第2课时 机械效率的测量
【A层 基础必会】
考点一 测滑轮组的机械效率
1.小明在“测滑轮组机械效率”的实验中,用如图甲所示的滑轮组进行实验,实验数据如表所示:
序号 物重 G/N 物体 上升的 高度 h/cm 测力计 的大小 F/N 测力计 移动的 距离 s/cm 机械 效率η
1 2 5 0.9 15 74.1%
2 2 10 0.9 30 74.1%
3 4 10 1.7 30 78.4%
4 6 10 2.5 30
(1)在实验操作中应竖直向上 拉动弹簧测力计;
(2)分析表中数据,可知滑轮组的机械效率与物体上升的高度 ,与所提物体的重力大小 ;(均选填“有关”或“无关”)
(3)请用实验中所测量的物理量符号写出机械效率的表达式η= ,并算出第4次实验的机械效率为 ;
(4)如果换用图乙所示装置进行实验,把同一物体提升相同高度,需要做的额外功更 ,所以机械效率更 (均选填“大”或“小”)。
考点二 影响滑轮组机械效率的因素
2.滑轮组如图所示,想要提高此滑轮组的机械效率,下列做法中可行的是(不计绳重与摩擦) ( )
A.用更快的速度拉绳子
B.改变该滑轮组绳子的绕法
C.提升更重的物体
D.提升更轻的物体
3.(2024·南充中考)用四只完全相同的滑轮和两根相同的绳子组成如图所示的甲、乙两个滑轮组,将重450 N的货物匀速吊起2 m高。每只滑轮重为50 N,绳自由端的拉力的大小分别为F1和F2,若不计绳重和摩擦,F1 F2(选填“大于”“等于”或“小于”),甲滑轮组的机械效率为 。
4.(2024·河南中考)如图所示,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
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“=”)
【B层 能力提升】
6.(2024·广安中考) 房屋装修时,工人利用滑轮组提升物体。如图所示,已知物体的重力为800 N,在绳子自由端用500 N的力拉着物体在竖直方向上做匀速直线运动,物体被提升了3 m,该滑轮组的机械效率为 。如果要提高滑轮组的机械效率,可采用的措施有: (填写序号)
①增加物体的重力
②增加提升物体的高度
③减小动滑轮的重力。
7.(2024·徐州质检节选)如图所示是智慧小组“测滑轮组的机械效率”的实验装置,测得的实验数据如表所示。
实验次数 物重 G/N 物体上 升高度 h/m 拉力 F/N 绳端移 动距离 s/m 机械 效率η
1 1 0.1 0.6 0.3 55.6%
2 2 0.1 1.0 0.3 66.7%
3 4 0.1 1.8 0.3
(1)第3次实验中滑轮组的机械效率是 ;(结果保留一位小数)
(2)分析表中实验数据可知,同一滑轮组,物重 ,滑轮组的机械效率越高;
(3)若在第3次实验中,物体上升的速度为0.1 m/s,则拉力F的功率为 W;
(4)若动滑轮的自重为0.5 N,则第1次实验中,克服绳重以及摩擦做的功为 J;
(5)若想提高滑轮组的机械效率,除了(2)中的方法请你给智慧小组提出一个建议 。
8.小明和同学利用斜面搬运物体的过程中,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,他通过在斜面上拉动物体进行了探究(如图所示),测得的实验数据如表中所示:
实验 次数 斜面 倾斜 程度 物体 重 G/N 物体上 升高度 h/m 沿斜面 拉力 F/N 物体移 动距离 s/m 机械 效率 η
1 较缓 5.0 0.10 1.6 0.50 63%
2 较陡 5.0 0.15 2.2 0.50 68%
3 最陡 5.0 0.25 3.1 0.50
(1)沿斜面拉动物体时,应使其做 运动。
(2)根据表中的数据可求出第3次实验中拉力所做的有用功为 J,克服摩擦力所做的额外功为 J,斜面的机械效率是 。
(3)通过对上述实验数据的分析可知,斜面的省力情况与斜面倾斜程度的关系是:斜面越缓越 。
