿＿＿＿＿＿＿所做的功是我们不需要但又不得不做的功。 总结：1.＿＿＿＿：是我们需要的有价值的功。 2．＿＿＿＿：对人们既无利用价值又不得不做的功。 3．＿＿＿＿：动力对机械所做的所有功。 4．总功等于有用功与额外功之和，即＿＿＿＿＿＿。 【练习】从井中打水时，对水所做的功是＿＿＿＿功；从井中捞桶，对水所做的功是＿＿＿＿功。若两次都是同井同桶且两次都装满了水，则两次所做的有用功、总功和额外功中，相同的是＿＿＿＿功。 二、机械效率 现在有两个用不同材质做的容积完全一样的水桶，如果让你提水上二楼，你是选择轻质塑料桶，还是厚铁皮桶选择铁桶？理由是什么？ 当你用滑轮提升同一个重物时，有两种滑轮组可供选择，一种是轻质塑料滑轮组，另外一个是沉重铁质滑轮组，你选择哪一种滑轮？理由是什么？ 总结：在使用机械做功时，＿＿＿＿在总功中占得比例越大越好，尽可能在有用功不变的情况下减少＿＿＿＿所占比例，因此我们用＿＿＿＿＿来表示简单机械工作效率的高低。 即在物理学中，我们把＿＿＿＿与＿＿＿＿的＿＿＿叫做机械效率。 表达式：η＝＿＿＿＿＿＿。 疑问：机械效率会大于等于1吗？为什么？ 三、怎样提高机械效率 η ＝＿＿＿＿× 100%＝＿＿＿＿× 100%＝ ＿＿＿＿× 100% 由公式推导可知： ①在有用功一定(同一物重)的情况下，减小额外功(＿＿＿＿、＿＿＿＿)，就可以达到提高机械效率的目的。例如：改进机械结构、定时保养等； ②在额外功一定(同一机械)的情况，增加有用功就可以达到提高机械效率的目的。例如：增加物重等。 【练习】某实验小组在测滑轮组机械效率的实验中得到的数据如下表所示，实验装置如图甲、乙所示。 (1)分析表中数据可得：第1次实验中的s1＝＿＿＿h1，这是使用图中＿＿＿＿(选填“甲”或“乙”)图所示装置做的实验。　 (2)比较第1次实验和第2次实验的数据可得：两次实验提升的重物G1＿＿＿G2，机械效率η1＿＿＿η2(均选填“>”“<”或“＝”)，从两次使用的滑轮组装置角度分析，造成两次机械效率有这样关系的主要原因是：使用＿＿＿＿滑轮组提升＿＿＿＿重物时，动滑轮的＿＿＿＿越多(动滑轮的＿＿＿＿越大)，滑轮组的机械效率＿＿＿＿。 物理量1次2次3次钩码重G/N448钩码上升高度h/m0.10.10.1绳端拉力F/N1.61.82.7绳端移动距离s/m0.40.3机械效率η62.5%74.1%
(3)该小组同学再用第1次实验使用的装置做第3次实验，表中第3次实验的数据应为：绳端移动距离s3＝＿＿＿m，机械效率η3＝＿＿＿＿。 4.不同简单机械的机械效率 滑轮组： 特殊滑轮组： 斜面： 杠杆： 课堂笔记
课堂练习
用定滑轮、动滑轮、滑轮组分别提升同样重的物体，(若不计绳重及摩擦)，其中机械效率最大的是(　　)
A．定滑轮 B．动滑轮 C．滑轮组 D．一样大
如图所示，用滑轮组提升重物时，将重600N的物体在10s内匀速提升了2m，已知动滑轮重为100N(不计绳重和摩擦)，则提升重物的过程中正确的是(　　)
A．绳子自由端拉力F的大小为300N
B．滑轮组的机械效率为60%
C．提升物体的过程中，额外功为200J
D．绳子自由端拉力F的功率为150W
两台机械，甲机械效率为80%，乙机械效率为60%，下列说法正确的是(　　)
A．甲机械一定比乙机械省力
B．乙机械一定比甲机械省力
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
如图所示，用下列装置提升同一重物，若每个滑轮重相同，不计摩擦，则机械效率最高的装置是(　　)
用如左图所示的滑轮组将重为40N的物体匀速提升0.5m，所用的拉力为25N，则滑轮组提升重物所做的有用功及机械效率分别为(　　)
