4 机械效率
知识点1 有用功和额外功
1．从井中提水时，常常会发生吊水桶落入井里的事情。用物理知识分析下列说法，其中错误的是( A )
A．用吊水桶向上提水，人对桶和水做的功都是有用功
B．用吊水桶向上提水，人对桶做的功是额外功
C．吊水桶掉在井里，打捞水桶时桶里会带些水，这时人对水做的功是额外功
D．吊水桶掉在井里，打捞水桶时，人对桶做的功是有用功
2．(河北唐山月考)买茶杯的人从货架上拿起茶杯，喝茶水的人从桌面上端起茶杯，下列对两人克服茶杯重力做功的说法正确的是( D )
A．都是有用功
B．都是额外功
C．对喝茶的人来说是有用功
D．对买茶杯的人来说是有用功
3．要把重100 N的沙子从一楼运上三楼，现有如图所示的三种方法，根据图中给出的数据，试计算出三种方法所做的有用功是__600__J，其中做额外功最多的是__2_520__J。
三种方法的目的都是把沙子从一楼运到三楼，因此对沙子所做的功是有用功，W有＝Gh＝G沙·2h′＝100 N×6 m＝600 J。甲中人提桶将沙子从一楼运到三楼，克服人重和桶重做的功为额外功，乙中借助动滑轮和桶运沙子，克服动滑轮重和桶重做的功为额外功，丙中用动滑轮和口袋运沙子，克服动滑轮重和口袋重做的功为额外功。由图中给出的数据可以看出，甲做的额外功最多，W额＝(G桶＋G人)×2h′＝(20 N＋400 N)×6 m＝2 520 J。
知识点2 机械效率
4．(河北保定期末)小明在学习了功、功率和机械效率的知识后，总结了如下规律，你认为正确的是( C )
A．机械做功越快，机械效率越高
B．机械做功越多，机械效率越高
C．机械的功率越小，机械做功越慢
D．机械越省力，机械的功率越大
5．(四川绵阳模拟)小明用如图所示的动滑轮提水，已知空桶重40 N，水重100 N，小明拉绳子的拉力80 N，使水桶在4 s内匀速上升4 m。(不计绳重和轴摩擦)则下列说法正确的是( D )
A．小明做的有用功功率是70 W
B．小明做的功是320 J
C．动滑轮的机械效率为87.5%
D．动滑轮的机械效率为62.5%
6．(山东济南期末)在“测量滑轮组的机械效率”实验中，小明用同一滑轮组进行了三次实验(如图所示)，实验数据记录如表：
次数 钩码重/N 钩码上升 距离/cm ① 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 2.2 30 90.9%
(1)表格中①处应填写的内容为__弹簧测力计示数(拉力)/N__；第二次实验的机械效率为__88.9%__。
(2)分析以上实验数据可以得出结论：同一滑轮组的机械效率与__钩码(所提升物体)重力__有关；
(3)小明进一步分析三次实验发现，钩码重力越大，额外功越大，请用所学知识进行解释：__小明进一步分析三次实验发现，钩码重力越大，滑轮的轮与轴之间存在摩擦越大，额外功越大__。
(1)根据η＝＝＝＝，实验中需要用弹簧测力计测量拉力，故①为弹簧测力计示数(拉力)/N；第二次的机械效率为η＝＝＝×100%≈88.9%。(2)分析表格数据可知，三次实验机械效率不同是由于钩码(物)重力不同造成的。所以可以得出结论：同一滑轮组的机械效率与物体重力有关。(3)小明进一步分析三次实验发现，钩码重力越大，滑轮的轮与轴之间存在摩擦越大，额外功越大。
7．(西藏中考)建筑工地上工人用如图所示的装置提升重为760 N的物体。在拉力F作用下，物体在8 s内竖直匀速上升了2 m。如果动滑轮重为240 N，不计绳重和轴摩擦。求：
(1)物体上升的速度；
(2)滑轮组的有用功；
(3)滑轮组的机械效率。
解：(1)由于物体在8 s内竖直匀速上升了2 m，所以物体上升的速度v物＝＝＝0.25 m/s；
(2)滑轮组的有用功W有用＝F拉物s物＝G物s物＝760 N×2 m＝1520 J；
(3)滑轮组的额外功W额外＝F拉动滑轮s物＝G动滑轮s物＝240 N×2 m＝480 J
滑轮组的机械效率η＝×100%＝×100%＝×100%＝76%。