(4)通过对上述实验数据的分析,对斜面机械效率的问题可获得的初步结论是:在其他条件不变的情况下, 。
(5)实验完成后,小红提出了自己的猜想,斜面的机械效率还可能和斜面的 有关。
【C层 素养培优】
9. (2024·南京质检节选)用如图所示的实验装置测量杠杆的机械效率,实验时,竖直向上匀速拉动弹簧测力计,使挂在杠杆下面的钩码缓缓上升,不考虑摩擦。
(1)如图所示测力计的示数F为 N,钩码总重G为1.0 N,钩码上升高度h为0.1 m,测力计移动距离s为0.3 m,则杠杆的机械效率η1为 %;(结果保留一位小数)
(2)将三个相同的钩码悬挂在A点匀速提高时,杠杆的机械效率为η2,则η2 η1;(选填“>”“<”或“=”)
(3)将同一钩码分别悬挂在A、B两点匀速提高时的机械效率分别为ηA和ηB,则ηA ηB。(选填“>”“<”或“=”) 第4节 机械效率
第1课时 机械效率
【A层 基础必会】
考点一 有用功和额外功
1.小聪用桶从井里打水,小明从井里捞桶带上部分水,下列说法正确的是 (D)
A.二人对桶做的功都是额外功
B.二人对水做的功都是有用功
C.小聪对桶做的功是有用功
D.小明对桶做的功是有用功
2.(2024·崇左质检)甲从货架上拿起茶杯观赏,乙从桌面上端起盛茶水的茶杯喝茶,甲对茶杯做的是 有用 功,乙对茶杯做的是 额外 功。(均选填“有用”“额外”或“总”)
3.(2024·茂名质检)铁桶里装着沙子,小龙提着铁桶将沙子送到楼上,他对沙子所做的功叫 有用功 ,对铁桶做的功叫 额外功 。如果目的是送铁桶到楼上,则小龙对沙子做的功叫 额外功 。
考点二 机械效率的理解与计算
4.机械效率高的简单机械必定 (D)
A.越省力
B.有用功越多
C.越省距离
D.额外功占总功的比例小
5. (2024·连云港中考) 用如图所示滑轮组将重300 N的物体匀速提升1 m,拉力F大小为120 N,有用功为 300 J,滑轮组的机械效率为 83.3% 。
6.(2024·自贡中考)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% 。
7.如图所示,一根轻质木棒可以绕O点转动,在木棒的左端施加力F使木棒右端悬挂的重物P在5 s内匀速上升0.1 m,已知重物P的质量为9 kg,该过程中木棒的机械效率为90%,则使重物P上升所做的有用功为 9 J,力F所做总功为 10 J。(g取10 N/kg)
8.(2024·苏州质检)在小型建筑工地,常用简易的起重设备竖直吊运建筑材料,其工作原理相当于如图所示的滑轮组。重物G为4 000 N,拉力F为2 500 N,求在此过程中:(不计绳重和摩擦)
(1)滑轮组的机械效率。
(2)当再次提起一个物重为5 000 N的物体时,此时滑轮组的机械效率。
解:(1)由图可知n=2,滑轮组的机械效率为
η=====80%
(2)因为不计绳重和摩擦时F=,
所以动滑轮的重力为
G动=nF-G物=2×2 500 N-4 000 N=1 000 N,
因为不计绳重和摩擦,所以滑轮组的机械效率为
η'====≈83.3%
易错点 不能正确理解功率和机械效率的关系
9.(2024·泰州质检)功率、机械效率是衡量机械的两个指标,下列说法正确的是 (B)
A.减小摩擦一定能增大功率
B.机械效率一定小于100%
C.机械效率高的机械,功率一定大
D.机械效率高,做功一定多
【B层 能力提升】
10.(2024·大庆中考改编)如图所示,在75 N的拉力F作用下,用滑轮组将重为100 N的货物匀速提升,在10 s内货物竖直上升了2 m。下列说法正确的是 (B)
A.滑轮组做的有用功为150 J
B.拉力F的功率为30 W
C.滑轮组的机械效率为75%
D.拉力移动的速度为2 m/s
11.某同学将一箱书搬上楼,可以有两种方法:第一种是把所有书一起搬上楼;第二种是先搬一部分上楼,再搬剩下的部分。假设他上楼的速度相同,用这两种方法搬书的有用功分别为W1、W2,功率分别为P1、P2,机械效率分别为η1、η2,则W1 = W2,P1 > P2,η1 > η2。(均选填“>”“<”或“=”)