A．20J　56% B．20J　80% C．25J　56% D．25J　80%
测量滑轮组机械效率的装置如中图，用5N拉力将重为8N的物体匀速提升0.5m，用时4s，拉力做的有用功W有用＝＿＿＿＿J，滑轮组的机械效率η＝＿＿＿＿。
如右图所示，每个滑轮均重12N，用滑轮组拉着重600N的物体A沿水平方向匀速移动，在40s内物体移动了8m，拉力F做的功为1280J(不计绳重及机械内部摩擦)。那么，拉力F的功率为＿＿＿W，滑轮组的机械效率为＿＿＿＿。
从深5m的井中直接将一桶水提出井口，已知桶重20N，桶中水重80N。若此目的是为了提水，则机械效率为＿＿＿＿；若此目的是为了捞桶，则机械效率为＿＿＿＿。
利用一个动滑轮把重30N的物体竖直向上提升5m，所用拉力是20N，拉力所做的功是＿＿＿＿J；动滑轮的机械效率是＿＿＿＿。
如右图所示，在20 N的水平拉力F作用下，重200 N的物体沿水平地面向左做匀速
直线运动，物体与地面间的滑动摩擦力为48 N，则滑轮组的机械效率为＿＿＿＿；若物体的速度为0.2 m/s，则1 min内拉力做的功为＿＿＿＿J。
某同学利用斜面匀速提升重为500N的物体，已知沿斜面的拉力做的功为1000J，斜面的机械效率为60%，则物体被提升的高度为＿＿m。
如图甲所示，为测量滑轮组机械效率的实验装置，钩码总重9N。
(1)若拉力大小为5N，该滑轮组的机械效率为＿＿＿＿；
(2)若不考虑绳重、绳子和滑轮之间的摩擦，只改变滑轮组绳子的绕法(如图乙所示)，该滑轮组的机械效率将＿＿＿＿；若只增加钩码的个数，该滑轮组的机械效率将＿＿＿＿(选填“增大”、“减小”、“不变”)。
小明同学测定斜面的机械效率，实验记录结果如下表：
次数 斜面倾斜程度 物重 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 机械效率 η
1 较缓 5 0.1 1.5 1 0.5 1.5 33.3%
2 较陡 5 0.2 2 1 1 2 50%
3 最陡 5 0.3 2.4 1
(1)在测拉力时，要用弹簧测力计＿＿＿＿＿＿＿＿拉动物块；
(2)根据表格中数据，第三次(最陡)实验的有用功是＿＿＿＿J，总功是＿＿＿＿J，机械效率是＿＿＿＿；
(3)分析数据可知，斜面越陡，机械效率＿＿＿＿(选填“越高”、“越低”或“不变”)；
(4)分析实验数据还可知道，斜面越陡越＿＿＿＿(选填“省力”或“费力”)；
(5)第一次实验中，若拉力作用时间是5s，则拉力的功率是＿＿＿＿W；
(6)盘山公路就是一个斜面，根据本题中的结论分析，在一定范围内，盘山公路越＿＿＿＿(选题“陡”或“缓”)越省油。
如图所示，已知斜面长5m，高3m，绳端拉力为50N。利用这个滑轮装置将重为100N的物体在5s内从斜面的底端匀速拉到顶端。在此过程中：
(1)绳端移动的距离；
(2)拉力做的功和功率；
(3)拉力的机械效率。
质量为20kg、底面积100cm2的物体静止在水平地面上，用如右图所示的滑轮组在5s内将物体匀速竖直提升3m，已知动滑轮重50N(不计绳重和摩擦，g＝10N/kg)。
求：(1)提升前，物体静止在水平地面上时对地面的压强；
(2)拉力F的功率；
(3)滑轮组的机械效率。
课后作业
如图所示，在20s内将80N的水桶提升3m，拉力为50N，则拉力的功率为＿＿＿W，该装置的机械效率是＿＿＿＿。若不计绳重和摩擦则动滑轮的重力为＿＿＿＿N。
建筑工地上，工人师傅用滑轮组和桶组成的装置将水泥从地面匀速运至楼上，如图所示，若水泥重为G0，桶重为G1，不计绳重和摩擦，此过程中该装置的机械效率为η，则工人师傅作用在绳子自由端的拉力F为＿＿＿＿。
