12.4机械效率
学校:___________姓名:___________班级:___________考号:___________
一、单选题
1.下列说法中正确的是( )
A.机械做功越快,机械效率越高
B.做功时间越长,机械功率越大
C.功率大的机械比功率小的机械做功快
D.做功越多机械效率越高
2.建筑工地上,工人用如图所示的装置将重为300N的建材从地面匀速运送到离地面8m的高处,所用时间为40s。已知动滑轮重为40N,不计滑轮组的绳重和摩擦,下列说法正确的是( )
A.工人做的总功为2400J
B.工人拉力的功率为60W
C.此过程中该装置的机械效率约为88%
D.可以通过增加动滑轮个数的方法提高该装置的机械效率
3.下列说法中,正确的是( )
A.功率越大,机械效率也越大 B.做功越快,功率越大
C.功率越大,做功所需的时间越少 D.功率越大做的功也越多
4.用如图所示的滑轮组(不计绳重和绳子与滑轮的摩擦力),动滑轮的重力为15 N,把60 N的重物1 s内匀速提高1 m时,下列说法正确的是( )
A.机械效率为75%
B.绳子自由端向下移动速度为1 m/s
C.拉力做功的功率为37.5 W
D.绳子的拉力为37.5 N
5.如图所示,用400N的力将重为1000N的物体匀速提升2m,共用了10s,在此过程中(不计绳重与摩擦),下列说法正确的是( )
A.绳子自由端移动的速度大小为0.4m/s
B.以动滑轮为参照物,物体是运动的
C.滑轮组的机械效率大小约为40%
D.当所提重物的质量增大时,该滑轮组的机械效率将增大
6.用相同的滑轮和绳子分别组成如图所示的甲、乙两个滑轮组,绳子受的拉力分别为F1、F2,保持甲、乙两绳自由端的速度相同,把相同的物体匀速提升相同的高度,若不计绳重及轴处摩擦,下列说法正确的是
A.F1和F2大小不相等,滑轮组的机械效率相同
B.F1和F2大小不相等,F1和F2的功率相同
C.绳子自由端移动的距离不相等,物体运动的时间相同
D.绳子自由端移动的距离相等,F1和F2做的功相同
7.如图甲所示的履带式起重机可以用来吊装重型材料,其前端滑轮组的放大图如图乙所示。某次作业中,起重机将的物体匀速吊起高,绳端拉力F为,下列说法正确的是( )
A.绳端移动的距离为
B.起重机做的有用功为
C.滑轮组的机械效率为
D.若只让起重机做功的功率变大,其机械效率将变大
8.用一个定滑轮和一个动滑轮组成的滑轮组把重150N的物体匀速提升1m,不计摩擦和绳重,滑轮组的机械效率为60%。则下列选项错误的是( )
A.有用功一定是150J B.总功一定是250J
C.拉力大小一定是125N D.动滑轮重一定是100N
二、填空题
9.如图所示,斜面长5m,高1m,工人沿斜面方向用400N 的推力把重1600N的集装箱匀速推到车上,推力对集装箱做的功是 J,斜面的机械效率是 .
10.如图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1×105N的汽车经过某一长为200m的路段时,竖直高度上升了20m,如果汽车的牵引力恒为2.5×104N,此过程中盘山公路斜面的机械效率为 。
11.如图所示,将一个重为10N的木块沿倾角为30°斜面匀速向上拉至顶端,拉力为8N,斜面高5m,拉力做功为 J,木块所受的摩擦力为 N。
12.用如图所示的滑轮匀速提升重力G为50N的物体时,所用拉力F为120N,则此滑轮的机械效率为
三、作图题
13.用1225牛向下的拉力,通过机械效率为80%的滑轮组可以把重为4900牛的物体匀速提升起来.请画出这个滑轮组的装置图 .
四、实验题
14.【实验名称】测量滑轮组的机械效率。
用如下图所示的装置测量滑轮组的机械效率,部分实验数据如下表:
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 6 1.0 18 66.7
2 4.0 6 1.8 18 74.1
3 6.0 6 2.5 18
4 4.0 12 1.8 36 74.1
【数据分析】
(1)实验过程中,应沿竖直方向 拉动弹簧测力计;第1次实验时,钩码上升的时间为3s,此过程中,绳子自由端上升的速度为 m/s;
(2)第3次实验时所做的有用功为 J,滑轮组的机械效率是 %;
(3)分析第 次实验的数据可知,使用同一滑轮组提升重物时,重物的重力越大,滑轮组的机械效率越高;分析第2、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 ;
(4)机械效率是机械性能好坏的重要标志,结合生产生活实际,下列措施中可以提高机械效率的是_______(填字母)。
A.换用更轻的动滑轮 B.加快提升物体的速度 C.机械加润滑油
五、计算题
15.如图所示,用滑轮组匀速提起一个重为400N的物体,物体在5s内竖直上升了2m,人拉绳的力为250N,不计绳重及摩擦。
(1)对重物做的有用功是多少?
