第4节 机械效率
第1课时 机械效率
1.有用功、额外功和总功
有用功：为了实现做功的目的，不用任何机械而 做的功，用 表示.
额外功：使用机械时，对人们没有用但又不得不做的功叫 ，用 表示.
总功：有用功与额外功之和是总共做的功，叫作总功，用 表示.
2.机械效率
定义：物理学中，将 跟 的比值叫作机械效率.
公式：η=W有用W总.
注意：机械效率是一个比值，没有单位；由于额外功不可避免，故机械效率总小于1.
知识点1 有用功、额外功和总功
1.做值日时，小阳将一桶水从一楼提到二楼，此过程中，关于做功的说法正确的是 ( )
A.对桶做的功是有用功 B.对水做的功是有用功
C.对水做的功是额外功 D.克服自身重力做的功是总功
2.升旗仪式过程中，克服旗的重力做的功是 ，克服摩擦力做的功是 ；人对绳子的拉力做的功是 .（填“有用功”“额外功”或“总功”）
3.用如图所示的滑轮组将重为10 N的物体匀速提升2 m，绳子自由端拉力F=4 N，所做的总功为 J，有用功为 J，额外功为 J.
知识点2 机械效率
4.下列关于机械效率的说法中，正确的是 ( )
A.利用的机械越省力，机械效率越高
B.机械做功越快，机械效率越高
C.有用功相同、总功越大机械效率越高
D.额外功相同、有用功越大机械效率越高
5.甲吊车比乙吊车的机械效率高，若它们分别把同一物体匀速提升相同高度，则 ( )
A.甲吊车的电动机做的有用功较多 B.乙吊车的电动机做的额外功较多
C.甲吊车的电动机做的总功较多 D.甲、乙两吊车的电动机做的总功相同
6.如图，用一个重为2 N的动滑轮，把G物=12 N的物体在2 s内匀速提升0.2 m（不考虑绳子的重力和摩擦），则 ( )
A.绳子的拉力F=6 N
B.绳子自由端移动速度v=0.1 m/s
C.有用功W有用=2.8 J
D.动滑轮的机械效率η ≈85.7%
7.质量为0.5 kg的塑料桶装满水后总质量为10 kg，小明将其从地面匀速搬到高度为1 m的桌面上，在竖直向上搬水的过程中所做的总功是 J，有用功是 J，机械效率是 %.（g取10 N/kg）
8.有一种重心在支点处的杠杆，它与转轴间的摩擦很小，因此机械效率很高.若使用这种杠杆将重为180 N的物体匀速提升50 cm的过程中，杠杆的机械效率为90%，则提升该物体做的有用功为 J，总功为 J，额外功为 J.
9.用四只完全相同的滑轮组成如图所示的甲、乙两个滑轮组，把相同的物体匀速提升相同的高度.若用η甲、η乙表示甲、乙两滑轮组的机械效率，W甲、W乙表示拉力所做的功（不计绳重与摩擦），则 ( )
A.η甲=η乙，W甲=W乙
B.η甲＞η乙，W甲＞W乙
C.η甲＜η乙，W甲＜W乙
D.η甲＞η乙，W甲＜W乙
10.如图所示，小张同学用平行于斜面的F=200 N 的推力，将质量为30 kg的物体在5 s时间内匀速推到1 m高的平台上，斜面长s为2 m.则（g取10 N/kg）( )
A.推力的功率为40 W
B.斜面的机械效率为75%
C.推力做的总功为300 J
D.斜面对物体的摩擦力为100 N
11.（兰州中考）如图所示是塔吊吊起重物的情景，在拉力F的作用下，重为1×103N的重物被竖直向上匀速吊起，已知动滑轮重200 N，重物在8 s内上升了10 m，不计绳重与摩擦，下列说法中不正确的是 ( )
A．拉力F大小为400 N
B．拉力F的功率为1 250 W
C．克服动滑轮重力做功2 000 J
D．滑轮组的机械效率约为83.3%
12.（福建中考）如图，用滑轮组帮助汽车脱困时，滑轮B的作用是 ；汽车被匀速拉动时，作用在绳子上的拉力F为1 000 N，滑轮组的机械效率为80%，则汽车受到的摩擦力为 N.
13.如图所示，一根均匀的细木棒OC，OA=14OC，B为OC的中点，在C点施力将挂在A点的重为180 N的物体匀速提升0.2 m，木棒的机械效率为90%，这里的木棒是一种简单机械，称为 ，提升该物体做的有用功是 J，木棒重为 N.（不计摩擦）
14.（昆明五华区期末）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的功率为120 W，不计绳重和摩擦.求：
（1）拉力的大小；
（2）动滑轮的重力；
（3）该滑轮组的机械效率.第4节 机械效率
第1课时 机械效率
1.有用功、额外功和总功
有用功：为了实现做功的目的，不用任何机械而必须做的功，用W有用表示.
