2020浙教版科学九年级上册冲刺重高讲义（十五）：机械效率【含答案】

一、机械效率
1、有用功
定义：使用机械做功时，对人们有用的功叫有用功，用W有用表示。也就是人们不用机械而直接用手时必须做的功，也等于在理想情况下（即不考虑摩擦和机械本身的重力）人们所做的功，或者是机械对物体做的功。
2、额外功
使用机械时，对人们没有用但又不得不做的功叫额外功，用W额表示。额外功的来源主要有：①提升物体时，克服机械自重、容器重、绳重等所做的功；②克服机械的摩擦所做的功。
3、总功
人们在使用机械做功的过程中实际所做的功叫总功，用W总表示。它等于有用功和额外功的总和，即W总＝W有用＋W额，或人对机械的动力为F，则W总＝Fs。
4、机械效率
（1）定义：有用功与总功的比值叫做机械效率。
（2）公式：η＝W有用/W总×100%
（3）由于总是存在额外功，使得W有用＜W总，所以η一般是小于1；影响机械效率的主要因素有摩擦和机械自重等。
二、机械效率计算
1、杠杆
①W有用=Gh
②W总=F·S
③
影响其效率大小的因素：①杠杆自重、物重、悬挂位置
②杠杆与支点之间的摩擦
滑轮组
【竖直方向】
①W有用=G物·h
②W总=F·S=F·nh=（G物＋G动）·h
（不计绳重和摩擦时）
（n为连接动滑轮绳子段数）
③
影响其效率大小的因素：①物重
②摩擦及动滑轮重力
【水平方向】
①W有用=fS物
②W总=F·SF=F·nS物
（n为连接动滑轮绳子段数）
③
影响其效率大小的因素：绳子与滑轮的摩擦
3、斜面
①W有用=Gh
②W总=F·S
③
影响其效率大小的因素：①斜面之间的粗糙程度②斜面的倾斜程度
例1．斜面上有一个重为100
N的箱子A，通过定滑轮与重60
N的重物B相连，在3
s内物体A沿斜面匀速向上滑动了1.5
m，此重物B落地，箱子A又经过0.2
s向前滑动了20
cm停下来。若斜面长5米，高2米，则箱子与斜面间的滑动摩擦力是
牛；在箱子滑动过程中重物B共对箱子做了
焦的功；重物B对箱子A做功的功率是
瓦。(忽略绳重及滑轮的摩擦力)
例2.如图，质量为60kg的工人用滑轮组提升重物，每个滑轮的重力均为50N。
（1）
若人用200牛的力使用该滑轮组花2秒钟让重力为250N的物体匀速上升2m，在此过程中，人做功的功率为多少？机械效率为多少？
（2）提升重物过程中若不计绳子重和滑轮轴摩擦，求人用坚韧的绳子最多能拉起多重的物体。
例3、用如图所示的实验装置测量杠杆的机械效率。实验时，竖直向上匀速拉动弹簧测力计，使挂在较长杠杆下面的钩码缓缓上升。
(1)实验中；将杠杆拉至图中虚线位置，测力计的示数F为
N，钩码总重G为1.0N，钩码上升高度h为0.1m，测力计移动距离s为0．3m，则杠杆的机械效率为
％。请写出使用该杠杆做额外功的一个原因：
(2)为了进一步研究杠杆的机械效率与哪些因素有关，一位同学用该实验装置，先后将钩码挂在A、B两点，测量并计算得到下表所示的两组数据：
次数
钩码悬挂点
钩码总重G／N
钩码移动距离h／m
拉力F／N
测力计移
动距离
S／m
机械
效率
/％
1
A点
1.5
0.10
0.7
0.30
71.4
2
B点
2.0
0.15
1.2
0.30
83.3
根据表中数据，能否得出杠杆的机械效率与所挂钩码的重有关，钩码越重其效率越高”的结论?请简要说明两条理由．①
；②
。
例4、
如图是探究斜面的机械效率跟什么因素有关的实验装置。
（1）实验器材有木块、铁块、垫块、各处粗糙程度相同的长木板、弹簧测力计各一个，砝码若干，为了完成实验，还需要的测量工具是　
。
（2）实验时某同学在木块或铁块上放置不同的砝码，改变物块的重力，用弹簧测力计拉着物块沿斜面做匀速直线运动．实验的部分数据如下表：
实验次数
接触面粗糙程度
物块重G/N
物块上升的高度h/m
