第十讲 机械效率
考点一：探究机械效率的影响因素
考点点拨：
1、探究滑轮组机械效率的影响因素
实验原理：。
实验结论：使用同一滑轮组提升不同的重物时，重物越重，滑轮组的机械效率越大。
注意事项：
①匀速拉动弹簧测力计的目的是保证弹簧测力计的示数F大小不变。
②多次测量的目的是归纳总结寻找普遍规律，而不是求平均值。
2、增大机械效率的方法
(1)使用同一滑轮组提升不同的重物时，重物越重，滑轮组的机械效率越大。
(2)动滑轮越重，个数越多，则额外功就越多，机械效率越低；机械摩擦越大，做的额外功就越多，机械效率越低等。
【例1】小明在“测量滑轮组机械效率”的实验中，所用装置如图所示，实验中每个钩码重2N，测得的数据如下表：
实验
次数
钩码重
G/N
钩码上升的高度
h/m
测力计示数
F/N
测力计移动距离
s/m
机械效率
η/%
1
4
0.1
1.8
0.3
2
6
0.1
2.4
0.3
83
3
4
0.1
1.4
0.5
57
4
4
0.2
1.4
1.0
57
(1)在实验中，测绳端拉力F时，应尽量竖直向上_______拉动弹簧测力计，且在拉动过程中读数。
(2)第1次实验测得的机械效率为__________。(结果保留两位有效数字)
(3)分析表中数据可知：第2次实验是用______图做的；第4次实验是用______图做的。(均选填“a”、“b”或“c”)
(4)分析第1、2次实验数据可知：使用同一滑轮组，__________________可以提高滑轮组的机械效率；分析第1、3次实验数据可知：使用不同的滑轮组，提升相同的重物，动滑轮个数越多(即动滑轮总重越重)，滑轮组的机械效率________。
(5)分析第3、4次实验数据可知，滑轮组的机械效率与物体被提升的高度________。
【答案】(1)匀速；(2)74；(3)b；c；(4)增大物重；越小；(5)无关
【例2】在“探究斜面的机械效率”实验中，小明猜想斜面的机械效率可能跟斜面的粗糙程度有关，小聪猜想可能跟斜面的倾斜程度有关。如图是他们设计的实验装置，下表是其中一位同学在其它条件一定时的实验数据。
实验序号
斜面的倾斜程度
物块的重力
G/N
斜面高度h/m
沿斜面的拉力F/N
斜面长s/m
机械效率
1
较缓
10
0.2
5.5
1
36.4%
2
较陡
10
0.4
7.0
1
57.1%
3
最陡
10
0.6
8.5
1
70.6%
(1)分析表中数据可得该实验是探究_______________(选填“小明”或“小聪”)的猜想，结论是：在其它条件一定时，斜面_______，机械效率越高。
(2)另一位同学为探究自己的猜想，设计了如下步骤。
①把一块长木板的一端垫高，构成一个斜面。
②用弹簧测力计沿斜面把一木块_______拉上去，进行相关测量，计算出斜面的机械效率。
③保持斜面的______________不变，改变斜面的____________，再进行相关测量，并计算出斜面的机械效率。
④比较两次______________的大小，即可验证猜想是否正确。
【答案】(1)小聪；越陡；(2)②匀速；③倾斜程度；粗糙程度；④机械效率
【例3】在“探究影响滑轮组机械效率的因素”实验中，某实验小组用如图所示的同一滑轮组提升不同钩码，分别做了甲、乙、丙3组实验，实验数据记录如下：
次数
钩码重/N
动滑轮重/N
钩码上升的距离/cm
弹簧测力计的示数/N
弹簧测力计
上升的距离/cm
机械效率
1
2
0.8
5
1
15
66.7%
2
4
0.8
5
1.7
15
3
6
0.8
5
15
83.3%
(1)在实验操作中应该使钩码________________(选填“快速”或“缓慢”)上升；
(2)进行第2次测量时滑轮组的机械效率约为_________(保留三位有效数字)；
(3)进行第3次测量时，弹簧测力计示数为_______N，滑轮组做的有用功是_______J；
(4)分析实验数据，实验小组得出的实验结论是：滑轮组的机械效率与________有关。
(5)分析表中数据可知，，可能的原因是__________________________。
(6)(※)某次实验时将绳子自由端匀速拉动时弹簧测力计的读数记为F，钩码重记为G，动滑轮重记为G′，绳自由端移动距离记为s，钩码提升高度记为h，不计绳子重及摩擦。则下列关于滑轮组机械效率的计算关系中错误的是_______。
A． B． C． D．
【答案】(1)缓慢；(2)78.4%；(3)2.4；0.3；(4)提升钩码的重；(5)拉动过程中需克服滑轮的转轴处的摩擦；(6)BD
考点二：杠杆的机械效率问题
图示
W有
W额
W总
W有＝Gh
W额＝W总－W有
W总＝Fs
【例1】如图，用一杠杆将重为2N的物体匀速抬高了0.5m。所用动力是0.8N，动力作用点移动了1.5m。求此时杠杆的机械效率。
【答案】83.3%
