2020-2021学年八年级下册物理12.3 机械效率考点专项训练（解析版）

1127760011455400课时12.3 机械效率
1.物体的浮沉条件
(1)比较物体重力G物与浮力F浮
上浮：当F浮__>__G物时，物体上浮，并最终漂浮在水面上，此时F′浮 ＝G物．
悬浮：当F浮__＝__G物时，物体受力平衡，可以悬浮在液体内任何地方．
下沉：当F浮__<__G物时，物体下沉，直至到达液体底部，受到容器的支持力作用，停留在容器底．
(2)比较物体的密度ρ物与液体密度ρ液
漂浮：ρ物__<__ρ液．
悬浮：ρ物__＝__ρ液．
下沉：ρ物__>__ρ液．
注意：在讨论或计算浮力时，应先根据物体的浮沉条件判断浮沉情况，确定物体排开液体的体积，再根据阿基米德原理求解．
2．轮船
漂浮原理：采用“空心”的办法增大浮力．
排 水 量：指轮船满载货物时__排开水__的质量．
说明：轮船漂浮在水面上，F浮__＝__G.
3．潜水艇
浮沉原理：潜水艇是通过__改变自身的重力__，从而实现上浮和下潜的．
说明：当潜水艇在水面下潜行时，它受到的浮力不变．
4．气球和飞艇
浮沉原理：内充气体的密度__小于__外部空气的气体密度．
5．密度计
原理：它利用了漂浮原理：G密度计＝F浮＝ρ液V排g，即ρ液大，V排就小，密度计露出部分就大，所以大的刻度值在下面，小的刻度值在上面．
1.轮轴的原理：
①动力作用在轮上，轮轴是一个省力杠杆，但费距离；
②动力作用在轴上，轮轴是一个费力杠杆，但省距离。
③轮轴实质：可看做是一个可以连续转动的杠杆
④总结:使用轮轴可以省力
⑤轮轴的两个主要功能：（1）一是改变用力大小（2）二是改变物体的速度
2.斜面是一种省力机械

①要使物体升高相同的高度，斜面越长越省力；
②斜面坡度越小越省力。
3.机械效率
（1）有用功：在实际工作中，为达到目的必须做的功叫有用功；
在不同的问题中，要结合使用机械的目的判断有用功。①滑轮组匀速提升物体时，使用机械的目的是拉动物体上升，那么机械对物体的拉力所做的功就是有用功，；②在匀速提升水中的物体时，；③滑轮组拉着物体水平运动时，使用机械的目的是拉着物体水平匀速运动，拉力所做的功就是有用功，（二力平衡）；④在斜面上，从斜面底端推动物体向上运动，使用机械的目的就是把物体举高，所以（指的是斜面的高）；
（2）在额外功：实际工作中，对我们无用但又不得不做的功，即克服机械自重和自身部件的摩擦力而做的功。
（3）总功：使用机械时，动力所做的功叫总功，它是有用功和额外功之和，三者关系：。
（4）机械效率定义：物理学中，将 有用功 与 总功 的比值叫做机械效率，用字母表示；
（5）机械效率公式：。
（6）由于任何机械本身都有 重力 ，转动部分都存在着 摩擦 ，所以使用任何机械都不可避免地要做额外功，额外功总是大于零，使用任何机械不省 功 。只有大小，没有单位，总是小于1，用百分数表示。
（7）机械效率是标志机械对物体做功有效程度的物理量，机械效率越高，机械性能越好。
（8）影响滑轮机械效率的因素主要有 动滑轮的重 、 提升的物重 、绳重和摩擦 等，对同一滑轮组，提升的物重增大了，其机械效率会 增大 。
（9）影响斜面机械效率的因素有 斜面的倾斜程度 、 斜面的粗糙程度 两个因素。机械效率的高低与是否省力、滑轮组绳子的绕法、物体提升的高度无关。
（10）机械效率与功率的关系。
机械效率是标志做功性能好坏的物理量，有用功占总功的比例越大，机械效率越大，这个机械的性能越好。功率表示做功的快慢。功率大的机械效率不一定高，机械效率高的功率不一定大。二者没有任何确切的关系。
类别
杠杆
滑轮组
斜面
有用功
额外功
克服杠杆本身重力、摩擦力所做大的功为
克服滑轮重、绳重、摩擦力所做的功为
①
②若不计绳重及摩擦
克服摩擦力所做的功为
①
②
总功
图示
4.机械效率的计算
5019040445135F
F
公式：
变式： （知二求一）
①滑轮组（竖直方向，如右图）：
若不计绳重和摩擦，则
②滑轮组（水平方向，如下图）：
③斜面（如下图）：
.
.

