11.3 如何提高机械效率—沪粤版九年级物理上册检测有解析

11.3
如何提高机械效率
知识点一、什么是有用功与额外功
1．某同学用水桶从井中打水，他对桶所做的功是_________功，对水做的功是_________功。若他不小心把桶掉进井里，他在捞桶时桶里帶了-些水，此时他对桶所做的功是_________功，对水所做的功是_________功。
2．下列关于功、功率、机械效率的说法正确的是（　　）
A．做功多的机器机械效率一定高
B．功率大的机器做功时间一定短
C．机械效率高的机器功率一定大
D．滑轮组可以通过减轻动滑轮重加润滑油等方法提高机械效率
3．小明在研究水桶的构造时，不小心将水桶弄掉进水里，在他打捞时桶里带些水。下列所述中属于有用功的是（　　）
A．把桶中水提高所做的功
B．手对绳子拉力做的功
C．提桶和桶中的水做的功
D．把桶提高做的功
4．某工地的工人在施工过程中，用如图所示的滑轮组提升重480N的建筑材料，所用的拉力F大小为200N，建筑材料以0.2m/s的速度被匀速提升了2m。求：
(1)工人做的有用功；
(2)拉力F的功率；
知识点二、什么是机械效率
5．以下是某同学对机械效率的一些理解，其中正确的是（
）
A．机械效率越高，机械做功一定越快
B．有用功在总功中所占的比例越大，机械效率一定越高
C．做功越多的机械，机械效率一定越高
D．越省力的机械，其机械效率一定越高
6．用相同的滑轮和绳子分别组成如图的甲、乙两个滑轮组，把相同的重物匀速提升相同的高度，甲、乙两滑轮组的机械效率分别为η甲、η乙，拉力对滑轮组所做的功分别为W甲、W乙，若不计绳重及摩擦，则η甲______η乙，W甲
______
W乙。（填“大于”、“等于”或“小于”）
7．如图所示，工人用滑轮组匀速提升重800N的货物，所用的拉力F为500N，货物在50s内匀速上升5m。在此过程中，绳子自由端F下降的速度是_____________m/s；所做的有用功率是_______W；滑轮组的机械效率是_______。
知识点三、测算滑轮组的机械效率
8．某实验小组利用图所示装置测滑轮组机械效率，记录数据如表：
请根据表中已知数据，将表格填写完整。
拉力F(N)
绳子自由端通过的距离s(m)
钩码重力G(N)
有用功（J）
总功（J）
机械效率（%）
2
____
3
_____
0.8
_____
9．测量滑轮组的机械效率
实验装置和数据记录表如下：
次数
钩码重力G/N
钩码上升的高度h/m
绳端拉力F/N
绳端移动的距离s/m
机械效率
1
2.0
0.10
0.9
0.30
74.1%
2
2.0
0.15
0.9
0.45
74.1%
3
2.0
0.20
0.9
0.60
74.1%
4
4.0
0.20
1.6
0.60
①第4次实验测得的机械效率为_______________。
②分析表中数据可得：利用相同的滑轮组提升同一物体，物体上升的高度不同，滑轮组的机械效率________；提升不同的物体，物体的重力越大，滑轮组的机械效率__________。
10．如图所示，是小俊同学测量滑轮组机械效率时的实验示意图，请完成下列问题：
(1)实验原理是_________；
(2)图丙实验过程中测力计的示数为_______N，不计摩擦及绳重，若动滑轮重1.8N，此次实验中滑轮组的机械效率为_________；
(3)如图做了甲、乙、丙三次实验，可知是为了探究_____因素对滑轮组机械效率的影响。
巩固练习
1．如图所示，用滑轮组把重为50N的货物在2s内匀速提高2m，拉力为20N，不计绳重及摩擦，则下列说法正确的是（　　）
A．动滑轮重为20N
B．拉力做的功为80J
C．拉力的功率为60W
D．滑轮组的机械效率为60%
2．如图所示，甲、乙分别为同一滑轮组的不同绕法，忽略绳重及摩擦。用图甲绕法匀速提升重
