第4节 机械效率
第1课时 机械效率
@核心知识梳理
1.有用功、额外功和总功
（1）有用功：为了实现做功的目的，不用任何机械都必须要做的功叫作有用功，用 W有用 表示。
（2）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。
（3）总功：在使用机械时，所做的有用功与额外功的总和叫作总功，用W总表示。
注：区分有用功与额外功的关键是看做功需要达到什么目的。在同一做功过程中，目的不同，功的性质就不一样。
2.机械效率
（1）定义：物理学中，将 有用功 跟 总功 的比值叫作机械效率。
（2）计算公式：η＝。
（3）提高机械效率的主要办法是改进结构，使它更合理、更轻巧。减小由于摩擦、机械自重等带来的额外功输出。
注：机械效率的高低并不能决定使用机械是省力还是费力，效率高只说明有用功在总功中所占的比例大。机械效率高不一定省力。
@基础分点训练
知识点1 有用功、额外功和总功
1.小明值日时用水桶提水从一楼上到三楼，下列关于小明做功的说法中正确的是（ A ）
A.对水所做的功是有用功
B.对水所做的功是额外功
C.对桶所做的功是有用功
D.对水所做的功是总功
2.利用如图所示的滑轮，在粗糙水平面上匀速拉动物体，下列叙述正确的是（ C ）
A.重力做的功是有用功
B.拉力F1做的功是额外功
C.绳子自由端的拉力F做的功是总功
D.克服物体与地面间的摩擦力做的功是额外功
3.如图，用一个动滑轮把重90 N的沙袋从地面提到6 m高的脚手架上，所用的拉力是60 N，则此动滑轮提升沙袋所做的有用功为 540 J，额外功是 180 J。
知识点2 机械效率
4.（2023·连云港）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
5.（2023·丹东）如图所示，小潘用动滑轮将重为8 N的物体匀速提升，绳子自由端移动的速度为0.2 m/s，动滑轮的重力为2 N，忽略绳重和摩擦。下列说法正确的是（ D ）
A.经过5 s，物体被提升1 m
B.经过5 s，小潘做的有用功为5 J
C.小潘对绳子的拉力F大小为4 N
D.此过程中该动滑轮的机械效率为80％
6.用如图所示的两种方式，分别把相同的物体匀速提升相同的高度，不计绳重及摩擦。两图中拉力做功的大小关系为W甲 小于 W乙，机械效率的大小关系为η甲 大于 η乙。（均选填“大于”“等于”或“小于”）
7.如图所示，用滑轮组提起重900 N的物体，绳子自由端拉力F为400 N，物体在20 s内匀速上升了10 m。求：
（1）物体上升的速度；
（2）提起物体所做的有用功；
（3）滑轮组的机械效率。
解：（1）物体上升的速度：
v＝＝＝＝0.5 m/s；
（2）提起物体所做的有用功：
W有用＝Gh＝900 N×10 m＝9×103 J；
（3）由图可知，n＝3，则：
s绳＝3h＝3×10 m＝30 m，
提起物体所做的总功：
W总＝Fs绳＝400 N×30 m＝1.2×104 J，
该滑轮组的机械效率：
η＝×100％＝×100％＝75％。
易混易错 混淆功、功率和机械效率的关系
8.下列关于功、功率、机械效率的说法正确的是（ D ）
A.物体做功越多，功率一定越大
B.机器的功率越小，机械效率一定越低
C.功率不同的机器，做的功一定不相等
D.额外功与总功之比越小，机械效率一定越大
@中档提分训练
9.分别用杠杆、斜面和滑轮组将同一物体举升相同高度，做的有用功（ D ）
A.杠杆最多 B.斜面最多
C.滑轮组最多 D.一样多
10.利用如图所示的杠杆将重为3 N的物体缓慢匀速提高10 cm，手的拉力F为2 N，手移动的距离s为30 cm。则杠杆的机械效率为（ C ）
A.22％ B.33％
C.50％ D.67％
