第2课时 机械效率的测量
考点一 测量滑轮组的机械效率
1.同学们进行了“影响滑轮组机械效率因素”的实验探究,用到的装置如图甲、乙、丙所示,实验数据记录如表所示。
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 2 0.1 1.2 0.3 55.6%
2 4 0.1 1.9 0.3 70.2%
3 6 0.1 1.6 0.5
4 2 0.2 1.2 0.6 55.6%
(1)实验中应沿竖直方向 拉动弹簧测力计。
(2)通过比较1、4两次实验数据可得出:使用同一滑轮组提升相同物体,滑轮组的机械效率与物体上升高度 。
(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)分析表中数据可知:第3次实验是用图 所示装置来完成的,滑轮组的机械效率是 %。
(5)假如第1次实验时,不计绳重和摩擦,钩码重由2 N增加到8 N,滑轮组的效率 (选填“变大”“变小”或“不变”)。
考点二 影响滑轮组机械效率的因素
2.一个滑轮组经改进后提高了机械效率,用它将同一物体匀速提升同样的高度,改进后与改进前相比( )
A.有用功增加,总功增加
B.有用功不变,总功增加
C.有用功不变,总功不变
D.有用功不变,总功减少
3.建筑工人用涂料刷墙,他通过如图所示的装置将一桶涂料从地面提起,以下方法中可以提高该装置机械效率的是( )
A.增大桶的重力
B.增大绳子的重力
C.增大桶内涂料的质量
D.增大提升的速度
4.如图所示,用机械提起同一重物,不考虑绳重和摩擦,其中机械效率最高的是(滑轮的重力相同)( )
5.如图所示是使用同一滑轮组将不同数量的钩码提升到相同高度的情景。忽略绳重和摩擦,两次所做额外功的关系是W甲额 W乙额,两次做功的机械效率η甲 η乙。(均选填“>”“<”或“=”)
6.(多选)在测量滑轮组机械效率的实验中,用如图所示的滑轮组先匀速提升重为G1的物体,额外功与有用功之比为1∶3;再匀速提升重为G2的物体。先后两次绳子自由端的拉力之比为2∶5。若不计绳重和摩擦,则( )
A.G1∶G2=2∶5
B.G1∶G2=1∶3
C.先后两次滑轮组的机械效率之比为3∶4
D.先后两次滑轮组的机械效率之比为5∶6
7.为了探究斜面的机械效率与斜面倾斜程度之间的关系,探究小组的同学利用木板、刻度尺、弹簧测力计、木块等器材设计了如图所示的实验装置,实验测得的数据如表:
实验 次数 斜面倾 斜程度 木块 重力 G/N 斜面高 度h/m 沿斜面拉 力F/N 斜面长 度s/m 机械 效率
1 较缓 3 0.2 1.6 1 37.5%
2 较陡 3 0.3 1.8 1
3 最陡 3 0.4 2.0 1 60%
请你根据表中的数据解答下列问题:
(1)实验中要求用沿平行斜面向上的力拉木块在斜面上做 运动,该过程中木块的机械能 (选填“变大”“不变”或“变小”)。
(2)第2次实验中,拉力所做的有用功为 J,斜面的机械效率为 ,斜面对木块的摩擦力为 N。
(3)斜面的机械效率与斜面的倾斜程度之间的关系是: 。
(4)试列举出生活中利用斜面的一个实例: 。
(冲A+)
8.某实验小组利用图示装置研究杠杆的机械效率,实验的主要步骤如下:
①用轻绳悬挂杠杆一端的O点作为支点,在A点用轻绳悬挂总重为G的钩码,在B点用轻绳竖直悬挂一个弹簧测力计,使杠杆保持水平;
②竖直向上拉动弹簧测力计缓慢匀速上升(保持O点位置不变),在此过程中弹簧测力计的读数为F,利用刻度尺分别测出A、B两点上升的高度为h1、h2。
回答下列问题:
(1)实验中有用功的表达式为W有用= ,总功的表达式为W总= ,杠杆机械效率的表达式为η= 。(用已知或测量的物理量符号表示)
