人教版物理八年级下册
第十二章 简单机械
第3节 机械效率
自主预习 教材感知
知识点一 有用功、额外功和总功
1、有用功：定义：对人们 ，必须要做的功，用W有用表示。
公式：W有用＝Gh（提升重物）＝W总－W额=ηW总
斜面：W有用＝Gh
2、额外功：定义：并非我们需要但又 的功，用W额表示。
公式：W额＝W总－W有用＝G动h（忽略轮轴摩擦的动滑轮、滑轮组）
斜面：W额＝fL
3、总功：定义： 与 之和或动力所做的功，用W总表示。
公式：W总＝W有用＋W额＝FS＝
斜面：W总＝fL+Gh＝FL
知识点二 机械效率
定义：有用功跟总功的 ，用符号η表示。
公 式： 斜 面： 定滑轮：
动滑轮： 滑轮组：
. 总小于 ，所以机械效率总小于。通常用 表示。某滑轮机械效率为60%表示有用功占总功的60%。
提高机械效率的方法：改进结构，使机械 、更轻巧；减小机件间的摩擦，使机械处于 的状态。
知识点3 机械效率的测量：
（1）原理：
（2）应测物理量：钩码重力G、钩码提升的高度h、拉力F、绳的自由端移动的距离S。
（3）器材：除钩码、铁架台、滑轮、细线外还需刻度尺、弹簧测力计。
（4）步骤：必须匀速拉动弹簧测力计使钩码升高，目的：保证测力计示数大小不变。
（5）结论：影响滑轮组机械效率高低的主要因素有：
①动滑轮越重，个数越多则额外功相对就多。
②提升重物越重，做的有用功相对就多。
③摩擦，若各种摩擦越大做的额外功就多。
（6）绕线方法和重物提升高度不影响滑轮机械效率。
课后提升 精学精练
1．工人用滑轮组把一箱箱货物从一楼提升到五楼，在滑轮组上加润滑油后，机械效率提高了，则加润滑油后工人提升同样的重物时，做的（ ）
A．有用功减小，总功不变 B．有用功增加，总功增加
C．有用功不变，总功减小 D．有用功减小，总功减小
2．关于功、功率和机械效率相互关系的说法中，正确的是（ ）
A．机械效率越高，机械做功越快 B．做功越多的机械，机械效率越高
C．功率越大的机械，做功越多 D．做功越快的机械，功率越大
3．两个完全相同的滑轮，分别以图中两种方式，将重为G的物体以相同的速度匀速竖直提升了相同高度，不计绳重和摩擦。以下判断正确的是（ ）
A．F1和F2做的功相等
B．F1做的功大于F2做的功
C．甲的机械效率大于乙的机械效率
D．甲的机械效率小于乙的机械效率
4．晓敏在观看杂技表演，有一项跳板节目引起了她的注意，如图所示，两名质量为60kg的男演员同时从3m高处自由下落到跳板的一端，站立于跳板另一端的一名质量为45kg的女演员被向上弹起4m高。晓敏利用所学的知识粗略地计算出跳板的机械效率为（ ）
A．90% B．75% C．50% D．45%
5．如图用同一滑轮组分别将两个不同的物体A和B匀速提升相同的高度，不计绳重和摩擦，提升A的过程滑轮组的机械效率较大，则下列说法正确的是（ ）
A．A 物体的重力较小
B．提升 A 的拉力较大
C．提升 B 所做的额外功较少
D．提升 B 做的有用功较多
6．小明在“探究杠杆的机械效率与哪些因素有关”时，提出了两种猜想，猜想1：可能与悬挂重物位置有关；猜想2：可能与物重有关。随后，他在A处悬挂二个钩码测出机械效率η1，在B处悬挂一个钩码测出机械效率η2，并重复多次，均发现η1＞η2，由此，他（ ）
A．只能验证猜想1
B．只能验证猜想2
C．既能验证猜想1，也能验证猜想2
D．既不能验证猜想1，也不能验证猜想2
7．如图所示，工人沿斜面把一箱货物从底端匀速拉进车厢，拉力为400N，此斜面的长为5m，高为1m，货物重为1500N．则下列说法错误的是（ ）
