12.3 机械效率 同步讲义2024-2025学年人教版八年级物理下册（有答案）

第3节 机械效率
第1 课时 认识机械效率
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知识点一 有用功、额外功、总功
1.有用功：为了达到目的，无论是否使用机械，都必须要做的功，用 表示。
2.额外功：为了达到目的，由于机械自重和摩擦等因素的影响不得不多做的功，用 表示。
3.总功： 与 之和是总共做的功，叫做总功，用 表示。
4.总功、有用功和额外功的关系：
W总= 。
例1 卖茶杯的人，从货架上拿起茶杯；喝茶水的人，从桌面上端起盛茶水的茶杯，就两人克服茶杯重力做功的下列说法中正确的是 ( )
A.都是有用功
B.都是额外功
C.对喝茶的人而言是有用功
D.对卖茶杯的人而言是有用功
同步④武拓展
1.李玲同学值日时用水桶提水从一楼上到三楼，她做的有用功是 ( )
A.对桶所做的功
B.对水所做的功
C.对水和桶所做的功
D.对水、桶和人所做的功
知识点二 机械效率
1.概念：物理学中，将有用功与总功的 叫做机械效率。
2.公式: 。
注：(1)由于机械不可避免地要做额外功，有用功总是小于总功，所以机械效率总是小于1的。
(2)机械效率用百分数表示，只有大小，没有单位。
3.滑轮组的机械效率计算公式：
4.增大机械效率：增大 ，减小 。同一滑轮组提升的物重越重，机械效率 。
例2 体重为390 N的小明，由于找不到其他机械，他只好亲自动手用10 N 的竹筐将100 N重的沙子搬到3m 高的楼上。在此过程中，他做的有用功是 J，他的效率是 。
例3 小明利用如图所示的滑轮组将重为900 N的物体从一楼匀速提升的高度为15m，所用的拉力为 360 N，绳子自由端移动的速度为0.3m/s。求:
(1)拉力所做的功；
(2)拉力的功率；
(3)滑轮组的机械效率；
(4)在此基础上再加一个滑轮做动滑轮使用，组成一个新的滑轮组，提升相同的重物时，滑轮组的机械效率将如何改变 为什么
例4 下列有关机械做功、功率、机械效率的说法，正确的是 ( )
A.效率越高的机械，功率越大
B.做功越多的机械，功率越大
C.做有用功越多的机械，效率越高
D.功率越大的机械，做功越快
同步变式拓展
2.下列关于机械效率的说法正确的是 ( )
A.机械效率不可能达到100%
B.随着科学技术的发展，机械效率可能会大于100%
C.滑轮组的机械效率一定大于动滑轮的机械效率
D.杠杆的机械效率一定大于动滑轮的机械效率
3.下列说法中正确的是 ( )
A.机械效率越高，机械做功一定越快
B.做功越多的机械，机械效率一定越高
C.功率越大的机械，做功一定越多
D.做功越快的机械，功率一定越大
4.如图所示的滑轮组5s内将200 N的重物匀速提升了0.5m，绳子自由端的拉力 F 为150N，不计绳重和摩擦，则下列说法正确的是 ( )
A.绳子自由端移动了1.5m
B.动滑轮重50N
C.该滑轮组的机械效率是75%
D.拉力 F做功的功率为30 W
用如图所示的滑轮组拉动物体A，使物体A以0.2m/s的速度水平向左匀速运动10s，已知物体A 的重力为500 N，物体A 受到的摩擦力为120 N，绳子自由端拉力F的功率为30W，则绳子自由端移动的距离为 m，滑轮组的机械效率为
课时同步作业
第一阶 基础过关精练
1.一个滑轮组经改进后提高了机械效率，用它将同一物体匀速提升同样的高度，改进后与改进前相比( )
A.有用功减少，总功减少
B.有用功增加，总功增加
C.有用功不变，总功不变
D.有用功不变，总功减少
2.剪刀剪纸的机械效率为80%，这表示 ( )
A.若作用在剪刀的动力是1 N，则阻力是0.8 N
B.若作用在剪刀的阻力是1 N，则动力是0.8N
C.若作用在剪刀动力做功1J，则有0.2J的功用于剪纸