(2)本次实验中,若提升的钩码重一定,则影响杠杆机械效率的主要因素是 。
(3)若只将钩码的悬挂点由A移至C,O、B位置不变,仍将钩码提升相同的高度,则杠杆的机械效率将 (选填“变大”“变小”或“不变”)。
(4)若弹簧测力计拉力方向一直垂直于OB杆向上拉动,则弹簧测力计示数 (选填“变大”“变小”或“不变”)。
【点思路】(1)使用杠杆克服钩码的重力做功,有用功等于克服钩码重力做的功,总功等于弹簧测力计的拉力做的功,机械效率等于有用功和总功的比值;
(2)机械效率是有用功和总功的比值,它反映了有用功在总功中所占比例的大小,也反映了额外功所占比例的大小,影响机械效率的因素从有用功和额外功两方面考虑;
(3)弹簧测力计拉力方向总垂直于杠杆,动力臂不变,阻力不变,阻力臂减小,动力会增大;
(4)弹簧测力计拉力方向总垂直于杠杆,动力臂不变,阻力不变,阻力臂减小,动力会增大。第4节 机械效率
第1课时 机械效率
考点一 有用功和额外功
1.卖茶杯的人,从货架上拿起茶杯;喝茶水的人,从桌面上端起盛茶水的茶杯,就两人克服茶杯重力做功的下列说法正确的是(D)
A.都是有用功
B.都是额外功
C.对喝茶的人而言是有用功
D.对卖茶杯的人而言是有用功
2.体重是40 kg的小王同学用重10 N的水桶,提起重力为100 N的水,沿楼梯送到三楼,每层楼高3 m,完成这一次提水,她对水做的功为有用功,g取10 N/kg,则她做的有用功和额外功分别是(B)
A.600 J,2 400 J B.600 J,2 460 J
C.600 J,60 J D.3 000 J,60 J
考点二 机械效率的理解与计算
3.下列关于机械效率的说法正确的是(D)
A.越省力的机械,机械效率越高
B.做功越快的机械,机械效率越高
C.所做有用功越多的机械,机械效率越高
D.有用功与总功的比值越大的机械,机械效率越高
4.某同学家新房装修时,在地面与窗台间放置一斜木板,将瓷砖沿木板从地面匀速拉上窗台。如图所示,已知窗台高3 m,木板长5 m,瓷砖重500 N,沿斜面所用拉力为400 N,则斜面的机械效率是 75% ,瓷砖受到的摩擦力为 100 N。
5.如图所示,用竖直向上的力匀速拉动杠杆,使重为18 N的物体缓慢升高0.1 m,拉力F为8 N,拉力移动的距离为0.25 m。拉力所做的功为 2 J,杠杆的机械效率为 90 %。
6.小强用如图所示装置在10 s内将重为450 N的货物匀速提升2 m,此过程中拉力F的大小为200 N。求:
(1)提升装置所做的有用功;
(2)拉力做的功;
(3)该滑轮组的机械效率。
解:(1)提升装置所做的有用功: W有用=Gh=450 N×2 m=900 J;
(2)拉力移动的距离s=3×2 m=6 m
拉力做的功W=Fs=200 N×6 m=1 200 J
(3)滑轮组的机械效率:η===75%。
易错点 不能正确理解功、功率和机械效率的关系
7.下列有关机械做功、功率、机械效率的说法,正确的是(B)
A.做功越多的机械,功率越大
B.功率越大的机械,做功越快
C.效率越高的机械,做功越多
D.效率越高的机械,功率越大
纠错: 功率大小由功和时间两个因素共同决定;机械效率大小由有用功和总功两个因素共同决定;机械效率和功率之间没有关系。
8.工人师傅用如图所示的甲、乙两种方式把同一个物体提升相同的高度,已知物体重为100 N,滑轮重均为20 N(绳重和摩擦不计),下列说法正确的是(D)
A.甲比乙更省力
B.甲做的有用功比乙多
C.甲做的总功比乙多
D.甲的机械效率比乙的高
