第3课时 机械效率
A层·基础过关
一、选择题
1.下列关于功、功率,机械效率的说法正确的是( )
A.机械做的额外功与总功之比越小,机械效率一定越大
B.机械的功率越大,机械效率一定越大
C.功率不同的机械,做的功一定不相等
D.机械做功越多,机械效率一定越大
2. (2024·河南中考)如图,甲、乙两人用不同的装置,在相同时间内把质量相等的货物匀速提升到同一平台,不计绳重及滑轮的摩擦。下列说法正确的是 ( )
A.甲做的有用功多
B.乙做的总功多
C.甲做总功的功率大
D.乙所用装置的机械效率小
3. (2024·济南模拟)如图所示是某工人师傅正在用滑轮组提起重物的情景,下列做法中能提高该滑轮组机械效率的是 ( )
A.改变绳子的绕法
B.增大重物的重力
C.减小定滑轮的重力
D.提高重物上升高度
4.(2024·宿迁中考)如图所示的小型起重机,某次吊起重为6×103 N的物体,电动机的拉力为4×103 N,用时20 s,使物体上升了5 m。则通过动滑轮 ( )
A.做的有用功为6×104 J
B.拉力功率为2×103 W
C.做的总功为2×104 J
D.机械效率为66.7%
二、填空题
5. (2024·常州中考)如图所示,工人利用动滑轮匀速提升重物,已知物重400 N,施加在绳端竖直向上的拉力F为250 N,在100 s内将物体提升10 m。不计绳重与摩擦,此过程中动滑轮的机械效率为 ,绳端拉力做功的功率为 W。
6. (2024·滨州模拟)一位同学用如图所示的滑轮组拉着重900 N的物体,使物体以0.1 m/s的速度沿水平地面向右匀速直线运动10 s,已知物体与地面间的滑动摩擦力为120 N,滑轮组的机械效率为80%。在此过程中,拉力F为 N,拉力做功的功率为 W。
7.如图所示,把重为40 N的物体从斜面底端匀速推到斜面顶端,斜面长2 m,高
0.6 m,沿斜面的推力F为20 N。那么,此过程中有用功是 J,斜面的机械效率是 。
三、实验探究题
8.在“测量滑轮组的机械效率”实验中,某实验小组用如图甲所示的同一滑轮组提升钩码,分别做了多次实验,实验数据记录如表:
实验 次数 钩码重 G/N 钩码 上升 距离 h/cm 弹簧 测力计 示数 F/N 弹簧 测力计 上升距 离s/cm 机械 效率 η
1 1.0 5 15 55.6%
2 1.5 5 0.8 15
3 2.0 5 1.0 15 66.7%
4 2.0 10 1.0 30 66.7%
(1)实验过程中,应缓慢拉动弹簧测力计,使钩码竖直向上做匀速运动。第1次实验时,弹簧测力计示数如图甲所示为 N。
(2)第2次实验时滑轮组的机械效率是 。
(3)分析第 三次实验的数据可知,使用同一滑轮组提升重物时,重物重力越大,滑轮组的机械效率越高;分析第3、4次实验的数据可知,滑轮组的机械效率与钩码上升的高度 (选填“有关”或“无关”)。
(4)请在图乙中画出此滑轮组既能省力又能改变力的方向的绕线方法。若不计摩擦及绳重,这种绕线方法与实验时用的绕线方法相比,提升相同的物体时,滑轮组的机械效率 (选填“变大”“变小”或“不变”)。
四、计算题
9. (2024·苏州中考)某起重机的滑轮组结构示意图如图所示,其最大载重为5 t。起重机将3 600 kg的钢板匀速提升到10 m高的桥墩上,滑轮组的机械效率为80%。不计钢丝绳的重力和摩擦,g取10 N/kg。求:
(1)克服钢板重力做的功W有;
(2)钢丝绳的拉力F;
(3)滑轮组满载时的机械效率(保留一位小数)。
B层·能力提升
10.甲装置中,空吊篮A重 25 N,B处绳子可承受的拉力足够大,C处绳子可承受的最大拉力为100 N。小壮将A提升到高处,施加拉力F随时间变化关系图像如图乙,A上升速度随时间变化关系图像如图丙。忽略绳重、摩擦、空气阻力。下列说法不正确的是 ( )
