第2课时 测量机械效率
1．[2024·商南县期末]用如图所示的实验装置探究滑轮组的机械效率，下列说法正确的是( )
第1题图
A．实验时弹簧测力计可以在静止时读数
B．实验时不用刻度尺也可以测量出滑轮组的机械效率
C．滑轮组的机械效率与动滑轮重力的大小无关
D．同一滑轮组的机械效率随所挂钩码的重力增大而增大，最终可以达到100%
2．[2022·扬州]在测量滑轮组机械效率的活动中，装置如图所示，欲使所测机械效率提高，下列措施可行的是( )
第2题图
A．转轴加润滑油 B．增加提升高度
C．增大提升速度 D．减小物体质量
3．[2024·承德期末]在“测量滑轮组的机械效率”实验中，小丽用同一滑轮组提升不同的物体，如图甲、乙、丙所示，每个钩码重力相同，三次实验中弹簧测力计所用拉力分别为F1、F2、F3，甲、乙、丙三次实验中滑轮组的机械效率分别为η1、η2、η3.下列说法错误的是( )
第3题图
A．实验时，需要竖直向上匀速拉动弹簧测力计
B．实验需要的测量工具有弹簧测力计和刻度尺
C．F1＜F2＜F3
D．η1＞η2＞η3
4．[2024·金台区期末]用如图所示装置测量滑轮组的机械效率，部分实验数据如表所示：
第4题图
实验次序 钩码重力G/N 钩码上升高度h/cm 拉力F/N 绳子自由端移动距离s/cm 机械效率η
1 2.0 5 1.0 15 66.7%
2 4.0 5 1.8 15 74.1%
3 4.0 10 1.8 30 74.1%
4 6.0 5 2.5 15
(1)先用弹簧测力计测量物体的重力，弹簧测力计在使用前应在 (填“水平”或“竖直”)方向进行调零．
(2)实验过程中，缓慢竖直拉动弹簧测力计，使钩码向上做 运动．
(3)第4次实验时所做的有用功为 J，滑轮组的机械效率是 ．
(4)分析1、2、4次实验的数据可知，使用同一滑轮组提升重物时，重物重力越 (填“大”或“小”)，滑轮组的机械效率越高；分析2、3次实验的数据可知，滑轮组的机械效率与钩码上升的高度 (填“有关”或“无关”)．
(5)用滑轮组提升重物时，下列选项中也可提高机械效率的是 ．
A．换用更轻的动滑轮
B．加快提升物体的速度
5．小金用如图所示的实验装置测量杠杆的机械效率．实验时竖直向上拉动杠杆，使挂在杠杆下面的钩码缓缓上升(支点和杠杆的摩擦不计)．问：
第5题图
(1)重为5 N的钩码挂在A点时，人的拉力F为2.5 N，钩码上升0.15 m时，动力作用点C上升0.5 m，此时机械效率η1为 ．
(2)小金为了进一步研究杠杆的机械效率与哪些因素有关，仍用该实验装置，将钩码移到B点，再次缓慢提升杠杆使动力作用点C仍然上升0.5 m，拉力变为4 N，钩码上升0.3 m．实验测得，此时的机械效率η (填“＞”“＜”或“＝”)η1.请你进一步分析，简述此过程中杠杆效率变化的原因： ．
6．[2024·天山区校级二模]如图甲所示是某居民楼前的无障碍通道，一位中年人正用轮椅推着他年迈的母亲缓缓上行，如图乙所示是该通道斜面示意图．为了解中年人推轮椅时所用力的大小，小红和小华进行了探究．她们从斜面底端A点沿斜面确定了相距1 m处的B点．(g取10 N/kg)
第6题图
(1)使刻度尺“0”刻度线与水平地面对齐，正确测量B点高度，结果如图乙所示为 cm.