9.(多选)用滑轮组进行“一瓶水提升一个人”活动,如图,水瓶匀速直线下降10 m,使人匀速升高0.5 m,水瓶对绳a的拉力为F1=30 N。绳b对人的拉力为F2=480 N,此过程( A、D )
A.有用功为240 J
B.F1做的功等于F2做的功
C.F1做的功小于F2做的功
D.滑轮组的机械效率为80%
10.如图所示,在拉力F=40 N的作用下,一个重500 N的物体以0.1 m/s的速度沿水平地面向右匀速直线运动10 s,已知滑轮组的机械效率为80%,则物体与地面间的滑动摩擦力为 96 N,拉力F做功的功率为 12 W。
11.如图甲,A、B是两个完全相同的物体,琴琴同学分别将A、B两物体拉到斜面顶端,对物体做功情况如图乙所示,请问对物体A做的有用功是 2 J,对物体B做的额外功是 0.5 J,斜面效率高的是拉物体 B 的斜面(选填“A”或“B”)。
12.某同学用滑轮组提升物体,绳子自由端竖直移动的距离随时间变化的关系如图中图线a所示,物体上升的高度随时间变化的关系如图中图线b所示。已知物重4.5 N,绳子自由端的拉力F为1.5 N。在0~2 s的过程中,求:
(1)有用功;
(2)拉力F的功率;
(3)滑轮组的机械效率。
解:(1)由图可知,在0~2.0 s 的过程中物体上升的高度h=0.1 m,
拉力做的有用功: W有用=Gh=4.5 N×0.1 m=0.45 J;
(2)由图可知,在0~2.0 s的过程中绳子自由端移动的距离s=0.4 m,
拉力F做的总功: W总=Fs=1.5 N×0.4 m=0.6 J,
拉力F的功率:P===0.3 W;
(3)滑轮组的机械效率:η===75%。
(冲A+)
13.(思维拓展)用如图甲所示的滑轮组运送货物上楼(楼高3 m),每件货物重100 N,每次运送的量不定,图乙记录了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线,则动滑轮重为 100 N;当某次运送4件货物时,滑轮组的额外功是 300 J。(不考虑绳重和摩擦)
【点思路】不考虑绳重和摩擦时,滑轮组的机械效率η===
=;由图乙可知,G=100 N时,η=50%,代入即可求出动滑轮的重力。第2课时 机械效率的测量
考点一 测量滑轮组的机械效率
1.同学们进行了“影响滑轮组机械效率因素”的实验探究,用到的装置如图甲、乙、丙所示,实验数据记录如表所示。
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 2 0.1 1.2 0.3 55.6%
2 4 0.1 1.9 0.3 70.2%
3 6 0.1 1.6 0.5
4 2 0.2 1.2 0.6 55.6%
(1)实验中应沿竖直方向 匀速 拉动弹簧测力计。
(2)通过比较1、4两次实验数据可得出:使用同一滑轮组提升相同物体,滑轮组的机械效率与物体上升高度 无关 。
(3)通过比较 1、2 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)分析表中数据可知:第3次实验是用图 丙 所示装置来完成的,滑轮组的机械效率是 75 %。
(5)假如第1次实验时,不计绳重和摩擦,钩码重由2 N增加到8 N,滑轮组的效率 变大 (选填“变大”“变小”或“不变”)。
考点二 影响滑轮组机械效率的因素
2.一个滑轮组经改进后提高了机械效率,用它将同一物体匀速提升同样的高度,改进后与改进前相比(D)
A.有用功增加,总功增加
B.有用功不变,总功增加
C.有用功不变,总功不变
D.有用功不变,总功减少
3.建筑工人用涂料刷墙,他通过如图所示的装置将一桶涂料从地面提起,以下方法中可以提高该装置机械效率的是(C)
A.增大桶的重力
B.增大绳子的重力