8．(河北唐山期末)关于功和机械效率，下列说法中正确的是( D )
A．完成同一项工作，有用功越少，机械效率越大
B．使用机械，要尽可能减小额外功，也可能让额外功为0
C．使用滑轮组提升物体，所用力越大，功率越大，机械效率越大
D．用机械做功时，有用功总是会小于总功，因此机械效率总是小于1
9．(山东济南高新区开学考试)如图甲，A、B是两个完全相同的物体，琴琴同学分别将A、B两物体拉到斜面顶端，对物体做功情况如图乙所示，请问对物体A做的有用功是__2__J，对物体B做的额外功是__0.5__J。
由图乙可知，对物体A做的总功为3 J，额外功为1 J，故对物体A做的有用功W有＝WA总－WA额＝3 J－1 J＝2 J；A、B是两个完全相同的物体，都拉到斜面顶端，故对物体B做的有用功和对物体A做的有用功相同；由图乙可知，对物体B做的总功为2.5 J，故对物体B做的额外功WB额＝WB总－W有＝2.5 J－2 J＝0.5 J。
10．(江苏徐州中考)如图所示，工人用动滑轮提起木箱，使用动滑轮可以__省力__。如果木箱重600 N，工人用400 N的力，将木箱匀速提高3 m，则有用功为__1800__J，动滑轮的机械效率为__75%__。
11．(山东菏泽中考)用如图所示的滑轮组将重540 N的建筑材料从地面拉到四楼，建筑材料上升10 m，绳端拉力为200 N(不计绳重和轴摩擦)，则动滑轮重__60__N，此过程该滑轮组的机械效率为__90%__。
12．(河北邢台模拟)在“测量滑轮组的机械效率”的实验中：
(1)小明用如图甲所示的滑轮组提升钩码，用手__匀速竖直向上__拉动弹簧测力计，使挂在动滑轮下的钩码缓缓上升。改变钩码的数量，重复操作，记录实验数据如下：
实验 序号 钩码重 量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 2.5 5 1.0 15 83.3%
② 4.0 5 1.5 15 88.9%
③ 5.5 5 2.0 15 91.7%
(2)通过对上表中实验数据分析，可得到结论：同一滑轮组，__所提重物越重__，滑轮组的机械效率越高；
(3)上表中第③次实验时，若钩码上升的速度为5 cm/s，则拉力的功率为__0.3__W；若静止时读数，F的大小应__小于__(选填“大于”“小于”或“等于”)2.0 N；
(4)小聪组装的实验装置如图乙所示，提升重为6 N的钩码时，拉力F的大小为3.2 N，他测得滑轮组的机械效率为__93.75%__；
(5)小聪也用如图甲所示的滑轮组提升重为7 N的钩码，并使钩码上升5 cm，在不计绳重及轴摩擦的情况下，滑轮组的机械效率应为__93.3__%。(结果保留一位小数)
(1)图甲中使用弹簧测力计要竖直匀速拉动，此时弹簧测力计处于平衡状态，这样测出的拉力才是物体被提升时的拉力。(2)从实验表格中可以看出，s与h的比值不变可知使用的都是同一滑轮组，实验时钩码的重力增大，机械效率也增大，因此滑轮组的机械效率与被提升物体的重力有关。使用同一滑轮组被提升物体的重力越大，机械效率越高。(3)第③次实验时，承担物重的绳子股数为n＝＝3，绳子自由端移动的速度为v绳＝nv物＝3×5 cm/s＝15 cm/s＝0.15 m/s，拉力的功率为P＝Fv＝2 N×0.15 m/s＝0.3 W；若静止时读数，因为在静止时拉力不克服摩擦力或克服较小的摩擦力，则测出的拉力偏小，即小于2.0 N。(4)图乙中，承担物重的绳子股数为2，提升重为6 N的钩码时，拉力F的大小为3.2 N，滑轮组的机械效率为η＝＝＝＝＝×100%＝93.75%。 (5)图甲中承担物重的绳子股数为3，由表格数据可知，甲图中动滑轮的重力G动＝nF1－G1＝3×1 N－2.5 N＝0.5 N，不计绳重及滑轮之间摩擦，用如图甲所示的滑轮组提升重为7 N的钩码，拉力为F′＝(G′＋G动)＝(7 N＋0.5 N)＝2.5 N，滑轮组的机械效率为η′＝＝＝×100%≈93.3%