【例2】如图所示装置可以用来提升货物，O为杠杆OAB的支点，货物P重为120N，OA长为AB的两倍。在作用于B端竖直向上拉力F的作用下，杠杆从图中水平位置缓慢匀速转至虚线位置，此过程中重物P上升的高度为0.4m，B端上升的高度为0.6m。拉力F克服杠杆自重所做的额外功为12J，不计支点O处的摩擦阻力。
(1)求拉力所做的有用功W有用和拉力F的大小；
(2)若用此装置将另一重为180N的货物Q缓慢提升0.4m，求此时拉力所做的总功和杠杆的机械效率η。
【答案】(1)拉力所做的有用功为48J，拉力F的大小为100N；(2)若用此装置将另一重为180N的货物Q缓慢提升0.4m，此时拉力所做的总功为84J，杠杆的机械效率为85.7%。
考点三：斜面的机械效率问题
考点点拨：
图示
W有
W额
W总
W有＝Gh
①W额＝
W总－W有
②W额＝f s
【例1】如图所示，斜面长s＝10m，高h＝4m。用沿斜面方向的推力F，将一个重为100N的物体由斜面底端A匀速推到顶端B。运动过程中物体克服摩擦力做了100J的功。求：
(1)运动过程中克服物体的重力做的功；
(2)斜面的机械效率；
(3)推力F的大小。
【答案】(1)400J；(2)80%；(3)50N
【例2】如图10秒内将重物从长4m、高1m的斜面底部匀速拉上斜面顶端。已知沿斜面所用的拉力是300N，斜面的机械效率是75%。则：
(1)拉力的功率是多少？
(2)物体的重力是多少？
(3)物体与斜面间的摩擦力大小是多少？
【答案】(1) 120W；(2) 900N；(3) 75N
考点四：滑轮的机械效率问题
考点点拨：
竖直匀速拉动物体时
图示
物体受力
F拉＝G
F拉＝G－F浮
F拉＝f
动滑轮受力
nF＝G＋G动
nF＝G－F浮＋G动
nF＝f＋G动
W有＝F拉h
Gh
(G－F浮)h
fs物
W总＝Fs
Fnh
Fnh
Fns物
η(忽略绳重及摩擦)
【例2】(2019?襄阳)工人师傅用如图所示的滑轮组将重为600N的货物匀速提升了2m，做了1500J的功。求：
(1)滑轮组的机械效率；
(2)当他用400N的拉力匀速提升其它货物时，额外功占总功的15%，求提升货物的重。
【答案】(1)滑轮组的机械效率为80%；(2)当他用400N的拉力匀速提升其它货物时，额外功占总功的15%，提升货物的重为1020N。
【例3】如图，用滑轮组提升重物G，如果每个滑轮的重都是15N，若不计摩擦，当提起20kg重物时，所用的拉力是60N，重物被提高了1m。求：(g取10N/kg)
(1)这时滑轮组的机械效率是多大？
(2)若要计摩擦，那么克服摩擦所做的额外功是多少？
【答案】(1)83.3%；(2)10J
【例4】如图所示，小型牵引车通过滑轮组匀速打捞起深井中的物体，已知物体重1.2×103N，密度为1.6×103kg/m3。测得物体在出水面后牵引车作用在绳子上的拉力为500牛。若不计摩擦、绳重及水的阻力，g取10N/kg，问：
(1)物体浸没水中时所受的浮力多大？
(2)动滑轮所受的重力多大？
(3)物体露出水面前滑轮组机械效率多大？
【答案】(1)750N；(2)300N；(3)60%
【例5】用如图甲所示的滑轮组从水中提升物体M，已知被提升的物体M质量为76kg，M的体积为3×10-3m3。在M物体未露出水面的过程中，绳子自由端的拉力F将物体M以0.5m/s的速度匀速提升了l0m的高度。此过程中，拉力F做的功W随时间t的变化图象如图乙所示，不计绳重和摩擦力大小。求：(g＝10N/kg)
(1)求物体M的重力；
(2)求动滑轮下端挂钩上的绳子拉力；
(3)求滑轮组提升重物的机械效率。
【答案】(1)760N；(2)730N；(3)91.25%
【例6】如图所示，利用滑轮组匀速拉动水平面上的物体。已知物体在水平面上受到的滑动摩擦力为重力的0.3倍，物体被匀速拉动的距离为1m。当物体质量为2kg时，滑轮组的机械效率为50%。不计绳重和绳与滑轮间的摩擦力，求：
(1)物体质量为2kg时，在水平面上受到的滑动摩擦力；
(2)动滑轮的重力；
(3)当换成质量为10kg的物体，物体以0.1m/s的速度匀速运动时，拉力F的功率。
【答案】(1)6N；(2)6N；(3)3.6W
【例7】如图1所示，物体A重为16N置于水平桌面上。在拉力F的作用下，5s内匀速直线运动了0.5m。图2是拉力F做的功随时间变化的图象。物体A在水平桌面上运动时受到的摩擦阻力f为物重G的0.2倍。求：
(1)物体A的速度；
(2)5s内拉力F对物体A做的有用功；
(3)滑轮组的机械效率η。
【答案】(1)0.1m/s；(2)1.6J；(3)64%
2、水平匀速拉动物体时
图示
物体受力
动滑轮受力
W有
W总
W额
F拉＝f
nF＝f
Fs＝fs物
Fs＝Fns物
Wf
【例10】(2019?眉山)在一次车辆故障处置过程中，拖车所用装置简化为如图所示的滑轮组。为了尽快疏通道路，交警指挥拖车只用了30s时间，将水平路面上质量是1.5t的故障车匀速拖离了现场。若故障车被拖离的速度是5m/s，绳子自由端的拉力F是500N，地面对故障车的摩擦力为车重力的0.08倍。求：
(1)拉力F在30s内所做的功；
(2)整个装置的机械效率。
