2020-2021学年人教版八年级物理下册知识点强化训练课件 专题九　机械效率的计算（49张PPT）

专题九　 机械效率的计算
机械效率是中考必考点，主要出现在选择、填空，而作为计算，通常会以综合的形式，跟压强、功、功率的知识一起考，综合性强。
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类型一： 机械效率的基本计算
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例1：(2020·随州)体重为60 kg的工人利用如图所示滑轮组将一质量为80 kg的重物A匀速提升1 m，此时该滑轮组的机械效率为80%(不计绳重与摩擦，g取10 N/kg)，小明对此工作过程及装置作出了以下论断：
①动滑轮重为200 N
②此过程中，工人对绳的拉力做功1000 J
③重物匀速上升过程中，它的机械能增大
④若增大重物A的质量，该工人用此滑轮组匀速拉起重物时，机械效率不可能达到90%
关于小明的以上论断(　　)
只有有①③正确
B. 只有②③正确
C. 只有①②③正确
D. ①②③④都正确
D　
【方法指导】
(1)重物A的重力GA＝mAg＝80 kg×10 N/kg＝800 N，不计绳重和摩擦，滑轮组的机械效率
解得动滑轮重力G动＝200 N；
(2)工人对重物A做的有用功
W有用＝Gh＝800 N×1 m＝800 J
由 可得工人对绳的拉力做功
(总功) ；
(3)重物匀速上升过程中，质量不变、速度不变，动能不变；质量不变、高度增大，重力势能增大，它的机械能增大；
(4)若增大重物A的质量，重物的重力增大，滑轮组的机械效率增大，同时工人的拉力增大，工人的最大拉力
F最大＝G人＝m人g＝60 kg×10 N/kg＝600 N，
由图知，n＝3，不计绳重和摩擦，最大拉力F最大＝(G最大＋G动)，
提升的最大物重
G最大＝3F最大－G动
＝3×600 N－200 N＝1600 N，
因为不计绳重和摩擦，滑轮组的最大机械效率
所以，该工人用此滑轮组匀速拉起重物时，机械效率不可能达到90%。
类型二： 图象问题
例2：(2020·咸宁)用如图甲所示的滑轮组缓慢提升不同物体，每次物体被提升的高度均为0.5 m，滑轮组的机械效率与物体受到重力的关系如图乙所示，不计绳重和摩擦，下列分析正确的是(　　)
A.动滑轮的重力为5 N
B.该滑轮组的机械效率可以达到100%
C.滑轮组的机械效率越高，拉力做功越少
D.每次提升重物时，滑轮组做的额外功为5 J
答案：D　
【方法指导】
A、由图乙可知，提升物重G＝10 N时，
滑轮组的机械效率η＝50%，
不计绳重和摩擦，滑轮组的机械效率
解得动滑轮重力G动＝10 N；
B、使用滑轮组时，需要提升动滑轮做额外功，使得有用功小于总功，滑轮组的机械效率总小于100%；
C、滑轮组的机械效率越高，说明有用功与总功的比值越大，拉力做功不一定少；
D、由题知，利用滑轮组每次物体被提升的高度均为0.5 m，提升动滑轮上升的高度也都是0.5 m，则每次提升重物时，不计绳重和摩擦，滑轮组做的额外功都为
W额＝G动h＝10 N×0.5 m＝5 J。
类型三：斜面的效率问题
例3：(2020·自贡)如图，重为G的物体在沿斜面向上的拉力作用下，从斜面的底部移到顶部，设沿斜面移动的距离为s，高为h，拉力为F，物体受到的摩擦力为f，则斜面的机械效率为(　　)