13．(江苏苏州中考)某起重机的滑轮组结构示意如图所示，其最大载重为5 t。起重机将3600 kg的钢板匀速提升到10 m高的桥墩上，滑轮组的机械效率为80%。不计钢丝绳的重力和轴摩擦，g取10 N/kg。求
(1)克服钢板重力做的功W有用；
(2)钢丝绳的拉力F；
(3)滑轮组满载时的机械效率(保留一位小数)。
解：(1)克服钢板重力做的功为W有用＝Gh＝mgh＝3600 kg×10 N/kg×10 m＝3.6×105J；
(2)起重机的滑轮组做的总功为W总＝＝＝4.5×105J
由图可知，有四段绳子承重，则钢丝绳的拉力为F＝＝＝＝1.125×104 N；
(3)起重机的滑轮组做的额外功为W额外＝W总－W有用＝4.5×105 J－3.6×105 J＝9×104 J
动滑轮的重力为G动＝＝＝9×103 N
滑轮组满载时的机械效率为η最大＝＝＝×100%＝84.7%。
14．(科学态度与责任)龙门架综合训练器通常由两个竖立的柱子、一个位于顶部的横杆及左右各一组滑轮组成，小丽爸爸正用龙门架训练肌肉(如图)。
(1)在一次训练中，爸爸将20 kg的配重匀速提升了0.8 m，滑轮组的机械效率为80%，g取10 N/kg，则该机械做的总功为__200__J。若增加5 kg的配重，则机械效率为__83.3%__(结果保留一位小数)；(不计绳重)
(2)若想提高龙门架滑轮组的机械效率，可以怎么做？__若想提高龙门架滑轮组的机械效率，在一定的范围内，增大配重，加润滑油，或者采用轻质动滑轮__(任写一条)
(1)在一次训练中，爸爸将20 kg的配重匀速提升了0.8 m，则有用功为W有＝Gh＝20 kg×10 N/kg×0.8 m＝160 J，滑轮组的机械效率为80%，则该机械做的总功为W总＝＝＝200 J，则额外功为W额＝W总－W有＝200 J－160 J＝40 J，若增加5 kg的配重，则机械效率为η＝×100%＝×100%≈83.3%。(2)若想提高龙门架滑轮组的机械效率，在一定的范围内，增大配重，加润滑油，或者采用轻质动滑轮。4 机械效率
知识点1 有用功和额外功
1．从井中提水时，常常会发生吊水桶落入井里的事情。用物理知识分析下列说法，其中错误的是( )
A．用吊水桶向上提水，人对桶和水做的功都是有用功
B．用吊水桶向上提水，人对桶做的功是额外功
C．吊水桶掉在井里，打捞水桶时桶里会带些水，这时人对水做的功是额外功
D．吊水桶掉在井里，打捞水桶时，人对桶做的功是有用功
2．(河北唐山月考)买茶杯的人从货架上拿起茶杯，喝茶水的人从桌面上端起茶杯，下列对两人克服茶杯重力做功的说法正确的是( )
A．都是有用功
B．都是额外功
C．对喝茶的人来说是有用功
D．对买茶杯的人来说是有用功
3．要把重100 N的沙子从一楼运上三楼，现有如图所示的三种方法，根据图中给出的数据，试计算出三种方法所做的有用功是__ __，其中做额外功最多的是__ _ _。
三种方法的目的都是把沙子从一楼运到三楼，因此对沙子所做的功是有用功，W有＝Gh＝G沙·2h′＝100 N×6 m＝600 J。甲中人提桶将沙子从一楼运到三楼，克服人重和桶重做的功为额外功，乙中借助动滑轮和桶运沙子，克服动滑轮重和桶重做的功为额外功，丙中用动滑轮和口袋运沙子，克服动滑轮重和口袋重做的功为额外功。由图中给出的数据可以看出，甲做的额外功最多，W额＝(G桶＋G人)×2h′＝(20 N＋400 N)×6 m＝2 520 J。
知识点2 机械效率
4．(河北保定期末)小明在学习了功、功率和机械效率的知识后，总结了如下规律，你认为正确的是( )
A．机械做功越快，机械效率越高
B．机械做功越多，机械效率越高
C．机械的功率越小，机械做功越慢
D．机械越省力，机械的功率越大
5．(四川绵阳模拟)小明用如图所示的动滑轮提水，已知空桶重40 N，水重100 N，小明拉绳子的拉力80 N，使水桶在4 s内匀速上升4 m。(不计绳重和轴摩擦)则下列说法正确的是( )
A．小明做的有用功功率是70 W
B．小明做的功是320 J
C．动滑轮的机械效率为87.5%
D．动滑轮的机械效率为62.5%