12.(2024·沧州质检)如图所示,在斜面上将一个质量为10 kg的物体匀速拉到高处,沿斜面向上的拉力为80 N,斜面长2 m、高1 m,把物体直接提升h所做的功作为有用功(g取10 N/kg)。下列说法正确的是 (D)
A.物体只受重力、拉力和摩擦力三个力的作用
B.做的有用功是120 J
C.此过程中斜面的机械效率为65%
D.物体受到的摩擦力大小为30 N
13.如图所示的滑轮组在拉力F的作用下,物体A以0.1 m/s的速度匀速直线运动了5 s。物体A受到的摩擦力为4.2 N,弹簧测力计示数为2 N,不计绳、弹簧测力计和滑轮重,则绳子自由端移动的距离为 1.5 m,拉力F的功率为 0.6 W,滑轮组的机械效率为 70% 。
14.(2024·苏州质检改编)用如图甲所示滑轮组匀速提升重24 N的重物,重物上升时高度随时间变化的图像如图丙所示,所用拉力F1=10 N(不计轮与轴间的摩擦及绳重),求:
(1)提升过程中的拉力做功的功率;
(2)滑轮组的机械效率η;
(3)如果将同样的滑轮组改用图乙绕线,提升同样重物,拉力F2为多少N
解:(1)由图丙可知,重物上升的速度为
v物===0.5 m/s,
由图甲可知,有效承担物重的绳子段数n=3,则绳子自由端移动的速度为
v=nv物=3×0.5 m/s=1.5 m/s,
所以提升过程中的拉力做功的功率为
P=F1v=10 N×1.5 m/s=15 W
(2)滑轮组的机械效率为η======80%
(3)不计轮与轴间的摩擦及绳重,根据
F=(G+G动),得动滑轮重力为
G动=nF1-G=3×10 N-24 N=6 N,
则将同样滑轮组改用图乙绕线,由图乙可知,有效承担物重的绳子段数n'=2,提升同样重物,拉力F2为F2=(G+G动)=×(24 N+6 N)=15 N
【C层 素养培优】
15.(思维拓展)(2024·镇江质检)如图所示的滑轮组,物体的重力为60 N,绳端拉力的功率为30 W,在拉力的作用下物体以40 cm/s的速度匀速上升5 s。拉力做的功为 150 J,滑轮组的机械效率为 80% ,若克服摩擦和绳重所做的功为总功的2%,则动滑轮的重力为 13.5 N。
点思路:滑轮组的额外功包括克服动滑轮重力做功和克服绳重和摩擦做功。第2课时 机械效率的测量
【A层 基础必会】
考点一 测滑轮组的机械效率
1.小明在“测滑轮组机械效率”的实验中,用如图甲所示的滑轮组进行实验,实验数据如表所示:
序号 物重 G/N 物体 上升的 高度 h/cm 测力计 的大小 F/N 测力计 移动的 距离 s/cm 机械 效率η
1 2 5 0.9 15 74.1%
2 2 10 0.9 30 74.1%
3 4 10 1.7 30 78.4%
4 6 10 2.5 30
(1)在实验操作中应竖直向上 匀速 拉动弹簧测力计;
(2)分析表中数据,可知滑轮组的机械效率与物体上升的高度 无关 ,与所提物体的重力大小 有关 ;(均选填“有关”或“无关”)
(3)请用实验中所测量的物理量符号写出机械效率的表达式η= ,并算出第4次实验的机械效率为 80% ;
(4)如果换用图乙所示装置进行实验,把同一物体提升相同高度,需要做的额外功更 大 ,所以机械效率更 小 (均选填“大”或“小”)。
考点二 影响滑轮组机械效率的因素
2.滑轮组如图所示,想要提高此滑轮组的机械效率,下列做法中可行的是(不计绳重与摩擦) (C)
A.用更快的速度拉绳子
B.改变该滑轮组绳子的绕法
C.提升更重的物体
D.提升更轻的物体
3.(2024·南充中考)用四只完全相同的滑轮和两根相同的绳子组成如图所示的甲、乙两个滑轮组,将重450 N的货物匀速吊起2 m高。每只滑轮重为50 N,绳自由端的拉力的大小分别为F1和F2,若不计绳重和摩擦,F1 大于 F2(选填“大于”“等于”或“小于”),甲滑轮组的机械效率为 90% 。