(2)选用车轮与轮椅相同材质、花纹的小车为研究对象，进行了如下操作：
①正确使用弹簧测力计，测出小车重为2.0 N；
②将弹簧测力计与斜面平行放置并 ，然后沿斜面方向匀速拉动小车，如图乙所示，弹簧测力计示数为 N；
③计算出将小车从A点拉到B点的过程中，拉力所做的功为 J；利用斜面将小车从水平地面提升到B点时的机械效率为 ．
(3)在小车上逐渐添加重物，测出小车的总重G，测出沿斜面匀速拉动小车需要的力，计算出拉小车从A点到B点所做的功W1；计算出竖直向上将小车从水平地面提升到B点所做的功W2.以功为纵坐标，以小车总重为横坐标，建立平面直角坐标系，作出W1和W2与小车总重G的关系图像，分别如图丙中的线段a和b.
①由图像可知：用该通道斜面提升物体时的机械效率与物重 (填“有关”或“无关”)；
②若这位母亲的质量为56 kg，所坐的轮椅质量为20 kg，则中年人用沿着通道斜面方向的力推轮椅匀速上坡时，力的大小为 N.第三节 机械效率
第1课时 功的原理 机械效率
1．[2023·淄博期末]关于功、功率和机械效率的说法正确的是( )
A．做功多的机械，功率一定大
B．机械效率高的机械，功率一定大
C．做功快的机械，功率一定大
D．机械效率高的机械，做功一定多
2．[2024·枣庄]如图所示，小明用滑轮组将重为400 N的货物在20 s内匀速提升了2 m，小明对绳子的拉力为250 N，不计绳重及滑轮上的摩擦．下列说法正确的是( )
第2题图
A．动滑轮的重力为50 N
B．滑轮组做的有用功为500 J
C．拉力F做功的功率为25 W
D．滑轮组的机械效率为80%
3．[2024·鹿邑县期末]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．若不计绳重和摩擦，G1∶G2＝1∶3，先后两次滑轮组的机械效率η1∶η2＝( )
第3题图
A．5∶6 B．6∶5 C．1∶3 D．3∶1
4．[2023·苏州一模]如图所示，小州分别使用甲、乙、丙三种机械匀速提升物体M(绳长不变)，测得物体M所受重力和拉力如表所示，则下列说法中正确的是( )
第4题图
GM F甲 F乙 F丙
9 N 10 N 10 N 10 N
A.使用图甲、乙、丙中的三种机械时，图丙中机械最省力
B．使用图甲、乙、丙中的三种机械时，图乙和图丙中机械都能省力
C．使用图甲、乙、丙中的三种机械时，它们的机械效率均相等
D．使用图甲、乙、丙中的三种机械时，图甲中的机械效率最大
5．[2023·牟平区期末]如图所示，用相同的滑轮绕成甲、乙两种装置，分别用力FA、FB匀速提升重力为GA、GB的两物体，不计绳重和摩擦，下列说法正确的是( )
第5题图
A．若GA＞GB，则η甲＞η乙
B．若GA＝GB，则η甲＞η乙
C．若FA＝FB，则GA＞GB
D．若FA＜FB，则GA＞GB
6．[2024·遂宁]修建房屋时，质量为60 kg的建筑工人使用滑轮组提升建材．他用竖直向下的拉力在15 s内将重为480 N的建材匀速提升了3 m，每个滑轮重20 N，不计滑轮摩擦和绳重，g取10 N/kg.下列结论正确的是( )
第6题图
A．工人拉动绳子的速度为0.2 m/s
B．工人对绳子拉力的功率50 W
C．此装置的机械效率为96%
D．若工人脚与地接触面积共400 cm2，则他对地的压强为1.5×104 Pa
7．[2024·邹平期末](多选)搬运工人为了将笨重的物体装进汽车车厢，常使用如图所示的装置把物体从斜面底端匀速推上顶端，已知斜面长5 m，高2 m，物体重1 000 N，沿斜面向上的推力为500 N，则下列判断正确的是( )
第7题图
A．物体在斜面上运动的过程中受3个力的作用
B．推力所做的功是2 500 J
C．斜面的机械效率为50%
D．物体受到斜面的摩擦力为100 N
8．[2024·烟台模拟](多选)如图甲、乙所示是由相同的滑轮装成的滑轮组，甲、乙两人分别用两装置在相等时间内将质量相等的重物匀速提升相同的高度，空气阻力、摩擦、滑轮和绳子的质量均不计，下列说法正确的是( )
第8题图
A．甲的拉力是乙的拉力的3倍
B．乙拉绳子的速度大小是甲拉绳子速度大小的2倍
C．甲拉力的功率大于乙拉力的功率
D．如果考虑滑轮质量，图甲装置的机械效率比图乙的要高
9．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，额外功在总功中所占的百分比为 %.