A.动滑轮所受的重力为15 N
B.第2 s内克服滑轮重做的额外功为30 J
C.此装置最多能匀速运载160 N重的货物
D.此装置运载货物最高机械效率为92.5%
11.如图所示的滑轮组忽略绳重及绳与滑轮间的摩擦,将物体放在水平粗糙桌面上。受到水平向左的恒力F=100 N,滑轮组绳子自由端受到的拉力为F绳。当绳子自由端的拉力F绳为60 N时,物体处于静止状态,物体与桌面间的摩擦力恰好为0,则动滑轮的重力为 N;当绳子自由端拉力F1为90 N时,物体水平向右匀速运动,物体与桌面之间的滑动摩擦力为 N;撤去水平向左的恒力F,改变绳子自由端拉力F1的大小,仍使物体水平向右匀速运动时,滑轮组的机械效率为 。
C层·素养挑战
12.(实验拓展)小明同学用如图所示的装置探究杠杆的机械效率,每个钩码的质量为m,O为支点。
(1)第一次,他将3只钩码悬挂在B点,在A点竖直向上匀速拉动弹簧测力计,拉力为F1,测得A、B两点上升的高度分别为h1、h2,则此次杠杆的机械效率为η= 。(用所给物理量的符号表示)
(2)第二次,他将3只钩码悬挂在B点,在C点竖直向上匀速拉动弹簧测力计,使B点上升高度为h2,则本次的机械效率 (选填“<”“=”或“>”)第一次的机械效率。 第3课时 机械效率
A层·基础过关
一、选择题
1.下列关于功、功率,机械效率的说法正确的是(A)
A.机械做的额外功与总功之比越小,机械效率一定越大
B.机械的功率越大,机械效率一定越大
C.功率不同的机械,做的功一定不相等
D.机械做功越多,机械效率一定越大
2. (2024·河南中考)如图,甲、乙两人用不同的装置,在相同时间内把质量相等的货物匀速提升到同一平台,不计绳重及滑轮的摩擦。下列说法正确的是 (C)
A.甲做的有用功多
B.乙做的总功多
C.甲做总功的功率大
D.乙所用装置的机械效率小
3. (2024·济南模拟)如图所示是某工人师傅正在用滑轮组提起重物的情景,下列做法中能提高该滑轮组机械效率的是 (B)
A.改变绳子的绕法
B.增大重物的重力
C.减小定滑轮的重力
D.提高重物上升高度
4.(2024·宿迁中考)如图所示的小型起重机,某次吊起重为6×103 N的物体,电动机的拉力为4×103 N,用时20 s,使物体上升了5 m。则通过动滑轮 (B)
A.做的有用功为6×104 J
B.拉力功率为2×103 W
C.做的总功为2×104 J
D.机械效率为66.7%
二、填空题
5. (2024·常州中考)如图所示,工人利用动滑轮匀速提升重物,已知物重400 N,施加在绳端竖直向上的拉力F为250 N,在100 s内将物体提升10 m。不计绳重与摩擦,此过程中动滑轮的机械效率为 80% ,绳端拉力做功的功率为 50 W。
6. (2024·滨州模拟)一位同学用如图所示的滑轮组拉着重900 N的物体,使物体以0.1 m/s的速度沿水平地面向右匀速直线运动10 s,已知物体与地面间的滑动摩擦力为120 N,滑轮组的机械效率为80%。在此过程中,拉力F为 75 N,拉力做功的功率为 15 W。
7.如图所示,把重为40 N的物体从斜面底端匀速推到斜面顶端,斜面长2 m,高
0.6 m,沿斜面的推力F为20 N。那么,此过程中有用功是 24 J,斜面的机械效率是 60% 。
三、实验探究题
8.在“测量滑轮组的机械效率”实验中,某实验小组用如图甲所示的同一滑轮组提升钩码,分别做了多次实验,实验数据记录如表:
实验 次数 钩码重 G/N 钩码 上升 距离 h/cm 弹簧 测力计 示数 F/N 弹簧 测力计 上升距 离s/cm 机械 效率 η