(2)人拉绳子做功的功率是多少?
(3)如果用此滑轮组匀速提升一个重为300N的物体,则拉力是多少?滑轮组的机械效率是多少?
六、综合题
16.如图所示,斜面长L=10 m,高h=4 m.用沿斜面方向的拉力F,将一个重物G为100 N的物体由斜面底部匀速拉到顶端B,运动过程中物体克服摩擦力做功100 J,求:
(1)拉力F的大小;
(2)斜面的机械效率;
(3)我们知道,使用任何机械都不能省工,若摩擦力为f,请根据功的原理推导。
《12.3机械效率》参考答案
题号 1 2 3 4 5 6 7 8
答案 C C B D D A C C
1.C
【详解】A.机械做功越快,说明机械的功率越大,和机械效率无关,故A错误;
B.功率是用来描述做功快慢的物理量,做功时间长和做功快慢没有直接关系,故B错误;
C.功率是用来描述机械做功快慢的物理量,所以功率大的机械比功率小的机械做功快,故C正确;
D.机械效率是用来描述有用功占总功的比值,所以做功越多机械效率并不一定越高,故D错误。
故选C。
2.C
【详解】A.由图可知,滑轮组的动滑轮绕2段绳,不计滑轮组的绳重和摩擦,拉力
绳子自由端移动的距离
s=nh=2×8m=16m
工人做的总功
W总=Fs=170N×16m=2720J
故A错误;
B.工人拉力的功率为
故B错误;
C.工人做的有用功为克服建材重力做的功,有用功
W有=Gh=300N×8m=2400J
此过程中该装置的机械效率
故C正确;
D.增加动滑轮的个数,可以增加动滑轮重,增大了额外功,所以会降低机械效率,故D错误。
故选C。
3.B
【详解】A.功率是表示物体做功快慢的物理量,机械效率是表示利用机械做功时,有用功与总功的比值,机械效率的大小与做功快慢无关,故A错误;
B.功率是表示物体做功快慢的物理量,功率越大,表示物体做功越快,故B正确;
C.功率是表示物体做功快慢的物理量,功率越大,表示物体做功越快,即表示物体做相同的功所用时间越少或物体在相同的时间内所做的功多,故C错误;
D.功率是表示物体做功快慢的物理量,功率越大,表示物体做功越快,即表示物体在相同的时间内做的功多,故D错误。
故选B。
4.D
【详解】A.根据题意可知提升重物做的有用功
W有用=Gh=60N×1m=60J
因为绳子承担重物的段数n为2,则拉力做的总功
则滑轮组的机械效率
故A错误;
B.因为绳子承担重物的段数n为2,所以绳子自由端向下移动的距离为物体上升高度的2倍,即2m,故绳子自由端向下移动速度是
故B错误;
C.拉力做功的功
故C错误;
D.因为n=2,所以绳子的拉力为
故D正确。
故选D。
5.D
【详解】A.由图可知,n=3,则绳端移动的距离
s=nh=3×2m=6m
则绳子自由端移动的速度
v==0.6m/s
故A错误;
B.若以动滑轮为参照物,由于所提的物体与动滑轮一起运动,它们之间没有发生位置的变化,则物体是静止的,故B错误;
C.拉力做的总功
W总=Fs=400N×6m=2400J
所做的有用功
W有=Gh=1000N×2m=2000J
滑轮组的机械效率
η=×100%≈83.3%
故C错误;
D.不计绳重与摩擦,由
η=
可知,当所提重物的质量增大时,其重力增大,滑轮组的机械效率将增大,故D正确。
故选D。
6.A
【详解】AB.不计绳重及摩擦,拉力
F(GG轮)
n1=3,n2=2,绳子受的拉力
F1(G物G轮),F2(G物G轮)
可得F1≠F2,∵动滑轮重相同,提升的物体重和高度相同,W额=G轮h,W有用=G物h,∴利用滑轮组做的有用功相同、额外功相同,总功相同,∵η,∴滑轮组的机械效率相同;已知甲、乙两绳自由端的速度相同,而拉力不同,由P=Fv知:拉力F1和F2的功率不相同,故A正确、B错误;
CD.∵绳子自由端移动的距离s=nh,n1=3,n2=2,提升物体的高度h相同,∴s1=3h,s2=2h,可见s1≠s2;物体上升速度不同,上升高度相同,所以所用时间不同,故CD错误。
故选A。
7.C
【详解】A.由图乙知,滑轮组承重绳子为3根,物体被匀速吊起5m高时,绳端移动的距离,故A错误;
B.起重机做的有用功,故B错误;
C.绳端拉力做的总功,滑轮组的机械效率,故C正确;
D.机械效率与功率无关;只让起重机做功的功率变大,其机械效率不变。故D错误。
故选C。
8.C
【详解】一个定滑轮和一个动滑轮组成的滑轮组,承重的绳子可能是两段,也可能是三段。若承担物重的绳子股数n为3,则物体做的有用功