额外功：使用机械时，对人们没有用但又不得不做的功叫额外功，用W额外表示.
总功：有用功与额外功之和是总共做的功，叫作总功，用W总表示.
2.机械效率
定义：物理学中，将有用功跟总功的比值叫作机械效率.
公式：η=W有用W总.
注意：机械效率是一个比值，没有单位；由于额外功不可避免，故机械效率总小于1.
知识点1 有用功、额外功和总功
1.做值日时，小阳将一桶水从一楼提到二楼，此过程中，关于做功的说法正确的是 （ B ）
A.对桶做的功是有用功 B.对水做的功是有用功
C.对水做的功是额外功 D.克服自身重力做的功是总功
2.升旗仪式过程中，克服旗的重力做的功是有用功，克服摩擦力做的功是额外功；人对绳子的拉力做的功是总功.（填“有用功”“额外功”或“总功”）
3.用如图所示的滑轮组将重为10 N的物体匀速提升2 m，绳子自由端拉力F=4 N，所做的总功为24J，有用功为20J，额外功为4J.
知识点2 机械效率
4.下列关于机械效率的说法中，正确的是 （ D ）
A.利用的机械越省力，机械效率越高
B.机械做功越快，机械效率越高
C.有用功相同、总功越大机械效率越高
D.额外功相同、有用功越大机械效率越高
5.甲吊车比乙吊车的机械效率高，若它们分别把同一物体匀速提升相同高度，则 （ B ）
A.甲吊车的电动机做的有用功较多 B.乙吊车的电动机做的额外功较多
C.甲吊车的电动机做的总功较多 D.甲、乙两吊车的电动机做的总功相同
6.如图，用一个重为2 N的动滑轮，把G物=12 N的物体在2 s内匀速提升0.2 m（不考虑绳子的重力和摩擦），则 （ D ）
A.绳子的拉力F=6 N
B.绳子自由端移动速度v=0.1 m/s
C.有用功W有用=2.8 J
D.动滑轮的机械效率η ≈85.7%
7.质量为0.5 kg的塑料桶装满水后总质量为10 kg，小明将其从地面匀速搬到高度为1 m的桌面上，在竖直向上搬水的过程中所做的总功是100J，有用功是95J，机械效率是95%.（g取10 N/kg）
8.有一种重心在支点处的杠杆，它与转轴间的摩擦很小，因此机械效率很高.若使用这种杠杆将重为180 N的物体匀速提升50 cm的过程中，杠杆的机械效率为90%，则提升该物体做的有用功为90J，总功为100J，额外功为10J.
9.用四只完全相同的滑轮组成如图所示的甲、乙两个滑轮组，把相同的物体匀速提升相同的高度.若用η甲、η乙表示甲、乙两滑轮组的机械效率，W甲、W乙表示拉力所做的功（不计绳重与摩擦），则 （ A ）
A.η甲=η乙，W甲=W乙
B.η甲＞η乙，W甲＞W乙
C.η甲＜η乙，W甲＜W乙
D.η甲＞η乙，W甲＜W乙
10.如图所示，小张同学用平行于斜面的F=200 N 的推力，将质量为30 kg的物体在5 s时间内匀速推到1 m高的平台上，斜面长s为2 m.则（g取10 N/kg）（ B ）
A.推力的功率为40 W
B.斜面的机械效率为75%
C.推力做的总功为300 J
D.斜面对物体的摩擦力为100 N
11.（兰州中考）如图所示是塔吊吊起重物的情景，在拉力F的作用下，重为1×103N的重物被竖直向上匀速吊起，已知动滑轮重200 N，重物在8 s内上升了10 m，不计绳重与摩擦，下列说法中不正确的是 （ B ）
A．拉力F大小为400 N
B．拉力F的功率为1 250 W
C．克服动滑轮重力做功2 000 J
D．滑轮组的机械效率约为83.3%
12.（福建中考）如图，用滑轮组帮助汽车脱困时，滑轮B的作用是改变力的方向；汽车被匀速拉动时，作用在绳子上的拉力F为1 000 N，滑轮组的机械效率为80%，则汽车受到的摩擦力为1 600N.
13.如图所示，一根均匀的细木棒OC，OA=14OC，B为OC的中点，在C点施力将挂在A点的重为180 N的物体匀速提升0.2 m，木棒的机械效率为90%，这里的木棒是一种简单机械，称为杠杆，提升该物体做的有用功是36J，木棒重为10N.（不计摩擦）
14.（昆明五华区期末）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的功率为120 W，不计绳重和摩擦.求：
（1）拉力的大小；
（2）动滑轮的重力；
（3）该滑轮组的机械效率.