1 1.0 5 15 55.6%
2 1.5 5 0.8 15
3 2.0 5 1.0 15 66.7%
4 2.0 10 1.0 30 66.7%
(1)实验过程中,应缓慢拉动弹簧测力计,使钩码竖直向上做匀速运动。第1次实验时,弹簧测力计示数如图甲所示为 0.6 N。
(2)第2次实验时滑轮组的机械效率是 62.5% 。
(3)分析第 1、2、3 三次实验的数据可知,使用同一滑轮组提升重物时,重物重力越大,滑轮组的机械效率越高;分析第3、4次实验的数据可知,滑轮组的机械效率与钩码上升的高度 无关 (选填“有关”或“无关”)。
(4)请在图乙中画出此滑轮组既能省力又能改变力的方向的绕线方法。若不计摩擦及绳重,这种绕线方法与实验时用的绕线方法相比,提升相同的物体时,滑轮组的机械效率 不变 (选填“变大”“变小”或“不变”)。
答:
四、计算题
9. (2024·苏州中考)某起重机的滑轮组结构示意图如图所示,其最大载重为5 t。起重机将3 600 kg的钢板匀速提升到10 m高的桥墩上,滑轮组的机械效率为80%。不计钢丝绳的重力和摩擦,g取10 N/kg。求:
(1)克服钢板重力做的功W有;
解:(1)钢板重力为G钢板=m钢板g=3 600 kg×10 N/kg=3.6×104 N;
提升钢板的有用功为
W有=G钢板·h=3.6×104 N×10 m=3.6×105 J。
(2)钢丝绳的拉力F;
解: (2)滑轮组共有4段绳子拉着动滑轮,故拉力移动距离为物体提升高度的4倍,即s=40 m;
拉力做的功为:W总===4.5×105 J;
拉力大小为:F===1.125×104 N。
(3)滑轮组满载时的机械效率(保留一位小数)。
解: (3)W额外=W总-W有=4.5×105 J-3.6×105 J=9×104 J;
动滑轮重为G动===9 000 N;
当载重最大时,质量为5 t=5 000 kg,
G最大=mg=50 000 N;
则此时机械效率
η=====84.7%。
B层·能力提升
10.甲装置中,空吊篮A重 25 N,B处绳子可承受的拉力足够大,C处绳子可承受的最大拉力为100 N。小壮将A提升到高处,施加拉力F随时间变化关系图像如图乙,A上升速度随时间变化关系图像如图丙。忽略绳重、摩擦、空气阻力。下列说法不正确的是 (D)
A.动滑轮所受的重力为15 N
B.第2 s内克服滑轮重做的额外功为30 J
C.此装置最多能匀速运载160 N重的货物
D.此装置运载货物最高机械效率为92.5%
11.如图所示的滑轮组忽略绳重及绳与滑轮间的摩擦,将物体放在水平粗糙桌面上。受到水平向左的恒力F=100 N,滑轮组绳子自由端受到的拉力为F绳。当绳子自由端的拉力F绳为60 N时,物体处于静止状态,物体与桌面间的摩擦力恰好为0,则动滑轮的重力为 20 N;当绳子自由端拉力F1为90 N时,物体水平向右匀速运动,物体与桌面之间的滑动摩擦力为 60 N;撤去水平向左的恒力F,改变绳子自由端拉力F1的大小,仍使物体水平向右匀速运动时,滑轮组的机械效率为 75% 。
C层·素养挑战
12.(实验拓展)小明同学用如图所示的装置探究杠杆的机械效率,每个钩码的质量为m,O为支点。
(1)第一次,他将3只钩码悬挂在B点,在A点竖直向上匀速拉动弹簧测力计,拉力为F1,测得A、B两点上升的高度分别为h1、h2,则此次杠杆的机械效率为η= 。(用所给物理量的符号表示)
(2)第二次,他将3只钩码悬挂在B点,在C点竖直向上匀速拉动弹簧测力计,使B点上升高度为h2,则本次的机械效率 = (选填“<”“=”或“>”)第一次的机械效率。