【答案】(1)拉力F在30s内所做的功为2.25×105J；(2)整个装置的机械效率为80%。
【例9】如图是搬运工人用滑轮组将仓库中的货物沿水平轨道拉出的示意图。已知货物的质量为600kg，所受轨道的摩擦力为其重力的0.1倍，滑轮组的机械效率为75%。若人以0.5m/s的速度匀速前行，经100s将货物拉出仓库，g取10N/kg。求在此过程中：
(1)人做的有用功为多大？
(2)人的拉力为多大？
(3)人拉力的功率为多大？
【答案】(1) 1.5×104J；(2) 400N；(3) 200W
3、在斜面上匀速拉动物体
【例11】在如图所示的装置中，斜面长5m，高2m。现将质量为200kg的物体从斜面底端匀速拉到顶端，若滑轮的机械效率为80%，人作用于绳自由端的拉力为500N。求：
(1)人做的总功是多少？
(2)物体与斜面间的摩擦力是多少？(g=9.8N/kg)
【答案】(1)5000J；(2)16N
【例12】(2019?攀枝花)如图所示，在水平路面上行驶的汽车通过滑轮组拉着重G＝9×104N的货物A沿斜面向上匀速运动。货物A的速度为v＝2m/s，经过t＝10s，货物A竖直升高h＝10m。已知汽车对绳的拉力F的功率P＝120kW，不计绳、滑轮的质量和摩擦，求：
(1)t时间内汽车对绳的拉力所做的功；
(2)汽车对绳的拉力大小；
(3)斜面的机械效率。
【答案】(1)t时间内汽车对绳的拉力所做的功为1.2×106J；(2)汽车对绳的拉力大小为20000N；(3)斜面的机械效率为75%。
【例14】一辆重2×104N的四轮卡车，开进了一段泥泞的道路，不能继续行驶。司机找来一辆小型拖拉机、绳子、动滑轮，采用如图所示装置，拖拉机在绳端用F=3750N的水平拉力，将汽车以0.2m/s的速度水平匀速拉出泥泞路段，用时10s。若每个车轮与地面接触的面积为0.05m2，(g取10N/kg)。
(1)求汽车对路面的压强。
(2)求拉力F做的功。
(3)求拉力F做的功率。
(4)若动滑轮的机械效率为80%，求汽车所受的阻力。
【答案】(1)汽车对路面的压强为1×105Pa；(2)拉力F做的功为1.5×104J；(3)拉力F做的功率为1.5×103W；(4)若动滑轮的机械效率为80%，汽车所受的阻力为6000N。
1．(2018?郴州)如图所示，在相同时间内，用大小相同的拉力F把等质量的甲、乙两物体沿斜面AB、AC从低端拉到斜面顶端。F做功的功率分别为P甲、P乙，机械效率分别为η甲、η乙。下列分析正确的是( )
A．P甲＞P乙，η甲＜η乙 B．P甲＜P乙，η甲＜η乙
C．P甲＜P乙，η甲＞η乙 D．P甲＞P乙，η甲＞η乙
【答案】A
2．用图甲、乙两种方式匀速提升重为100N的物体，已知滑轮重20N、绳重和摩擦力不计。则( )
A．手的拉力：F甲＝F乙；机械效率：η甲＝η乙
B．手的拉力：F甲＜F乙；机械效率：η甲＜η乙
C．手的拉力：F甲＞F乙；机械效率：η甲＜η乙
D．手的拉力：F甲＞F乙；机械效率：η甲＞η乙
【答案】D
3．(2019?宜宾)如图所示，在拉力F作用下，一个重600N的物体以0.1m/s的速度沿水平地面向右匀速直线运动了10s。已知滑轮组的机械效率为80%，在此过程中拉力F做了150J的功。则下列说法正确的是( )
A．拉力F的大小为150N
B．拉力F的大小为300N
C．物体与地面间的滑动摩擦力为120N
D．物体与地面间的滑动摩擦力为480N
【答案】C
4．(2019?日照)如图所示，甲、乙分别为同一滑轮组的不同绕法，忽略绳重及一切阻力。用图甲绕法匀速提升重为900N的物体时，机械效率为90%。下列判断正确的是( )
A．拉力F1的大小为450N
B．用图乙绕法匀速提升400N重物时，机械效率为80%
C．分别用两种绕法匀速提升相同重物时，图乙绕法机械效率大
D．分别用两种绕法匀速提升相同重物升高相同高度，F2做功少
【答案】B
5．(2019?淄博)在日常生活和工农业生产中，提高机械效率有着重要的意义。提高机械效率，要从研究影响机械效率的因素出发，寻求办法。
(1)为了探究影响机械效率的因素，小明选取了大小相同的滑轮，利用图甲和图乙装置进行实验，并把数据整理记录在下表中。
实验
次数
滑轮
材质
钩码重G/N
提升的高
度h/m
有用功
W有用/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
铝
1
0.1
0.1
0.6
0.3
0.18
56%
2
铝
2
0.1
0.2
1.0
0.3
0.3
67%
3
铝
2
0.2
0.4
1.0
0.6
0.6
67%
4
塑料
2
0.2
0.4
0.8
0.6
0.48
83%
5
塑料
2
0.2
0.4
2.1
0.2
0.42
95%
①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。
②比较3和4两次实验发现：滑轮组的机械效率还与__________________有关。