解：（1）由图知，承担重物绳子的段数n=3，
绳端移动速度：v====0.6 m/s，
由P===Fv可得，绳端拉力的大小：
F=Pv=120 W0.6 m/s=200 N；
（2）不计绳重和摩擦，由F=（G+G动）可得，动滑轮的重力：
G动=nF-G=3×200 N-450 N=150 N；
（3）滑轮组的机械效率：η=====75%.第2课时 测量机械效率
1.测量滑轮组的机械效率
原理：η=.
过程：沿竖直方向匀速拉动弹簧测力计使重力为G的钩码升高，测出拉力F、钩码提升的高度h、绳的自由端移动的距离s，计算W有用、W总、η.改变钩码数量或利用不同滑轮组，重复上面实验.
结论：同一滑轮组，提升重物越重，机械效率越高；提升相同重物，动滑轮个数越多，机械效率越低，但越省力.
2.测量斜面的机械效率
过程：设斜面长为s，高为h，把重为G的物体沿斜面匀速推到斜面顶端所用力的大小为F.
计算W有用、W总、η.改变物体重力或斜面倾斜程度，重复上面实验.
知识点1 测量滑轮组的机械效率
1.用如图所示的两个滑轮组进行实验，探究的内容是 （ B ）
A.滑轮组的机械效率与动滑轮的重力的关系
B.滑轮组的机械效率与被提升物体的重力的关系
C.滑轮组的机械效率与承担物重的绳子股数的关系
D.滑轮组的机械效率与物体被提升的高度的关系
2.如图所示，用滑轮组把300 N的重物匀速提升3 m，人所做的有用功是900J；如果用该滑轮组提升400 N的重物，它的机械效率将变大.
3.某同学用如图所示的实验装置测量滑轮组的机械效率，相关数据记录在下表中.
（1）实验中，使用滑轮组提升重物时，应竖直向上匀速拉动弹簧测力计.
（2）第3次实验中，绳端移动的距离为0.45m，滑轮组的机械效率为80%.
（3）分析实验数据发现，同一滑轮组提升重物的重力变大时，滑轮组的机械效率将变大（填“变大”“变小”或“不变”）.
知识点2 测量斜面的机械效率
4.小敏在利用斜面搬运物体A的过程中，提出了一个问题：“斜面的机械效率与斜面的倾斜程度有没有关系？”针对这个问题，她通过在斜面上匀速直线拉动物体进行了实验探究（如图所示），测得的实验数据如下表所示：
（1）根据表中的数据可求出第3次实验中斜面的机械效率是80.6%.
（2）通过对上述实验数据的分析可知，斜面越陡，越费（填“省”或“费”）力，机械效率越高.
5.在“测量滑轮组机械效率”的实验中，小明利用同一滑轮组先后提升不同重量的物体进行实验，如图甲和乙所示，不计空气阻力.实验测量的数据记录在表格中：
（1）根据测量的实验数据，可计算出表格中的横线上应填的数据为62.5%.
（2）分析实验数据，可初步得出实验结论：使用同一滑轮组提升重物时，被提升重物重力越大（填“大”或“小”），滑轮组的机械效率越高.
（3）如果不计绳重和摩擦，只是按照如图丙所示的绕绳方法组装滑轮组，并利用图丙方案提升相同重量的物体，对比图甲和图丙所示的滑轮组的机械效率，可知
η甲等于（填“大于”“小于”或“等于”）η丙.
（4）小明认为测量滑轮组机械效率时，可以不测量重物及绳子自由端移动的距离，只需测出所提升的物重大小及匀速拉动绳子自由端的拉力就可以了.他的这种观点是正确（填“正确”或“不正确”）的.
（5）机械效率是衡量机械性能的一个重要指标，下列方法中不能提高滑轮组机械效率的是C.
A.减轻绳重
B.减轻动滑轮重
C.减轻被提升重物重力
D.经常在滑轮与绳及传动部分加润滑油
6.小明想探究斜面的机械效率与哪些因素有关，他作出了如下猜想：
猜想1：与斜面的倾斜程度有关；
猜想2：与斜面的粗糙程度有关；
猜想3：与斜面的长度有关.
小明设计了如图甲所示的实验方案并进行探究.下表是他记录的实验数据，表中1、3两次实验所用斜面粗糙程度是相同的，每次实验物体在斜面上都做匀速直线运动.
（1）除如图甲所示的器材外，还需要的实验器材有刻度尺；表中的空格处的数据是70.6.
（2）对比1、2两次实验数据，可以验证猜想2（填字母）；对比1、3两次实验数据，可以得出结论：在其他条件相同时，斜面的机械效率的大小与斜面的倾斜程度有关，倾斜程度越大，机械效率越大；
分析可得，1、3两次实验物体与斜面间的摩擦力不相等（填“相等”或“不相等”）.