第1题 第2题 第3题 第4题
如图所示，用竖直向上的力匀速拉动较长的杠杆，使重为18N的物体缓慢升高0.1m，拉力大小F＝8N，拉力作用点移动的距离为0.25m．有用功为＿＿＿＿J，拉力所做的功为＿＿＿＿J，杠杆的机械效率为＿＿＿＿%。
如图所示，工人利用滑轮组以250N的拉力将400N的水泥匀速提高2m，该滑轮组的机械效率是＿＿＿＿；工人对地面的压力与其重力相比要＿＿＿(填“大”或“小”)。
小明用动滑轮匀速提升重为900N的物体，所用拉力为500N，物体升高2m，所用时间为5s。此过程中，拉力做的有用功为＿＿＿＿J，拉力做功的功率为＿＿＿＿W，动滑轮的机械效率为＿＿＿＿。
如图所示，将重为900N的物体从长为L=4m、高h =1m的斜面底部以0.5m/s的速度匀速推上斜面的顶端，已知沿斜面所用的推力是300N，则推力做的功为＿＿＿＿J，推力的功率是＿＿＿＿W，该斜面的机械效率是＿＿＿。
如图是某建筑工地上提升建筑材料的滑轮组示意图，其动滑轮质量15kg，某次提升材料质量240kg，材料在空中静止时，摩擦影响很小，绳很轻，可以不考虑，则竖直向下的拉力F＝＿＿＿＿N；竖直向上匀速提升材料，摩擦影响较大，实际所用的拉力大小是1000N，并将材料提升了10m高。则滑轮组的机械效率是＿＿＿＿(取g＝10N/kg)。
如图所示，甲、乙两个滑轮组中，所有滑轮的质量都相同，在FA和FB的作用下，重物A、B分别以相同的速度匀速上升。已知FA：FB＝3：2，不计绳重和摩擦。则下列说法正确的是(　　)
两重物A、B所受的重力相等
B．在相同的时间内，拉力所做的额外功不相同
C．拉力FA和FB做功的功率之比为3:2
D．甲滑轮组的机械效率大于乙滑轮组的机械效率
如图所示，利用轻质滑轮组匀速拉动水平地面上重为G的物体，若拉力的大小为F，物体和地面之间的摩擦力大小为f，A点的拉力为FA，则下列滑轮组的机械效率表达式正确的是(　　)
A． B． C． D．
如图所示，用滑轮组提升重物时，重800N的物体在10s内匀速上升了1m。已知拉绳子的力F为500N，则提升重物的过程中(　　)
A．绳子自由端被拉下3m B．滑轮组的机械效率是80%
C．做的有用功是500J D．拉力F的功率是80W
甲升降机比乙升降机的机械效率高，它们分别把相同质量的物体匀速提升相同的高度则(　　)
A．乙升降机提升重物做的有用功较多 B．甲升降机的电动机做的额外功较多
C．甲升降机的电动机做的总功较少 D．乙升降机的电动机做的总功较少
关于功、功率和机械效率，下列说法正确的是(　　)
A．高科技可以使机械效率达到100% B．功率大的机械，做功一定快
C．做功多的机械，功率一定大 D．做功快的机械，机械效率一定高
某人用如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WA、WB，两种装置的机械效率ηA 、ηB的关系正确的是(　　)
A．WA＝WB　ηA＜ηB B．WA＝WB　ηA＞ηB
C．WA＜WB　ηA＜ηB D．WA＝WB　ηA＝ηB
甲、乙两人分别使用两套滑轮组，将同样重的物体匀速提升相同高度，所用滑轮组的机械效率分别为80%和60%，甲用1min，乙用0.5min，则两人所做的功之比和功率之比分别为(　　)
A．8:3　4:3 B．3:4　3:8 C．3:8　3:16 D．2:3　1:3
在日常生活和工农业生产中，提高机械效率有着重要的意义。提高机械效率，要从研究影响机械效率的因素出发，寻求办法。
甲 乙 丙
(1)为了探究影响机械效率的因素，小明选取了大小相同的滑轮，利用图甲和图乙装置进行实验，并把数据整理记录在下表中。