③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。
④第5次实验室利用了图______的装置完成的，判断依据是_________________。
⑤利用图甲的装置，把重4N的物体用2.5N的拉力迅速拉起，滑轮组的机械效率为_____。可见如果没有刻度尺，只有测力计也可以测量出滑轮组的机械效率。
(2)小明利用图丙装置实验发现：斜面的机械效率与斜面的倾斜程度和摩擦有关，与物重无关。保持斜面倾斜程度不变，可以采用__________________的方法减小摩擦，从而提高斜面的机械效率。
(3)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____________。下列物理规律的得出运用了这种研究方法的是______。
A．焦耳定律 B．牛顿第一定律 C．阿基米德原理 D．欧姆定律
【答案】(1)①重力越大；②动滑轮的重力；③2、3；④1；绳子的效段数为1；⑤80%；(2)减小接触面粗糙程度；(3)不省功；B
6．图甲中用100N的拉力F1水平拉动重为250N的物体A在水平路面匀速移动了1m。如图乙，改用滑轮组拉动A在同一路面同样匀速移动了1m，拉力F2大小为40N。
甲
乙
求此过程滑轮组的：
(1)有用功多大？
(2)总功多大？
(3)额外功为多少？
(4)机械效率为多少？
【答案】(1)有用功为100J；(2)总功为120J；(3)额外功为20J；(4)机械效率为83.3%。
7．小明用如图所示的滑轮组，在10s内将质量为60kg的物体A匀速提升了2m，绳子自由端所用的拉力为200N。忽略绳子重和摩擦，(g取10N/kg)求：
(1)此滑轮组承担物重的绳子段数n=__________；
(2)物体A的重力；
(3)物体A和绳子的速度；
(4)动滑轮的总重力；
(5)机械效率；
(6)拉力的功率。
【答案】(1)n=4；(2)600N；(3)0.8m/s；(4)200N；(5)75%；(6)160W
8．用如图甲所示的滑轮组从水中提升物体M，已知被提升的物体M质量为76kg，M的体积为3×10﹣3m3。在M物体未露出水面的过程中，绳子自由端的拉力F将物体M以0.5m/s的速度匀速提升了10m的高度。此过程中，拉力F做的功W随时间t的变化图象如图乙所示，不计绳重和摩擦力大小。求：(g＝10N/kg)
(1)求物体M的重力？
(2)求动滑轮下端挂钩上的绳子拉力？
(3)求滑轮组提升重物的机械效率？
【答案】(1)物体M的重力为760N；(2)动滑轮下端挂钩上的绳子拉力为730N；
(3)滑轮组提升重物的机械效率为91.25%。
9．小雨通过如图甲所示滑轮组将水中物体匀速提升至空中，他所用拉力F与绳子自由端移动的距离s的关系图象如图乙所示。其中物体在空中匀速上升过程中滑轮组的机械效率为85%。每个滑轮等重，不计绳重、摩擦和水的阻力，求：
(1)物体在空中上升1m，小雨做的功是多少？
(2)每个滑轮的重力是多少？
(3)物体的密度是多少？
【答案】(1)物体在空中上升1m，小雨做的功是800J；(2)每个滑轮的重力是60N；
(3)物体的密度是1.7×103kg/m3。
1．(2019?常州)如图所示，斜面高2m，长4m。小明用平行于斜面的拉力F，将重400N的物体从斜面底端拉到顶端。已知拉力F＝250N，对此过程，下列结果正确的是( )
A．有用功为1000J B．总功为1600J
C．额外功为200J D．机械效率为60%
【答案】C
2．(2019?通辽)如图所示，利用滑轮组在2s内将重400N的物体匀速提升了1m，所用拉力F为150N。不计绳重和摩擦，下列说法正确的是( )
A．绳子自由端移动的速度为2m/s
B．动滑轮的总重为100N
C．滑轮组的机械效率为83.3%
D．提升更重的物体，滑轮组的机械效率会变小
【答案】A
3．(2019?长春)如图所示，用甲、乙滑轮组在相同时间内分别将A、B物体匀速提升相同高度。已知物体受到的重力GA＞GB，滑轮组的机械效率η甲＜η乙(忽略绳重和摩擦)。下列判断正确的是( )
A．两滑轮组绳端移动的距离相等 B．甲滑轮组的有用功比乙的少
C．甲滑轮组的总功率比乙的小 D．甲滑轮组的动滑轮比乙的重
【答案】D
4．(2019?仙桃)小明实验小组做“测量滑轮组的机械效率”的实验，实验装置如图甲、乙所示。
(1)按照甲图装置实验，小明应竖直向上________拉动弹簧测力计，使钩码从A处升高到A′处。由图可知拉力为________N，钩码上升的高度为________cm。
(2)小明实验小组又用图乙的实验装置进行实验，实验数据记录在表中。
实验次数
钩码重力G/N
钩码上升高度h/m
拉力F/N
绳端移动的距离s/m
机械效率η
1
2.0
0.02
________
0.04
83%
2
4.0
0.03
2.2
0.06
________
①根据表格中的数据，请在图乙中画出实验时绳子的绕法(要求向下拉绳子的自由端使钩码升高)。
