苏教版九年级物理教学讲义，复习补习资料（含知识讲解，巩固练习）：10【提高】机械效率（含答案）

机械效率（提高）
【学习目标】　　1、知道有用功、额外功、总功；　　2、理解机械效率定义、大小范围、表示方法、公式、影响因素；　　3、知道有用功、额外功、总功关系式；　　4、理解机械效率的计算及公式。
【典型例题】
类型一、基础知识
1、（2019春?商水县期末）下列说法正确的是（　　）
A．效率高的机械，功率一定大
B．做功时间长的机械，功率一定大
C．所有机械的机械效率都小于1
D．功率大的机械做的功一定多
【思路点拨】本题根据机械效率、功率、功的定义和公式分析解答。
【答案】C
【解析】A、机械效率是指有用功占总功的比值，与功率大小（做功快慢）无关，A错；B、做功时间长，做功多少不知道，所以功率大小不能确定，B错；C、使用机械时，都要克服摩擦、提升机械做额外功，使得有用功小于总功，机械效率小于1，C正确；D、功率大的机械，不知道做功时间，做功多少不能确定，D错，故选C。
【总结升华】功的多少、功率（做功快慢）、机械效率是三个不同的物理量，含义不同，分析问题时要特别注意：做功快不一定做功多。
举一反三：
【变式1】某滑轮组经改进后提高了机械效率，若用它把同一物体匀速提到同样的高度，改进后与改进前相比较，下列说法中错误的是（　　）
A．做的有用功增加了
B．做的总功减少了
C．做的额外功减少了
D．做的有用功跟总功的比值增大了
【答案】A
【变式2】 关于机械效率，下列说法正确的是 （ ）
A. 越省力的的机械，机械效率越高
B. 有用功多的机械，效率越高
C. 额外功少的机械，机械效率高
D. 总功一定时，有用功多的机械的效率高
【答案】D
2、如图，两个滑轮组由每个质量相同的滑轮组成。用它们分别将重物G1、G2提高相同高度（　　）
A．若G1=G2，拉力做的额外功相同
B．若G1=G2，拉力做的总功相同
C．若G1=G2，甲的机械效率大于乙的机械效率
D．用同一个滑轮组提起不同的重物，机械效率不变
【答案】C
【解析】如果两个滑轮组所拉重物相同，由图可得，甲图中动滑轮只有1个，而乙图中动滑轮有2个，说明乙图滑轮组所做的额外功要多。在提升相同重物，提升相同高度的情况下，有用功相同，但乙图中做的额外功多，说明乙图中滑轮组机械效率低，乙图中的滑轮组需要做更多的总功。如果同一滑轮组提升的重物重力越大，说明有用功在总功中的比值越大，则机械效率变高。
【总结升华】本题考查机械效率在滑轮组中的具体应用，滑轮组的额外功与动滑轮的重力和摩擦有关。
举一反三：
【变式】 （多选）利用如图所示的甲、乙两滑轮组，在相同的时间内用大小相同的力F1和F2分别把质量相等的重物提升到相同的高度，则（ ）
A．力F1做的功多
B．甲滑轮组的额外功较大
C．乙滑轮组的机械效率高
D．甲、乙两个滑轮组的总功相同
【答案】ABC
3、某实验小组探究影响滑轮组机械效率的因素的实验装置如图所示，实验数据如下表。若不计摩擦，比较1和2两次的实验数据，可以看出滑轮组的机械效率与 有关；比较1和3两次的实验数据，可以看出滑轮组的机械效率与 有关。

【答案】动滑轮的个数（或动滑轮的总量） 提升的物重
【解析】从1、2两次实验中，绳端移动距离和钩码上升高度之间的关系可以看出，两次分别利用了不同的滑轮组。第二组的滑轮组是右边的，使用的动滑轮的个数多。从而可以看出，动滑轮总重越大，滑轮组的机械效率越低。从1、3两组数据可以看出，两次用的是同一个滑轮组，第三次实验提升的钩码重，滑轮组的效率也高。所以可以看出滑轮组的机械效率与被提升物体的重力有关。