实验 次数 滑轮 材质 钩码重 G/N 提升的高度 h/m 有用功 W有用/J 拉力 F/N 绳端移动的距离 s/m 总功 W总/J 机械效率 η
1 铝 1 0.1 0.1 0.6 0.3 0.18 56%
2 铝 2 0.1 0.2 1.0 0.3 0.3 67%
3 铝 2 0.2 0.4 1.0 0.6 0.6 67%
4 塑料 2 0.2 0.4 0.8 0.6 0.48 83%
5 塑料 2 0.2 0.4 2.1 0.2 0.42 95%
①比较1和2两次实验发现：在所有滑轮组一定时，提升的钩码＿＿＿＿，机械效率越高。
②比较3和4两次实验发现：滑轮组的机械效率还与＿＿＿＿＿＿＿＿有关。
③比较＿＿＿＿两次实验发现：在所用滑轮组一定时，机械效率与提升钩码的高度无关。
④第5次实验是利用了图＿＿＿＿的装置完成的，判断依据是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。
⑤利用图甲的装置，把重6N的物体用2.5N的拉力迅速拉起，滑轮组的机械效率为＿＿＿＿。可见如果没有刻度尺，只有测力计，也可以测量出滑轮组的机械效率。
(2)小明利用图丙装置实验发现：斜面的机械效率与斜面的倾斜程度和摩擦有关，与物重无关。保持斜面倾斜程度不变，可以采用＿＿＿＿＿＿＿＿的方法减小摩擦，从而提高斜面的机械效率。
(3)实验表明：额外功越小，总功越接近有用功；进一步推理得出：假设没有额外功，总功等于有用功；可见使用任何机械都＿＿＿＿＿＿。下列物理规律的得出运用了这种研究方法的是＿＿＿＿。
A．摆的等时性 B．牛顿第一定律 C．阿基米德原理
小李用如图所示的滑轮组把90kg的物体提升3m，作用在绳子自由端的拉力是400N，不考虑绳重及摩擦(g＝10N/kg)。求：
(1)滑轮组的机械效率；
(2)动滑轮的重力。
工人利用图所示的滑轮组将重400N的物体向上匀速提起2m，所用拉力为250N(不计绳重和摩擦的力)。求：
(1)滑轮组的机械效率；
(2)若用此滑轮组将重900N的物体竖直向上匀速提升2m，拉力在这一过程中所做的功。
用滑轮组匀速提升重为2000N的物体，作用在绳子自由端的拉力大小为625N，拉力做功的功率为1250W，滑轮组的机械效率为80%，不计摩擦与绳重，求：
(1)重物上升的速度；
(2)本滑轮组用几段绳子悬挂动滑轮？
当堂检测(＿＿月＿＿日)　姓名：＿＿＿＿＿
下列关于功、功率、机械效率的说法正确的是(　　)
A．做功多的机器机械效率一定高 B．功率小的机器做功慢
C．机械效率高的机器功率一定大 D．功率大的机器做功时间一定短
图中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0.8N
B．若作用在剪刀的阻力是1N，则动力是0.8N
C．若作用在剪刀的动力做功1J，则有0.2J 的功用于剪纸
D．若作用在剪刀的动力做功1J，则有0.8J 的功用于剪纸
如图所示，用滑轮组提升重物时，重800N的物体在10s内匀速上升了1m。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%
功率为10kW的起重机在一分钟内，将重9×104N的物体升高2m，水平移动4m，则下列数据错误的是(　　)
A．额外功为4.2×104J B．有用功为1.8×105J
C．总功为6×105 J D．机械效率为30%
工地上，工人用滑轮组吊起一堆质量为600kg的砖块(如图所示)，若将砖块匀速拉升20m，拉力F的功率为3000W，机械效率为80%，不计绳重和摩擦(g＝10N/kg)，则(　　)