11.（2024·武威凉州区期末）如图，斜面AB和AC的粗糙程度相同、倾斜程度不同，将同一物体分别沿两个斜面以相同的速度拉到A点，F1＝F2，下列说法正确的是（ C ）
A.物体受到的滑动摩擦力大小相同
B.两个拉力做功相同
C.两个拉力做功的快慢相同
D.两个斜面的机械效率相同
12.如图显示的是甲、乙两机械的参数。甲、乙相比，甲的（ B ）
A.总功较大 B.有用功较小
C.额外功较大 D.机械效率较低
13.（2023·营口改编）如图所示，重100 N的物体A在F＝10 N的拉力作用下，3 s内沿水平地面匀速直线运动了1.5 m，不计绳和滑轮自重，滑轮组的机械效率为90％。下列说法正确的是（ A ）
A.绳自由端移动的速度为1 m/s
B.在此过程中所做的额外功为15 J
C.物体与地面间的滑动摩擦力为10 N
D.拉力F增大时，物体A受到地面的摩擦力一定变大
14.用如图甲所示的滑轮组提升重400 N的物体，已知拉力F为160 N，不计绳重和摩擦，物体和绳子自由端的运动情况如图乙所示。3 s内对物体做的有用功为 600 J，此滑轮组的机械效率为 83.3 ％（结果保留一位小数）。
15.如图，用滑轮组提升重物时，重400 N的重物在10 s内匀速上升了1 m。已知拉绳子的力F为250 N，不计绳重和摩擦，则提升重物的过程中：
（1）滑轮组的机械效率为多少？
（2）拉力F的功率是多少？
（3）如果重物的重力为900 N，则滑轮组的机械效率又为多少？
解：（1）有用功：
W有＝G物h＝400 N×1 m＝400 J，
由图可知，n＝2，则绳子自由端被拉下的距离：s＝nh＝2×1 m＝2 m，
拉力做的总功：
W总＝Fs＝250 N×2 m＝500 J，
滑轮组的机械效率：
η＝×100％＝×100％＝80％；
（2）绳子自由端下降的速度：
v＝＝＝0.2 m/s，
根据P＝＝＝Fv可知，拉力F的功率：P＝Fv＝250 N×0.2 m/s＝50 W；
（3）不计绳重和摩擦，根据公式F＝（G物＋G动）可知，动滑轮的重力：
G动＝nF－G物＝2×250 N－400 N＝100 N，
如果重物的重力为900 N，根据公式η＝×100％＝×100％＝×100％＝×100％可知，
滑轮组的机械效率：
η'＝×100％＝×100％＝90％。
第2课时 测量机械效率
@基础分点训练
1.如图所示，装修工人正在利用动滑轮和木框匀速向上搬运水泥。以下做法可以提高动滑轮机械效率的是（ C ）
A.提高拉动绳子的速度
B.将木框换成质量更大的金属框
C.换用更轻质的滑轮
D.减小每次木框中所装水泥的质量
2.在实际生产中，关于机械效率的说法正确的是（ A ）
A.机械效率总小于100％
B.机械效率可等于100％
C.机械效率越大，做功越快
D.同一滑轮组提升不同重物，机械效率不变
3.下列办法中，能提高如图滑轮组机械效率的是（ D ）
A.增大摩擦 B.增大定滑轮重力
C.增大动滑轮重力 D.增大被提升物体重力
4.在“测量滑轮组的机械效率”的实验中，实验小组用如图所示的装置进行了实验，实验数据记录如表所示。
实验次序 钩码所受的重力G/N 钩码上升的高度h/cm 拉力F/N 绳自由端移动的距离s/cm 机械效率η
1 2 10 0.8 30 83.3％
2 4 10 1.5 30
3 6 10 2.2 30 90.9％
4 6 15 2.2 45 90.9％
（1）实验过程中，应缓慢拉动弹簧测力计，使钩码竖直向上做 匀速直线 运动；
（2）如果在第一次实验时，忽略绳重和摩擦，可以计算出动滑轮的重为 0.4 N；
（3）第2次实验时所做的有用功为 0.4 J，滑轮组的机械效率是 88.9％ （结果精确至0.1％）；