D.若作用在剪刀动力做功1J，则有0.8J的功用于剪纸
3.如图所示，利用滑轮组将重为80N的物体在30s内匀速提升3m，已知拉力F为50N，若不计绳重和摩擦，下列说法正确的是( )
A.绳端移动的速度为0.3m/s
B.滑轮组的机械效率为80%
C.拉力做功的功率为40 W
D.动滑轮重力为50 N
4.体重为60kg的工人利用如图滑轮组将一质量为80kg的重物A匀速提升1m，此时该滑轮组的机械效率为80%(不计绳重与摩擦，g取10 N/kg)，小明对此工作过程及装置作出了以下论断：
①动滑轮重为200 N
②此过程中，工人对绳的拉力做功1000 J
③重物匀速上升过程中，它的机械能增大
④若增大重物A 的质量，该工人用此滑轮组匀速拉起重物时，机械效率不可能达到90%
关于小明的以上论断 ( )
A.只有①③正确 B.只有②③正确
C.只有①②③正确 D.①②③④都正确
5.如图所示，搬运工人用滑轮将重为425 N的重物匀速提升4m，所用拉力为250 N，时间为20s，则此过程中有用功是 J，额外功是 J，拉力的功率是 W，滑轮的机械效率是 。
6.在一次实验探究活动中，小林用如图所示的滑轮组将重为2.7N的物体匀速提升了20cm用时2s，绳子自由端弹簧测力计的示数如图所示，则小林做的有用功为 J，滑轮组的机械效率为 %。
7.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W 、W ,功率分别为P 、P ,机械效率分别为η 、η ,则 W P ,η W ,P η 。(均选填“>”“<”或“=”)
8.建筑工地上，工人用如图所示的装置将重为500 N的建材从地面匀速送到6m 高处，所用拉力为300 N,时间为20s。(不计摩擦和绳重,g取10 N/ kg)求:
(1)工人做的有用功；
(2)工人做功的功率；
(3)此过程中该装置的机械效率；
(4)如果用这个滑轮组匀速提起400 N 的重物，需要用多大的拉力
9.工人用如图所示的装置在10s内将质量为45kg的货物匀速提升2m，此过程中拉力的功率为150W。(g取10 N/ kg)求:
(1)滑轮组的机械效率；
(2)拉力的大小；
(3)若工人用此装置匀速提升其他货物，测得拉力大小为500 N，额外功占总功的10%，此时工人提升货物的质量。
第二阶 能力拓展训练
10.如图所示，用滑轮组将重为6N的物体匀速提升10 cm，绳端的拉力 F 为2.5N，不计绳重和摩擦。下列说法正确的是( )
A.绳子自由端移动的距离为10cm
B.拉力所做的功为0.25J
C.滑轮组的机械效率为75%
D.若只增加所提物体的重力，则滑轮组的机械效率将增大
11.如图甲所示，用滑轮组提升重物M，拉力 F随时间t的变化关系如图乙所示，重物上升的速度v随时间t变化的关系如图丙所示。不计绳重及绳子与滑轮间的摩擦，已知在2~6s内，滑轮组的机械效率为80%。
(1)在0~6s内，若以动滑轮为参照物，重物M是 (选填“静止”或“运动”)的，重物M的机械能 (选填“变大”“变小”“不变”或“先变大后不变”)。
(2)滑轮组中的动滑轮重为 N。若将重物M的重力减小为450N，则提升重物匀速上升时，滑轮组的机械效率为 。
12.如图，工人利用滑轮组提升重为900 N 的物体A,所用拉力为 F,物体A 以0.2m/s的速度匀速上升，用时10s，此时滑轮组的机械效率为75%(不计绳重与摩擦)。工人质量为 60 kg，与地面的总接触面积为400cm 。求:(g取10N/ kg)
(1)该过程所做的有用功；
(2)该工人对地面的压强；
该工人用此滑轮组时的最大机械效率。
第 2 课时 测量滑轮组的机械效率
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知识点 实验：测量滑轮组的机械效率