A．拉力所做的功为1.2×105J
B．动滑轮重1000N
C．物体上升的速度为0.4m/s
D．若重新吊起300kg的物体，其机械效率不会改变
在不计摩擦和绳子质量的情况下，分别使用定滑轮、动滑轮、滑轮组(两个定滑轮和两个动滑轮)匀速提升同一物体到同一高度处，其机械效率分别为η定、η动、η组 ,则下列选项正确的是(　　)
A．η组＜η动＜η定 B．η定＜η动＜η组 C．η动＜η定＜η组 D．η定＜η组＜η动
一台起重机将重5000N的货物提高2m，如果额外功是2500J，则起重机做的有用功是＿＿＿＿J，该起重机的机械效率是＿＿＿＿。
斜面长5m，高1m，工人用沿斜面方向400 N的力把重1600 N的集装箱匀速推到车上，推力对集装箱做的功是＿＿＿＿J，斜面的机械效率是＿＿＿＿。
用如图所示的滑轮组将一重为200N的物体在25秒内匀速向上提高3m，拉力为150N，则有用功为＿＿＿＿J，这个滑轮组的机械效率为＿＿＿＿(计算结果保留1位小数)；若定滑轮、动滑轮各增加一个组成新的滑轮组，将相同的重物提升相同的高度，机械效率将＿＿＿＿(选填“增大”、“减小”或“不变”)。
如图所示，平行于斜面的拉力F将一块重10Ｎ的木块匀速拉上一个长为2m，高为0.5m的斜面，已知拉力F大小为3N，在此过程中，求：
(1)克服重力做的功；
(2)拉力F做的功；
(3)机械效率。
课前检测(＿＿月＿＿日)　姓名：＿＿＿＿＿
某同学听到上课铃响了，他一口气从一楼跑到三楼，所用时间为10s。那么他上楼过程中，克服自己重力做功的功率最接近下面那个值(　　)
A．3W B．30W C．300W D．3000W
班里组织一次比赛活动，从一楼登上三楼，比比谁的功率最大。为此，需要测量一些物理量，下列物理量中必须测量的量是(　　)
①三楼地面到一楼地面的高度 ②从一楼到达三楼所用的时间
③每个同学的质量或体重 ④一楼到三楼楼梯的长度＿＿＿＿＿＿
A．①② B．①④ C．①②③ D．②③
如左图所示是甲、乙两物体做功和所需时间的关系图像，由图像可知，甲物体的功率P甲与乙物体的功率P乙相比较(　　)
A．P甲>P乙 B．P甲两个滑轮完全相同，其重力均为20N，分别用如中图所示的两种方法将重400N的物体以相同的时间匀速提升10m，不计摩擦和绳受到的重力，则下列判断正确的是(　　)
A．F1小于F2　 B．F1做的功等于F2做的功
C．F1做功的功率大于F2做功的功率 D．甲图械效率大于乙图械效率
如右图所示，甲乙两物体做功和所需时间关系图象，由图可知(　　)
A．P甲>P乙 B．P甲星期天同学们在水晶山公园登山游玩。登山功率最大的同学(　　)
A．体重最大 B．做功最快 C．用时最短 D．速度最大
下列关于功率的说法中，正确的是(　　)
A．物体做功越多，功率越大 B．物体做功时间越短，功率越大
C．物体做功越快，功率越大 D．物体做功时间越长，功率越大
一台机器的功率是1000W，它的意思是(　　)
A．这台机器每次只能做1000J的功 B．这台机器每小时能做1000J的功
C．这台机器每秒能做1000J的功 D．这台机器每秒只能做1000W的功
关于简单机械下列说法中正确的是(　　)
A．定滑轮不仅能改变力的大小而且能改变力的方向
B．使用滑轮组不仅省力而且省功
C．做功越多的机械，其机械效率就越高
D．功率越大的机械，做功就越快
用起重机将质量为5 t的大石头以0.5 m /s的速度匀速提升了1 m，随后以1 m/s 的速度匀速平移了5 m(g取10 N/kg)。
(1)上升过程中起重机的拉力对大石头做的功；
(2)上升过程中起重机的拉力对大石头做功的功率；
(3)平移过程中起重机的拉力对大石头做的功。