②由表格数据可知，第一次实验时的拉力是________N(结果精确到0.1N)；第二次实验时滑轮组的机械效率是________(结果精确到1%)。
③由两次实验可知，用同一滑轮组提升重物时，物体越重，滑轮组的机械效率越________(选填“高”或“低”)。
【答案】(1)匀速；0.8；5cm；(2)①如图；②1.2；91%；③高
5．如图，用这个滑轮组将120N的物体匀速提高了2m，所用的拉力为50N。若均不计绳重与摩擦，求：
(1)此时滑轮组的机械效率；
(2)动滑轮有多重；
(3)当用该滑轮组将170N的重物提升2m时，机械效率又是多大？
【答案】(1)80%；(2)30N；(3)85%
6．如图所示，在50N的水平拉力F作用下，重800N的物体沿水平地面做匀速直线运动，物体与地面间滑动摩擦力为120N。求：
(1)滑轮组的机械效率为多少？
(2)若物体的速度为0.2m/s，则1min内拉力做的功为多少？
(3)拉力的功率是多少？
【答案】(1)80%；(2)1800J；(3)30W
7．如图所示，已知斜面长5m，高3m，绳端拉力为50N。利用这个滑轮装置将重为100N的物体在5s内从斜面的底端匀速拉到顶端。在此过程中：
(1)物体沿斜面向上运动，绳端移动的速度为多少？
(2)拉力的功和功率各是多少？
(3)拉力的机械效率是多少？
【答案】(1)物体沿斜面向上运动，绳端移动的速度为2m/s；(2)拉力的功为500J；功率是100W；(3)拉力的机械效率是60%。
第十讲 机械效率
考点一：探究机械效率的影响因素
考点点拨：
1、探究滑轮组机械效率的影响因素
实验原理：。
实验结论：使用同一滑轮组提升不同的重物时，重物越重，滑轮组的机械效率越大。
注意事项：
①匀速拉动弹簧测力计的目的是保证弹簧测力计的示数F大小不变。
②多次测量的目的是归纳总结寻找普遍规律，而不是求平均值。
2、增大机械效率的方法
(1)使用同一滑轮组提升不同的重物时，重物越重，滑轮组的机械效率越大。
(2)动滑轮越重，个数越多，则额外功就越多，机械效率越低；机械摩擦越大，做的额外功就越多，机械效率越低等。
【例1】小明在“测量滑轮组机械效率”的实验中，所用装置如图所示，实验中每个钩码重2N，测得的数据如下表：
实验
次数
钩码重
G/N
钩码上升的高度
h/m
测力计示数
F/N
测力计移动距离
s/m
机械效率
η/%
1
4
0.1
1.8
0.3
2
6
0.1
2.4
0.3
83
3
4
0.1
1.4
0.5
57
4
4
0.2
1.4
1.0
57
(1)在实验中，测绳端拉力F时，应尽量竖直向上_______拉动弹簧测力计，且在拉动过程中读数。
(2)第1次实验测得的机械效率为__________。(结果保留两位有效数字)
(3)分析表中数据可知：第2次实验是用______图做的；第4次实验是用______图做的。(均选填“a”、“b”或“c”)
(4)分析第1、2次实验数据可知：使用同一滑轮组，__________________可以提高滑轮组的机械效率；分析第1、3次实验数据可知：使用不同的滑轮组，提升相同的重物，动滑轮个数越多(即动滑轮总重越重)，滑轮组的机械效率________。
(5)分析第3、4次实验数据可知，滑轮组的机械效率与物体被提升的高度________。
【例2】在“探究斜面的机械效率”实验中，小明猜想斜面的机械效率可能跟斜面的粗糙程度有关，小聪猜想可能跟斜面的倾斜程度有关。如图是他们设计的实验装置，下表是其中一位同学在其它条件一定时的实验数据。
实验序号
斜面的倾斜程度
物块的重力
G/N
斜面高度h/m
沿斜面的拉力F/N
斜面长s/m
机械效率
1
较缓
10
0.2
5.5
1
36.4%
2
较陡
10
0.4
7.0
1
57.1%
3
最陡
10
0.6
8.5
1
70.6%
(1)分析表中数据可得该实验是探究_______________(选填“小明”或“小聪”)的猜想，结论是：在其它条件一定时，斜面_______，机械效率越高。
(2)另一位同学为探究自己的猜想，设计了如下步骤。
①把一块长木板的一端垫高，构成一个斜面。
②用弹簧测力计沿斜面把一木块_______拉上去，进行相关测量，计算出斜面的机械效率。
③保持斜面的______________不变，改变斜面的____________，再进行相关测量，并计算出斜面的机械效率。
④比较两次______________的大小，即可验证猜想是否正确。
【例3】在“探究影响滑轮组机械效率的因素”实验中，某实验小组用如图所示的同一滑轮组提升不同钩码，分别做了甲、乙、丙3组实验，实验数据记录如下：
次数
钩码重/N
动滑轮重/N
钩码上升的距离/cm
弹簧测力计的示数/N
弹簧测力计
上升的距离/cm
机械效率
1
2
0.8
5
1
15
66.7%
2
4
0.8
5
1.7
15
3
6
0.8
5
15
83.3%
(1)在实验操作中应该使钩码________________(选填“快速”或“缓慢”)上升；