【总结升华】此题主要通过实验研究了影响滑轮组机械效率的因素，知道动滑轮越重，机械效率越低；提升的物体越重，机械效率越高。
举一反三：
【变式】某同学想通过实验来探究“影响滑轮组的机械效率的因素”。他做了如图所示的实验，并测算了各次实验装置的机械效率。关于他的实验过程，下列说法中不正确的是（　　）
A．根据①、②两次实验可知：滑轮组的机械效率与绳子的绕法无关
B．根据②、③两次实验可知：同一滑轮组提起物重越大，机械效率越低
C．根据该同学的探究结论可知，通过适当增大物重可以提高滑轮组的机械效率
D．为使实验的结论更具可靠性，应换用不同的装置进行多次实验归纳得出普遍规律
【答案】B
类型二、知识运用
4、利用如图所示的滑轮组提起重物。（1）当被提起重物的重力是150N时，滑轮组的机械效率为60%，求绳端拉力。（2）若被提起重物的重力为250N时，求重物上升2m时，绳端拉力做的功。（绳的自重和轮轴间摩擦均不计）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　【思路点拨】（1）已知物体重和绳子段数以及机械效率，根据机械效率的公式就会算出拉力；（2）首先在（1）的条件下，利用额外功求得动滑轮的重；进而可在重物为250N时，算出拉力的大小，根据功率公式就会求出拉力的功。
【答案与解析】（1） 由于s=2h，W有=Gh，W总=Fs，因此根据机械效率公式有：。（2）由上问知：G动+G=2F，得G动=2F-G，G动=100N，所以W额= G动×h/=100N×2m=200J，W有= G物×h/=250N×2m=500J，W总=W有+W额=500J+200J=700J。
【总结升华】对于滑轮组而言，只要知道承担重物的绳子段数，就找出了绳子自由端移动的距离s与重物升高的高度h之间的关系。若承担重物的绳子段数为n，则绳子移动的距离s与重物升高的高度h的关系是s=nh。
5、（2019?遂宁中考）某兴趣小组用如图甲所示的滑轮组（物体与动滑轮用绳子a连接）匀速拉动放在同一水平面上的不同物体，物体受到的摩擦力从200N开始逐渐增加，直到组装滑轮组的绳子b被拉断，每次物体拉动的距离均为2m。通过实验绘出了该滑轮组机械效率随物体受到摩擦力大小变化的关系图象如图乙。（不计绳重和绳与滑轮间的摩擦）求：
（1）动滑轮重力；
（2）当滑轮组的机械效率为80%，物体以0.2m/s的速度匀速运动时，该滑轮组的有用功率；
（3）一个重500N的同学利用该滑轮组，想独自用竖直向下的力拉断绳子b，请你通过计算分析他能否实现。
【答案】（1）动滑轮的重力为200N；（2）有用功率为160W；（3）无法实现
【解析】
（1）因为η====，
所以动滑轮重力为G动===200N；
（2）当滑轮组机械效率为η2=80%时，根据η=得，
物体受到的摩擦力为f2===800N，
所以滑轮组的有用功率为P=F2v=f2v=800N×0.2m/s=160W；
（3）当物体与地面间摩擦力达到最大f3=1600N时，
作用在绳子自由端的拉力为F最大=（f3+G动）=×（1600N+200N）=600N，
因为F最大=600N＞G=500N，所以中学生无法直接拉断绳子。
【总结升华】此题是一道力学综合题，考查了滑轮组的特点、功率、机械效率的变化，考查角度新颖，是一道创新题。
举一反三：
【变式】由两个动滑轮和两个定滑轮组成的滑轮组，把一重为1000N的重物匀速提升1m时，人站在地面上所用拉力为312.5N，若绳重及摩擦不计，则滑轮组的机械效率多大？动滑轮重为多大？若提升的重物变为1500N，绳子自由端的拉力为多大？
【答案与解析】
6、（2019?武汉中考）如图所示，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（　　）
