物理：第九章第五节提高机械的效率同步辅导与练习（沪科版第八年级）

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8．5 提高机械的效率同步测试
引例：要把重100N的沙子运上三楼．图8-68中画出了三种方法，请你思考：哪种办法最好，哪种办法最不好，为什么？
智 能 提 要
问：你知道产生额外功有哪些具体的原因吗？
答：（1）利用机械提升物体时，克服机械的自重、容器重等所做的功是额外功．
（2）克服机械的摩擦所做的功也是额外功．
但要注意：克服摩擦所做的功不都是额外功。例如用动滑轮拉水平地面是的物体，如图所示，克服物体受到的摩擦力f所做的功不是额外功而是有用功．
问：关于机械效率，应注意哪些问题？
答：应注意以下几点：
（1）机械效率总小于1，因为W有总小于W总．
（2）机械效率的高低取决于有用功和总功两个因 素，不能理解成：“有用功多，机械效率高”；或“总功大，机械效率低”．
（3）机械效率的高低与是否省力及大小无关．
（4）机械效率不是固定不变的．机械效率反映的是机械在一次做功的过程中有用功跟总功的比值，同一机械在不同次做功的过程中，提起物重不同，机械效率往往会不同．
智 能 拓 展
有关机械效率的计算，在近几年的中考中，主要考查滑轮组机械效率的计算，现将有关滑轮组机械效率 的计算归纳分析，以帮助同学们掌握此类计算题的一般解题方法．关于滑轮组机械效率 的计算，一般包括下列两种情形，即匀速竖直提升物体和匀速水平拉动物体．
一、匀速竖直提升物体
1．忽略摩擦及绳重，只考虑滑轮重．
设重物重G，动滑轮重G动，重物上升的高度为h，W有=Gh，克服动滑轮重力做的功即为额外功，即W额外=G动h，则W总=W有+W额外=（G+G动）h，．
2．同时考虑滑轮自重、绳重及摩擦．
．
计算时，确定绳子股数N很关键．若已知η、G、n、F四个量中的三个，可求得第四个量．
二、利用滑轮组匀速水平拉动物体
使用滑轮组水平拉动物体，拉力F与物体重力没有直接的关系，有用功W有≠Gh．设物体水平通过的距离s．则W有=fs，W总=F·ns，则：
．
若已知η、f、n、F四个量中的三个，可求得第四个量．
智 能 归 例
题型一 考查对有用功、额外功、总功的认识，并能利用公式进行简单的计算
例1 一个工人用如图8-69所示的滑轮组提起2000N的货物，所用的拉力是800N，绳子自由端被拉下4m，下列说法中正确的是　( )
A．总功是3200J，机械效率是40％
B．有用功是8000J，机械效率是40％
C．有用功是3200J，机械效率是62.5％
D．总功是3200J，机械效率是62.5％
闯关点拨 解本题的关键，一是确定承担物重的绳子股数，根据“截线法”知n=4；二是确定哪个是总功，哪个是有用功．
分析和解 W总=Fs=800N×4m=3200J，∵s=4h，∴h=
W有=Gh=2000N×1m=2000J，
．
答 选D
例2 某人用如图8-70所示的滑轮组（不计摩擦力）提升某一重物，所用拉力F为200N，若滑轮组的机械效率为80%。求（1）被提升的物重？（2）动滑轮重？
闯关点拨 可根据变形求得物重，因为不计摩擦，所以W额外=G轮h，故只要先求出额外功就可求得动滑轮重G轮．
解 (1)
∴
(2) 有
答 （1） 被提升的物重800N （2）动滑轮重200N
题型二 会测定滑轮组的机械效率，通过探究认识不同情况下滑轮组的机械效率不同，并能解释其中的原因
例1 芳芳和兰兰运用如图图8-71所示的实验装置测定了滑轮组的机械效率，在全班交流实验结果时，老师提出：如果各组所用滑轮和串绕绳子的方式不变，改变其它因素，是否会影响它的机械效率呢？大家积极思考，提出了各种猜想，概括起来有如下几种：
猜想1 可能与匀速提升的速度大小有关；
猜想2 可能与被提升的钩码重有关；
猜想3 可能与匀速提升的速度大小和被提升的钩码重都有关；
猜想4 可能与钩码被提升的高度有关。
芳芳和兰兰分别根据各自的猜想进行了探究，实验记录如下表。
（1）请帮助兰兰完成表中的一项计算；
（2）请根据她俩的实验记录，分别在表中写出探究结果。
（3）归纳她俩的实验探究，你所得的结论是：