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
300N
重物时，机械效率为
75%
C．滑轮组中的动滑轮相当于一个省距离的杠杆
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
3．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．η=×100%
B．η=×100%
C．η=×100%
D．η=×100%
4．如图，在斜面上将一个重5N的物体匀速拉到顶端。沿斜面向上的拉力为2N，斜面长4m，高1m。则拉力做的有用功为______J，斜面的机械效率为_________。
5．工人用如图装置搬运石块A。已知A重1200N，在20s内沿水平方向匀速移动3m，工人所用拉力F为120N，那么A移动速度为______m/s，此过程拉力F做功为______J；如果此装置机械效率为75%，则石块A受到的摩擦力为______N。
6．如图所示，用滑轮组拉动重为70N的物体A，使物体A在水平方向上移动5m，所用拉力F为20N，地对物体A的摩擦力为30N，则拉力F做的功为______J，滑轮组的机械效率为______。
7．如图，是小强模仿建筑工地上起重机吊臂工作设计的一个滑轮组，他把100N的重物匀速提升0.2m用时4s，测得拉力为40N，此过程中绳端移动的距离为______m，有用功为______J，总功为______J，拉力功率为______W；若提升的重物增加，机械效率将______。（选填“增大”、“减小”或“不变”）
8．在“测量滑轮组的机械效率”实验中，小丽用如图所示的同一滑轮组提升不同钩码的方法，分别做了甲、乙、丙3次实验，实验数据记录如表：
实验
次数
钩码所受的
重力
提升高度
拉力
绳端移动的
距离
机械效率
1
2
2
4
3
6
（1）实验中要竖直向上______
拉动弹簧测力计，使钩码升高；
（2）表格中编号处数据应为______
，编号处数据应为______
；
（3）分析以上实验数据可以得出如下结论：同一滑轮组的机械效率主要与______
有关；
（4）若将此滑轮组换一种绕绳方法，不计摩擦及绳重，提升相同的物体时，滑轮组的机械效率______
选填“变大”“变小”或“不变”。
9．斜面是一种简单机械，生活中人们常常利用它来省力。斜面的机械效率与斜面的倾斜程度和物体重力有关，小明想探究“斜面的机械效率与斜面的倾斜程度的关系”。于是他找来木块A．长木扳B．三个高度不同的长方体C和一把弹簧测力计进行实验，实验装置如图所示。
实验次数
斜面倾斜程度
木块重G/N
斜面高度h/m
沿斜面拉力F/N
木块沿斜面移动的距离s/m
斜面的机械效率η
1
较缓
5
0.2
3.3
0.5
60.6%
2
较陡
5
0.25
3.8
0.5
65.8%
3
最陡
5
0.3
4.2
0.5
（1）除上述器材外，小明要完成实验还需要的一种器材是__________。
（2）在实验过程中，应沿斜面向上拉动木块，使木块做__________运动。
（3）实验记录数据如表，则第3次实验时斜面的机械效率为_________。
（4）分析比较表中的实验数据，可得到的结论是：
________。
10．滑轮组在建筑中应用广泛，如图所示为建筑工人自制的滑轮组。某工人用10s
时间，将质量为90kg的重物提高5m，所用的拉力是600N。（g取10
N/kg）求：
(1)物体所受重力；
(2)求该工人通过滑轮组所做的有用功；
(3)工人拉力所做功的功率；
(4)滑轮组的机械效率。
11．如图所示，斜面长s＝8m，高h＝3m．用平行于斜面F＝50N的拉力，将重力为G＝100N的物体，由斜面的底端匀速拉到顶端，用时t＝10s。求：
(1)拉力做功的功率P；