6．(山东济南期末)在“测量滑轮组的机械效率”实验中，小明用同一滑轮组进行了三次实验(如图所示)，实验数据记录如表：
次数 钩码重/N 钩码上升 距离/cm ① 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 2.2 30 90.9%
(1)表格中①处应填写的内容为__ __；第二次实验的机械效率为__ __。
(2)分析以上实验数据可以得出结论：同一滑轮组的机械效率与__ __有关；
(3)小明进一步分析三次实验发现，钩码重力越大，额外功越大，请用所学知识进行解释：__ __。
7．(西藏中考)建筑工地上工人用如图所示的装置提升重为760 N的物体。在拉力F作用下，物体在8 s内竖直匀速上升了2 m。如果动滑轮重为240 N，不计绳重和轴摩擦。求：
(1)物体上升的速度；
(2)滑轮组的有用功；
(3)滑轮组的机械效率。
8．(河北唐山期末)关于功和机械效率，下列说法中正确的是( )
A．完成同一项工作，有用功越少，机械效率越大
B．使用机械，要尽可能减小额外功，也可能让额外功为0
C．使用滑轮组提升物体，所用力越大，功率越大，机械效率越大
D．用机械做功时，有用功总是会小于总功，因此机械效率总是小于1
9．(山东济南高新区开学考试)如图甲，A、B是两个完全相同的物体，琴琴同学分别将A、B两物体拉到斜面顶端，对物体做功情况如图乙所示，请问对物体A做的有用功是__ __J，对物体B做的额外功是__ __J。
10．(江苏徐州中考)如图所示，工人用动滑轮提起木箱，使用动滑轮可以__ __。如果木箱重600 N，工人用400 N的力，将木箱匀速提高3 m，则有用功为__ __J，动滑轮的机械效率为__ __。
11．(山东菏泽中考)用如图所示的滑轮组将重540 N的建筑材料从地面拉到四楼，建筑材料上升10 m，绳端拉力为200 N(不计绳重和轴摩擦)，则动滑轮重__ __N，此过程该滑轮组的机械效率为__ __。
12．(河北邢台模拟)在“测量滑轮组的机械效率”的实验中：
(1)小明用如图甲所示的滑轮组提升钩码，用手__ __拉动弹簧测力计，使挂在动滑轮下的钩码缓缓上升。改变钩码的数量，重复操作，记录实验数据如下：
实验 序号 钩码重 量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 2.5 5 1.0 15 83.3%
② 4.0 5 1.5 15 88.9%
③ 5.5 5 2.0 15 91.7%
(2)通过对上表中实验数据分析，可得到结论：同一滑轮组，__ __，滑轮组的机械效率越高；
(3)上表中第③次实验时，若钩码上升的速度为5 cm/s，则拉力的功率为__ __W；若静止时读数，F的大小应__ __(选填“大于”“小于”或“等于”)2.0 N；
(4)小聪组装的实验装置如图乙所示，提升重为6 N的钩码时，拉力F的大小为3.2 N，他测得滑轮组的机械效率为__ __；
(5)小聪也用如图甲所示的滑轮组提升重为7 N的钩码，并使钩码上升5 cm，在不计绳重及轴摩擦的情况下，滑轮组的机械效率应为__ __%。(结果保留一位小数)
13．(江苏苏州中考)某起重机的滑轮组结构示意如图所示，其最大载重为5 t。起重机将3600 kg的钢板匀速提升到10 m高的桥墩上，滑轮组的机械效率为80%。不计钢丝绳的重力和轴摩擦，g取10 N/kg。求
(1)克服钢板重力做的功W有用；
(2)钢丝绳的拉力F；
(3)滑轮组满载时的机械效率(保留一位小数)。
14．(科学态度与责任)龙门架综合训练器通常由两个竖立的柱子、一个位于顶部的横杆及左右各一组滑轮组成，小丽爸爸正用龙门架训练肌肉(如图)。
(1)在一次训练中，爸爸将20 kg的配重匀速提升了0.8 m，滑轮组的机械效率为80%，g取10 N/kg，则该机械做的总功为__ __J。若增加5 kg的配重，则机械效率为__ __(结果保留一位小数)；(不计绳重)
(2)若想提高龙门架滑轮组的机械效率，可以怎么做？__ __(任写一条)
