12.4　机械效率 第1课时　有用功和额外功　机械效率 同步练（含答案） 2024-2025学年物理人教版八年级下册

第4节　机械效率
第1课时　有用功和额外功　机械效率
有用功和额外功
1.(2025无锡阶段练习)如图所示,滑轮组相同,钩码相同,甲挂一个钩码,乙挂两个钩码,用滑轮组将钩码提升相同的高度,不计绳子与滑轮的摩擦和绳重。下列说法正确的是 (　　)
甲 乙
A.乙滑轮组所做的总功是甲滑轮组所做总功的两倍
B.甲滑轮组做的额外功比乙滑轮组做的额外功少
C.使用滑轮组能够省功
D.乙滑轮组所做的有用功是甲滑轮组所做有用功的两倍
2.某工地工人在施工过程中,用如图所示的滑轮组提升重450 N的建筑材料,所用的拉力F大小为300 N,建筑材料被匀速提升了2 m。则在这个过程中,工人做的有用功是　　　　J,总功　　　　J,额外功　　　　J。
机械效率
3.关于功率、机械效率,下列说法正确的是 (　　)
A.做功越多的机械,其功率就越大
B.越省力的机械,其功率就越小
C.做功越慢的机械,其机械效率就越低
D.有用功与总功的比值越大的机械,其机械效率就越高
4.小红用滑轮组将重力为1.5 N的物体匀速提升10 cm的过程中,绳子拉力为1.0 N,绳子自由端移动的距离为30 cm,则滑轮组的机械效率为 (　　)
A.50% B.60% C.70% D.80%
5.用如图所示的滑轮组将一个重为400 N的物体沿竖直方向提升2 m,所用的拉力F为250 N,人所做的有用功是　　　　J,该滑轮组的机械效率为　　　　。
6.(2024扬州中考)如图所示,工人用动滑轮匀速提升重为400 N的窗玻璃,所用的竖直拉力为
250 N,窗玻璃上升的高度为10 m,用时50 s。求:
(1)所做的有用功W有用。
(2)工人所用拉力的功率P。
(3)动滑轮的机械效率η。
1.生产、生活中常常会用到各种机械设备。下列说法中不正确的是 (　　)
A.任何机械设备的效率总小于1
B.减小机械内部摩擦可以提高其效率
C.提高机械设备的效率可以节能减排
D.使用机械设备做功越快,其效率越高
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.在园林博览会某场馆建设中,采用了如图所示的装置提升重物,当工人师傅们用1 000 N的拉力F向下拉绳,使重1 600 N的重物匀速上升了5 m,此过程中克服绳重和摩擦做功500 J。下列说法中正确的是 (　　)
A.拉力F做功为5×103 J
B.缠绕在动滑轮上每股绳的拉力为800 N
C.动滑轮重为300 N
D.滑轮组的机械效率为75%
4.如图所示,重为G的物体在拉力F的作用下,以v的速度匀速运动了s,已知物体在水平桌面上运动时受到的摩擦阻力为物重的n分之一,不计绳重、滑轮与轴之间的摩擦。下列说法正确的是(　　)
A.使用该滑轮组一定省力
B.拉力做的总功为Fs
C.额外功为(2nF-G)s
D.滑轮组的机械效率为
5.建筑工地上,起重机吊臂上的滑轮组如图所示,在匀速吊起重4.2×103 N的物体时,物体5 s内上升了6 m,此过程中有用功为　　　　J,钢丝绳移动的速度为　　　　m/s;若滑轮组的机械效率为70%,则额外功为　　　　J,拉力F为　　　　N,其功率为　　　　W。
6.如图所示,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100 s内拉力做的功为　　　　J。
7.建筑工地的工人用如图所示的滑轮组来提升重物。已知重物重力G=900 N,不计绳重和摩擦,当绳子自由端的拉力F=400 N时,可将重物匀速提升2 m。在此过程中,拉力F做的功为　　　　J,滑轮组的机械效率为　　　;若将该滑轮组的机械效率提高5%,需要用此滑轮组提升　　　　N的重物。
8.(科学思维)(2024苏州中考)某起重机的滑轮组的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有用。
(2)钢丝绳的拉力F。
(3)滑轮组满载时的机械效率(结果保留一位小数)。
【详解答案】
课堂达标
1.D　2.900　1 200　300　3.D
4.A　
5.800　80%
6.解:(1)所做的有用功:
W有用=Gh=400 N×10 m=4 000 J。
(2)由图可知,承担物重的绳子段数n=2,动滑轮绳端移动的距离:
s=nh=2×10 m=20 m,
则工人所用拉力做的总功:
W总=Fs=250 N×20 m=5 000 J,
所以工人所用拉力的功率:
P===100 W。
(3)动滑轮的机械效率:
η===80%。
答:(1)所做的有用功为4 000 J;
(2)工人所用拉力的功率为100 W;
(3)动滑轮的机械效率为80%。
课后提升
1.D　解析:有用功和总功的比值叫作机械效率,只要使用机械,就必然会在机械上消耗一部分额外功,也就是说额外功总是存在的,所以有用功总是会小于总功,机械效率总是小于1,故A正确;在有用功一定时,减小机械内部摩擦可以少做额外功,也就是减少总功,所以机械效率会提高,故B正确;为了尽可能提高机械利用率,节约能源,往往要提高机械效率,达到机械利用的最佳效果,故C正确;机械效率是有用功与总功的比值,机械效率的大小与做功快慢无关,故D不正确。故选D。