闯关点拨 这是一道探究实验题，通过思考对问题提出猜想，进行实验探究，给出了新课程标准下怎样学、怎样教、怎样考的导向模式．
分析和解 兰兰的实验由记录可知机械效率．
由机械效率，而W总=W有+W额外．显然机械效率仅由W有占W总的比例所决定，而与匀速提升的速度大小无关．芳芳的实验记录表明在做相同的总功和相同的额外功的前提下改变提升速度，机械效率不变；兰兰的实验记录表明使用相同的滑轮和绳子的串绕方式，被吊重物越重，W有在W总中占的比例越大，机械效率就越高．
答 （1）83.3% （2）芳芳的探究结果：机械效率与匀速提升速度的大小无关；兰兰的探究结果：机械效率与被提升的钩码重有关（物重增大，机械效率提高）． （3）实验装置不变，机械效率与匀速提升物体的速度大小无关，与被提升的物重有关（物重增大，机械效率提高）．
例2 工人用如图8-72所示的滑轮组提升重物，不计绳重和摩擦。若工人用250N的力恰好能将重400N的物体竖直向上匀速提升，求：（1）该滑轮组此时的机械效率。（2）若用此滑轮组将重900N的物体竖直向上匀速提升2m，求拉力F在这一过程中所做的功。
闯关点拨 本题第（1）问比较简单，解第（2）问时能否仍用（1）中的机械效 率来求此时拉力F所做的功呢？
解
答 （1）该滑轮组此时的机械效率为80% （2）拉力F在这一过程中所做的功为2000J
题型三 会综合运用功、功率和机械效率的公式进行有关计算
例1 某工地用图8-73所示的滑轮组匀速提升质量为500kg的物体，在重物上升0.8m的过程中，拉力F的功率为2500W，此时滑轮组的机械效率为80%，求：
（1）滑轮组做的有用功（g取10N/kg）。
（2）重物上升的速度。
闯关点拨 有用功可以用公式W有=Gh求出，总功可用公式求得，利用公式
求出时间t，再利用求出重物上升的速度
解 （1）G=mg=500kg×10N/kg=5000N
W有=Gh=500N×0.8m=4000J
（2）
答 略
例2 如图8-74所示，某矿产工人用200N的水平拉力，抓紧绳子一端，沿水平地面匀速向右运动，在10s内将矿井里质量为32kg的物体提升4m．根据题给条件，请你计算出与本题相关的5个物理量，要求写出简要说明和结果．（g＝取10N／kg）
闯关点拨 这是一个一定一动的滑轮组问题，与其相关的问题一般 有：W有、W总、W额外、、s、P总、等，可根据题意选择相关的物理量求解．
解 （1）物体的重力G＝mg＝32kg×10N/kg=320N
（2）人运动速度ν＝
（3）拉力F做功W总＝FS＝200N×2×4m=1600J
（4）提升物体做功W有＝Gh＝320N×4m=1280J
（5）机械效率
（6）人做功的功率P＝
（7）人受地面摩擦力f＝F＝200N
（8）物体所受拉力F'＝G＝320N
例3 一辆汽车不小心开进了泥潭中，司机取来一套滑轮组欲将汽车从泥潭中拉出，如图8-75所示。若车重为 8×104N，汽车受到的阻力为车重的0.03倍，滑轮组的机械效率为80％，问：
（1）该司机至少需用多大的力才能将汽车从泥潭中拉出？
（2）若拉动汽车时，汽车前进的速度为0.1m/s，则司机做功的功率是多少？
闯关点拨 （1）用滑轮组将汽车匀速拉出泥潭的过程中，汽车对动滑轮的拉力等于汽车受到的阻力．克服汽车阻力做的功是有用功．拉力F做的功是总功．根据滑轮组的机械效率，可得η与F、F阻的关系，从而求出F．
（2）由于动滑轮是四股绳子承担拉汽车，所以当汽车速度为0.1m/s时，拉绳子的速度
υ=4×0.1m/s=0.4m/s．根据，可求拉力做功的功率．
解 （1）汽车受到的阻力F阻=0.03G车=0.03×8×104N=2.4×103N．
假设汽车移动s，则对汽车做的有用功W有=F阻s．
根据，得．
（2）由于四股绳子绕过动滑轮，所以汽车以0.1m/s的速度前进时，拉力F拉绳子的速度是4×0.1m/s=0.4m/s．在1s内，司机用力F拉绳子做的功是
W=Fs=750N×0.4m/s×1s=300J．所以
（也可以根据．司机拉力做功的功率）
智 能 训 练
基础知识训练
1．一台起重机将重5000N的货物提高2m，如果额外功是2500J，则起重机做的有用功
是　　　　　J，该起重机的机械效率是　　　　　。（题型一）