A．拉动过程中拉力做功2000J
B．拉动过程中此斜面的机械效率是75%
C．货物受到的摩擦力大小为400N
D．为了更省力，可适当减小斜面的坡度
8．通过测量滑轮组机械效率的实验，可得出下列各措施中能提高机械效率的是（ ）
A．增加提升重物的重力 B．改用质量小的定滑轮
C．减少提升高度，减少做功 D．增加动滑轮，减小拉力
9．用如图所示的装置研究滑轮组机械效率，下列说法不正确的是（ ）
A．弹簧测力计通常要竖直向上匀速拉动
B．测量机械效率的原理：η＝（）×100%
C．机械效率与动滑轮重力的大小有关
D．提高机械效率可以通过减小钩码的重力来实现
10．在学习了简单机械之后，小红用图示装置探究“斜面的机械效率”，对于小红的实验，以下说法正确的是（ ）
A．实验时要匀速竖直拉动弹簧测力计
B．斜面的倾斜程度越大木块所受的摩擦力越大
C．斜面的倾斜程度越大，斜面的机械效率越大
D．影响斜面机械效率的因素只是物体与斜面间的粗糙程度
11．利用机械做功时，对人们有用的功叫 。不需要但又不得不做的功叫 ，两者之和叫 。
12．如图，用30N的拉力使重70N的物体竖直匀速上升1m，则拉力做的有用功为 ，拉力做的总功为 。
13． 和 的总和叫做总功。 跟 的比值叫机械效率，机械效率总是 （填“小于”“等于”或“大于”）1。
14．因为有用功总 〔填“大于、小于或等于”）总功，所以机械效率总小于1．提高机械效率的途径是减小 功，滑轮组的机械效率越高，说明额外功在总功中所占的比例 （填：“越大”或“越小”）
15．用如图所示的滑轮组甲和乙，两滑轮组中的动滑轮重力相等，提起同样重的物体时，甲滑轮组的机械效率为η甲，乙滑轮组的机械效率为η乙，则可判定η甲 η乙，如果用乙滑轮组第一次提起G1的重物，机械效率为η1，第二次提起G2的重物，机械效率为η2（G1＞G2），则可判定η1 η2．（不考虑摩擦和绳重的影响）
16．如图所示，分别用定滑轮、动滑轮把重力相同的甲、乙两物体在相同时间内匀速提升相同的高度（不计绳重和摩擦），则拉力做功的功率P甲 P乙（选填“＞”、“＜”或“＝”下同），机械效率η甲 η乙。
17．用总功率为10千瓦，最大抽水高度10米的水泵给水塔抽水，水塔顶端水箱容积为200米3，水塔水箱距地面高度为24米，抽水机的机械效率为50%，则最少需要 台这样的抽水机，同时满负荷工作 秒可以将水塔抽满？
18．如图所示，用大小为50N拉力，将重200N物体沿水平面匀速拉动2m，物体受到的摩擦力大小为90N，此过程中，拉力做功为 J，有用功为 J，机械效率为 。
19．用如图甲所示的滑轮组运货物上楼，图乙记录了整个过程中滑轮组的机械效率随货物重力增加而变化的图象，当货物的重力为400N时，绳子的拉力为 N；此时滑轮组的机械效率为 %．（不考虑绳重和摩擦）
20．如图所示，一根质地均匀的细木棒OC，OA＝1/4OC，B为OC的中点。在C点用始终竖直向上的50N的拉力将挂在A点的重为180N的物体匀速提升0.1m。提升该物体做的有用功是 J，总功是 J，木棒的机械效率为 （不计摩擦）。
21．如图所示，将质量为80kg的木箱，用一个平行于斜面向上的拉力从底端匀速拉到斜面顶端。斜面长10m、高3m，在此过程斜面的机械效率为80%．则拉力做的功为 J，拉力所做的额外功为 J．若斜面倾斜程度不变，只将斜面长度改为15m，仍以同样的方式将此木箱匀速拉到斜面顶端，此时斜面的机械效率将 。（选填“增大”、“不变”或“减小”）（g＝10N/kg）