（4）分析1、2、3次实验的数据可知，使用同一滑轮组提升重物时，重物所受重力越 大 （选填“大”或“小”），滑轮组的机械效率越高；分析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”）。
@中档提分训练
5.用下列方法匀速提升同一重物，若不计绳重及摩擦，每个滑轮的重力相同，其中机械效率最大的是（ C ）
6.如图，用滑轮组竖直向上提升重物，不计绳重和摩擦，下列措施能提高滑轮组机械效率的是（ B ）
A.增大动滑轮的重力
B.增大提升重物的重力
C.增大重物上升的高度
D.增大重物上升的速度
7.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）匀速提起相同的重物，所用的拉力分别为F1和F2，机械效率分别为η1和η2，不计绳重及摩擦，下列说法正确的是（ A ）
A.F1＞F2，η1＝η2 B.F1＜F2，η1＝η2
C.F1＜F2，η1＞η2 D.F1＞F2，η1＜η2
8.在“测量滑轮组机械效率”的实验中，小勇从如图所示的甲和乙两种滑轮组中选择一种进行多次实验，实验数据如表所示：
实验次序 钩码总重G/N 钩码上升高度h/m 测力计拉力F/N 测力计移动距离s/m 机械效率η
1 0.6 0.2 0.3 0.6 67％
2 0.9 0.2 0.4 0.6 75％
3 1.2 0.2 0.5 0.6
（1）实验中应竖直向上 匀速 拉动弹簧测力计，使钩码升高；
（2）根据表中数据，可以判断实验中所选择的是 甲 （选填“甲”或“乙”）滑轮组；
（3）根据表中数据，可以计算得出第3次实验的机械效率为 80％ ；
（4）比较这三次的实验数据，可以发现用同一个滑轮组提升重物，物重越大，滑轮组的机械效率越 高 （选填“高”或“低”）。
9.已知斜面的机械效率与斜面粗糙程度、倾斜程度有关。在探究“斜面的机械效率与斜面粗糙程度的关系”时，所用的实验装置如图所示。
（1）该实验还需要的测量工具是 刻度尺 ；
（2）拉动测力计时，拉力的方向应与斜面 平行 （选填“平行”或“不平行”）；
（3）实验时，保持斜面的倾斜角度不变，在粗糙程度不同的斜面上匀速拉动同一木块。用木板做斜面时拉力为F木；用铺上棉布的木板做斜面时拉力为F棉；用铺上毛巾的木板做斜面时拉力为F毛。实验表明三个拉力的大小关系为F木＜F棉＜F毛。则通过相关的计算可知：三个粗糙程度不同的斜面的机械效率为η木 ＞ η棉 ＞ η毛；（均选填“＞”“＝”或“＜”）
（4）在实验中，与匀速拉动木块比较，若加速拉动木块到斜面顶端，则测得的机械效率将 偏小 （选填“偏大”“偏小”或“不变”）。其原因是 重物重力和提升高度不变，有用功不变，加速拉动物体，弹簧测力计的拉力变大，斜面长度不变，拉力所做的总功偏大，机械效率偏小 。第4节 机械效率
第1课时 机械效率
@核心知识梳理
1.有用功、额外功和总功
（1）有用功：为了实现做功的目的，不用任何机械都必须要做的功叫作有用功，用 表示。
（2）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 表示。
（3）总功：在使用机械时，所做的有用功与额外功的总和叫作总功，用W总表示。
注：区分有用功与额外功的关键是看做功需要达到什么目的。在同一做功过程中，目的不同，功的性质就不一样。
2.机械效率
（1）定义：物理学中，将 跟 的比值叫作机械效率。
（2）计算公式：η＝。
（3）提高机械效率的主要办法是改进结构，使它更合理、更轻巧。减小由于摩擦、机械自重等带来的额外功输出。
注：机械效率的高低并不能决定使用机械是省力还是费力，效率高只说明有用功在总功中所占的比例大。机械效率高不一定省力。
@基础分点训练
知识点1 有用功、额外功和总功
1.小明值日时用水桶提水从一楼上到三楼，下列关于小明做功的说法中正确的是（ ）
A.对水所做的功是有用功