（3）小明找来一张三角形的纸，自制成一个“模拟钻头”，如图乙所示，慢慢地展开这张纸，原来是一个三角形的斜面.根据1、3（填实验次数的序号）两次实验数据得出的结论，可推测图乙中钻头B（填“A”或“B”）更省力.第2课时 测量机械效率
1.测量滑轮组的机械效率
原理：η=.
过程：沿 方向 拉动弹簧测力计使重力为G的钩码升高，测出拉力F、钩码提升的高度h、绳的自由端移动的距离s，计算W有用、W总、η.改变钩码数量或利用不同滑轮组，重复上面实验.
结论：同一滑轮组，提升重物越重，机械效率越 ；提升相同重物，动滑轮个数越多，机械效率越 ，但越 力.
2.测量斜面的机械效率
过程：设斜面长为s，高为h，把重为G的物体沿斜面匀速推到斜面顶端所用力的大小为F.
计算W有用、W总、η.改变物体重力或斜面倾斜程度，重复上面实验.
知识点1 测量滑轮组的机械效率
1.用如图所示的两个滑轮组进行实验，探究的内容是 ( )
A.滑轮组的机械效率与动滑轮的重力的关系
B.滑轮组的机械效率与被提升物体的重力的关系
C.滑轮组的机械效率与承担物重的绳子股数的关系
D.滑轮组的机械效率与物体被提升的高度的关系
2.如图所示，用滑轮组把300 N的重物匀速提升3 m，人所做的有用功是 J；如果用该滑轮组提升400 N的重物，它的机械效率将 .
3.某同学用如图所示的实验装置测量滑轮组的机械效率，相关数据记录在下表中.
（1）实验中，使用滑轮组提升重物时，应竖直向上 拉动弹簧测力计.
（2）第3次实验中，绳端移动的距离为 m，滑轮组的机械效率为 .
（3）分析实验数据发现，同一滑轮组提升重物的重力变大时，滑轮组的机械效率将 （填“变大”“变小”或“不变”）.
知识点2 测量斜面的机械效率
4.小敏在利用斜面搬运物体A的过程中，提出了一个问题：“斜面的机械效率与斜面的倾斜程度有没有关系？”针对这个问题，她通过在斜面上匀速直线拉动物体进行了实验探究（如图所示），测得的实验数据如下表所示：
（1）根据表中的数据可求出第3次实验中斜面的机械效率是 .
（2）通过对上述实验数据的分析可知，斜面越陡，越 （填“省”或“费”）力，机械效率越 .
5.在“测量滑轮组机械效率”的实验中，小明利用同一滑轮组先后提升不同重量的物体进行实验，如图甲和乙所示，不计空气阻力.实验测量的数据记录在表格中：
（1）根据测量的实验数据，可计算出表格中的横线上应填的数据为 .
（2）分析实验数据，可初步得出实验结论：使用同一滑轮组提升重物时，被提升重物重力越 （填“大”或“小”），滑轮组的机械效率越高.
（3）如果不计绳重和摩擦，只是按照如图丙所示的绕绳方法组装滑轮组，并利用图丙方案提升相同重量的物体，对比图甲和图丙所示的滑轮组的机械效率，可知
η甲 （填“大于”“小于”或“等于”）η丙.
（4）小明认为测量滑轮组机械效率时，可以不测量重物及绳子自由端移动的距离，只需测出所提升的物重大小及匀速拉动绳子自由端的拉力就可以了.他的这种观点是 （填“正确”或“不正确”）的.
（5）机械效率是衡量机械性能的一个重要指标，下列方法中不能提高滑轮组机械效率的是 .
A.减轻绳重
B.减轻动滑轮重
C.减轻被提升重物重力
D.经常在滑轮与绳及传动部分加润滑油
6.小明想探究斜面的机械效率与哪些因素有关，他作出了如下猜想：
猜想1：与斜面的倾斜程度有关；
猜想2：与斜面的粗糙程度有关；
猜想3：与斜面的长度有关.
小明设计了如图甲所示的实验方案并进行探究.下表是他记录的实验数据，表中1、3两次实验所用斜面粗糙程度是相同的，每次实验物体在斜面上都做匀速直线运动.
（1）除如图甲所示的器材外，还需要的实验器材有 ；表中的空格处的数据是 .
（2）对比1、2两次实验数据，可以验证猜想 （填字母）；对比1、3两次实验数据，可以得出结论： ；
分析可得，1、3两次实验物体与斜面间的摩擦力 （填“相等”或“不相等”）.
（3）小明找来一张三角形的纸，自制成一个“模拟钻头”，如图乙所示，慢慢地展开这张纸，原来是一个三角形的斜面.根据 （填实验次数的序号）两次实验数据得出的结论，可推测图乙中钻头 （填“A”或“B”）更省力.