22．用同一滑轮组提升不同的重物时，物体的重力越大，机械效率 ；用不同的滑轮组提升相同的物体时，动滑轮的个数越多、重力越大，机械效率越 。
23．学校的物理兴趣小组在“探究滑轮组的机械效率”时设计了如图所示的实验装置，钩码总重6N，由图可知，弹簧测力计竖直向上匀速拉动细绳时的拉力为 N，钩码4s内上升0.2m，上升过程中钩码的机械能 （填“变大”“变小”或“不变”），该滑轮组所做的有用功为 ，该滑轮组的机械效率为 。（保留一位小数）
24．用如图所示装置探究“斜面机械效率”，实验记录如下表。
实验次数
物体种类
物重G/N
斜面高h/cm
沿斜面的拉力F/N
斜面长s/cm
机械效率η/%
1
木块
4
15
1.1
90
60.6
2
小车
4
15
90
（1）根据图中测力计的示数，可知第2次实验的机械效率为 %．由实验可得初步结论：斜面倾斜程度相同时， 越小，机械效率越大。
（2）第1次实验中，木块所受摩擦力为 N。
25．小明用如图所示的装置探究杠杆的机械效率，每个钩码的质量为m，O为支点。
（1）他将2只钩码悬挂在B点，在A点竖直向上匀速拉动弹簧测力计，拉力为F1，测得A、B两点上升的高度分别为h1、h2，则此次杠杆的机械效率为η＝ 。（用物理量的符号表示）
（2）他将2只钩码悬挂在C点，在A点竖直向上匀速拉动弹簧测力计，使C点上升高度与第一次相同，则弹簧测力计的示数将 （选填“＞”、“＝”或“＜”）F1，此次弹簧测力计做的功将 （选填“＞”、“＝”或“＜”）第一次做的功。
（3）如果他想探究杠杆机械效率与物重的关系，在上述（1）实验基础上，接下来他应将3只钩码悬挂在 点（填“B”或“C”），并使钩码上升 高度（填“相同”或“不同”），测出拉力和A点移动的距离。
26．小红在“测量滑轮组机械效率”的实验中，测得的相关数据如表所示。
次数
钩码重力G/N
提升高度h/m
拉力F/N
绳端移动的距离s/m
机械效率η
1
2
0.1
0.9
0.3
2
4
0.1
1.6
0.3
83.3%
3
6
0.1
2.3
0.3
87.0%
（1）实验时，小红应沿竖直方向 拉动弹簧测力计，使钩码升高。
（2）分析表中的数据可知，小红测的是 （选填“甲”或“乙”）滑轮组的机械效率，第1次实验，滑轮组的机械效率为 。
（3）分析表中数据可得出结论：使用同一个滑轮组提升物体时，被提升的物体越 ，滑轮组的机械效率越高。
（4）第3次实验中，若仅增加钩码上升的高度，滑轮组的机械效率将 （选填“增大”、“减小”或“不变”）
27．在“测量滑轮组机械效率”的实验中，某组同学选择了如图所示的两种滑轮组进行多次实验，记录的实验效据如下表：
实验次数
钩码重
G/N
钩码上升高度
H/cm
拉力
F/N
绳端移动距离
S/cm
机械效率
1
0.5
10
30
2
1.5
10
0.8
30
62.5%
3
0.5
10
0.5
40
25.0%
4
1.5
10
0.7
40
53.6%
（1）根据表中数据可以判断出第一次实验所选择的是 （选填“甲”或“乙“）滑轮组。
（2）在第一次实验中，当 拉动滑轮组时，弹簧测力计示数如图丙所示，拉力F为 N；该次实验滑轮组的机械效率是 （计算结果精确到0.1%）。
（3）机械效率是机械性能好坏的重要标志结合生产生活实际，分析实验数据可知，下列提高机械效率的措施不可行的是 （选填符号）
A．增加所提物重 B．减轻机械自重C．机械加润滑油 D．增加重物上升高度