10．[2024·济南模拟]如图所示为某景区的盘山公路，汽车行驶过程中遇到陡坡时司机常常要换用低速挡，这样做是因为在发动机的输出功率一定时可以增大 ．一辆总重为1×105 N的汽车经过某一长为200 m的路段时，竖直高度上升了20 m，如果汽车的牵引力恒为2.5×104 N，此过程中盘山公路斜面的机械效率为 ．
第10题图
11．工人用如图甲所示的滑轮组运送建材上楼，每次运送量不定．滑轮组的机械效率随建材重力变化的图像如图乙所示，摩擦及绳重忽略不计，g取10 N/kg.若工人在1 min内将建材匀速竖直向上提升了12 m，作用在钢绳上的拉力为200 N，则拉力的功率为 ；当滑轮组的机械效率为80%时，运送建材的重力为 ．
第11题图
12．[2024·桐城期末]两个滑轮组成的滑轮组如图所示，用大小为10 N的拉力F拉动绳端，使物体在5 s内水平向左匀速滑动0.5 m，滑轮组的机械效率为90%，则拉力F的功率为 W，物体与地面间的摩擦力为 N.
第12题图
13．[2024·凤翔区模拟]小宁同学假期在工地上搬砖，他运用所学知识设计了如图所示的滑轮组，将重为280 N的物体匀速提升了2 m，用时10 s，已知他自身重为500 N，对绳子施加的拉力F＝200 N，两脚与地面接触的总面积S＝400 cm2.(不计绳重和摩擦)求此过程中：
(1)小宁未拉绳，静止站立在地面，对地面的压强为帕；
(2)拉力的功率为多少？
(3)求该滑轮组的机械效率；
(4)求小宁同学能够提升货物的最大物重是多少．
第13题图
14．为了输送物资到某高地，采用备有轻篮筐的气球，充满密度为ρ的气体后体积为V，筐里载有质量为m的重物(其体积与气球相比很小，可忽略)．气球在空气的浮力作用下开始匀速上升，到所需高度卸货后，被人用绳缓慢向下拉至地面，气球不漏气，空气的密度不随高度变化，恒为ρ0(大于ρ)，则该运送方式的效率为 ．(气球尺寸与上升高度相比可不计)第2课时 测量机械效率
1．[2024·商南县期末]用如图所示的实验装置探究滑轮组的机械效率，下列说法正确的是( B )
第1题图
A．实验时弹簧测力计可以在静止时读数
B．实验时不用刻度尺也可以测量出滑轮组的机械效率
C．滑轮组的机械效率与动滑轮重力的大小无关
D．同一滑轮组的机械效率随所挂钩码的重力增大而增大，最终可以达到100%
2．[2022·扬州]在测量滑轮组机械效率的活动中，装置如图所示，欲使所测机械效率提高，下列措施可行的是( A )
第2题图
A．转轴加润滑油 B．增加提升高度
C．增大提升速度 D．减小物体质量
3．[2024·承德期末]在“测量滑轮组的机械效率”实验中，小丽用同一滑轮组提升不同的物体，如图甲、乙、丙所示，每个钩码重力相同，三次实验中弹簧测力计所用拉力分别为F1、F2、F3，甲、乙、丙三次实验中滑轮组的机械效率分别为η1、η2、η3.下列说法错误的是( D )
第3题图
A．实验时，需要竖直向上匀速拉动弹簧测力计
B．实验需要的测量工具有弹簧测力计和刻度尺
C．F1＜F2＜F3