1.实验原理: 。
2.所测物理量： 。
3.实验器材：滑轮组、 、 、 。
4.研究方法: 。
5.注意事项：必须 拉动弹簧测力计使钩码升高。
6.实验结论：同一滑轮组提升不同的重物到同一高度时机械效率 (选填“相同”或“不同”)，提升的重物越重，机械效率越 。
7.拓展：(1)影响滑轮组机械效率的主要因素有：物体的重力、动滑轮的重力、绳重及摩擦。
(2)提高滑轮组机械效率的方法：增加物重、减小动滑轮重、减小机械间的摩擦。
例1 某小组在“测滑轮组机械效率的实验”中得到的数据如表所示，实验装置如图所示。
实验 次数 钩码重力G/N 钩码上升高度h/m 绳端拉力 F/N 绳端移动距离s/m 机械效率η
1 4 0.1 2.7 0.2 74%
2 4 0.1 1.8 0.3 74%
3 8 0.1 3.1 0.3 86%
4 8 0.1 2.5 — —
(1)实验中应沿竖直方向 缓慢拉动弹簧测力计。
(2)小组同学发现实验过程中边拉动边读数，弹簧测力计示数不稳定，应该静止读数，你认为他的想法 (选填“正确”或“不正确”)，因为他没有考虑到 对滑轮组机械效率的影响。
(3)用丁图装置进行实验，得出表中第4 次实验数据，请将表中的两个数据填写完整。
(4)通过比较 (填实验次数的序号)两次实验数据得出结论：使用同一滑轮组提升同一重物时，滑轮组的机械效率与绳子段数无关。
(5)通过比较 (填实验次数的序号)两次实验数据得出结论：同一滑轮组提升重物时，物重越大，滑轮组的机械效率越高。
(6)通过比较3、4两次实验数据可得出结论：
。
例2 物理实验小组在测滑轮组机械效率的实验中得到的数据如下表所示，装置如图所示。
实验次数 钩码 G/N 钩码上升高度h/m 绳端拉 力F/N 绳端移动距离s/m 机械效率η
1 4 0.1 1.8 0.3 74.1%
2 4 0.1 1.6 0.4 62.5%
3 6 0.1 2.4
(1)实验中应沿竖直方向 缓慢拉动弹簧测力计，使钩码上升。
(2)小组同学用第1次实验中使用的装置做第3次实验，表中第3次实验中空缺的数据应为绳端移动距离 s = m，机械效率η= %。(结果精确到0.1%)
(3)如采用图丙装置，改变动滑轮重，提升同一物体进行多次实验，获得数据并绘制出如图丁所示的图象，分析可知：被提升物体所受的重力相同时，动滑轮越重，滑轮组的机械效率 (选填“越高”“不变”或“越低”)；分析图象中的A 点可知，被提升物体所受的重力为 N(忽略绳重和摩擦)。
(4)若每个滑轮的质量为100g，则第2次实验中克服摩擦力做的额外功为 J。(不计绳重,g取10 N/ kg)
(5)如图丙所示，将滑轮组换一种绕绳方法，提升相同的物体时，滑轮组的机械效率变小，试着分析原因： 。
(6)物理学中把机械对重物施加的力与人对机械施加的力的比值叫作机械效益MA，用于比较不同机械的省力程度。现用图甲所示滑轮组匀速提升重物，不计绳重和摩擦。则下列描述滑轮组的机械效率η与机械效益 MA、机械效益 MA 与物体重力G的关系图线中，可能正确的是 。
某同学在实验中损坏了弹簧测力计，无法测量钩码重力为8N时的机械效率，他认为可以利用现有的实验数据计算出动滑轮的重力，再利用 就可以计算出钩码重力为8 N时的机械效率，他的想法是 (选填“正确”或“错误”)的。
同步变式拓展
1.在“测量滑轮组的机械效率”的实验中，用同一滑轮组进行了三次实验(如图所示)，实验数据记录如下表。
实验次序 钩码重/N 钩码上升距离/ cm 弹簧测力计示数/N 弹簧测力计上升距离/ cm 机械效率
1 2 10 0.8 30 83.3%
2 4 10 1.5 30
3 6 10 30 90.9%
(1)在第2 次实验中滑轮组的机械效率为 。(结果精确到0.1%)
