第十一章 4.机械效率 第1课时 机械效率的基本概念及简单计算]
一、选择题
1．用水桶提水时，需要对桶和水做功；水桶掉进井里，从井里捞起水桶也需对桶和水都做功。对以上两种情况，下列说法中正确的是( )
A．第一种情况对桶做的功是有用功
B．第一种情况对桶做的功是总功
C．第二种情况对桶做的功是有用功
D．第一种情况对桶和水做的功是有用功
2．在用滑轮组提升重物的过程中，动力做功100 J，动滑轮对重物做功80 J，则( )
A．有用功是100 J B．总功是100 J
C．额外功是80 J D．额外功是100 J
3．如图20－K－1所示，小明用动滑轮在10 s内将重400 N的物体匀速提高了5 m，若这一过程中动滑轮的机械效率是80%，则下列结论中正确的是(不计绳重和摩擦)( )
图20－K－1
A．小明的拉力为200 N
B．小明做的额外功为400 J
C．动滑轮重为100 N
D．小明做功的功率为200 W
4．用甲、乙两套滑轮组来提升物体，甲的机械效率是80%，乙的机械效率是60%，则下列说法正确的是( )
A．甲滑轮组的功率大
B．使用甲滑轮组较省力
C．甲滑轮组的额外功在总功中所占的百分比较小
D．在相同时间内，甲滑轮组做的功多
5．关于功、功率、机械效率，下列说法中正确的是( )
A．机械的功率越大，做的功就越多
B．机械的功率越大，做功就越快
C．机械效率越高，做的功就越多
D．机械效率越高，做的功就越快
6．如图20－K－2所示，利用轻质滑轮组匀速拉动水平地面上重为G的物体，若拉力的大小为F，物体和地面之间的摩擦力大小为f，A点的拉力为FA，则下列滑轮组的机械效率表达式正确的是( )
图20－K－2
A. B. C. D.
7．如图20－K－3所示，把一个重400 N的物体沿竖直方向在10 s内匀速提升了2 m，所用拉力F为140 N，不计摩擦和绳重。则下列计算结果错误的是( )
图20－K－3
A．动滑轮重20 N
B．拉力F做功840 J
C．拉力F做功的功率为84 W
D．此滑轮组机械效率为80%
8．(多选)如图20－K－4所示，A物体受到的重力是100 N，在拉力F的作用下以0.2 m/s的速度在水平地面上向左做匀速直线运动。已知拉力F＝5 N，滑轮组的机械效率为80%，则下列说法正确的是(不计绳重及绳与滑轮间的摩擦)( )
图20－K－4
A．拉力F的功率是1 W
B．2 s内绳子自由端移动的距离是1.2 m
C．5 s内拉力F所做功的大小是15 J
D．物体A受到水平地面的摩擦力大小是12 N
二、填空题
9．如图20－K－5所示，用滑轮组匀速提升一重为100 N的重物，所用的拉力F大小为60 N。 如果物体上升1 m，则W总＝______J，W有用＝______J，η＝________，如果不计绳重及任何摩擦，则动滑轮重G动＝________N。
图20－K－5
10．如图20－K－6所示，重为30 N的物体A在拉力F＝12 N的作用下，以0.2 m/s的速度在水平桌面上做匀速直线运动，此时物体A与地面间的摩擦力为5 N，则拉力的功率P＝________W，该装置的机械效率η＝________。
图20－K－6
11．如图20－K－7所示，工人用滑轮组匀速提升重800 N的货物，所用的拉力F为500 N，货物在50 s内匀速上升5 m。在此过程中，货物上升的速度是________m/s；所做的有用功是________J；拉力做功的功率是________W；滑轮组的机械效率是________。
图20－K－7
12．如图20－K－8所示的滑轮组的机械效率是75%，物体重力为150 N。用滑轮组匀速将物体提升2 m，所用拉力F为________N。
图20－K－8
13．如图20－K－9所示，用竖直向上的力匀速拉动较长的杠杆，使重为18 N的物体缓慢升高0.1 m，拉力大小F＝8 N，拉力移动的距离为0.25 m。拉力所做的功为________J，有用功为________J，杠杆的机械效率为________%。
图20－K－9
三、计算题
14．2018·呼和浩特模拟 如图20－K－10所示，滑轮组在向上的拉力F作用下，将重为600 N的物体匀速提起，在20 s内物体上移的距离为h＝2 m。
(1)计算物体上升的速度。
(2)计算有用功。
(3)如果拉力F＝250 N，计算滑轮组提升该重物时的机械效率。
图20－K－10
15．林红同学利用如图20－K－11甲所示的滑轮组将货物运送到高处，图中每个滑轮等重，不计绳子重和摩擦。如果所运送货物重从200 N开始逐渐增加，直到绳子被拉断。每次均是匀速拉动绳子，且货物被提升高度都为10 m。图乙记录了在整个过程中滑轮组的机械效率随货物重力的增加而变化的图像。求：