C.增大桶内涂料的质量
D.增大提升的速度
4.如图所示,用机械提起同一重物,不考虑绳重和摩擦,其中机械效率最高的是(滑轮的重力相同)(B)
5.如图所示是使用同一滑轮组将不同数量的钩码提升到相同高度的情景。忽略绳重和摩擦,两次所做额外功的关系是W甲额 = W乙额,两次做功的机械效率η甲 < η乙。(均选填“>”“<”或“=”)
6.(多选)在测量滑轮组机械效率的实验中,用如图所示的滑轮组先匀速提升重为G1的物体,额外功与有用功之比为1∶3;再匀速提升重为G2的物体。先后两次绳子自由端的拉力之比为2∶5。若不计绳重和摩擦,则( B、D )
A.G1∶G2=2∶5
B.G1∶G2=1∶3
C.先后两次滑轮组的机械效率之比为3∶4
D.先后两次滑轮组的机械效率之比为5∶6
7.为了探究斜面的机械效率与斜面倾斜程度之间的关系,探究小组的同学利用木板、刻度尺、弹簧测力计、木块等器材设计了如图所示的实验装置,实验测得的数据如表:
实验 次数 斜面倾 斜程度 木块 重力 G/N 斜面高 度h/m 沿斜面拉 力F/N 斜面长 度s/m 机械 效率
1 较缓 3 0.2 1.6 1 37.5%
2 较陡 3 0.3 1.8 1
3 最陡 3 0.4 2.0 1 60%
请你根据表中的数据解答下列问题:
(1)实验中要求用沿平行斜面向上的力拉木块在斜面上做 匀速直线 运动,该过程中木块的机械能 变大 (选填“变大”“不变”或“变小”)。
(2)第2次实验中,拉力所做的有用功为 0.9 J,斜面的机械效率为 50% ,斜面对木块的摩擦力为 0.9 N。
(3)斜面的机械效率与斜面的倾斜程度之间的关系是: 当接触面粗糙程度一定时,斜面越陡,其机械效率越高 。
(4)试列举出生活中利用斜面的一个实例: 盘山公路 。
(冲A+)
8.某实验小组利用图示装置研究杠杆的机械效率,实验的主要步骤如下:
①用轻绳悬挂杠杆一端的O点作为支点,在A点用轻绳悬挂总重为G的钩码,在B点用轻绳竖直悬挂一个弹簧测力计,使杠杆保持水平;
②竖直向上拉动弹簧测力计缓慢匀速上升(保持O点位置不变),在此过程中弹簧测力计的读数为F,利用刻度尺分别测出A、B两点上升的高度为h1、h2。
回答下列问题:
(1)实验中有用功的表达式为W有用= Gh1 ,总功的表达式为W总= Fh2 ,杠杆机械效率的表达式为η= 。(用已知或测量的物理量符号表示)
(2)本次实验中,若提升的钩码重一定,则影响杠杆机械效率的主要因素是 杠杆的自重 。
(3)若只将钩码的悬挂点由A移至C,O、B位置不变,仍将钩码提升相同的高度,则杠杆的机械效率将 变大 (选填“变大”“变小”或“不变”)。
(4)若弹簧测力计拉力方向一直垂直于OB杆向上拉动,则弹簧测力计示数 变小 (选填“变大”“变小”或“不变”)。
【点思路】(1)使用杠杆克服钩码的重力做功,有用功等于克服钩码重力做的功,总功等于弹簧测力计的拉力做的功,机械效率等于有用功和总功的比值;
(2)机械效率是有用功和总功的比值,它反映了有用功在总功中所占比例的大小,也反映了额外功所占比例的大小,影响机械效率的因素从有用功和额外功两方面考虑;
(3)弹簧测力计拉力方向总垂直于杠杆,动力臂不变,阻力不变,阻力臂减小,动力会增大;
(4)弹簧测力计拉力方向总垂直于杠杆,动力臂不变,阻力不变,阻力臂减小,动力会增大。第4节 机械效率
第1课时 机械效率
考点一 有用功和额外功
1.卖茶杯的人,从货架上拿起茶杯;喝茶水的人,从桌面上端起盛茶水的茶杯,就两人克服茶杯重力做功的下列说法正确的是( )
A.都是有用功
B.都是额外功
C.对喝茶的人而言是有用功
D.对卖茶杯的人而言是有用功