沿斜面的拉力F/N
物块移动的距离L/m
机械效率
1
较粗糙（木块﹣木板）
2.0
0.25
1.2
0.80
52%
2
同上
2.0
0.35
1.4
0.80
63%
3
同上
5.0
0.35
3.5
0.80
63%
4
较光滑（铁块﹣木板）
5.0
0.35
3.1
0.80
①
该同学运用控制变量法探究的是斜面的机械效率与斜面倾斜程度、物重和
的关系。
②
在第四次实验中，斜面的机械效率为　
　　　(精确到1％)。
③
斜面高度为h，长度为L，用一个平行于斜面的力把重为G的物体匀速拉到斜面顶端。拉力所做的功为W，则斜面和物体间的摩擦力为
　　
例5、.如图甲所示是工人利用滑轮组从竖直深井中提取泥土的情形，所用动滑轮和筐受到的总重力为20N。某次操作中，将重400N的泥土以0.4m/s的速度匀速提起，在此过程中工人的拉力F所做的功随时间变化的图象如图乙所示。细绳的质量忽略不计，那么，利用该装置提升泥土的机械效率为
；在提起泥土上升3m的过程中，拉力F克服摩擦力做的功为
；你认为可以增加该装置机械效率的方法是
（写出一种即可）
例6、如图所示，某矿产工人用200Ｎ的水平拉力，抓紧绳子的一端，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。（g取10Ｎ/Kg）
求：（1）人拉绳子的速度；
（2）滑轮组对物体做功的功率；　
（3）滑轮组的机械效率；
　　　
1、小王使用如图所示的滑轮组提升重物，用300N的拉力在10s内将540N的重物匀速提升了1m，在这个过程中（　　）
A．有用功为540J
B．拉力的功率为90W
C．滑轮组的机械效率为60%
D．绳子自由端移动的距离为3m
2、用如图所示的滑轮组，将重为10N的物体以0.1m/s的速度匀速提升，拉力F＝6N，不计绳重及摩擦，下列说法正确的是（　　）
A．动滑轮重力为8N
B．拉力的功率为1.8W
C．滑轮组的机械效率为83.3%
D．物重不变，增加动滑轮重力，可以提高机械效率
3、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、F2分别把同一重物提升到相同的高度，则下列说法不正确的是（　　）
A．力F1做功的功率大
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
4、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提高一定高度（不计绳子重力和摩擦力）（　　）
A．用同一个滑轮组提起不同的重物，机械效率不变
B．若G1＝G2，甲的机械效率大于乙的机械效率
C．若G1＝G2，且绳子移动的距离也相同，拉力做的总功相同
D．若G1＞G2，但物体上升的高度相同，甲的拉力做的额外功＝乙的额外功
5、沿斜面上将一个质量为0.5kg的物体匀速拉到高处，如图所示，沿斜面向上的拉力为2N，斜面长4m、高1m（g取10N/kg）。下列说法正确的是（　　）
A．物体受到的摩擦力大小为2N
B．物体只受重力、拉力和摩擦力三个力的作用
C．做的有用功是0.5J
D．此斜面的机械效率为62.5%
6、小明体重650N，利用如图所示的滑轮组在10s内使物体A匀速上升4m．已知物体A重为750N，作用在绳端的拉力大小为500N，在此过程中，小明做的有用功为　
　J，小明拉力的功率为　
　W，此滑轮组的机械效率为　
　%。
7、某同学用如图所示滑轮组将重为300N的物体以0.2m/s的速度匀速向上拉动，拉力为120N（不计绳重及摩擦），则动滑轮重　
　N，10s内人拉绳子做的功是　
　J，该滑轮组的机械效率是　
　。