(2)该斜面的机械效率η；
(3)物体受到的摩擦力f。
参考答案
1．额外
有用
有用
额外
【详解】
[1][2]当用桶从井中打水时，我们的目的就是为了把水提上来，所以对水做的功为有用功；但水是盛在水桶里面的，又不得不对水桶做功，所以对水桶做的功为额外功。
[3][4]若桶掉到井里而将桶打捞上来时，我们的目的就是为了把水桶提上来，所以对水桶做的功为有用功；但水桶里面有一些水，又不得不对水做功，所以对水做的功为额外功。
2．D
【详解】
A．总功相同，有用功多的机器机械效率一定高，故A错误；
B．做相同的功，功率大的机器做功时间一定短，故B错误；
C．功率与机械效率无关，故C错误；
D．滑轮组可以通过减轻动滑轮重加润滑油等方法提高机械效率，故D正确。
故选D。
3．D
【详解】
小明的目的就是为了把水桶提上来，所以对水桶做的功为有用功；但水桶里面有一些水，又不得不对水做功，所以对水做的功为额外功；手对绳子拉力做的功，包括对水做的功、对桶做的功、对绳子做的功，为总功。
故选D。
4．(1)960J；(2)120W；
【详解】
(1)工人做的有用功转化为重物的重力势能变化量，即
(2)由图可知，滑轮组的n=3，绳子自由端F的速度是
则拉力F的功率为
答：(1)工人做的有用功为960J；
(2)拉力F的功率为120W；
5．B
【详解】
A．机械效率越高，说明有用功占总功的比例大，不能说明机械做功一定越快，故A错误；
B．机械效率是指有用功与总功的比值，有用功在总功中所占的比例越大，机械效率一定越高，故B正确；
C．机械效率是指有用功与总功的比值，做功越多的机械，机械效率不一定越高，故C错误；
D．机械效率是指有用功与总功的比值，机械效率与省力情况无关，故D错误。
故选B。
6．等于
等于
【详解】
[1]甲、乙两滑轮组把相同的重物匀速提升相同的高度，所做所做有用功是相同的，因为是相同的滑轮，不计绳重及摩擦，所以克服滑轮重力所做的额外功是相同的，所以甲、乙中总功是相同的，根据，甲、乙的机械效率是相同的，故。
[2]拉力做的功是总功，甲、乙中有用功和额外功都相同，所以总功也相同，故。
7．0.2
80
80%
【详解】
[1]由图可知，滑轮组的n=2，货物上升速度为
绳子自由端F下降的速度是
[2]所做的有用功是
故有用功率为
[3]所做的总功为
则滑轮组的机械效率是
8．0.4
0.6
75%
【详解】
[1]根据W=Fs，可知绳子自由端移动的距离
[2]滑轮组的绳子的有效段数为2，绳子自由端通过的距离与物体提升高度的关系h关系为s=nh，物体提升的高度
克服钩码重力做的有用功
W有=Gh=3N×0.2m=0.6J
[3]滑轮组的机械效率
9．83.3％
相同
大
【详解】
第四次实验机械效率；利用同一个滑轮组拉相同物体上升不同高度，可由公式得，G物及F不变，则机械效率不变。
10．
2.4
75%
被提升物体重力
【详解】
[1]滑轮组的机械效率
[2]图丙中弹簧测力计分度值为0.2N，大小为2.4N。
[3]图丙绳子股数n=3，滑轮组的机械效率
[4]如图甲、乙、丙三次实验，使用的是同一个滑轮组，改变的是钩码的重力，所以是为了探究被提升物体重力因素对滑轮组机械效率的影响。
巩固练习
1．C
【详解】
A．由图可知滑轮组的n=3，不计绳重及摩擦时，由受力分析可知
则动滑轮重为
故A错误；
B．绳端移动距离为
则拉力做的功为
故B错误；
C．拉力的功率为
故C正确；
D．滑轮组做的有用功为
则滑轮组的机械效率为
故D错误。
故选C。
2．B
【详解】
A．甲滑轮组的n=2，机械效率为
则拉力
F1
的大小为
故A错误；
B．由甲可知，动滑轮重为
乙滑轮组的n=3，用图乙绕法匀速提升
300N
重物时，机械效率为
故B正确；
C．滑轮组中的动滑轮省力，相当于一个省力的杠杆，故C错误；