【答案】C
【解析】从图可知，由2段绳子与动滑轮相连，则S=2s物，η====，
物体在水平地面上做匀速运动，则此时A处绳子的拉力与物体与地面之间的摩擦力是一对平衡力，
物体和地面之间摩擦力为f，A处的拉力大小为FA=f，则η==。
【总结升华】此题主要考查了滑轮组绳子拉力的计算以及滑轮组的机械效率，在计算过程中，要注意弄清哪些力是平衡力，不要被多余的条件所迷惑。
7、沿长10m、高为2m的斜面，将重为500N的物体匀速推到顶端时的机械效率为80%。求：（1）沿斜面向上对物体推力的大小；（2）物体在斜面上运动时受到的摩擦力。
【思路点拨】（1）算出总功后，根据W总=Fs就可以求出拉力的大小；（2）克服摩擦力做的功是额外功，根据W总=W有用+W额外计算出额外功W额外，再根据W额外=fs计算出摩擦力。
【答案与解析】
（1）本题斜面的机械效率小于1，不能用斜面公式求推力，应从机械效率的角度求解。
设斜面长为l，高为h，物重为G，沿斜面推力为F。
有用功W有用=Gh，总功W总=Fl。
由机械效率，得沿斜面向上的推力。
（2）因本题物体在斜面上，而不是在水平面上，此时物体受四个力的作用，如图所示，物体受到的摩擦力与推力不会平衡，因此f≠F。我们若注意到利用斜面做功时，额外功就是斜面克服物体受到摩擦所做的功，则W额外=f·l，而W总=W有用+W额外，代入机械效率表达式有：，
∴物体受到斜面的摩擦力：。
【总结升华】本题考查了使用斜面时有用功（克服物体重力做功）、额外功（克服摩擦力做功）、总功（推力做功）、机械效率的计算，知道克服摩擦力做的功是额外功是本题的关键。
举一反三：
【变式】沿着长5米，高1米的斜面，把重为700牛的某物匀速拉到顶端，所用拉力为200牛，求斜面的机械效率。
【答案】70%
【巩固练习】
一、填空题
1、某机械的机械效率为80%，使用它做400J的有用功，需同时做 J的额外功。
2、在实际生产劳动中使用机械时，总要做一些额外功，原因是任何机械本身都有 ，并且机械零件与零件之间在发生相对运动时还存在着 ，所以任何机械的机械效率总是 100%（选填“大于”或“小于”）。
3、要提高机械效率，关键在于减小__________功。我们可以用__________或_______减小摩擦，还可以通过简化____结构，____机械自重等方法，来提高机械效率。4、（2019?聊城中考）如图所示，在“测量滑轮组机械效率”的实验中，物体重6N。沿竖直方向匀速拉动弹簧测力计，物体上升高度为10cm，此时弹簧测力计的示数为　 　N，滑轮组的机械效率是　 　。
5、如果是水桶掉在了水井里，需要把水桶捞上来。在将水桶捞上来的过程中，克服水的重力所做的功是_______功，克服桶的重力所做的功是______功，人在整个捞桶过程中做的功是__________，由此可
见，应该根据________________来判断有用功和额外功。
6、如图所示，用定滑轮和动滑轮分别将质量相同的甲、乙两物体匀速提升相同的高度，不计绳重与摩擦，且动滑轮重G动小于物体的物重G，甲图中拉力做的功为W甲，乙图中拉力做的功W乙，则所用的拉力F甲 F乙，W甲 W乙，其机械效率η甲 η乙。（均选填“＞”“＜”或“=”）
7、小勇用如图所示滑轮组拉着物体匀速前进了0．2 m，则绳子自由端移动的距离为________m。若物体与地面的摩擦力为9 N，则他所做的功是________J。如果小勇对绳的拉力F＝4 N，该滑轮组的机械效率为________%。
8、（2019?阜阳校级一模）如图所示，某同学用6N的拉力将重为8N的物体拉上高3m、长5m的斜面，则该斜面的机械效率________。