8、如图所示，甲、乙是两个完全相同的滑轮，其重力均为20N，分别用图中的两种方式将重80N的物体以相同的速度匀速提升了10m．不计绳重与摩擦，则绳端的拉力F1：F2＝　
　；自由端移动距离s1：s2＝　
　；机械效率η1：η2＝　
　。
9、如图所示，将同一重物用甲、乙两种机械举高，甲的机械效率为η甲，乙机械效率为η乙，且η甲∶η乙=7∶5，则分别使用这两种机械时的拉力之比F1∶F2=
。若甲、丙两滑轮完全相同，提升的重物也相同，则F1
F3
，若丙的机械效率为η丙，则η甲
η丙。（选填“大于”、“等于”或“小于”）
10、如图所示，斜面长5m，高1m，工人用沿斜面方向400N的力把重1600N的集装箱匀速推到车上，工人做的有用功是　
　，额外功是多少　
　J，推力对集装箱做的功是　
　，斜面的机械效率是　
　。
11、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　
　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＝　
　。（用用已知或测量物理量的符号表示）
（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点上升高度为h2，则弹簧测力计的示数将　
　（大于/等于/小于）F1，此次弹簧测力计做的功将　
　（大于/等于/小于）第一次做的功，杠杆的机械效率将　
　（选填“变大”、“变小”或“不变”）。
（3）他将3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点上升高度仍为h2，则第
3次杠杆的机械效率与前两次相比　
　（最大/最小/三次相等）。
（4）本实验中，影响杠杆机械效率的主要因素是：　
　。
12、用如图所示的滑轮组将一个重为480N的物体匀速提升2m，作用在绳子自由端的拉力为200N。
（1）此时滑轮组的机械效率为多少？
（2）若被提升物重增大到600N时，则加在绳端的拉力为多少？（不计绳重和摩擦）
13、如图所示，已知斜面倾角为30°，斜面长为2m．某人用绳子沿斜面将重为500N的木箱由斜面底端匀速拉到顶端。拉力大小为300N，绳重不计。求：
（1）人对木箱做的有用功；
（2）斜面的机械效率；
（3）斜面对物体的摩擦力。
1、如图所示，工人用滑轮组吊起质量为120kg的箱子，绳自由端施加的拉力为800N．箱子被匀速竖直提升了2m。不计绳重和摩擦，则工人做功和滑轮组的机械效率分别是（　　）
A．2400J
66.7%
B．3200J
75%
C．3200J
50%
D．1600J
66.7%
2、用如图所示的滑轮组在10s内将300N的重物匀速提升3m，已知动滑轮重30N，不计摩擦，则（　　）
A．利用滑轮组所做的有用功是450J
B．绳子自由端移动的速度是0.9m/s
C．拉力的功率是99W
D．滑轮组的机械效率是80%
3、用如图所示的滑轮组拉动水平地面上重1000N的物体A，使物体A在4s内匀速前进了4m，物体A受到地面的摩擦力f＝300N，所用拉力F＝120N，忽略绳重、滑轮重及绳与滑轮间的摩擦。下列说法中正确的是（　　）
A．绳子自由端在4s内移动了8m
B．物体A重力做功的功率为1000W
C．物体A克服摩擦力做的功为480J
D．滑轮组的机械效率约为83.3%
4、如图所示，用下列装置提升同一重物，若每个滑轮重相同，不计摩擦，则机械效率最高的装置是（　　）
A．
B．
C．
D．
5、同一滑轮用如图甲、乙两种方式匀速提升重为100N的物体，已知滑轮重20N、绳重和滑轮的摩擦力不计。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
6、如图所示，有一斜面长为L，高为h，现用力F沿斜面把物重为G的物体从底端匀速拉到顶端。已知物体受到斜面的摩擦力为f，则下列关于斜面机械效率η的表达式正确的是（　　）