5.机械效率由有用功和总功两个因素共同决定，分析机械效率高低时不能只考虑一个因素。
当总功一定时，机械所做的有用功越多，则机械效率越高；
当有用功一定时，机械所做的总功越少，或额外功越少，机械效率越高；
当额外功一定时，机械所做的总功越多，则机械效率越高。
6.提高机械效率的方法：
（1）减轻机械自重（2）减小机械摩擦（3）增大被提升物体的重力
注：增大被提升物体的重力，可以提高机械效率原理解释：
7.【实验探究】测量滑轮组的机械效率
（1）实验原理：
（2）弹簧测力计匀速竖直拉动的目的：保证拉力等于弹簧测力计的示数
（3）读数时弹簧测力计保持匀速运动的目的：减小摩擦引起的误差
（4）滑轮组机械效率的影响因素：物体的重力、动滑轮个数、绳子与滑轮之间的摩擦力
（5）控制变量法的应用
①探究滑轮组的机械效率与所吊的重物重力之间的关系（控制绕线方式相同，改变滑轮组所吊钩码的数量）
②探究滑轮组的机械效率与动滑轮重力大小的关系（控制滑轮组所吊钩码的数量相同，改变动滑轮的数量或换重力不同的动滑轮）
滑轮组的机械效率与物体被提升的高度及物体提升的速度无关提高机械效率的方法
①用同一滑轮组，吊起数量不同的钩码，数量越多，滑轮组的机械效率越高；
②钩码的数量相同，用重力或数量不同的动滑轮将钩码吊起，动滑轮越轻，滑轮组的机械效率越高。
1．用四只完全相同的滑轮和两根相同的绳子组成如图所示的甲、乙两个滑轮组提升相同的重物，不计绳重和摩擦　　
A．甲较省力且机械效率较高
B．乙较省力且机械效率较高
C．乙较省力，机械效率相同
D．两个滑轮组省力不同，机械效率不同
【解析】（1）从图中可以看出，甲图是有两段绳子在拉重物，故；乙图有三段绳子在拉重物，故。所以两个滑轮组的省力程度不同，乙较省力。
（2）因为两图的动滑轮和绳子是完全相同的，所以额外功相同，提升相同的高度，做的有用功相同，总功相同，根据可知，两滑轮组的机械效率是相同。
综上所述，正确，错误。
故选：。
2．如图所示，用相同的滑轮不同的绕法提起相同的重物，摩擦力和绳重忽略不计。在物体匀速上升过程中，甲、乙两图的拉力及机械效率为　　
A．， B．，
C．， D．，
【解析】由题知，两图中每个滑轮重相同，物重也相同；
（1）分析图甲可知，，则拉力端移动的距离，
因摩擦力和绳重忽略不计，则拉力，
其机械效率：；
（2）分析乙图可知，，则拉力端移动的距离，
摩擦力和绳重忽略不计，则拉力，
其机械效率：；
由此可知：，，即甲图中拉力更小，机械效率一样大。
故选：。
3．某起重机把货物匀速提升到三楼，用时为；起重机经保养后，提高了机械效率，当匀速提升同样货物到相同的高度，用时为，与第一次提升相比，第二次　　
A． B．有用功较多 C．额外功较少 D．总功较多
【解析】、由题知，第二次匀速提升同样货物到相同的高度，因为两次匀速提升物体的速度大小关系未知，所以根据速度公式可知不能判断提升货物所用的时间，故错误；
、两次匀速同样的货物到相同高度，由可知，起重机两次做的有用功相等，故错误；
、起重机经保养后，提高了机械效率，而起重机两次做的有用功相等，由可知，第二次做的总功较少，由可知第二次做的额外功较少，故正确、错误。
故选：。
4．如图所示，用的力直接将物体匀速提高，若借助滑轮组把匀速提升相同高度，绳子自由端拉力为；关于滑轮组把匀速提升的过程中，下列说法正确的是　　
A．滑轮组绳子自由端要移动 B．总功为
C．额外功为 D．机械效率
【解析】．由图知，使用的滑轮组，绳子移动距离是物体的上升高度的三倍，即；拉力做的总功，故错误；
．使用滑轮组做的有用功等于直接用提升做的功，即，
拉力做的额外功：
，
滑轮组的机械效率：
，故错误、正确；
故选：。
5．小明在剪纸时，所用剪刀的机械效率为，这表示　　
A．若作用在剪刀的动力是，则阻力是
B．若作用在剪刀的阻力是，则动力是
C．若作用在剪刀的动力做功，则有的功用于剪纸
D．若作用在剪刀的动力做功，则有的功用于剪纸
【解析】、剪刀可以看做是一个杠杆，根据杠杆的平衡条件知，要比较动力或阻力大小，必须知道动力臂和阻力臂，故选项都错误；
、利用剪刀的目的是剪纸，所以剪纸做的功是有用功。由机械效率为知，如果动力做功，有是用于剪纸，故正确、错误。
故选：。
6．关于功、功率、机械效率说法正确的是　　
A．做功多的机械，功率一定大
B．功率大的机械，做功一定快
C．做功快的机械，机械效率一定高
D．通过改进机械的性能可以使机械效率达到
【解析】、功率是做功多少与所用时间的比值。做功多，时间不确定，功率大小不能确定。故错误；