28．某同学用下图所示的实验装置测量滑轮组的机械效率，相关数据记录在下表中：
实验序号
钩码重/N
钩码上升的高度/m
绳端的拉力/N
绳端移动的距离/m
机械效率
1
4
0.10
1.8
0.3
2
6
0.10
2.5
0.3
3
6
0.15
2.5
（1）实验中，使用滑轮组提升重物时，应竖直向上 拉动弹簧测力计。
（2）第三次实验中，绳端移动的距离为 ，滑轮组的机械效率为 。
（3）分析实验数据发现，同一滑轮组提升重物的重力变大时，滑轮组的机械效率将 （选填“变大”“变小”或“不变”），是因为 。
29．如图所示，在“测滑轮组机械效率”实验中，（不计绳重和摩擦）
（1）在实验操作中应竖直向上 拉动弹簧测力计。
（2）弹簧测力计的示数为 N。
（3）若仅增加物体的重力，该滑轮组的机械效率将 （选填“增大”、“减小”或“不变”）。
30．工人用如图甲所示的滑轮组利用箱子运送建材上楼每次运送量不定滑轮组的机械率随建材重量变化的图象，如图乙所示滑轮和钢绳的摩擦力及绳重忽略不计。（g取10N/kg）
（1）动滑轮的重力是多大；
（2）若某次运送建材的质量为50kg，求此时的拉力是多少；
（3）当滑轮组的机械效率为60%时运送建材的重力是多大？
31．举世嘱目的港珠澳大桥于2018年10月24日正式通车，是集桥、岛、隧道于一体的跨海桥梁。图甲是建造大桥时所用的起吊装置示意图，若使用柴油机和滑轮组将高h＝1m的实心长方体A从海底以0.1m/s的速度匀速吊出海面；图乙是物体A所受拉力F1随时间t变化的图象。（ρ海＝1.0×103kg/m3，g取10N/kg，不计摩擦、水的阻力及绳重）。求：
（1）物体A的密度。
（2）当物体A在计时起点的位置时，上表面受到海水的压力。
（3）物体A露出水面前，柴油机对绳的拉力F做的功W随时间t的变化图象，如图丙，求此过程滑轮组的机械效率。
32．以下两个测量实验来自于小钧同学实验报告上的摘录
（1）用图甲所示的装置“测量滑轮组的机械效率”：
①他先用弹簧测力计测出物重G＝6N；
②接着按图甲组装好器材，竖直向上拉动弹簧测力计使物体 上升，
此时弹簧测力计的示数如图乙所示，其示数为 N，本次实验滑轮组的机械效率是 。（机械效率用百分数表示，保留一位小数）
（2）用天平、细线、烧杯和水测定某实心工艺品的密度，实验过程如下：
①往烧杯中倒入适量的水，用调平的天平测出烧杯和水的总质量为100g；
②用细线将工艺品拴好并浸没在水中，但没有触及杯底（如图丙所示），在右盘中增加砝码并移动游码，当天平平衡后，得出质量为108g，则工艺品的体积为 cm3；
③从烧杯中取出工艺品，用天平单独测量其质量，当天平平衡后，右盘中砝码和游码的位置如图丁所示，则工艺品的质量为 g；
④工艺品的密度为 kg/m3．小钧测量的工艺品密度比真实值 （选填“偏大”或“偏小”）。
33.在“测滑轮组机械效率”的实验中，用同一滑轮组进行了两次实验，实验数据如表所示。
（1）填上合适的数据。第1次实验测得滑轮组的机械效率为 。第二次弹簧测力计移动的距离为 。
（2）在图中用笔画线代替细绳组装滑轮组。
（3）如果将重为3N的钩码挂在同一滑轮组下，根据题中已有的信息可以判断出这时滑轮组的机械效率应在 范围内。
参考答案
自主预习 感知教材
知识点1 有用的 不得不做 有用功 额外功
知识点2 比值 有用功 总功 1 百分数 更合理 良好
知识点3
课后提升 精学精练
1．C； 2．D； 3．C； 4．C； 5．B； 6．D； 7．C； 8．A； 9．D； 10．C；