二、选择题
9、甲吊车比乙吊车的机械效率高，当它们分别把相同质量的物体匀速提升相同高度时，则（　　）
A．甲吊车的电动机做的有用功较多
B．乙吊车的电动机做的额外功较多
C．甲吊车的电动机做的总功较多
D．甲、乙两吊车的电动机做的总功相同
10、（2019?河北一模）（多选）在探究“影响滑轮组机械效率的因素”时，同学们得到了很多结论，其中正确的是（　　）
A．滑轮组的机械效率与被提升物体的重力有关
B．滑轮组的机械效率与动滑轮的重力有关
C．滑轮组的机械效率与滑轮和绳子间的摩擦有关
D．滑轮组的机械效率与承重绳子的段数有关
11、小明用两个相同的滑轮组成不同的滑轮组(如图所示)，分别将同一物体匀速提高到相同高度，滑轮组的机械效率分别为、。下列关系正确的是(忽略绳重及摩擦) ( )
A．F1＞F2， B．F1＞F2， C．F1＜F2， D．F1＜F2，
12、（2019?潍城区二模）（多选）如图所示，小晖用60N的拉力，在2s内将重100N的物体升高了20cm，则（　　）
A．绳子自由端被拉下60cm
B．拉力的功率为24W
C．有用功为20J
D．滑轮组的机械效率为83%
13、（2019?长春模拟）下面措施中能使滑轮组的机械效率提高的是（　　）
A．增加提升重物的高度
B．给滑轮的轮和轴之间加润滑油
C．提升质量更小的物体
D．将塑料滑轮换成体积相等的铁质滑轮
三、实验与计算题
14、在物理课上，同学们通过实验对斜面的机械效率进行探究。其中一组同学研究“斜面的倾斜程度跟机械效率的关系”。下表是他们的部分实验数据。　　
实验序号
斜面倾角q / °
木块重G/N
拉力F/N
斜面高h/cm
斜面长S/cm
机械效率η/%
1
10
2
0.6
10
57.6
57.9
2
15
2
0.8
10
38.6
64.8
3
20
2
1.0
10
29.2
68.5
4
25
2
1.1
10
24.0
75.8
5
30
2
1.2
10
20.0
83.3
（1）分析表中的数据，可以知道：　　①斜面的机械效率跟斜面倾角（倾斜程度）的关系是_______________；　　②实验中，拉力做的有用功__________（填“相等”或“不相等”）；　　③实验中，随着斜面倾角的增大，拉力做的总功__________（填“增加”“不变”或“减少”）；　　④额外功减少的原因是______________________________________。（2）进而可以有如下推论：　　①木块受到的摩擦力跟斜面倾角的关系是_______________________；　 ②从影响滑动摩擦力大小因素方面分析，在实验中，摩擦力的大小发生变化的原因是_______________________。15、如图所示的两个滑轮组。已知图甲中的物重与动滑轮之比为；图乙中的物重与动滑轮重之比为。两个物体重力之比。若不计摩擦，求：　　　　　　　　　　　　　　　　 　　(1)甲、乙两图中的滑轮组效率之比；　　(2)将物体匀速拉起时，绳子的拉力、之比。
16、小马用如下图所示滑轮组抬高重5N的小车，若不考虑摩擦和绳重，请你计算下列问题：
（1）若不计动滑轮重量，绳子自由端弹簧测力计的示数是多大？
（2）若考虑动滑轮重量，此时弹簧测力计的示数是2.5N，则该滑轮组的机械效率是多大？
（3）当动滑轮总重超过多少时，使用该滑轮组提该小车不再省力？
【答案与解析】
一、填空题
1、【答案】100
2、【答案】重力；摩擦；小于
【解析】机械做功时要做额外功，额外功主要包括机械自身的重力和零件的摩擦，机械效率总小于1。
