12.3 机械效率
一、单选题
1.下列叙述中能够提高机械效率的是( )
A.增加有用功 B.减小机械间的摩擦
C.减小总功 D.使用最省力的机械
2.关于功、功率、机械效率,下列说法正确的是( )
A.功率越大,做功越快,与机械效率无关
B.机械效率越大,表明它做的功越多
C.做功越少,功率越小,机械效率越小
D.功率越大,做功越快,机械效率越大
3.在建筑工地上,工人用如图所示的滑轮组提升重物,已知绳端拉力为F,物体A重为G,在匀速竖直提升的过程中,物体A上升的速度为v,忽略绳重和摩擦。则下列说法正确的是( )
A.物体的重力G与绳端拉力F的关系为
B.滑轮组的机械效率随v的增大而增大
C.滑轮组的机械效率随G的增大而减小
D.滑轮组的机械效率为
4.用如图甲所示的滑轮组运送货物上楼,每件货物重50N,每次运送的量不定。如图乙记录了滑轮组的机械效率随货物重力增加而变化的图像,若不计绳重和摩擦,则下列说法正确的是( )
A.动滑轮的重力为50N
B.当某次运送8件货物时,机械效率η=90%
C.同一滑轮组,机械效率η大小是不变的
D.提升物重不变,改变甲图的绕线方式,滑轮组机械效率不变
5.某实验小组分别用如图所示的甲、乙两个滑轮组(每个滑轮重相同)在相同时间内把重物A和B提升相同高度,不计绳重及摩擦,下列说法正确的是( )
A.若GA大于GB,则拉力F甲一定大于F乙
B.若GA等于GB,则两滑轮组的机械效率η甲大于η乙
C.若F甲等于F乙,则两滑轮组的机械效率η甲大于η乙
D.若F甲等于F乙,则拉力做功的功率P甲等于P乙
6.如图所示,小明用同一个动滑轮分别把物体A和物体B匀速提升相同的高度,自由端的拉力分别为F1和F2。已知物体A的质量小于物体B的质量,不计绳重和轮与轴的摩擦,下列说法中正确的是( )
A.物体A上升的速度与物体B上升的速度相同
B.F1所做的功与F2所做的功相同
C.F1做功的功率小于F2做功的功率
D.滑轮两次提升物体的机械效率不同
7.如图所示,用F=50N的水平拉力拉着重为200N的物体A沿水平地面匀速运动,且物体A运动的速度为0.2m/s,地面对物体A的摩擦力是物体A重的0.1倍。不计滑轮重力,则下列说法正确的是( )
A.10s内物体A克服与地面之间的摩擦力做的功是80J
B.10s内拉力F做的功是100J
C.拉力F的功率是50W
D.该装置的机械效率是80%
8.如图所示,,用不同的推力沿光滑斜面AC和BC分别将同一重物从底部匀速推到顶端,推力分别为和,所做有用功分别是和,则下列说法正确的是( )