(2)第3次实验中弹簧测力计的示数未填，由图丙可知，弹簧测力计的示数为 N。
(3)分析数据可得结论，由同一滑轮组提升的物体越重，滑轮组的机械效率越 (选填“高”或“低”)，拉力所做的额外功将 (选填“增大”“不变”或“减小”)，你认为其原因是 。
(4)根据实验结论推测，使用该滑轮组再次将重8N的物体匀速提升10cm，此时滑轮组的机械效率可能为 (只填序号)。
A.71.6% B.82.6% C.92.4%
(5)为提高滑轮组的机械效率，下列措施可行的是 (多选)。
A.增加钩码的总重
B.增加提升钩码的高度
C.在滑轮转轴处涂润滑油
D.换用质量更小的动滑轮
2.在“测滑轮组机械效率”的实验中，小强按正确方法操作，如图所示是他实验中的情景，下表是他记录的一组数据。
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
2 0.05 0.4 0.15
(1)通过弹簧测力计提拉物体时要尽量做到 、 向上拉。
(2)由表中数据可计算出，滑轮组对钩码做的有用功为 J，人做的总功为 J。
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(3)对以上两个计算结果进行比较，其不合理之处是 ；结合测力计放大图，可知小强的错误是 。
课时同步作业
第一阶 基础过关精练
1.同一滑轮组，提升的重物越多，机械效率越 。提升相同重物时，滑轮组中动滑轮总重力越大，机械效率越 。滑轮组的机械效率与物体上升的高度、绳子移动的距离、物体上升的速度等 (选填“有关”或“无关”)。
2.在“测量滑轮组的机械效率”实验中，小丽用如图所示的同一滑轮组提升不同钩码的方法，分别做了甲、乙、丙3次实验，实验数据记录如下：
实验次数 钩码所受的重力G/N 提升高度h/m 拉力F/N 绳端移动的距离s/m 机械效率η
1 2 0.05 1.0 0.15 66.7%
2 4 0.05 1.7 0.15 78.4%
3 6 0.05 ① 0.15 ②
(1)实验中要竖直向上 拉动弹簧测力计，使钩码升高。
(2)由图丙中弹簧测力计可知编号①处数据应为 ，编号②处数据应为 。
(3)分析以上实验数据可以得出如下结论：同一滑轮组的机械效率主要与 有关。
(4)若将此滑轮组换一种绕绳方法，不计摩擦及绳重，提升相同的物体时，滑轮组的机械效率 (选填“变大”“变小”或“不变”)。
3.为了提高机械效率，小江和小北探究影响机械效率的因素，他们在同一次实验中选择了相同的滑轮，利用图甲和图乙装置进行实验，并把数据整理记录在表中。
实验次数 每个滑 轮重 G/N 钩码 重G/N 提升的 高度 h/m 有用功 W有/J 拉力 F/N 绳端移 动的 距离 s/m 总功 W总/J 机械效率η
1 0.7 1 0.1 0.1 0.6 0.3 0.18 56%
2 0.7 2 0.1 0.2 1.0 0.3 0.3 67%
3 0.7 2 0.2 0.4 1.0 0.6 0.6 67%
4 0.3 2 0.2 0.8 0.6 0.48
5 0.3 2 0.2 0.4 2.1 0.2 0.42 95%
(1)从测量数据可知，第 次是用图乙装置进行的实验，第4 次实验中有用功为 J，机械效率为 (结果保留整数)。
(2)比较1和2两次实验发现：在所用滑轮组一定时，提升的钩码 ，机械效率越高；比较3和4 两次实验发现：滑轮组的机械效率还与 有关；比较 两次实验发现：在所用滑轮组一定时，机械效率与提升钩码的高度无关。
(3)小江和小北进一步研究，根据表格中的数据得出结论：总功总是大于有用功与克服动滑轮重力的功之和，即 他们猜测影响机械效率的因素还有 。(答一种因素即可)
(4)实验表明：额外功越小，总功越接近有用功。进一步推理得出：假设没有额外功，总功等于有用功。可见使用任何机械都不省功。下列物理规律的得出运用了这种研究方法的是 。