(2)进行第2次测量时滑轮组的机械效率约为_________(保留三位有效数字)；
(3)进行第3次测量时，弹簧测力计示数为_______N，滑轮组做的有用功是_______J；
(4)分析实验数据，实验小组得出的实验结论是：滑轮组的机械效率与________有关。
(5)分析表中数据可知，，可能的原因是__________________________。
(6)(※)某次实验时将绳子自由端匀速拉动时弹簧测力计的读数记为F，钩码重记为G，动滑轮重记为G′，绳自由端移动距离记为s，钩码提升高度记为h，不计绳子重及摩擦。则下列关于滑轮组机械效率的计算关系中错误的是_______。
A． B． C． D．
考点二：杠杆的机械效率问题
图示
W有
W额
W总
W有＝Gh
W额＝W总－W有
W总＝Fs
【例1】如图，用一杠杆将重为2N的物体匀速抬高了0.5m。所用动力是0.8N，动力作用点移动了1.5m。求此时杠杆的机械效率。
【例2】如图所示装置可以用来提升货物，O为杠杆OAB的支点，货物P重为120N，OA长为AB的两倍。在作用于B端竖直向上拉力F的作用下，杠杆从图中水平位置缓慢匀速转至虚线位置，此过程中重物P上升的高度为0.4m，B端上升的高度为0.6m。拉力F克服杠杆自重所做的额外功为12J，不计支点O处的摩擦阻力。
(1)求拉力所做的有用功W有用和拉力F的大小；
(2)若用此装置将另一重为180N的货物Q缓慢提升0.4m，求此时拉力所做的总功和杠杆的机械效率η。
考点三：斜面的机械效率问题
考点点拨：
图示
W有
W额
W总
W有＝Gh
①W额＝
W总－W有
②W额＝f s
【例1】如图所示，斜面长s＝10m，高h＝4m。用沿斜面方向的推力F，将一个重为100N的物体由斜面底端A匀速推到顶端B。运动过程中物体克服摩擦力做了100J的功。求：
(1)运动过程中克服物体的重力做的功；
(2)斜面的机械效率；
(3)推力F的大小。
【例2】如图10秒内将重物从长4m、高1m的斜面底部匀速拉上斜面顶端。已知沿斜面所用的拉力是300N，斜面的机械效率是75%。则：
(1)拉力的功率是多少？
(2)物体的重力是多少？
(3)物体与斜面间的摩擦力大小是多少？
考点四：滑轮的机械效率问题
考点点拨：
竖直匀速拉动物体时
图示
物体受力
F拉＝G
F拉＝G－F浮
F拉＝f
动滑轮受力
nF＝G＋G动
nF＝G－F浮＋G动
nF＝f＋G动
W有＝F拉h
Gh
(G－F浮)h
fs物
W总＝Fs
Fnh
Fnh
Fns物
η(忽略绳重及摩擦)
【例2】(2019?襄阳)工人师傅用如图所示的滑轮组将重为600N的货物匀速提升了2m，做了1500J的功。求：
(1)滑轮组的机械效率；
(2)当他用400N的拉力匀速提升其它货物时，额外功占总功的15%，求提升货物的重。
【例3】如图，用滑轮组提升重物G，如果每个滑轮的重都是15N，若不计摩擦，当提起20kg重物时，所用的拉力是60N，重物被提高了1m。求：(g取10N/kg)
(1)这时滑轮组的机械效率是多大？
(2)若要计摩擦，那么克服摩擦所做的额外功是多少？
【例4】如图所示，小型牵引车通过滑轮组匀速打捞起深井中的物体，已知物体重1.2×103N，密度为1.6×103kg/m3。测得物体在出水面后牵引车作用在绳子上的拉力为500牛。若不计摩擦、绳重及水的阻力，g取10N/kg，问：
(1)物体浸没水中时所受的浮力多大？
(2)动滑轮所受的重力多大？
(3)物体露出水面前滑轮组机械效率多大？
【例5】用如图甲所示的滑轮组从水中提升物体M，已知被提升的物体M质量为76kg，M的体积为3×10-3m3。在M物体未露出水面的过程中，绳子自由端的拉力F将物体M以0.5m/s的速度匀速提升了l0m的高度。此过程中，拉力F做的功W随时间t的变化图象如图乙所示，不计绳重和摩擦力大小。求：(g＝10N/kg)
(1)求物体M的重力；
(2)求动滑轮下端挂钩上的绳子拉力；
(3)求滑轮组提升重物的机械效率。
【例6】如图所示，利用滑轮组匀速拉动水平面上的物体。已知物体在水平面上受到的滑动摩擦力为重力的0.3倍，物体被匀速拉动的距离为1m。当物体质量为2kg时，滑轮组的机械效率为50%。不计绳重和绳与滑轮间的摩擦力，求：
(1)物体质量为2kg时，在水平面上受到的滑动摩擦力；
(2)动滑轮的重力；
(3)当换成质量为10kg的物体，物体以0.1m/s的速度匀速运动时，拉力F的功率。
【例7】如图1所示，物体A重为16N置于水平桌面上。在拉力F的作用下，5s内匀速直线运动了0.5m。图2是拉力F做的功随时间变化的图象。物体A在水平桌面上运动时受到的摩擦阻力f为物重G的0.2倍。求：
(1)物体A的速度；
(2)5s内拉力F对物体A做的有用功；
(3)滑轮组的机械效率η。
2、水平匀速拉动物体时
图示
物体受力
动滑轮受力
W有
W总
W额
F拉＝f
nF＝f
Fs＝fs物
Fs＝Fns物
Wf