A. B.
C. D.
B
【方法指导】
此过程中，做的有用功为W有＝Gh；拉力做的总功为W总＝Fs；则斜面的机械效率为

。
类型四： 滑轮组横放问题
例4：(2019·黑龙江)如图所示，小聪用滑轮组拉动水平地面上重为500 N的物体A，使它匀速前进2 m，地面对它的摩擦力为150 N，小聪施加的拉力F＝100 N(忽略绳重和滑轮重)，则滑轮组做的有用功为________J，滑轮组的机械效率为________。
300
75%
【方法指导】
(1)滑轮组做的有用功为
W有用＝fs物＝150 N×2 m＝300 J；
(2)由图知，n＝2，拉力端移动距离
s＝2 s物＝2×2 m＝4 m，拉力做的总功为
W总＝Fs＝100 N×4 m＝400 J，滑轮组的机械效率为
。
类型五：滑轮组基本的计算
例5：(2019·镇江)如图甲所示，装有0.01 m3水的圆桶置于水平地面上，桶与地面间的接触面积为0.2 m2。桶的质量忽略不计，
g取10 N/kg。
(1)求桶中水的质量。
(2)求这桶水对地面的压强。
(3)某同学用图乙所示的滑轮组将这桶水匀速提升2 m的过程中，所用拉力为40 N。求该滑轮组的机械效率。
解：(1)水的体积V＝0.01 m3
由ρ＝ 可得水的质量
m＝ρV＝1×103 kg/m3×0.01 m3＝10 kg
(2)这桶水所受的重力
G＝mg＝10 kg×10 N/kg＝100 N
桶的质量忽略不计、自重不计，则水桶对地面的压力，F＝G＝100 N
这桶水对地面的压强
(3)由图知，承担物重的绳子股数n＝3，则滑轮组的机械效率
答：略
【方法指导】
(1)已知水的体积，由密度公式的变形公式可以求出水的质量。
(2)根据G＝mg可求得这桶水所受的重力，桶自重忽略不计，水桶对地面的压力和水的重力相等，根据G＝mg求出其大小，再根据压强公式求出对地面的压强。
(3)由图知，使用滑轮组承担物重的绳子股数n＝3，s＝3h，利用
求机械效率。
类型六：滑轮组的综合计算
例6：(2019·鄂尔多斯)举世瞩目的港珠澳大桥于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＝1 m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＝1.0×103 kg/m3，g取10 N/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。
解：(1)根据图乙可知，物体完全露出水
面后，拉力
F1＝3×105 N，则物体的重力
G＝F1＝3×105 N
由G＝mg可得，物体的质量
m＝ ＝3×104 kg
由图乙可知，物体全部浸没时，物体A所受的拉力
F1′＝2×105 N
则物体浸没时受到的浮力
F浮＝G－F1′
＝3×105 N－2×105 N＝1×105 N
由F浮＝ρ水gV排可得物体的体积
V＝V排＝
＝10 m3
物体A的密度
ρ＝ ＝3×103kg/m3
(2)由v＝ 可得物体在80 s内通过的距离
s＝vt＝0.1 m/s×80 s＝8 m，即在计时起点时物体上表面在水中所处的深度h＝s＝8 m，物体上表面受到的压强
p＝ρ水gh
＝1×103 kg/m3×10 N/kg×8 m
＝8×104 Pa
由V＝Sh可得，物体的底面积
S＝ ＝10 m2
则物体A上表面受到海水的压力
F＝pS＝8×104 Pa×10 m2＝8×105 N
(3)根据图丙读出物体运动80 s，拉力做的功
W总＝2×106 J
而有用功
W有＝F1′s＝2×105 N×8 m＝1.6×106 J
滑轮组的机械效率
η＝ ×100%＝ ×100%＝80%
答：略
【方法指导】
(1)根据图乙可知，当物体完全露出水面时拉力F1等于物重，再根据G＝mg求出物体的质量；当物体全部浸没时，根据图乙可读出拉力F1，再利用F浮＝G－F1可求出物体受到的浮力，再利用F浮＝ρ水gV排求出物体排开水的体积，即物体的体积，最后根据
ρ＝ 可求出物体A的密度；
(2)当物体A运动到刚好浸没时，物体运动的距离等于物体上表面到海面的深度，根据速度的变形公式s＝vt求出海水的深度，再利用p＝pgh求出物体上表面受到的压强，利用
V＝Sh求出物体的上表面积，最后利用
F＝pS求出物体上表面受到的压力；
(3)根据图丙读出物体运动80 s，拉力做的功，再根据W有＝F1s求出有用功，最后根据
η＝ ×100%求出滑轮组的机械效率。
1.【对应例1】(2020·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900 N的物体时，机械效率为90%。下列判断正确的是(　　)
对应练习