D．分别用两种绕法匀速提升相同重物升高相同高度，即有用功相同，由机械效率计算式
可知，重物、动滑轮相同时机械效率相同，故两个滑轮组拉力做功也相同，故D错误。
故选B。
3．D
【详解】
D．∵斜面的高为h，物体的重力为G，
∴有用功为
W有用=Gh
又∵斜面长为L，拉力为F，
∴总功为
W总=FL
则机械效率为
η=
而物体与斜面的摩擦力为f，
∴额外功为
W额外=fL
则总功为
W总=W有用+W额外=Gh+fL，
故机械效率为
η=×100%=×100%
故D正确；
A．选项中是有用功与额外功的比值，不是机械效率，故A错；
B．选项中是有用功与有用功的比值，不是机械效率，故B错；
C．选项中是有用功与（总功加上额外功）的比值，不是机械效率，故C错。
故选D。
4．
5
62.5%
【解析】解：
（1）拉力做的有用功：
W有用=Gh=5N×1m=5J；
（2）拉力F对物体做的总功：
W总=Fs=2N×4m=8J，
斜面的机械效率：
η==×100%=62.5%。
点睛：明确有用功、总功的含义是关键。知道物体重力和斜面高，利用W=Gh求拉力做的有用功；知道拉力和斜面长，利用W=Fs求拉力F对物体做的总功，则斜面的机械效率等于有用功与总功之比。
5．0.15
1080
270
【详解】
[1]A移动的速度
[2]拉力做功
W总=Fs=F?3h=120N×3×3m=1080J
[3]据得，石块A所受的拉力做的有用功为
而石块匀速移动时，受到的拉力与摩擦力是平衡力，所以
6．200
75%
【详解】
[1]由图可知：n=2，绳子自由端移动的距离
s=ns′=2×5m=10m
拉力F做的功
WF=F拉s=20N×10m=200J
[2]该装置的机械效率
7．0.6
20
24
6
增大
【详解】
[1]由图可知，滑轮组中n=3，则绳端移动的距离为
[2]有用功为
[3]总功为
[4]拉力功率为
[5]滑轮组的机械效率为
若提升的重物增加，额外项不变，有用功增大，故有用功的比例增加，故机械效率增大。
8．匀速
提起物体受到的重力
不变
【详解】
（1）[1]实验中为使物体处于平衡状态，应竖直向上匀速拉动弹簧测力计，使钩码升高；
（2）[2][3]弹簧测力计的分度值为0．2N，表格中编号①处数据应为2．4N，第三实验中，
（3）[4]分析以上实验数据钩码所受的重力越大机械效率越高，可以得出如下结论：同一滑轮组的机械效率主要与所提物体受到的重力有关；
（4）[5]若将此滑轮组换一种绕绳方法，不计摩擦及绳重，提升相同的物体时，
，
由于动滑轮的重力不变，滑轮组的机械效率不变。
9．刻度尺
匀速直线
71.43%
物体重力一定时，斜面越陡，斜面的机械效率越高
【详解】
（1）做功，需要弹簧测力计测量拉力和重力，还需要测量斜面的高度和木块沿斜面移动的距离，因此还需要使用长度的测量工具刻度尺；
（2）为了保证弹簧测力计的示数稳定，就要让木块做匀速直线运动；
（3）第三次实验时，斜面的机械效率
（4）由图中数据可知：物体重力一定时，斜面的倾斜程度越大，斜面的机械效率越高。
10．（1）900N；（2）4500J；（3）600W；（4）75%
【详解】
(1)物体的重力
(2)工人做的有用功
(3)由图可知，绳子的股数
绳子移动的距离
工人做的总功
工人拉力所做功的功率
(4)滑轮组的机械效率
答：(1)该重物受到的重力为900N；
(2)工人通过滑轮组所做的有用功为4500J；
(3)
工人拉力所做功的功率为600W；
(4)滑轮组的机械效率为75%。
11．(1)40W；(2)75；(3)12.5N
【详解】
(1)拉力做的功
拉力做功的功率
答：拉力做功的功率为40W。
(2)客服重力做的有功
该斜面的机械效率
答：该斜面的机械效率75%。
(3)额外功为
由
可得，摩擦力的大小
答：物体受到的摩擦力12.5N。