11．有用功；额外功；总功；
12．70J；90J；
13．有用功；额外功；有用功；总功；小于；
14．小于；额外；越小；
15．＝；＞；
16．＜；＞；
17．3；3.2×103；
18．200；180；90%；
19．250；80；
20．18；20；90%；
21．3000；600；不变；
22．越高；低；
23．2.4；变大；1.2J；83.3%；
24．95.2；摩擦力；0.43；
25．×100%；＞；＞；B；相同；
26．匀速；甲；74.1%；重；不变；
27．甲；竖直向上匀速；0.4；41.7%；D；
28．匀速；0.45m；80%；变大；当额外功一定时，有用功越大，机械效率越大；
29．匀速；2.4；增大；
30．解：（1）由图乙可知，当运送建材的重力G1=400N时，滑轮组的机械效率η=50%，
因滑轮和钢绳的摩擦力及绳重忽略不计，
所以，克服建材重力做的功为有用功，克服建材和动滑轮总重力做的功为总功，
则滑轮组的机械效率：
η=W有用W总×100%=GhGh+G动h×100%=GG+G动×100%=400N400N+G动×100%=50%，
解得：G轮=400N；
（2）由图可知，n=2，
若某次运送建材的质量为50kg时的拉力：
F=1n（G2+G轮）=1n（m2g+G轮）=12×（50kg×10N/kg+400N）=450N；
（3）当滑轮组的机械效率为60%?时，则有： η′=W有用/W总/×100%=G/h/G/h/+G动h/×100%=G/G/+G动×100%=G/G/+400N×100%=60%，
解得：G′=600N。
答：（1）动滑轮重为400N；
（2）若某次运送建材的质量为50kg，求此时的拉力是450N；
（3）当滑轮组的机械效率为60%时运送建材的重力是600N。
31．解：（1）根据图乙可知，物体完全露出水面后，拉力：F1=3×105N，则物体的重力G=F1=3×105N，
由G=mg可得，物体的质量：m=Gg=3×105N10Nkg=3×104kg，
由图乙可知，物体全部浸没时，物体A所受的拉力：F1′=2×105N，
则物体浸没时受到的浮力：F浮=G-F1′=3×105N-2×105N=1×105N，
由F浮=ρ水gV排可得物体的体积：V=V排=F浮ρ水g=1×105N1×103kg/m3×10Nkg=10m3，
物体A的密度：ρ=mV=3×104kg10m3=3×103kg/m3；
（2）由v=st可得物体在80s内通过的距离：s=vt=0.1m/s×80s=8m，即在计时起点时物体上表面在水中所处的深度h=s=8m，
物体上表面受到的压强：p=ρ水gh=1×103kg/m3×10N/kg×8m=8×104Pa，
由V=Sh可得，物体的底面积：S=Vh=10m31m=10m2，
则物体A上表面受到海水的压力：F=pS=8×104Pa×10m2=8×105N；
（3）根据图丙读出物体运动80s，拉力做的功：W总=2×106J，
而有用功：W有=F1′s=2×105N×8m=1.6×106J，
滑轮组的机械效率：η=W有用W总×100%=1.6×103J2×106J×100%=80%。
答：（1）物体A的密度为3×103kg/m3。
（2）当物体A在计时起点的位置时，上表面受到海水的压力为8×105N。
（3）滑轮组的机械效率为80%。
32．匀速；2.6；76.9%；8；64；8×103；偏大。
33. （1）66.7%；40cm；（2）如上图；（3）66.7%～72.7%。