4.(2024·河南中考)如图所示,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
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“=”)
【B层 能力提升】
6.(2024·广安中考) 房屋装修时,工人利用滑轮组提升物体。如图所示,已知物体的重力为800 N,在绳子自由端用500 N的力拉着物体在竖直方向上做匀速直线运动,物体被提升了3 m,该滑轮组的机械效率为 80% 。如果要提高滑轮组的机械效率,可采用的措施有: ①③ (填写序号)
①增加物体的重力
②增加提升物体的高度
③减小动滑轮的重力。
7.(2024·徐州质检节选)如图所示是智慧小组“测滑轮组的机械效率”的实验装置,测得的实验数据如表所示。
实验次数 物重 G/N 物体上 升高度 h/m 拉力 F/N 绳端移 动距离 s/m 机械 效率η
1 1 0.1 0.6 0.3 55.6%
2 2 0.1 1.0 0.3 66.7%
3 4 0.1 1.8 0.3
(1)第3次实验中滑轮组的机械效率是 74.1% ;(结果保留一位小数)
(2)分析表中实验数据可知,同一滑轮组,物重 越大 ,滑轮组的机械效率越高;
(3)若在第3次实验中,物体上升的速度为0.1 m/s,则拉力F的功率为 0.54 W;
(4)若动滑轮的自重为0.5 N,则第1次实验中,克服绳重以及摩擦做的功为 0.03 J;
(5)若想提高滑轮组的机械效率,除了(2)中的方法请你给智慧小组提出一个建议 减小额外功,减小摩擦、定时润滑 。
8.小明和同学利用斜面搬运物体的过程中,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,他通过在斜面上拉动物体进行了探究(如图所示),测得的实验数据如表中所示:
实验 次数 斜面 倾斜 程度 物体 重 G/N 物体上 升高度 h/m 沿斜面 拉力 F/N 物体移 动距离 s/m 机械 效率 η
1 较缓 5.0 0.10 1.6 0.50 63%
2 较陡 5.0 0.15 2.2 0.50 68%
3 最陡 5.0 0.25 3.1 0.50
(1)沿斜面拉动物体时,应使其做 匀速直线 运动。
(2)根据表中的数据可求出第3次实验中拉力所做的有用功为 1.25 J,克服摩擦力所做的额外功为 0.3 J,斜面的机械效率是 80.6% 。
(3)通过对上述实验数据的分析可知,斜面的省力情况与斜面倾斜程度的关系是:斜面越缓越 省力 。
(4)通过对上述实验数据的分析,对斜面机械效率的问题可获得的初步结论是:在其他条件不变的情况下, 斜面越陡,机械效率越大 。
(5)实验完成后,小红提出了自己的猜想,斜面的机械效率还可能和斜面的 粗糙程度 有关。
【C层 素养培优】
9. (2024·南京质检节选)用如图所示的实验装置测量杠杆的机械效率,实验时,竖直向上匀速拉动弹簧测力计,使挂在杠杆下面的钩码缓缓上升,不考虑摩擦。
(1)如图所示测力计的示数F为 0.5 N,钩码总重G为1.0 N,钩码上升高度h为0.1 m,测力计移动距离s为0.3 m,则杠杆的机械效率η1为 66.7 %;(结果保留一位小数)
(2)将三个相同的钩码悬挂在A点匀速提高时,杠杆的机械效率为η2,则η2 > η1;(选填“>”“<”或“=”)
(3)将同一钩码分别悬挂在A、B两点匀速提高时的机械效率分别为ηA和ηB,则ηA < ηB。(选填“>”“<”或“=”)
点思路:(1)明确有用功、额外功、总功是关键。
①有用功:克服钩码重力做的功。
②额外功:克服杠杆自重所做的功。
③总功:弹簧测力计向上拉力做的功。
(2)将钩码的悬挂点从A点移至B点,掌握有用功、额外功、总功的变化情况。第4节 机械效率
第1课时 机械效率
【A层 基础必会】
考点一 有用功和额外功
1.小聪用桶从井里打水,小明从井里捞桶带上部分水,下列说法正确的是 ( )
A.二人对桶做的功都是额外功
B.二人对水做的功都是有用功