【例10】(2019?眉山)在一次车辆故障处置过程中，拖车所用装置简化为如图所示的滑轮组。为了尽快疏通道路，交警指挥拖车只用了30s时间，将水平路面上质量是1.5t的故障车匀速拖离了现场。若故障车被拖离的速度是5m/s，绳子自由端的拉力F是500N，地面对故障车的摩擦力为车重力的0.08倍。求：
(1)拉力F在30s内所做的功；
(2)整个装置的机械效率。
【例9】如图是搬运工人用滑轮组将仓库中的货物沿水平轨道拉出的示意图。已知货物的质量为600kg，所受轨道的摩擦力为其重力的0.1倍，滑轮组的机械效率为75%。若人以0.5m/s的速度匀速前行，经100s将货物拉出仓库，g取10N/kg。求在此过程中：
(1)人做的有用功为多大？
(2)人的拉力为多大？
(3)人拉力的功率为多大？
3、在斜面上匀速拉动物体
【例11】在如图所示的装置中，斜面长5m，高2m。现将质量为200kg的物体从斜面底端匀速拉到顶端，若滑轮的机械效率为80%，人作用于绳自由端的拉力为500N。求：
(1)人做的总功是多少？
(2)物体与斜面间的摩擦力是多少？(g=9.8N/kg)
【例12】(2019?攀枝花)如图所示，在水平路面上行驶的汽车通过滑轮组拉着重G＝9×104N的货物A沿斜面向上匀速运动。货物A的速度为v＝2m/s，经过t＝10s，货物A竖直升高h＝10m。已知汽车对绳的拉力F的功率P＝120kW，不计绳、滑轮的质量和摩擦，求：
(1)t时间内汽车对绳的拉力所做的功；
(2)汽车对绳的拉力大小；
(3)斜面的机械效率。
【例14】一辆重2×104N的四轮卡车，开进了一段泥泞的道路，不能继续行驶。司机找来一辆小型拖拉机、绳子、动滑轮，采用如图所示装置，拖拉机在绳端用F=3750N的水平拉力，将汽车以0.2m/s的速度水平匀速拉出泥泞路段，用时10s。若每个车轮与地面接触的面积为0.05m2，(g取10N/kg)。
(1)求汽车对路面的压强。
(2)求拉力F做的功。
(3)求拉力F做的功率。
(4)若动滑轮的机械效率为80%，求汽车所受的阻力。
1．(2018?郴州)如图所示，在相同时间内，用大小相同的拉力F把等质量的甲、乙两物体沿斜面AB、AC从低端拉到斜面顶端。F做功的功率分别为P甲、P乙，机械效率分别为η甲、η乙。下列分析正确的是( )
A．P甲＞P乙，η甲＜η乙 B．P甲＜P乙，η甲＜η乙
C．P甲＜P乙，η甲＞η乙 D．P甲＞P乙，η甲＞η乙
2．用图甲、乙两种方式匀速提升重为100N的物体，已知滑轮重20N、绳重和摩擦力不计。则( )
A．手的拉力：F甲＝F乙；机械效率：η甲＝η乙
B．手的拉力：F甲＜F乙；机械效率：η甲＜η乙
C．手的拉力：F甲＞F乙；机械效率：η甲＜η乙
D．手的拉力：F甲＞F乙；机械效率：η甲＞η乙
3．(2019?宜宾)如图所示，在拉力F作用下，一个重600N的物体以0.1m/s的速度沿水平地面向右匀速直线运动了10s。已知滑轮组的机械效率为80%，在此过程中拉力F做了150J的功。则下列说法正确的是( )
A．拉力F的大小为150N
B．拉力F的大小为300N
C．物体与地面间的滑动摩擦力为120N
D．物体与地面间的滑动摩擦力为480N
4．(2019?日照)如图所示，甲、乙分别为同一滑轮组的不同绕法，忽略绳重及一切阻力。用图甲绕法匀速提升重为900N的物体时，机械效率为90%。下列判断正确的是( )
A．拉力F1的大小为450N
B．用图乙绕法匀速提升400N重物时，机械效率为80%
C．分别用两种绕法匀速提升相同重物时，图乙绕法机械效率大
D．分别用两种绕法匀速提升相同重物升高相同高度，F2做功少
5．(2019?淄博)在日常生活和工农业生产中，提高机械效率有着重要的意义。提高机械效率，要从研究影响机械效率的因素出发，寻求办法。
(1)为了探究影响机械效率的因素，小明选取了大小相同的滑轮，利用图甲和图乙装置进行实验，并把数据整理记录在下表中。
实验
次数
滑轮
材质
钩码重G/N
提升的高
度h/m
有用功
W有用/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
铝
1
0.1
0.1
0.6
0.3
0.18
56%
2
铝
2
0.1
0.2
1.0
0.3
0.3
67%
3
铝
2
0.2
0.4
1.0
0.6
0.6
67%
4
塑料
2
0.2
0.4
0.8
0.6
0.48
83%
5
塑料
2
0.2
0.4
2.1
0.2
0.42
95%
①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。
②比较3和4两次实验发现：滑轮组的机械效率还与__________________有关。
③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。
④第5次实验室利用了图______的装置完成的，判断依据是_________________。
⑤利用图甲的装置，把重4N的物体用2.5N的拉力迅速拉起，滑轮组的机械效率为_____。可见如果没有刻度尺，只有测力计也可以测量出滑轮组的机械效率。