(1)每个动滑轮的重力G动。
(2)绳子能承受的最大拉力F。
(3)当物体重800 N时，滑轮组的机械效率。
图20－K－11
16．将一个重为4.5 N的物体沿斜面从底端匀速拉到顶端(如图20－K－12所示)，斜面长1.2 m，高0.4 m，斜面对物体的摩擦力为0.3 N(物体大小可忽略)。则下列说法中正确的是( )
图20－K－12
A．沿斜面向上的拉力大小为0.3 N
B．有用功为0.36 J，机械效率为20%
C．有用功为1.8 J，机械效率为20%
D．总功为2.16 J，机械效率为83.3%
详解详析
1.C
2.B [解析] 动力做的功是总功，所以总功为100 J；
动滑轮对重物做的功为有用功，为80 J；
额外功：W额外＝W总－W有用＝100 J－80 J＝20 J。
3.C [解析] 绳子自由端移动的距离为s＝2h＝2×5 m＝10 m，有用功为W有用＝Gh＝400 N×5 m＝2000 J，因为η＝×100%，所以总功为W总＝＝＝2500 J，又W＝Fs，所以拉力大小为F＝＝＝250 N，A选项错误。因为W总＝W有用＋W额外，所以额外功为W额外＝W总－W有用＝2500 J－2000 J＝500 J，B选项错误。不计绳重和摩擦，动滑轮的重力为G0＝＝＝100 N，C选项正确。拉力（小明）的功率为P＝＝＝250 W，D选项错误。
4.C [解析] 功率表示物体做功的快慢，机械效率等于有用功与总功的比值，功率与机械效率大小无关，故A错。机械效率与提升物体省力情况没有关系，所以不能判断省力情况，故B错。机械效率是有用功与总功的比值，有用功在总功中所占的比例越大，也就是额外功在总功中所占的比例越小，机械效率越高；甲滑轮组的机械效率较高，说明甲滑轮组的额外功在总功中所占的百分比较小，故C正确。机械效率与做功的多少没有关系，故D错。
5.B [解析] 机械的功率大，说明做功快，但不能说明做功多，故A错、B正确。机械效率越高，说明有用功与总功的比值越大，做功不一定多，故C错误。机械效率与做功快慢无关，故D错误。
6.C
7.D [解析] 由图可知，动滑轮上绳子的股数n＝3，不计绳重和摩擦，F＝（G＋G动），即：140 N＝×（400 N＋G动），则G动＝20 N，故A正确；绳子自由端移动的距离：s＝3h＝3×2 m＝6 m，拉力做的功：W总＝Fs＝140 N×6 m＝840 J，故B正确；拉力F的功率：P＝＝＝84 W，故C正确；有用功：W有用＝Gh＝400 N×2 m＝800 J，该滑轮组的机械效率为η＝×100%＝×100%≈95.2%，故D错，符合题意。
8.BCD [解析] 由题图可知，动滑轮上有3股绳子，则n＝3，拉力的功率：P＝＝＝Fv＝F×3vA＝5 N×3×0.2 m/s＝3 W，故A错误。2 s内绳子自由端移动的距离：s＝3vA×2 s＝3×0.2 m/s×2 s＝1.2 m，故B正确。5 s内拉力所做的功：W＝Pt＝3 W×5 s＝15 J，故C正确。η＝×100%＝×100%＝×100%，f＝F×η×3＝5 N×80%×3＝12 N，故D正确。
9.120 100 83.3% 20
10.1.2 83.3% [解析] P＝＝＝Fv＝12 N×0.1 m/s＝1.2 W。
由图可知，该装置是1个动滑轮，拉力F作用在滑轮上，则：F＝2f，v＝vA，
拉力做的功为总功：
W总＝F×s＝12 N×vAt＝12 N××0.2 m/s×t，
对A做的功为有用功：
W有用＝f×vAt＝5 N×0.2 m/s×t，
机械效率：
η＝×100%＝×100%＝×100%≈83.3%。
11.0.1 4000 100 80%
12.100
13.2 1.8 90
[解析] 有用功为克服物体重力做的功，W有用＝Gh＝18 N×0.1 m＝1.8 J；拉力做的总功为W总＝Fs＝8 N×0.25 m＝2 J；所以机械效率η＝×100%＝×100%＝90%。
14.（1）物体上升的速度：v＝＝＝0.1 m/s。
（2）有用功：W有＝Gh＝600 N×2 m＝1200 J。
（3）由图可知，n＝3，则绳端移动的距离：s＝nh＝3×2 m＝6 m，
拉力做的功：W总＝Fs＝250 N×6 m＝1500 J，
滑轮组的机械效率：
η＝×100%＝×100%＝80%。
15.（1）由图可知：当货物重200 N时，机械效率为50%。
W有用＝Gh＝200 N×10 m＝2000 J，
W总＝＝＝4000 J，
对动滑轮做的额外功：
W额外＝W总－W有用＝4000 J－2000 J＝2000 J，
即：G动×h＝2000 J，