3、【答案】额外；滚动摩擦代替滑动摩擦；加注润滑剂；机械；减少 4、【答案】2.4；83.3%
【解析】由图示弹簧测力计可知，其分度值为0.2N，示数为2.4N；由图示滑轮组可知，承重绳子的有效股数n=3，滑轮组效率：η=×100%=×100%=×100%=×100%=×100%≈83.3%。5、【答案】额外；有用；总功；完成事情的目的
6、【答案】＞；＜；＞
【解析】（1）因为不计绳重和摩擦，而甲图是定滑轮，所以绳子自由端的拉力F甲=G；而乙是动滑轮，所以绳子自由端的拉力；由于G动F甲>F乙。（2）因甲图和乙图所提升的物体的质量相同，并且提升相同的高度，所以由公式W有用=Gh=mgh可知，在甲图和乙图中所做的有用功相同；而在不计绳重和摩擦时，使用定滑轮不需要做额外功，使用动滑轮由于要克服动滑轮的重力做额外功；由W总=W有用+W额外可知，W甲< W乙。（3）在不计绳重和摩擦时，使用定滑轮不需要做额外功，因此甲的机械效率为100%，而使用动滑轮，由于克服动滑轮重力做额外功，所以乙的机械效率小于100%；所以η甲>η乙。
7、【答案】0.6；1.8；75
【解析】有3段绳，所以绳子自由端移动的距离是。
拉力，他所做的功是：。
当拉力是4N时，有用功是，
总功，故机械效率：。
8、【答案】80％
【解析】拉力所做的有用功：W有=Gh=8N×3m=24J，拉力所做的总功：W总=Fs=6N×5m=30J，
该斜面的机械效率：
故答案为：80%。
二、选择题
9、【答案】B
【解析】两辆吊车做的有用功相同，乙的效率较低，所以乙吊车做的总功较多，额外功较多。
10、【答案】ABC
【解析】 由可知，滑轮组的机械效率与物重、动滑轮重、摩擦等因素有关，与承重绳子的段数无关，故A、B、C正确，D错误。
11、【答案】A
【解析】对于竖直悬挂的滑轮组，在不考虑摩擦和绳重时，拉力，，故；机械效率，故。
12、【答案】CD
【解析】由图可知，n=2，则绳子自由端被拉下的距离：s=nh=2×20cm=40cm=0.4m，故A错误；拉力做的有用功：W有=Gh=100N×0.2m=20J，故C正确；拉力做的总功：W总=Fs=60N×0.4m=24J，拉力的功率：，故B错误；滑轮组的机械效率：，故D正确。
13、【答案】B
【解析】A、增加提升重物的高度对滑轮组的机械效率没有影响，故A不合题意；B、给滑轮的轮和轴之间加润滑油，可以减少额外功，在有用功一定时，可提高机械效率，故B符合题意；C、提升质量更小的物体，这样有用功变小，在额外功一定时，有用功占总功的比例更小，机械效率变小，故C不合题意；D、将塑料滑轮换成体积相等的铁质滑轮，增大了动滑轮的重，增加了额外功，使机械效率变小，故D不合题意；故选B。
三、实验与计算题
14、【答案与解析】
⑴①倾角越大，机械效率越高；②相等；③减少；④木块受到的摩擦力变小了　　⑵①倾角越大，摩擦力越小；②木块对斜面的压力变小了15、【答案】(1)滑轮组效率之比为：35:36　　 (2)绳子的拉力之比为：。　　【解析】本题的难度在于所有数据都是比例值，关键是要分清楚有用功、总功以及公式推导变形，本题还是可以轻松解答。图甲中的滑轮组，有用功是使重物上升所做的功，由于不考虑摩擦总功则是使、同时上升所做的功。与相连，上升的高度相同。设重物上升h米，则有用功，总功为，机械效率为；　　由，得，带入上式，得；　　同理，可得；将，即代入得；由此可知，两个滑轮组的机械效率之比为：。　　两个滑轮组的连接方式不同，图甲中的拉力为滑轮与重物重力之和的1/3，即=。图乙中的拉力为滑轮与重力之和的1/2，即=。将，的关系代入，有，。　　由此得出，将代入，得。
16、【答案与解析】