(2)小明利用图丙装置实验发现：斜面的机械效率与斜面的倾斜程度和摩擦有关，与物重无关。保持斜面倾斜程度不变，可以采用__________________的方法减小摩擦，从而提高斜面的机械效率。
(3)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____________。下列物理规律的得出运用了这种研究方法的是______。
A．焦耳定律 B．牛顿第一定律 C．阿基米德原理 D．欧姆定律
6．图甲中用100N的拉力F1水平拉动重为250N的物体A在水平路面匀速移动了1m。如图乙，改用滑轮组拉动A在同一路面同样匀速移动了1m，拉力F2大小为40N。
甲
乙
求此过程滑轮组的：
(1)有用功多大？
(2)总功多大？
(3)额外功为多少？
(4)机械效率为多少？
7．小明用如图所示的滑轮组，在10s内将质量为60kg的物体A匀速提升了2m，绳子自由端所用的拉力为200N。忽略绳子重和摩擦，(g取10N/kg)求：
(1)此滑轮组承担物重的绳子段数n=__________；
(2)物体A的重力；
(3)物体A和绳子的速度；
(4)动滑轮的总重力；
(5)机械效率；
(6)拉力的功率。
8．用如图甲所示的滑轮组从水中提升物体M，已知被提升的物体M质量为76kg，M的体积为3×10﹣3m3。在M物体未露出水面的过程中，绳子自由端的拉力F将物体M以0.5m/s的速度匀速提升了10m的高度。此过程中，拉力F做的功W随时间t的变化图象如图乙所示，不计绳重和摩擦力大小。求：(g＝10N/kg)
(1)求物体M的重力？
(2)求动滑轮下端挂钩上的绳子拉力？
(3)求滑轮组提升重物的机械效率？
9．小雨通过如图甲所示滑轮组将水中物体匀速提升至空中，他所用拉力F与绳子自由端移动的距离s的关系图象如图乙所示。其中物体在空中匀速上升过程中滑轮组的机械效率为85%。每个滑轮等重，不计绳重、摩擦和水的阻力，求：
(1)物体在空中上升1m，小雨做的功是多少？
(2)每个滑轮的重力是多少？
(3)物体的密度是多少？
1．(2019?常州)如图所示，斜面高2m，长4m。小明用平行于斜面的拉力F，将重400N的物体从斜面底端拉到顶端。已知拉力F＝250N，对此过程，下列结果正确的是( )
A．有用功为1000J B．总功为1600J
C．额外功为200J D．机械效率为60%
2．(2019?通辽)如图所示，利用滑轮组在2s内将重400N的物体匀速提升了1m，所用拉力F为150N。不计绳重和摩擦，下列说法正确的是( )
A．绳子自由端移动的速度为2m/s
B．动滑轮的总重为100N
C．滑轮组的机械效率为83.3%
D．提升更重的物体，滑轮组的机械效率会变小
3．(2019?长春)如图所示，用甲、乙滑轮组在相同时间内分别将A、B物体匀速提升相同高度。已知物体受到的重力GA＞GB，滑轮组的机械效率η甲＜η乙(忽略绳重和摩擦)。下列判断正确的是( )
A．两滑轮组绳端移动的距离相等 B．甲滑轮组的有用功比乙的少
C．甲滑轮组的总功率比乙的小 D．甲滑轮组的动滑轮比乙的重
4．(2019?仙桃)小明实验小组做“测量滑轮组的机械效率”的实验，实验装置如图甲、乙所示。
(1)按照甲图装置实验，小明应竖直向上________拉动弹簧测力计，使钩码从A处升高到A′处。由图可知拉力为________N，钩码上升的高度为________cm。
(2)小明实验小组又用图乙的实验装置进行实验，实验数据记录在表中。
实验次数
钩码重力G/N
钩码上升高度h/m
拉力F/N
绳端移动的距离s/m
机械效率η
1
2.0
0.02
________
0.04
83%
2
4.0
0.03
2.2
0.06
________
①根据表格中的数据，请在图乙中画出实验时绳子的绕法(要求向下拉绳子的自由端使钩码升高)。
②由表格数据可知，第一次实验时的拉力是________N(结果精确到0.1N)；第二次实验时滑轮组的机械效率是________(结果精确到1%)。
③由两次实验可知，用同一滑轮组提升重物时，物体越重，滑轮组的机械效率越________(选填“高”或“低”)。
5．如图，用这个滑轮组将120N的物体匀速提高了2m，所用的拉力为50N。若均不计绳重与摩擦，求：
(1)此时滑轮组的机械效率；
(2)动滑轮有多重；
(3)当用该滑轮组将170N的重物提升2m时，机械效率又是多大？
6．如图所示，在50N的水平拉力F作用下，重800N的物体沿水平地面做匀速直线运动，物体与地面间滑动摩擦力为120N。求：
(1)滑轮组的机械效率为多少？
(2)若物体的速度为0.2m/s，则1min内拉力做的功为多少？
(3)拉力的功率是多少？
7．如图所示，已知斜面长5m，高3m，绳端拉力为50N。利用这个滑轮装置将重为100N的物体在5s内从斜面的底端匀速拉到顶端。在此过程中：
(1)物体沿斜面向上运动，绳端移动的速度为多少？
(2)拉力的功和功率各是多少？
(3)拉力的机械效率是多少？