B.对水所做的功是额外功
C.对桶所做的功是有用功
D.对水所做的功是总功
2.利用如图所示的滑轮，在粗糙水平面上匀速拉动物体，下列叙述正确的是（ ）
A.重力做的功是有用功
B.拉力F1做的功是额外功
C.绳子自由端的拉力F做的功是总功
D.克服物体与地面间的摩擦力做的功是额外功
3.如图，用一个动滑轮把重90 N的沙袋从地面提到6 m高的脚手架上，所用的拉力是60 N，则此动滑轮提升沙袋所做的有用功为 J，额外功是 J。
知识点2 机械效率
4.（2023·连云港）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
5.（2023·丹东）如图所示，小潘用动滑轮将重为8 N的物体匀速提升，绳子自由端移动的速度为0.2 m/s，动滑轮的重力为2 N，忽略绳重和摩擦。下列说法正确的是（ ）
A.经过5 s，物体被提升1 m
B.经过5 s，小潘做的有用功为5 J
C.小潘对绳子的拉力F大小为4 N
D.此过程中该动滑轮的机械效率为80％
6.用如图所示的两种方式，分别把相同的物体匀速提升相同的高度，不计绳重及摩擦。两图中拉力做功的大小关系为W甲 W乙，机械效率的大小关系为η甲 η乙。（均选填“大于”“等于”或“小于”）
7.如图所示，用滑轮组提起重900 N的物体，绳子自由端拉力F为400 N，物体在20 s内匀速上升了10 m。求：
（1）物体上升的速度；
（2）提起物体所做的有用功；
（3）滑轮组的机械效率。
易混易错 混淆功、功率和机械效率的关系
8.下列关于功、功率、机械效率的说法正确的是（ ）
A.物体做功越多，功率一定越大
B.机器的功率越小，机械效率一定越低
C.功率不同的机器，做的功一定不相等
D.额外功与总功之比越小，机械效率一定越大
@中档提分训练
9.分别用杠杆、斜面和滑轮组将同一物体举升相同高度，做的有用功（ ）
A.杠杆最多 B.斜面最多
C.滑轮组最多 D.一样多
10.利用如图所示的杠杆将重为3 N的物体缓慢匀速提高10 cm，手的拉力F为2 N，手移动的距离s为30 cm。则杠杆的机械效率为（ ）
A.22％ B.33％
C.50％ D.67％
11.（2024·武威凉州区期末）如图，斜面AB和AC的粗糙程度相同、倾斜程度不同，将同一物体分别沿两个斜面以相同的速度拉到A点，F1＝F2，下列说法正确的是（ ）
A.物体受到的滑动摩擦力大小相同
B.两个拉力做功相同
C.两个拉力做功的快慢相同
D.两个斜面的机械效率相同
12.如图显示的是甲、乙两机械的参数。甲、乙相比，甲的（ ）
A.总功较大 B.有用功较小
C.额外功较大 D.机械效率较低
13.（2023·营口改编）如图所示，重100 N的物体A在F＝10 N的拉力作用下，3 s内沿水平地面匀速直线运动了1.5 m，不计绳和滑轮自重，滑轮组的机械效率为90％。下列说法正确的是（ ）
A.绳自由端移动的速度为1 m/s
B.在此过程中所做的额外功为15 J
C.物体与地面间的滑动摩擦力为10 N
D.拉力F增大时，物体A受到地面的摩擦力一定变大
14.用如图甲所示的滑轮组提升重400 N的物体，已知拉力F为160 N，不计绳重和摩擦，物体和绳子自由端的运动情况如图乙所示。3 s内对物体做的有用功为 J，此滑轮组的机械效率为 ％（结果保留一位小数）。
15.如图，用滑轮组提升重物时，重400 N的重物在10 s内匀速上升了1 m。已知拉绳子的力F为250 N，不计绳重和摩擦，则提升重物的过程中：
（1）滑轮组的机械效率为多少？
（2）拉力F的功率是多少？
（3）如果重物的重力为900 N，则滑轮组的机械效率又为多少？
第2课时 测量机械效率
@基础分点训练
1.如图所示，装修工人正在利用动滑轮和木框匀速向上搬运水泥。以下做法可以提高动滑轮机械效率的是（ ）