A. B. C. D.
二、填空题
9.如图所示,小明用大小为100N、竖直向上的拉力在内将重力为的木箱匀速提升。提升过程中,以小明为参照物,木箱是 的。不计绳重和摩擦,拉力的功率为 W,动滑轮的机械效率为 ,动滑轮的重力为 N。
10.如图1,小文用甲、乙滑轮组匀速提升同一物体M,此过程相关数据如图2,则此过程中:
①甲滑轮组的有用功为 J;
②甲滑轮组的机械效率 乙滑轮组(选填“>” “=”“<”)。
11.如图所示,小致用如图滑轮组提升重为360N的货物,所用拉力为225N,货物被匀速提升10m。(忽略绳重和摩擦)小致做的功是 J,这个滑轮组的机械效率是 ,如果用该滑轮组匀速提升重为310N的物体时,所用拉力的大小是 N。
12.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600kg的物体时,上升5m用时15s,滑轮组的机械效率是80%,有用功是 J,总功是 J,拉力F的功率是 W。(g取10N/kg)
13.如图所示,用滑轮组将一正方体物块在5s内沿水平方向匀速拉动10m,绳自由端施加的拉力F大小为20N,拉力F做的功为 J,功率为 W。该滑轮组的机械效率为80%,物体受到的摩擦阻力为 N。
三、实验题
14.城市建筑工地上的塔吊,是用电动机来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?为此同学们用相同的滑轮成不同的滑轮组进行了“影响滑轮组机械效率因素”的实验探究,如图所示。实验数据记录如下表所示。
实验次数 钩码重力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 4 0.1 2.7 0.2 74%
2 4 0.1 1.8 0.3 74%
3 8 0.1 3.2 0.3 83%
4 8 0.1 2.7 0.4
(1)实验中应沿竖直方向 拉动弹簧测力计;
(2)第4次实验的机械效率为 ,并在图丁中画出相应的滑轮组绕线方法 ;
(3)通过比较 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;
(4)利用图甲的滑轮组提升相同的物体时,仅增大提升物体的高度,滑轮组的机械效率 (选填“变大”“变小”或“不变”);
(5)若实验中绳子自由端所能承受的最大拉力是5N,忽略绳重和摩擦,甲、乙两个滑轮组中,甲的最大机械效率 (选填“大于”“小于”或“等于”)乙的最大机械效率。
15.小南用如图所示的装置甲“测量滑轮组的机械效率”实验,可以使用的相同钩码若干,每个钩码重0.5N,甲、乙两图动滑轮重相同。
实验次数 钩码个数 钩码上升高度h/m 弹簧测力计示数F/N 绳端移动距离s/m 机械效率
1 4 0.1 1.0 0.36 66.7%
2 6 0.1 1.2 0.3
3 4 0.2 1.0 0.6 66.7%
(1)实验时要 竖直向上拉动弹簧测力计;
(2)实验中得到的实验数据如表所示:
①第2次实验的机械效率是 ;
②分析表中第1、2次实验数据,得出的结论是 ;
(3)小南同学想进一步探究“滑轮组的机械效率是否与滑轮组中细绳的绕法有关”,根据探究目的,结合图甲,在图乙中画出下一步实验所需的组装图 ,并写出实验思路 。
四、计算题
16.工人利用如图所示的滑轮组提升重物,不计绳重和摩擦,若工人用300N的力恰好能将重500N的物体竖直向上匀速提升2m
(1)拉力所做的有用功;
(2)提升500N重物时滑轮组的机械效率;
(3)若用此滑轮组将重900N的物体竖直向上匀速提升2m,求拉力F在这一过程中所做的功。
17.中国目前已成为世界基建强国,如图1所示的塔吊是基建的常用设备,其结构可简化为如图2所示的滑轮组模型。已知物体质量为120kg,动滑轮的重为300N,在绳子自由端施加拉力F后物体在10s内匀速上升5m。不计绳重和一切阻力,g取10N/kg。求:
(1)物体上升的速度;
(2)10s内拉力F的功率;
(3)滑轮组的机械效率η。
参考答案:
1.B
【详解】A.同一机械,有用功增大的同时,额外功也增大,总功也增大,机械效率不会提高,故A不符合题意;