D．η1＞η2＞η3
4．[2024·金台区期末]用如图所示装置测量滑轮组的机械效率，部分实验数据如表所示：
第4题图
实验次序 钩码重力G/N 钩码上升高度h/cm 拉力F/N 绳子自由端移动距离s/cm 机械效率η
1 2.0 5 1.0 15 66.7%
2 4.0 5 1.8 15 74.1%
3 4.0 10 1.8 30 74.1%
4 6.0 5 2.5 15
(1)先用弹簧测力计测量物体的重力，弹簧测力计在使用前应在竖直(填“水平”或“竖直”)方向进行调零．
(2)实验过程中，缓慢竖直拉动弹簧测力计，使钩码向上做匀速直线运动．
(3)第4次实验时所做的有用功为0.3J，滑轮组的机械效率是80%．
(4)分析1、2、4次实验的数据可知，使用同一滑轮组提升重物时，重物重力越大(填“大”或“小”)，滑轮组的机械效率越高；分析2、3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(填“有关”或“无关”)．
(5)用滑轮组提升重物时，下列选项中也可提高机械效率的是A．
A．换用更轻的动滑轮
B．加快提升物体的速度
5．小金用如图所示的实验装置测量杠杆的机械效率．实验时竖直向上拉动杠杆，使挂在杠杆下面的钩码缓缓上升(支点和杠杆的摩擦不计)．问：
第5题图
(1)重为5 N的钩码挂在A点时，人的拉力F为2.5 N，钩码上升0.15 m时，动力作用点C上升0.5 m，此时机械效率η1为60%．
(2)小金为了进一步研究杠杆的机械效率与哪些因素有关，仍用该实验装置，将钩码移到B点，再次缓慢提升杠杆使动力作用点C仍然上升0.5 m，拉力变为4 N，钩码上升0.3 m．实验测得，此时的机械效率η>(填“＞”“＜”或“＝”)η1.请你进一步分析，简述此过程中杠杆效率变化的原因：有用功变大，额外功所占比例减小．
6．[2024·天山区校级二模]如图甲所示是某居民楼前的无障碍通道，一位中年人正用轮椅推着他年迈的母亲缓缓上行，如图乙所示是该通道斜面示意图．为了解中年人推轮椅时所用力的大小，小红和小华进行了探究．她们从斜面底端A点沿斜面确定了相距1 m处的B点．(g取10 N/kg)
第6题图
(1)使刻度尺“0”刻度线与水平地面对齐，正确测量B点高度，结果如图乙所示为9.00cm.
(2)选用车轮与轮椅相同材质、花纹的小车为研究对象，进行了如下操作：
①正确使用弹簧测力计，测出小车重为2.0 N；
②将弹簧测力计与斜面平行放置并校零，然后沿斜面方向匀速拉动小车，如图乙所示，弹簧测力计示数为0.3N；
③计算出将小车从A点拉到B点的过程中，拉力所做的功为0.3J；利用斜面将小车从水平地面提升到B点时的机械效率为60%．
(3)在小车上逐渐添加重物，测出小车的总重G，测出沿斜面匀速拉动小车需要的力，计算出拉小车从A点到B点所做的功W1；计算出竖直向上将小车从水平地面提升到B点所做的功W2.以功为纵坐标，以小车总重为横坐标，建立平面直角坐标系，作出W1和W2与小车总重G的关系图像，分别如图丙中的线段a和b.