A．η100%
B．η100%
C．η100%
D．η100%
7、用如图所示的滑轮组提升物体，已知物重为200N，拉力为120N，物体被提升了2m，所用时间为2s，那么用此滑轮组做的额外功是　
　J，滑轮组的机械效率是　
　，拉力的功率是　
　W。
8、如图所示，用F＝50N的力通过滑轮组水平拉重力为80N的物体，使其向左匀速运动，在这过程中拉力F做功为40J，已知物体受到的水平地面的摩擦力为60N，则物体运动的距离为　
　m，该滑轮组的机械效率为　
　。（忽略绳子和动滑轮的重力）
9、如图所示，小王用两个相同的滑轮组（摩擦不计），分别将重力不同的两个物体匀速提高到相同高度，其中G1＞G2，则所用的拉力F1　
　F2，其机械效率η1　
　η2．（填“＞”、“＜”或“＝”）。
10、如图所示，用竖直向上的力匀速拉动较长的杠杆，使重为18N的物体缓慢升高0.1m，拉力大小F＝8N，拉力移动的距离为0.25m。拉力所做的功为　
　J，有用功为　
　J，杠杆的机械效率为　
　%。
11、如图所示，沿斜面向上拉一个重为4.5N的物体到斜面顶端，斜面长1.2m，高0.3m，拉力做功为2.16J，则这个斜面的机械效率是　
　%，物体受到的摩擦力是　
　N。
12、如图所示，用滑轮组匀速提起1200N的重物，拉力做功的功率为1000W，绳子自由端上升的速度为2m/s．（不计绳重和摩擦）
（1）作用在绳子自由端的拉力为多大？
（2）滑轮组的机械效率为多大？
（3）若用此滑轮组匀速提起2400N的重物，作用在绳子自由端的拉力为多少？
13、如图，工人师傅用一个定滑轮和一个动滑轮组成滑轮组，50s内把重400N的箱子匀速提起5m，动滑轮重80N，绳重摩擦不计，求：
（1）在图上画出绕绳方式；
（2）人对绳子的拉力为多大？拉力的功率是多大？
（3）该滑轮组的机械效率为多少？
参考答案
例1．20N
；
90J；
30W
例2.（1）400w
62.5%
（2）1150
例3、(1)0.5
66.7由于使用杠杆时需要克服杠杆自重(克服摩擦力)等做功
(2)不能两次实验时钩码没挂在同一位置仅根据一次对比实验所得结论是不可靠的
例4、（1）刻度尺；
（2）①接触面粗糙程度
②71%
③B
例5、.88.9%
90
J
减小绳与滑轮之间的摩擦、减小机械自重等
例6、（1）0.8m/s
（2)128W
（3）80%
1、A
2、C
3、D
4、C
5、D
6、3000；400；75。
7、60；720；83.3%。
8、8：5；1：2；5：4。
9、5∶7
；
大于
；
等于
10、1600J；400；2000J；80%。
11、（1）匀速；；（2）大于；小于；变大；（3）最大；（4）杠杆的自重。
12、（1）此时滑轮组的机械效率为80%；
（2）若被提升物重增大到600N时，则加在绳端的拉力为240N。
13、（1）人对木箱做的有用功为500J；
（2）斜面的机械效率为83.3%；
（3）斜面对物体的摩擦力为50N。
B
2、C
3、D
4、A
5、C
6、D
7、80；83.3%；240。
8、0.4；60%。
9、＞；＞。
10、2；1.8；90。
11、62.5%；0.675。
12、（1）作用在绳子自由端的拉力为500N；
（2）滑轮组的机械效率为80%；
（3）若用此滑轮组匀速提起2400N的重物，作用在绳子自由端的拉力为900N。
13、（1）略；
（2）人对绳子的拉力为240N，拉力的功率是48W；
（3）该滑轮组的机械效率为83.3%。
2020浙教版科学九年级上册“冲刺重高”讲义（十五
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机械效率