2.体重是40 kg的小王同学用重10 N的水桶,提起重力为100 N的水,沿楼梯送到三楼,每层楼高3 m,完成这一次提水,她对水做的功为有用功,g取10 N/kg,则她做的有用功和额外功分别是( )
A.600 J,2 400 J B.600 J,2 460 J
C.600 J,60 J D.3 000 J,60 J
考点二 机械效率的理解与计算
3.下列关于机械效率的说法正确的是( )
A.越省力的机械,机械效率越高
B.做功越快的机械,机械效率越高
C.所做有用功越多的机械,机械效率越高
D.有用功与总功的比值越大的机械,机械效率越高
4.某同学家新房装修时,在地面与窗台间放置一斜木板,将瓷砖沿木板从地面匀速拉上窗台。如图所示,已知窗台高3 m,木板长5 m,瓷砖重500 N,沿斜面所用拉力为400 N,则斜面的机械效率是 ,瓷砖受到的摩擦力为 N。
5.如图所示,用竖直向上的力匀速拉动杠杆,使重为18 N的物体缓慢升高0.1 m,拉力F为8 N,拉力移动的距离为0.25 m。拉力所做的功为 J,杠杆的机械效率为 %。
6.小强用如图所示装置在10 s内将重为450 N的货物匀速提升2 m,此过程中拉力F的大小为200 N。求:
(1)提升装置所做的有用功;
(2)拉力做的功;
(3)该滑轮组的机械效率。
易错点 不能正确理解功、功率和机械效率的关系
7.下列有关机械做功、功率、机械效率的说法,正确的是( )
A.做功越多的机械,功率越大
B.功率越大的机械,做功越快
C.效率越高的机械,做功越多
D.效率越高的机械,功率越大
纠错: 功率大小由功和时间两个因素共同决定;机械效率大小由有用功和总功两个因素共同决定;机械效率和功率之间没有关系。
8.工人师傅用如图所示的甲、乙两种方式把同一个物体提升相同的高度,已知物体重为100 N,滑轮重均为20 N(绳重和摩擦不计),下列说法正确的是( )
A.甲比乙更省力
B.甲做的有用功比乙多
C.甲做的总功比乙多
D.甲的机械效率比乙的高
9.(多选)用滑轮组进行“一瓶水提升一个人”活动,如图,水瓶匀速直线下降10 m,使人匀速升高0.5 m,水瓶对绳a的拉力为F1=30 N。绳b对人的拉力为F2=480 N,此过程( )
A.有用功为240 J
B.F1做的功等于F2做的功
C.F1做的功小于F2做的功
D.滑轮组的机械效率为80%
10.如图所示,在拉力F=40 N的作用下,一个重500 N的物体以0.1 m/s的速度沿水平地面向右匀速直线运动10 s,已知滑轮组的机械效率为80%,则物体与地面间的滑动摩擦力为 N,拉力F做功的功率为 W。
11.如图甲,A、B是两个完全相同的物体,琴琴同学分别将A、B两物体拉到斜面顶端,对物体做功情况如图乙所示,请问对物体A做的有用功是 J,对物体B做的额外功是 J,斜面效率高的是拉物体 的斜面(选填“A”或“B”)。
12.某同学用滑轮组提升物体,绳子自由端竖直移动的距离随时间变化的关系如图中图线a所示,物体上升的高度随时间变化的关系如图中图线b所示。已知物重4.5 N,绳子自由端的拉力F为1.5 N。在0~2 s的过程中,求:
(1)有用功;
(2)拉力F的功率;
(3)滑轮组的机械效率。
(冲A+)
13.(思维拓展)用如图甲所示的滑轮组运送货物上楼(楼高3 m),每件货物重100 N,每次运送的量不定,图乙记录了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线,则动滑轮重为 N;当某次运送4件货物时,滑轮组的额外功是 J。(不考虑绳重和摩擦)
【点思路】不考虑绳重和摩擦时,滑轮组的机械效率η===
=;由图乙可知,G=100 N时,η=50%,代入即可求出动滑轮的重力。