①由图像可知：用该通道斜面提升物体时的机械效率与物重无关(填“有关”或“无关”)；
②若这位母亲的质量为56 kg，所坐的轮椅质量为20 kg，则中年人用沿着通道斜面方向的力推轮椅匀速上坡时，力的大小为114N.第三节 机械效率
第1课时 功的原理 机械效率
1．[2023·淄博期末]关于功、功率和机械效率的说法正确的是( C )
A．做功多的机械，功率一定大
B．机械效率高的机械，功率一定大
C．做功快的机械，功率一定大
D．机械效率高的机械，做功一定多
2．[2024·枣庄]如图所示，小明用滑轮组将重为400 N的货物在20 s内匀速提升了2 m，小明对绳子的拉力为250 N，不计绳重及滑轮上的摩擦．下列说法正确的是( D )
第2题图
A．动滑轮的重力为50 N
B．滑轮组做的有用功为500 J
C．拉力F做功的功率为25 W
D．滑轮组的机械效率为80%
3．[2024·鹿邑县期末]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．若不计绳重和摩擦，G1∶G2＝1∶3，先后两次滑轮组的机械效率η1∶η2＝( A )
第3题图
A．5∶6 B．6∶5 C．1∶3 D．3∶1
4．[2023·苏州一模]如图所示，小州分别使用甲、乙、丙三种机械匀速提升物体M(绳长不变)，测得物体M所受重力和拉力如表所示，则下列说法中正确的是( D )
第4题图
GM F甲 F乙 F丙
9 N 10 N 10 N 10 N
A.使用图甲、乙、丙中的三种机械时，图丙中机械最省力
B．使用图甲、乙、丙中的三种机械时，图乙和图丙中机械都能省力
C．使用图甲、乙、丙中的三种机械时，它们的机械效率均相等
D．使用图甲、乙、丙中的三种机械时，图甲中的机械效率最大
5．[2023·牟平区期末]如图所示，用相同的滑轮绕成甲、乙两种装置，分别用力FA、FB匀速提升重力为GA、GB的两物体，不计绳重和摩擦，下列说法正确的是( A )
第5题图
A．若GA＞GB，则η甲＞η乙
B．若GA＝GB，则η甲＞η乙
C．若FA＝FB，则GA＞GB
D．若FA＜FB，则GA＞GB
6．[2024·遂宁]修建房屋时，质量为60 kg的建筑工人使用滑轮组提升建材．他用竖直向下的拉力在15 s内将重为480 N的建材匀速提升了3 m，每个滑轮重20 N，不计滑轮摩擦和绳重，g取10 N/kg.下列结论正确的是( C )
第6题图
A．工人拉动绳子的速度为0.2 m/s
B．工人对绳子拉力的功率50 W
C．此装置的机械效率为96%
D．若工人脚与地接触面积共400 cm2，则他对地的压强为1.5×104 Pa
7．[2024·邹平期末](多选)搬运工人为了将笨重的物体装进汽车车厢，常使用如图所示的装置把物体从斜面底端匀速推上顶端，已知斜面长5 m，高2 m，物体重1 000 N，沿斜面向上的推力为500 N，则下列判断正确的是( BD )
第7题图
A．物体在斜面上运动的过程中受3个力的作用
B．推力所做的功是2 500 J
C．斜面的机械效率为50%
D．物体受到斜面的摩擦力为100 N
8．[2024·烟台模拟](多选)如图甲、乙所示是由相同的滑轮装成的滑轮组，甲、乙两人分别用两装置在相等时间内将质量相等的重物匀速提升相同的高度，空气阻力、摩擦、滑轮和绳子的质量均不计，下列说法正确的是( BD )
第8题图
A．甲的拉力是乙的拉力的3倍
B．乙拉绳子的速度大小是甲拉绳子速度大小的2倍
C．甲拉力的功率大于乙拉力的功率
D．如果考虑滑轮质量，图甲装置的机械效率比图乙的要高
9．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，额外功在总功中所占的百分比为10%.