B.减小机械间的摩擦,完成相同有用功的同时,做的额外功减小,总功减小,机械斜率提高,故B符合题意;
C.同一机械,减小总功,有用功也减小,机械效率不会提高,故C不符合题意;
D.使用最省力的机械,机械省力费距离,总功不会减小,机械效率不会提高,故D不符合题意。
故选B。
2.A
【详解】A.功率表示做功的快慢,功率越大,做功越快,而机械效率表示有用功与总功的比值,功率与机械效率无关,故A正确;
B.机械效率越大,表明有用功与总功的比值越大,故B错误;
C.由得,做功越少,若做功所用时间越少,功率不一定小;由得,做功越小,机械效率不一定小,故C错误;
D.功率越大,做功越快,功率与机械效率无关,因此机械效率不一定小,故D错误。
故选A。
3.D
【详解】A.由图可知,滑轮组绳子的有效股数n=2,设动滑轮的重力为G0,忽略绳重和摩擦,绳端拉力
故
故A错误;
B.忽略绳重和摩擦,故克服滑轮的重力做的功为额外功的唯一来源,额外功为
W额外= G0h
滑轮组的机械效率
①
由①式可知,滑轮组的机械效率与v的大小无关,故B错误;
C.由①式可知
可知滑轮组的机械效率随G的增大而增大,故C错误;
D.滑轮组的机械效率为
故D正确。
故选D。
4.D
【详解】A.由图甲可知,滑轮组的绳子承重股数为n=2;由图乙可知,当货物的重力是100N时,机械效率是50%,则由
可得,动滑轮的重力为
故A错误;
B.运送8件货物时,滑轮组的机械效率为
故B错误;
C.由
可知,同一滑轮组,动滑轮的重力不变,若不计绳重和摩擦,机械效率随提升物重的增大而增大,故C错误;
D.其它条件不变,改变图甲中的绕绳方式,当将同一物体匀速提高相同的高度,所以所做的有用功相同,忽略绳重及摩擦时,额外功是,即额外功相同,总功相同,由可知滑轮组的机械效率不变,故D正确。
故选D。
5.A
【详解】A.由图可知,甲滑轮组中承担动滑轮绳子的股数
乙滑轮组中承担动滑轮绳子的股数
因为不计绳重和摩擦,所以两个滑轮组中绳子自由端的拉力分别为
若GA大于GB,则拉力F甲大于F乙,故A正确;
B.根据
可知,若GA等于GB,则两滑轮组的机械效率η甲等于η乙,故B错误;
C.根据
若F甲等于F乙,则两滑轮组的机械效率η甲不一定大于η乙,故C错误;
D. 两个滑轮组中绳子自由端移动的距离分别为
两个滑轮组中拉力做的总功分别为
因为GA不等于GB,在相同时间,根据可知,拉力做功的功率P甲不等于P乙,故D错误。
故选A。
6.D
【详解】A.小明用同一个动滑轮分别把物体A和物体B匀速提升相同的高度,但不知道所用的时间的大小关系,故物体A上升的速度与物体B上升的速度不一定相同,故A错误;
B.已知物体A的质量小于物体B的质量,根据可知物体A的重力小于物体B的重力,小明用同一个动滑轮分别把物体A和物体B匀速提升相同的高度,不计绳重和轮与轴的摩擦,根据
W总=Fs=G物h+G动h
可知,所做的功小于所做的功,故B错误;
C.所做的功小于所做的功,但不知道所用的时间的大小关系,故F1做功的功率不一定小于做功的功率,故C错误;
D.不计绳重和轮与轴的摩擦,动滑轮的重力相同,且物体A的重力小于物体B的重力,根据
可知,滑轮提升物体A的机械效率小于提升物体B的机械效率,故D正确。
故选D。
7.D
【详解】A.10s内物体A移动的距离为
物体A受到的摩擦力为
10s内物体A克服与地面之间的摩擦力做的功是
故A错误;
B.由题意可知,10s内动滑轮在拉力F的方向上移动的距离为
10s内拉力F做的功是
故B错误;
C.拉力F的功率是
故C错误;
D.该装置中拉力F做的功为总功,A克服摩擦力做的功为有用功,所以机械效率为
故D正确。
故选D。
8.A
【详解】将同一重物从不同的斜面推到同一高度,利用斜面做的有用功等于提升物体做的功,当重物相同,高度相同,即有用功相同,则,又因为斜面光滑,摩擦力为零,使用斜面做功时没有额外功,所以推力做功相同,根据可知,因为,所以,故A正确,BCD错误。
故选A。
9. 运动 100W 80% 40N
【详解】[1]提升过程中,以小明为参照物,木箱的位置发生变化,是运动的。
[2]不计绳重和摩擦,从图中可知,绳子自由端移动的距离为
拉力做的功为
则功率为
[3]根据题意可知,有用功为
动滑轮的机械效率为
[4]根据可知动滑轮的重力为