由可得总功
所以额外功为
不计绳子重和摩擦,由可得动滑轮重
拉力的大小
若承担物重的绳子股数n为2,则物体做的有用功
由可得总功
额外功
当不计绳子重和摩擦, 由可得动滑轮重
拉力的大小
由以上计算可知,无论绳子段数为多少,对物体做的有用功都是150J,总功都是250J,动滑轮重都是100N,但拉力不同,故ABD正确,不符合题意;C错误,符合题意。
故选C。
9. 2000J 80%
【详解】推力对集装箱做的功是有用功,W有用=Gh=1600N×1m=1600J,
推力对集装箱做的总功W总=FS=400N×5m=2000J,
所以千斤顶的机械效率是
考点:总功、机械效率的计算
点评:直接利用W=Fs即可计算出推力所做的功;再利用W=Gh即可求出有用功;最后根据机械效率等于有用功与总功的比值即可求得
10. 牵引力 40%
【详解】[1]根据功率为
可知,在发动机的输出功率一定时,司机常常要换用低速挡,这样做可增大牵引力。
[2]此过程中盘山公路斜面的机械效率为
11. 80 3
【详解】[1][2]因为斜面的倾角为30°,斜面高为h=5m,所以斜面的长度为
s=2h=2×5m=10m
则拉力做的总功为
W总=Fs=8N×10m=80J
物体重力为G=10N,斜面高为h=5m,所以做的有用功为
W有用=Gh=10N×5m=50J
则额外功为
W额外=W总-W有用=80J-50J=30J
由W额外=fs可得,摩擦力的大小为
f===3N
12.83.3%
【详解】试题分析:由图示可知,拉力通过的距离是物体升高距离的1/2,所以可知滑轮的机械效率为η=nG/F=100N/120N=83.3%.
【考点定位】机械效率
13.见解析
【详解】机械效率为:
,即有5段拉动滑轮,故图为:
点睛:重点是滑轮组绕缉方法,关键是先根据机械效率计算出承担物重的绳子段数.
14.(1) 匀速 0.06
(2) 0.36 80
(3) 1、2、3 无关
(4)AC
【详解】(1)[1]实验过程中,应沿竖直方向匀速拉动弹簧测力计,此时系统处于动态平衡状态,测力计示数才等于拉力的大小。
[2]由表可知,第1次实验时,绳子自由端移动的距离为18cm,则绳子自由端上升的速度为
(2)[1]第3次实验时所做的有用功为
[2]总功为
则滑轮组的机械效率为
(3)[1]探究滑轮组的机械效率与重物的重力时,需要使用同一滑轮组提升重物,控制钩码上升高度相同,改变钩码重力,由表中数据可知,可以分析1、2、3次实验的数据。
[2]分析2、4次实验的数据,钩码的重力相同,钩码上升的高度不同,但机械效率相同,说明滑轮组的机械效率与钩码上升的高度无关。
(4)根据机械效率公式可知,提高机械效率的方法一为额外功一定时,增加有用功,即增加物重;方法二为有用功一定时,减少额外功,即换用轻质动滑轮或者加润滑油减小摩擦,故AC符合题意,B不符合题意。
故选AC。
15.(1)800J;(2)200W;(3)200N, 75%
【详解】(1)对重物做的有用功是
W有用=Gh=400N×2m=800J
(2)由图知道,使用滑轮组承担物重的绳子股数n=2,绳子移动的距离
s=2h=2×2m=4m
人拉绳子做的总功
W总=Fs=250N×4m=1000J
人拉绳子做功的功率是
(3)由知道,动滑轮重
G动=2F-G物=2×250N-400N=100N
所以,用此滑轮组匀速提升重为300N的物体时的拉力
由知道,此时滑轮组的机械效率是
答:(1)对重物做的有用功是800J;
(2)人拉绳子做功的功率是200W;
(3)用此滑轮组匀速提升一个重为300N的物体,则拉力是200N,滑轮组的机械效率是75%。
16.(1)50 N;(2)80%;(3)见解析
【详解】解:(1)有用功
W有=Gh=100N×4m=400J
总功
W总=W有W额=400J100J=500J
由W=Fs可得,拉力的大小
(2)斜面的机械效率
(3)拉力做的总功等于克服物体重力做的有用功加上克服摩擦力做的额外功,因此
W总=W有W额
即
FL=GhfL
整理可得
点睛:(1)知道物体的重力和斜面的高度,根据W=Gh求出有用功,然后加上物体克服摩擦力做的功即为拉力做的总功,又知道斜面的长度,根据W=Fs求出拉力的大小;(2)知道有用功和总功,根据求出斜面的机械效率;(3)总功等于有用功加上额外功,根据做功公式得出答案。