C.小聪对桶做的功是有用功
D.小明对桶做的功是有用功
2.(2024·崇左质检)甲从货架上拿起茶杯观赏,乙从桌面上端起盛茶水的茶杯喝茶,甲对茶杯做的是 功,乙对茶杯做的是 功。(均选填“有用”“额外”或“总”)
3.(2024·茂名质检)铁桶里装着沙子,小龙提着铁桶将沙子送到楼上,他对沙子所做的功叫 ,对铁桶做的功叫 。如果目的是送铁桶到楼上,则小龙对沙子做的功叫 。
考点二 机械效率的理解与计算
4.机械效率高的简单机械必定 ( )
A.越省力
B.有用功越多
C.越省距离
D.额外功占总功的比例小
5. (2024·连云港中考) 用如图所示滑轮组将重300 N的物体匀速提升1 m,拉力F大小为120 N,有用功为 J,滑轮组的机械效率为 。
6.(2024·自贡中考)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 。
7.如图所示,一根轻质木棒可以绕O点转动,在木棒的左端施加力F使木棒右端悬挂的重物P在5 s内匀速上升0.1 m,已知重物P的质量为9 kg,该过程中木棒的机械效率为90%,则使重物P上升所做的有用功为 J,力F所做总功为 J。(g取10 N/kg)
8.(2024·苏州质检)在小型建筑工地,常用简易的起重设备竖直吊运建筑材料,其工作原理相当于如图所示的滑轮组。重物G为4 000 N,拉力F为2 500 N,求在此过程中:(不计绳重和摩擦)
(1)滑轮组的机械效率。
(2)当再次提起一个物重为5 000 N的物体时,此时滑轮组的机械效率。
易错点 不能正确理解功率和机械效率的关系
9.(2024·泰州质检)功率、机械效率是衡量机械的两个指标,下列说法正确的是 ( )
A.减小摩擦一定能增大功率
B.机械效率一定小于100%
C.机械效率高的机械,功率一定大
D.机械效率高,做功一定多
【B层 能力提升】
10.(2024·大庆中考改编)如图所示,在75 N的拉力F作用下,用滑轮组将重为100 N的货物匀速提升,在10 s内货物竖直上升了2 m。下列说法正确的是 ( )
A.滑轮组做的有用功为150 J
B.拉力F的功率为30 W
C.滑轮组的机械效率为75%
D.拉力移动的速度为2 m/s
11.某同学将一箱书搬上楼,可以有两种方法:第一种是把所有书一起搬上楼;第二种是先搬一部分上楼,再搬剩下的部分。假设他上楼的速度相同,用这两种方法搬书的有用功分别为W1、W2,功率分别为P1、P2,机械效率分别为η1、η2,则W1 W2,P1 P2,η1 η2。(均选填“>”“<”或“=”)
12.(2024·沧州质检)如图所示,在斜面上将一个质量为10 kg的物体匀速拉到高处,沿斜面向上的拉力为80 N,斜面长2 m、高1 m,把物体直接提升h所做的功作为有用功(g取10 N/kg)。下列说法正确的是 ( )
A.物体只受重力、拉力和摩擦力三个力的作用
B.做的有用功是120 J
C.此过程中斜面的机械效率为65%
D.物体受到的摩擦力大小为30 N
13.如图所示的滑轮组在拉力F的作用下,物体A以0.1 m/s的速度匀速直线运动了5 s。物体A受到的摩擦力为4.2 N,弹簧测力计示数为2 N,不计绳、弹簧测力计和滑轮重,则绳子自由端移动的距离为 m,拉力F的功率为 W,滑轮组的机械效率为 。
14.(2024·苏州质检改编)用如图甲所示滑轮组匀速提升重24 N的重物,重物上升时高度随时间变化的图像如图丙所示,所用拉力F1=10 N(不计轮与轴间的摩擦及绳重),求:
(1)提升过程中的拉力做功的功率;
(2)滑轮组的机械效率η;
(3)如果将同样的滑轮组改用图乙绕线,提升同样重物,拉力F2为多少N
【C层 素养培优】
15.(思维拓展)(2024·镇江质检)如图所示的滑轮组,物体的重力为60 N,绳端拉力的功率为30 W,在拉力的作用下物体以40 cm/s的速度匀速上升5 s。拉力做的功为 J,滑轮组的机械效率为 ,若克服摩擦和绳重所做的功为总功的2%,则动滑轮的重力为 N。