10. 400 <
【详解】①[1]由图2可知,甲滑轮组的总功为
W总甲=1200J
额外功为
W额甲=800J
则有用功为
W有甲=W总甲-W额甲=1200J-800J=400J
②[2]由图可知,根据
可得,则甲滑轮组机械效率为
由图可知,乙滑轮组的总功为
W总乙=800J
额外功为
W额乙=400J
则有用功为
W有乙=W总乙-W额乙=800J-400J=400J
则乙滑轮组机械效率为
即
11. 4500 80% 200
【详解】[1]由图可知,滑轮组的动滑轮绕绳子的段数n=2,拉力移动距离
s=2h=2×10m=20m
小致做的功
W总=F1s=225N×20m=4500J
[2]有用功
W有=G1h=360N×10m=3600J
这个滑轮组的机械效率
[3]忽略绳重和摩擦,动滑轮重
G动=2F1﹣G1=2×225N﹣360N=90N
第二次的拉力
12. 3×104 3.75×104 2.5×103
【详解】[1]物体的重力
拉力做的有用功
[2]滑轮组的机械效率是80%,总功
[3]拉力做功的功率
13. 400 80 32
【详解】[1]拉力F通过的距离
s=2h=2×10m=20m
拉力F所做的功为
[2]拉力F功率为
[3]由知道,有用功
地面对物体的摩擦阻力为
14. 匀速 74.1% 2、3 不变 小于
【详解】(1)[1]在实验中,应沿竖直方向匀速拉动弹簧测力计,让整个装置处于平衡状态,所受的力平衡,滑轮组对物体的力与物体的重力是平衡力。
(2)[2]由表格数据知,第4次实验中,拉动钩码所做的有用功
W有用=Gh=8N×0.1m=0.8J
绳端拉力所做的总功
W总=Fs=2.7N×0.4m=1.08J
机械效率
[3]由表格数据知,绳端移动的距离
0.4m=4×0.1m
所以承重绳子为4根,绳子固定在定滑轮上,逐一绕过各滑轮,作图如下:
(3)[4]要探究机械效率与物重的关系,应将不同重力的物体提升相同的高度,所以通过比较第2、3次实验可得出结论。
(4)[5]图中的滑轮组,提升相同的物体时,增大提升物体的高度,据
机械效率与提升物体的高度无关,所以机械效率不变。
(5)[6]绳子的最大拉力为5N,图甲中,承重绳子为2根,图乙中,拉起的最大重物分别为
G甲=2F大-G动,G乙=3F大-G动
同一滑轮组提升的物体越重,滑轮组的机械效率越高,据知,所以甲、乙的最大机械分别为
,
所以甲的最大机械效率比小于乙的最大机械效率。
15. 匀速缓慢 83.3% 同一滑轮组提升物体的重力越大,滑轮组的机械效率越高 见解析
【详解】(1)[1]实验时要匀速缓慢竖直向上拉动弹簧测力计,此时系统处于平衡状态,测力计示数等于拉力大小。
(2)①[2]第2次实验的机械效率是
②[3]纵向分析表中第1、2次实验数据,同一滑轮组提升物体的重力越大,滑轮组的机械效率越高。
(3)[4]探究“滑轮组的机械效率是否与滑轮组中细绳的绕法有关”,要控制提升物体的重力相同,而绳子的绕法不同,结合图甲(绳子的有效段数为3),故乙是提升钩码的数量为4个,绳子的有效段数为2,实验所需的组装图如下所示:
[5]沿竖直向下的方向匀速拉动测力计使物体上升0.1m,记下测力计的示数F和绳端移动距离s,求出此时的机械效率,若,则说明滑轮组的机械效率与滑轮组中细绳的绕法无关,若,则说明滑轮组的机械效率是否与滑轮组中细绳的绕法有关。
16.(1)1000J;(2)83.3%;(3)2000J
【详解】解:(1)拉力做的有用功
(2)由图可知,滑轮组的机械效率
(3)因为不计绳重和摩擦时,所以动滑轮的重力
因为不计绳重和摩擦,所以提升900N的物体时绳子自由端的拉力
此时拉力做的功
答:(1)拉力所做的有用功为1000J;
(2)提升500N重物时滑轮组的机械效率为83.3%;
(3)拉力在这一过程中所做的功为2000J。
17.(1)0.5m/s;(2)750W;(3)80%
【详解】解:(1)物体上升的速度为
(2)物体的重力为
由图知,通过动滑轮绳子的段数
不计绳重和一切阻力,绳子自由端拉力
绳子自由端移动的距离
拉力所做的功
拉力的功率
(3)有用功为
滑轮组的机械效率
答:(1)物体上升的速度为;
(2)内拉力的功率为;
(3)滑轮组的机械效率为。