2．如图8-76所示，在不计绳重和摩擦的情况下，用动滑轮把重40N的物体匀速提高2m，所用的拉力为25N，则拉力做功是________J，动滑轮的机械效率是______；果把重100N的物体匀速提升相同高度，则这个动滑轮的机械效率将_________。（填“变大”、“变小”或“不变”）（题型二）
3．各种机械在使用时产生额外功的原因不完全相同，要根据具体情况具体分析。具体分析图8-77三种做功情况(没滑轮规格相同)，产生额外功最多的应是 图。若钩码(m=50g)在三种情况中均被提高1米，各种情况机械做的有用功均为 ，由此可判断出 图的机械效率最大。 （题型一）
4．关于机器的功率，下列说法中正确的是（　　　　）（题型一）
A．机器的功率越小，做功越慢
B．机器的功率越大，做功越多
C．机器的功率越小，机械效率越低
D．机器的功率越大，做的有用功越多
5．如图8-78所示，用一动滑轮把100N的沙子匀速提到3m高处，作用在绳末端的拉力为60N，则滑轮组的机械效率为 ( ) （题型一）
A．30％ B．60％ C．83．3％ D．120％
6.下列机械效率的说法正确的是（ ）（题型一）
A．机械效率可以提高到100% B．机械效率总小于1
C．功率大的机械机械效率高 D．机械效率越高,有用功就越多
7．在测定滑轮组的机械效率的实验中，朱钢同学手拉弹簧测力计使钩码向上缓缓做　　　　　　　　　　　　　　　　运动，并将一组实验数据填入下表，请你完成实验表格。
拉力F(N) 钩码重G（N） 测力计线端提升的距离s（m） 钩码上升的高度h（m） 有用功W有（J） 总功W总（J） 机械效率η
0.34 0.98 0.4 0.1
仍用同一滑轮组，增加悬挂的钩码数，则滑轮组的机械效率将　　　　　（“增大”、“不变”、“减小”）。（题型二）
8．用一个动滑轮把重100N的物体提高了9m，所用的拉力为60N。求：
①有用功W有=？②总功W总=？③动滑轮的机械效率η=？（题型一）
9．如图8-79所示，某人用机械效率为80％的滑轮组匀速提升重120N的物体，在 2s内，绳的自由端移动了6m．求：
（1）物体上升的高度和速度．
（2）人的拉力为多大？
（3）人所做的额外功是多大？（题型一）
综合提高训练
1．如图8-80所示，某人在lmin内用40N的力，把重100N的物体匀速提高9m，此人做功的功率是 W，滑轮组的机械效率为 。（题型一）
2．用一个动滑轮提起重96N的物体(绳重与摩擦不计)，所用的拉力为60N，则动滑轮的机械效率为________．若用此动滑轮提起重200N的物体，则拉绳子的速度为______时，拉力的功率为22．4W，这时的机械效率为______。（题型三）
3．如图8-81所示，用滑轮组拉着一只木块P沿水平面以0. 5m/s的速度匀速向右运动，此时弹簧测力计的读数为4N。若每只滑轮重1N，绳与滑轮间的摩擦不计，则该滑轮组的机械效率为＿＿＿＿，在2s内拉力F做的功为＿＿＿＿J。（题型三）
4．使用机械时，若额外功小于有用功，则该机械的机械效率( ) （题型一）
A．大于0．5 B．小于0．5 C．大于1 D．等于0．5
5．用如图8-82所示的滑轮组，将重为10N的物体匀速提升0.1m，拉力F = 6N，在这一过程中，下列说法正确的是( )（多选题）（题型一）
A. 所做的有用功为1J B．所做的额外功为0．5J
C．所做的总功为1．2J D．此滑轮组的机械效率为50％
6．如图8-83所示，是工人师傅往高处运送货物的两种方法。物重均为500N，滑轮重均为10N，不计摩擦和绳重，下列说法正确的是 （ ）（题型一）
A．甲图中的拉力等于乙图中的拉力
B．甲图中的拉力小于乙图中的拉力
C．甲图中的机械效率小于乙图中的机械效率
D．甲图中的机械效率大于乙图中的机械效率
7．测滑轮组的机械效率，先用调节好的天平测动滑轮的质量，当右盘中砝码及游码位置如图8-84所示时，天平重新平衡。然后照图8-85那样安装好滑轮组，记下钩码及弹簧秤的位置。拉动弹簧秤使重为G的钩码升高，读出弹簧秤的示数F，用刻度尺分别测出钩码提升的高度h和弹簧秤移动的距离s，记录数据。（题型二）