A.提高拉动绳子的速度
B.将木框换成质量更大的金属框
C.换用更轻质的滑轮
D.减小每次木框中所装水泥的质量
2.在实际生产中，关于机械效率的说法正确的是（ ）
A.机械效率总小于100％
B.机械效率可等于100％
C.机械效率越大，做功越快
D.同一滑轮组提升不同重物，机械效率不变
3.下列办法中，能提高如图滑轮组机械效率的是（ ）
A.增大摩擦 B.增大定滑轮重力
C.增大动滑轮重力 D.增大被提升物体重力
4.在“测量滑轮组的机械效率”的实验中，实验小组用如图所示的装置进行了实验，实验数据记录如表所示。
实验次序 钩码所受的重力G/N 钩码上升的高度h/cm 拉力F/N 绳自由端移动的距离s/cm 机械效率η
1 2 10 0.8 30 83.3％
2 4 10 1.5 30
3 6 10 2.2 30 90.9％
4 6 15 2.2 45 90.9％
（1）实验过程中，应缓慢拉动弹簧测力计，使钩码竖直向上做 运动；
（2）如果在第一次实验时，忽略绳重和摩擦，可以计算出动滑轮的重为 N；
（3）第2次实验时所做的有用功为 J，滑轮组的机械效率是 （结果精确至0.1％）；
（4）分析1、2、3次实验的数据可知，使用同一滑轮组提升重物时，重物所受重力越 （选填“大”或“小”），滑轮组的机械效率越高；分析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”）。
@中档提分训练
5.用下列方法匀速提升同一重物，若不计绳重及摩擦，每个滑轮的重力相同，其中机械效率最大的是（ ）
6.如图，用滑轮组竖直向上提升重物，不计绳重和摩擦，下列措施能提高滑轮组机械效率的是（ ）
A.增大动滑轮的重力
B.增大提升重物的重力
C.增大重物上升的高度
D.增大重物上升的速度
7.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）匀速提起相同的重物，所用的拉力分别为F1和F2，机械效率分别为η1和η2，不计绳重及摩擦，下列说法正确的是（ ）
A.F1＞F2，η1＝η2 B.F1＜F2，η1＝η2
C.F1＜F2，η1＞η2 D.F1＞F2，η1＜η2
8.在“测量滑轮组机械效率”的实验中，小勇从如图所示的甲和乙两种滑轮组中选择一种进行多次实验，实验数据如表所示：
实验次序 钩码总重G/N 钩码上升高度h/m 测力计拉力F/N 测力计移动距离s/m 机械效率η
1 0.6 0.2 0.3 0.6 67％
2 0.9 0.2 0.4 0.6 75％
3 1.2 0.2 0.5 0.6
（1）实验中应竖直向上 拉动弹簧测力计，使钩码升高；
（2）根据表中数据，可以判断实验中所选择的是 （选填“甲”或“乙”）滑轮组；
（3）根据表中数据，可以计算得出第3次实验的机械效率为 ；
（4）比较这三次的实验数据，可以发现用同一个滑轮组提升重物，物重越大，滑轮组的机械效率越 （选填“高”或“低”）。
9.已知斜面的机械效率与斜面粗糙程度、倾斜程度有关。在探究“斜面的机械效率与斜面粗糙程度的关系”时，所用的实验装置如图所示。
（1）该实验还需要的测量工具是 ；
（2）拉动测力计时，拉力的方向应与斜面 （选填“平行”或“不平行”）；
（3）实验时，保持斜面的倾斜角度不变，在粗糙程度不同的斜面上匀速拉动同一木块。用木板做斜面时拉力为F木；用铺上棉布的木板做斜面时拉力为F棉；用铺上毛巾的木板做斜面时拉力为F毛。实验表明三个拉力的大小关系为F木＜F棉＜F毛。则通过相关的计算可知：三个粗糙程度不同的斜面的机械效率为η木 η棉 η毛；（均选填“＞”“＝”或“＜”）
（4）在实验中，与匀速拉动木块比较，若加速拉动木块到斜面顶端，则测得的机械效率将 （选填“偏大”“偏小”或“不变”）。其原因是 。