A．拉力F1的大小为450 N
B．用图乙绕法匀速提升400 N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
2.【对应例1】(2020·德州)如图所示，甲、乙两套装置所用的滑轮质量相等。用它们分别将相同质量的钩码匀速竖直提升，在相等时间内绳端A、B移动相同的距离(忽略绳重和摩擦)在此过程中，下列选项正确的是(　　)
A．两钩码上升的速度相等
B．两滑轮组绳端的拉力相等
C．甲滑轮组的总功比乙少
D．两滑轮组的机械效率相等
D
3.【对应例3】(2020·常州)如图所示，斜面高2 m、长4 m，小明用平行于斜面的拉力F，将重400 N的物体从斜面底端拉到顶端，已知拉力F＝250 N，对此过程，下列结果中正确的是(　　)
A. 有用功为1000 J
B. 总功为1600 J
C. 额外功为200 J
D. 机械效率为60%
C
4.【对应例4】(2019·济宁)两个滑轮按图所示的方式组合，用5 N的拉力F拉动绳端，使物体在5 s内水平向左匀速滑动1 m，物体与地面间的摩擦力为9 N。下列选项正确的是
(　　)
A．A是定滑轮，B是动滑轮
B．拉力F做的功为5 J
C．拉力F的功率为1.8 W
D．滑轮组的机械效率为90%
D
5.(2019·达州)救援车工作原理如图所示，当车载电机对钢绳施加的拉力F大小为2.5×103N时，小车A恰能匀速缓慢地沿斜面上升。已知小车A的质量为1 t，斜面高为2 m，斜面长为5 m(不计车长、钢绳重、动滑轮重、钢绳与滑轮间的摩擦和滑轮与轴间的摩擦，g＝10 N/kg)在小车A由水平路面被拖上救援车的过程中，
钢绳所做的有用功为________J，整个装置的机械效率为________，小车A与斜面间的摩擦力大小为________N。
2×104　
80%
1×103　
6.【对应例2】(2019·十堰)质量为m的工人用如图甲所示的滑轮组将建筑材料运送到楼顶，滑轮组的机械效率随建筑材料重力变化的图象(如图乙)，机械摩擦及绳重忽略不计，影响滑轮组机械效率的原因有________(写出一点即可)，动滑轮的重力为________：
物重
Gn　
该工人竖直向下拉绳子自由端运送建筑材料
时，此滑轮组机械效率的最大值为________。(后两空均用已知量符号表示)
7.【对应例4】(2019·鞍山)如图所示，用滑轮组拉动重70 N的物体A，在10 s内使A在水平方向上移动5 m，所用拉力F为20 N，地面对A的摩擦力为30 N，则A运动速度是____m/s，滑轮组所做的有用功是______J，滑轮组的机械效率是________。
0.5　
150
75%
8.【对应例五】(2019·凉山州)如图所示，用滑轮组匀速提起重1000 N的物体，使物体上升10 m，所用拉力为400 N，若绳重和摩擦不计，求：
(1)滑轮组的机械效率；
(2)若用此装置匀速提起1200 N的
重物，则拉力又为多少N。
?
解：(1)由图可知，绕过动滑轮的绳子
股数为4，则绳子自由端移动的距离
s＝4 h＝4×10 m＝40 m
克服物体重力做的功
W有用＝Gh＝1000 N×10 m＝10 000 J
拉力做的功
W总＝Fs＝400 N×40 m＝16 000 J
滑轮组的机械效率
η＝ ×100%＝ ×100%
＝62.5%
(2)绳重和摩擦不计，则W额＝G动h
动滑轮的总重为
G动＝
＝600 N
绳重和摩擦不计，用此装置匀速提起1200 N的重物，则此时的拉力
F′＝ (G′＋G动)＝ (1200 N＋600 N)＝450 N
9.【对应例6】(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30 s时间，将水平路面上质量是1.5 t的故障车匀速拖离了现场。若故障车被拖离的速度是5 m/s，绳子自由端的拉力F是500 N，地面对故障车的摩擦力为车重力的0.08倍。求：
(1)拉力F在30 s内所做的功；
(2)整个装置的机械效率。
?
解：(1)由v＝ 可得故障车在30 s内通过的路程
s车＝v车t＝5 m/s×30 s＝150 m
由图知，n＝3，拉力端移动距离
s＝3 s车＝3×150 m＝450 m
拉力F在30 s内所做的功
W总＝Fs＝500 N×450 m＝2.25×105 J
(2)车的质量m＝1.5 t＝1500 kg
车的重力
G＝mg＝1500 kg×10 N/kg＝15 000 N
地面对故障车的摩擦力
f＝0.08 G＝0.08×15 000 N＝1200 N
滑轮组克服故障车摩擦力做的有用功
W有用＝fs车＝1200 N×150 m＝1.8×105 J
整个装置的机械效率
η＝ ×100%＝80%
答：略
谢谢