　　（1）动滑轮的质量m＝__________g。Fs表示__________功。
　　（2）使钩码升高的过程中应向上__________拉动弹簧秤；不考虑绳子的伸长，S＝__________h。
　 （3）用式子η＝计算机械效率的条件是__________，它比用η＝计算出的结果__________ （填：“偏大”、“相同”或“偏小”）。
　　（4）保持此装置不变，将提升的钩码增加为2G，滑轮组的机械效率将__________。（填：“增大”、“不变”或“减小”）
　　
8．一个人用滑轮组匀速提升重G＝128N的物体，滑轮组的机械效率为80%，在4s内，人用F＝40N的力拉绳端移动4m。（题型三）
（1）计算出物体上升的高度是多少m
（2）在图8-86中画出这个滑轮组的绕线。
（3）计算出有用功的功率是多少
9．某人用如图8-87所示的滑轮组匀速提升500N的重物，所用的拉力F为300N，绳子自由端被拉下2m，在此过程中，求：
①拉力F所做的功；②滑轮组的机械效率；③滑轮组中动滑轮的重（不计摩擦和绳重）。（题型一）
10．一个工人用图8-88所示的滑轮组提升2000N的货物，所用拉力600N，绳子自由端4s内拉下4m，不考虑绳重和摩擦，求：
(1)有用功和总功率；
(2)机械效率；
(3)若用此滑轮组提升3200N的货物，所需拉力为多少 （题型三）
参考答案
基础知识训练 1．5000 66.7 % 2．100 80% 变大
3．丙 0.5J 甲
4．A 5．C 6．B
7．0.098 0.136 72.1% 增大
8．①900J ②1080J ③83.3%
9．（1）h= υ物=
（2）
∴
综合提高训练 1．18 83.3%
2．80% 0.2m/s 89.3% 析：
∵F= ∴
则
3．80% 5 4．A 5．A、C 6．D
7．（1）19.8 总 （2）匀速 3　 （3）不计摩擦及绳重 偏大 　（4）增大
8．W总＝F·s＝40N×4m=160J W有＝W总·η＝160J×80%＝128J
（1）∵h＝　　 ∴n＝＝4（根）
（2）正确画出绕线（如图8-7所示）
（3）P有＝＝32W
9．（1）拉力F所做的功
（2）重物上升的高度
滑轮组的机械效率
（3）由于不计摩擦及绳重，所以动滑轮的重
10．(1)由滑轮组性质,重物升高h==1m
有用功W有=Gh=2000NX1m=2000J
总功W总=Fs=600NX4m=2400J
总功率P总==600W
(2)机械效率η==83.%
(3)额外功W额=W总-W有=2400N-2000J=400J
G动==400N
F==900N
说明 本题（3）特别容易错的是如下解法：由（2）中η=83.3%，有
错误的原因是没有注意到：当提升的物重增大时，滑轮组的机械效率也增大．
图8-68 如果让你把重100N的沙子运上三楼，图中的三种办法，你选哪种？
机 械 效 率
总功、额外功和有用功
机械效率的定义及公式
探究滑轮组的机械效率
特别注意：绳子自由端移动的距离和重物上升高度的关系s=nh．
图8-69
再次提醒：注意s和h的关系．
图8-70
请思考：你还有什么方法求动滑轮重．
图8-71
芳芳的实验记录
较小提升速度
绳端拉
力（N）
钩码重
（N）
机械
效率
较大提升速度
探究结果
10
4．2
79.4%
4．2
10
物理量
控制因素
79.4%
探究结果
79.4%
绳端拉
力（N）
钩码重
（N）
机械
效率
大致相同的
提升速度
兰兰的实验记录
10
4．2
15
6．0
物理量
控制因素
图8-72
图8-73
图8-74
此外还可以求出物体上升速度，人、物体所受的合力等等．
图8-75
友情提示：用滑轮组提升重物时，有用功是W有=Gh．如果不是提升重物，则有用功的表达，需要分析使用机械的目的是什么，为达到密度滴所做的功就是有用功．如何准确理解有用功、正确求出有用功，本题给我们提供了例子．
图8-76
图8-77
图8-78
图8-79
图8-82
图8-81
图8-80
图8-83
图8-84
图8-86
图8-85
F
图8-87
图8-7
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