G动＝200 N，由图可知动滑轮有两个，所以每个滑轮重100 N。
（2）由图可知，总重由4股绳子承担，即n＝4，
当货物重为1600 N时绳子断了，此时绳子拉力最大，
则F＝（G物＋G动）＝×（1600 N＋200 N）＝450 N。
（3）当物体重800 N时，
η＝×100%＝×100%＝×100%＝×100%＝×100%＝80%。
16.D
[解析] 此过程所做额外功：W额外＝fs＝0.3 N×1.2 m＝0.36 J；
有用功：W有用＝Gh＝4.5 N×0.4 m＝1.8 J；
所做总功：W总＝W额外＋W有用＝0.36 J＋1.8 J＝2.16 J；
由W总＝Fs可得拉力：F＝＝＝1.8 N；
斜面的机械效率：η＝×100%＝×100%≈83.3%。
故A、B、C错误，D正确。
第十一章 4.机械效率 第2课时 机械效率的测量及其影响因素]
一、选择题
1．在“测滑轮组的机械效率”的实验中，不是做额外功的是( )
A．提起钩码做功 B．克服摩擦做功
C．提起动滑轮做功 D．克服空气阻力做功
2．一滑轮组经改进提高了机械效率，把同一物体匀速提升相同的高度，则改进后和改进前相比较( )
A．做的有用功减少了
B．做的有用功增加了
C．做的额外功增加了
D．做的额外功减少了
3．如图20－K－13所示，使用滑轮组提升重物时，能提高机械效率的是(忽略绳重和摩擦)( )
A．改变绕绳方式
B．减小动滑轮的质量
C．减小提升重物的高度
D．减小被提升物体的质量
图20－K－13
4．如图20－K－14所示，用手沿竖直方向匀速拉一个动滑轮，使挂在下面重为G的物体缓缓上升，动滑轮的重力不可忽略。现改变物体的重力G，则动滑轮的机械效率η与物体重力G的关系可能是图20－K－15中的( )
图20－K－14
图20－K－15
二、填空题
5．用如图20－K－16所示的装置测定滑轮组的机械效率。拉动弹簧测力计，使重为5.4 N的物体A匀速上升，如图甲所示，此时弹簧测力计的示数是________N，此时滑轮组的机械效率是________。若改变此滑轮组的绕线方式提升重物A，如图乙所示，则此时滑轮组的机械效率________(选填“变大”“变小”或“不变”)。(不计绳重和摩擦)
图20－K－16
6．建筑工人用如图20－K－17所示的装置把重400 N的物体匀速提升3 m。手所用的拉力为300 N。则该工人所做的有用功为________J，总功为________J，该滑轮组的机械效率是________。若用该装置提升500 N的重物，此时滑轮组的机械效率将________(选填“变大”“变小”或“不变”)。
图20－K－17
三、实验探究题
7．小东在探究影响滑轮组机械效率的因素时，设计了如图20－K－18所示的两个滑轮组，分别测量两次实验的动滑轮重G动、钩码总重G、钩码上升高度h、拉力F、绳子自由端移动的距离s，计算出相应的机械效率η，并将它们填入下表中。
图20－K－18
G动/N
G/N
h/m
F/N
s/m
η
甲
1.0
2.0
0.1
1.0
0.3
66.7%
乙
1.0
4.0
0.1
1.8
0.3
74.1%
(1)实验中，测机械效率的原理是η＝________。
(2)在图乙的实验中，滑轮组提升物体所做的有用功为________J。
(3)生活中利用滑轮组提升重物时，提高其机械效率的方法有哪些？________________(写出一种即可)。
详解详析
1.A [解析] 在“测滑轮组机械效率”的实验中，提升钩码做的功为有用功。额外功为克服摩擦力做的功、提起动滑轮做的功、克服绳子的重力做的功以及克服空气阻力做的功。
2.D [解析] 把同一物体匀速提升相同的高度，由W＝Gh可知，做的有用功相同；由η＝×100%可知：改进后滑轮组的机械效率提高了，所以做的总功减少了；由W总＝W有用＋W额外知，改进后利用滑轮组提升重物做的额外功减少了。故A、B、C错，D正确。
3.B 4.B
5.2.4 75% 不变 [解析] 由图可知，物重由3股绳子承担，n＝3，s＝3h，测力计的分度值是0.2 N，所以测力计的示数是2.4 N，
η＝×100%＝×100%＝×100%＝×100%＝75%。
6.1200 1800 66.7% 变大
[解析] 利用公式W有用＝Gh，W总＝Fs＝Fnh，η＝×100%计算。
7.（1）×100% （2）0.4
（3）增加物重或减轻滑轮的重或减小摩擦
[解析] （1）测机械效率的原理是η＝×100%。
（2）在图乙的实验中，拉力做的有用功：W有用＝Gh＝4.0 N×0.1 m＝0.4 J。
（3）由η＝＝可知，提高机械效率的方法：增大有用功即增大物体的重力，或减小额外功即减小动滑轮的重力或减小摩擦力。