10．[2024·济南模拟]如图所示为某景区的盘山公路，汽车行驶过程中遇到陡坡时司机常常要换用低速挡，这样做是因为在发动机的输出功率一定时可以增大牵引力．一辆总重为1×105 N的汽车经过某一长为200 m的路段时，竖直高度上升了20 m，如果汽车的牵引力恒为2.5×104 N，此过程中盘山公路斜面的机械效率为40%．
第10题图
11．工人用如图甲所示的滑轮组运送建材上楼，每次运送量不定．滑轮组的机械效率随建材重力变化的图像如图乙所示，摩擦及绳重忽略不计，g取10 N/kg.若工人在1 min内将建材匀速竖直向上提升了12 m，作用在钢绳上的拉力为200 N，则拉力的功率为80 W；当滑轮组的机械效率为80%时，运送建材的重力为800 N．
第11题图
12．[2024·桐城期末]两个滑轮组成的滑轮组如图所示，用大小为10 N的拉力F拉动绳端，使物体在5 s内水平向左匀速滑动0.5 m，滑轮组的机械效率为90%，则拉力F的功率为2W，物体与地面间的摩擦力为18N.
第12题图
13．[2024·凤翔区模拟]小宁同学假期在工地上搬砖，他运用所学知识设计了如图所示的滑轮组，将重为280 N的物体匀速提升了2 m，用时10 s，已知他自身重为500 N，对绳子施加的拉力F＝200 N，两脚与地面接触的总面积S＝400 cm2.(不计绳重和摩擦)求此过程中：
(1)小宁未拉绳，静止站立在地面，对地面的压强为帕；
(2)拉力的功率为多少？
(3)求该滑轮组的机械效率；
(4)求小宁同学能够提升货物的最大物重是多少．
第13题图
解：(1)小宁未拉绳，静止站立在地面，对地面的压力：F压＝G人＝500 N，
小宁对地面的压强：p＝＝＝1.25×104 Pa；
(2)由图可知n＝2，绳子自由端移动的距离：s＝nh＝2×2 m＝4 m，
拉力做的总功：W总＝Fs＝200 N×4 m＝800 J，
拉力做功的功率：P＝＝＝80 W；
(3)拉力做的有用功：W有＝Gh＝280 N×2 m＝560 J，
滑轮组的机械效率：η＝×100%＝×100%＝70%；
(4)因为不计绳重和摩擦时F＝(G＋G动)，
所以动滑轮的重力：G动＝nF－G＝2×200 N－280 N＝120 N，
小宁通过滑轮组向下拉绳子时的最大拉力：
F最大＝G人＝500 N，
因为不计绳重和摩擦时F＝(G＋G动)，所以小宁用该滑轮组能提起的最大物重：G最大＝nF最大－G动＝2×500 N－120 N＝880 N.
14．为了输送物资到某高地，采用备有轻篮筐的气球，充满密度为ρ的气体后体积为V，筐里载有质量为m的重物(其体积与气球相比很小，可忽略)．气球在空气的浮力作用下开始匀速上升，到所需高度卸货后，被人用绳缓慢向下拉至地面，气球不漏气，空气的密度不随高度变化，恒为ρ0(大于ρ)，则该运送方式的效率为．(气球尺寸与上升高度相比可不计)
解析：由ρ＝和G＝mg可得，气球内气体的重力G1＝m1g＝ρVg，气球受到的空气浮力F浮＝ρ0gV，由相互作用力知，气球对重物的拉力F＝F浮－G1＝ρ0gV－ρgV＝(ρ0－ρ)gV，设重物上升的高度为h，则该运送方式做的总功W＝Fh，有用功W有＝Gh＝mgh，所以该运送方式的效率η＝＝＝＝.