A.平面镜成像的规律
B.牛顿第一定律
C.阿基米德原理
第二阶 能力拓展训练
4.小华用图甲装置探究滑轮组的机械效率，实验数据记录如表：
次数 钩码重/N 钩码上升距离/ cm 弹簧测力计示数/N 弹簧测力计上升 距离/ cm 机械效率
1 2 10 30 66.7%
2 3 10 1.4 30 71.4%
3 6 10 2.5 30
(1)根据表格中的数据画出图甲滑轮组的绕线。
(2)该实验的实验原理是 ，实验中应竖直向上 拉动弹簧测力计，第1次实验时弹簧测力计示数如图乙所示，拉力是 N。第3 次实验的机械效率为 。
(3)分析表格中数据可知，提高同一滑轮组的机械效率，可以采取的措施是 。
(4)根据实验结论推测，使用该滑轮组再次将重8 N的物体匀速提升10cm，此时滑轮组的机械效率可能为 (选填字母)。
A.71.6% B.82.4% C.92.1%
(5)若不计摩擦，在图甲装置的基础上，增加一个动滑轮，改为图丙所示的装置，提升同一物体，则滑轮组的机械效率 (选填“变大”“变小”或“不变”)。
5.为了将放置在水平地面上重G=100 N的重物提升到高处，小明同学设计了如图甲所示的滑轮组装置。当小明用如图乙所示随时间变化的竖直向下拉力 F拉绳时，重物的速度v和高度h随时间t变化的关系图象如图丙、丁所示。绳对滑轮的拉力方向均可看成在竖直方向。求：
(1)在2~3s内，拉力F的功率P 及滑轮组的机械效率η；
(2)在1~2s内,拉力F做的功W;
(3)若不计摩擦和绳重，绳子能承受的最大拉力是1500 N,小李体重500 N,他站在地面向下拉绳子使物体匀速上升，最大能提升多重的物体
第3节 机械效率
第1课时 认识机械效率
知识点一:1. W有 2. W额 3.有用功 额外功 W总
例1:D
【同步变式拓展】1. B
知识点二：1.比值 4.有用功 额外功 越高例2:300 20%
例3:(1)16200J (2)108W (3)83.3% (4)多加一个动滑轮，提升相同重物时，额外功增多，机械效率将变低。
例4:D
【同步变式拓展】2. A 3. D 4. D 5.6 80%
【课时同步作业】1. D 2. D 3. B 4. D 5.1 700 300100 85% 6.0.54 75 7.= > >
8.(1)3000J (2)180W (3)83.3% (4)250N
9.(1)60% (2)250N (3)135kg 10. D 11.(1)静止变大 (2)300 60% 12.(1)1 800 J (3)83%
第 2 课时 测量滑轮组的机械效率
知识点：1 2. G、F、s、h 3 .弹簧测力计 刻 度尺钩码 4.控制变量法 5.匀速竖直 6.不同 大例1:0.4 80% (1)匀速 (2)不正确 摩擦 (4)1、2(5)2、3 (6)不同滑轮组提升相同重物时，动滑轮越轻，滑轮组的机械效率越高(或不同滑轮组提升相同重物时，动滑轮越重，滑轮组的机械效率越低) 例2：(1)匀速 (2)0.383.3 (3)越低 3 (4)0.04 (5)弹簧测力计未重新调零(6)A (7)错误
【同步变式拓展】1.(1)88.9% (2)2.2 (3)高 增大摩擦力变大 (4)C (5)ACD 2.(1)匀速 竖直
(2)0.1 0.06 (3)有用功大于总功 读错了测力计的示数
【课时同步作业】1.高 低 无关 2.(1)匀速 (2)2.483.3% (3)物体重力 (4)不变
3.(1)5 0.4 83% (2)重力越大 动滑轮的重力 2、3(3)绳重或各种摩擦 (4)B 4.(1)图略 匀速 1.0 80.0% (3)提高物体的重力 (4)B
(5)变小 5.(1)300 W 83.3% (2)187.5J (3)1480N