2.C　解析:A.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,有用功W有用=
G物h,故甲、乙做的有用功一样多,故A错误。BCD.图甲使用的是动滑轮,拉力端移动距离s甲=2h;图乙使用的是定滑轮,拉力端移动距离s乙=h,不计绳重和摩擦,使用甲动滑轮时,拉力F甲=(G+G动),拉力做功W甲=F甲s甲=(G+G动)×2h=(G+G动)h,使用乙定滑轮时,拉力F乙=G,所以拉力做功W乙=F乙s乙=G×h=Gh<(G+G动)h,在相同时间内把质量相等的货物匀速提升到同一平台,甲做的总功多,乙做的总功少,所用时间相同,根据P=知,甲做总功的功率大;由A选项分析知甲、乙做的有用功一样多,但甲做的总功多,根据η=知,乙所用装置的机械效率高,综上分析知,C正确,B、D错误。故选C。
3.C　解析:由图可知,滑轮承担物重的绳子段数n=2,拉力端移动距离:s=2h=2×5 m=10 m,拉力F做功:W总=Fs=
1 000 N×10 m=1×104 J,故A错误;已知绳子末端的拉力F为1 000 N,则缠绕在动滑轮上每股绳的拉力都为
1 000 N,故B错误;拉力做的有用功:W有用=Gh=1 600 N×5 m=8×103 J,拉力做的额外功:W额外=W总-W有用=1×104 J-8×103 J=2×103 J,此过程中克服绳重和摩擦做的额外功W额1=500 J,提升动滑轮做的额外功:W额2=W额外-W额1=
2×103 J-500 J=1.5×103 J,由W=Gh可得,动滑轮的重力:G轮===300 N,故C正确;滑轮组的机械效率:η===80%,故D错误。故选C。
4.C　解析:A.由图可知,连接动滑轮绳子的段数n'=2,由于不计绳重、滑轮与轴之间的摩擦,所以,绳端的拉力F=(f+G动),由于f与G动的大小关系未知,所以无法比较F与f的大小关系,则使用该滑轮组不一定省力,故A错误;B.承担物重的绳子段数n'=2,所以拉力移动的距离为s拉=2s,拉力做的总功W总=Fs拉=2Fs,故B错误;C.由题意可知,物体运动时受到的摩擦阻力f=G,克服摩擦阻力做的功为有用功,则W有用=fs=Gs,绳端移动的距离:s绳=2s,拉力F做的总功:W总=Fs绳=2Fs,则额外功:W额外=W总-W有用=2Fs-Gs=(2nF-G)s,故C正确;D.滑轮组的机械效率:η===,故D错误。故选C。
5.2.52×104　3.6　1.08×104　2×103　7.2×103　解析:由图可知,动滑轮承担物重的绳子段数n=3,有用功W有用=Gh=4.2×103 N×6 m=2.52×104 J;钢丝绳移动的速度v====3.6 m/s;η===,所以拉力为F===2×103 N;拉力的功率为P=Fv=2×103 N×3.6 m/s=7.2×103 W,总功为W总=Fs=2×103 N×3×6 m=
3.6×104 J,额外功为W额外=W总-W有用=3.6×104 J-2.52×104 J=1.08×104 J。
6.80%　1 200　解析:由图可知,有3段绳子承担物重,则n=3。滑轮组的机械效率:η======80%;物体移动的距离:s物=v物t=0.2 m/s×100 s=20 m,拉力端移动的距离:s=
3s物=3×20 m=60 m,拉力做的功:W=Fs=20 N×60 m=1 200 J。
7.2 400　75%　1 200　解析:由图可知,承担物重的绳子段数n=3,则绳子自由端移动的距离s=nh=3×2 m=6 m,拉力F做的功W总=Fs=400 N×6 m=2 400 J,拉力做的有用功W有用=Gh=900 N×2 m=1 800 J,滑轮组的机械效率η===75%。不计绳重和摩擦,由F=(G+G动)可得,动滑轮的重力G动=nF-G=3×400 N-900 N=300 N,将该滑轮组的机械效率提高5%时,其机械效率为η'=80%,设提升重物的重力为G',因克服重物的重力所做的功为有用功,克服重物重力和动滑轮重力做的功为总功,所以,滑轮组的机械效率η'=====80%,解得G'=1 200 N。
8.解:(1)克服钢板重力做的功:
W有用=Gh=mgh=3 600 kg×10 N/kg×10 m=3.6×105 J。
(2)起重机的滑轮组做的总功:
W总===4.5×105 J,
由图可知,有四段绳子承重,则钢丝绳的拉力:
F====1.125×104 N。
(3)起重机的滑轮组做的额外功:
W额外=W总-W有用=4.5×105 J-3.6×105 J=9×104 J,
动滑轮的重力:
G动===9×103 N,
当载重最大时,其重力G'=m'g=5×103 kg×10 N/kg=5×104 N,
滑轮组满载时的机械效率:
η'===≈84.7%。
答:(1)克服钢板重力做的功W有用为3.6×105 J;
(2)钢丝绳的拉力F为1.125×104 N;
(3)滑轮组满载时的机械效率约为84.7%。