、功率反映做功的快慢，功率大则做功快，功率小，则做功慢。故正确；
、机械效率与做功快慢没有关系。故错误；
、使用任何机械都要做额外功，所以总功一定大于有用功，即有用功与总功的比值一定小于1，也就是机械效率小于。故错误。
故选：。
7．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的物体时，机械效率为。下列判断正确的是　　
①拉力的大小为
②用图乙绕法匀速提升重物时，机械效率为
③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
④分别用两种绕法匀速提升相同重物升高相同高度，、做功相等
A．只有②③正确 B．只有②④正确 C．只有②③④正确 D．只有①②④正确
【解析】①忽略绳重及一切阻力，用图甲绕法匀速提升重为的物体时，机械效率为，
图甲中，由可得拉力的大小：，故①错误；
②图甲中，根据可得动滑轮的重力：；
忽略绳重及一切阻力，滑轮组的机械效率，则用图乙绕法匀速提升重物时，其机械效率为：
，故②正确；
③④分别用两种绕法匀速提升相同重物时，有用功相同，忽略绳重及一切阻力，克服动滑轮做的功是额外功，因同一滑轮组中动滑轮的重不变、提升高度相同，额外功相同，总功相同（即和做功相同），机械效率也相同，故③错误，④正确；
综合上述分析可知，②④正确。
故选：。
8．如图，用同一滑轮组用相同的速度分别匀速提升物体和物体。提升的过程滑轮组的机械效率较大。若不计绳重和摩擦的影响，则提升的过程中，下列说法　　
①有用功多②额外功相同③拉力的功率较大④物体的重力较大
A．只有①②正确 B．只有③④正确 C．只有①②④正确 D．①②③④都正确
【解析】若不计绳重和摩擦的影响，滑轮组的机械效率：
，
因同一滑轮组中动滑轮的重力相等，物体的重力越大时，滑轮组的机械效率越大，
所以，由提升的过程滑轮组的机械效率较大可知，物体的重力较大，故④正确；
又因拉力的功率，
所以，用相同的速度分别匀速提升物体和物体时，提升的过程中拉力的功率较大，故③正确；
因匀速提升物体和物体的高度不确定，
所以，无法比较有用功和额外功的大小关系，故①②错误。
综上可知，只有③④正确。
故选：。
9．为了将重为的物体运送到高的楼顶上，建筑工人搭建了长、高的斜面。工人沿斜面方向用了的拉力在内，将重物匀速运送到楼顶，该过程中斜面的机械效率为 ，物体受到的摩擦力为　 　。
【解析】（1）有用功：；
总功：；
机械效率。
（2）额外功：；
由得物体所受斜面的摩擦力：
。
故答案为：75；。
10．用图示装置探究“斜面的机械效率”，实验记录如表：
实验
次数
物体
种类
物重
斜面高
沿斜面的拉力
斜面长
机械效率
1
木块
4
15
1
100
60
2
小车
4
15
100
（1）沿斜面拉动物体时，应使其做　 　运动。
（2）根据图中测力计示数，可知第2次实验的机械效率为　 　．由实验可得初步结论：
①利用斜面可以省　 　（选填“力”或“功” ；
②斜面倾斜程度相同时，　 　越小，机械效率越大。
（3）第2次实验中，木块所受摩擦力为　 　。
【解析】（1）沿斜面拉动物体时，为使弹簧测力计的示数稳定，便于读数，所以应尽量使物体做匀速直线运动。
（2）由图可知，第2次实验弹簧测力计的示数即拉力，
则斜面的机械效率：
。
①因和都小于，故利用斜面可以省力；（因机械效率小于1，故利用机械做的功大于直接用手做的功，不能省功）
②比较两次的机械效率可知，第2次机械效率大，斜面的倾斜程度相同；因在同样条件下，滚动摩擦小于滑动摩擦，
即小车所受的摩擦力小，由此可得结论：斜面倾斜程度相同时，摩擦力越小，机械效率越大。
（3）由第1次实验的数据可知，
沿斜面拉木块做的有用功：
，
拉力做的总功：
，
则额外功，
由得，木块所受摩擦力：
。
故答案为：（1）匀速直线；（2）75；①力；②摩擦力；（3）0.2。
11．如图是用滑轮组提升建筑材料的示意图，在竖直向下的拉力作用下，使重的建筑材料以的速度匀速竖直上升了，在这个过程中，拉力为。（不计绳重与摩擦）求：
（1）拉力做的有用功；
（2）滑轮组的机械效率；
（3）使用相同的滑轮组，用的拉力匀速提升其它建筑材料时，求被提升建筑材料的重力。
【解析】（1）建筑材料以的速度匀速竖直上升了，提升的高度为：，有用功：；
（2）绳子的有效段数为2，绳子移动的距离为：，
拉力做的总功：，
滑轮组的机械效率：
；
（3）因不计绳重与摩擦，故，
；
使用相同的滑轮组，用的拉力匀速提升其它建筑材料时，
同理：，被提升建筑材料的重力：
故答案为：
（1）拉力做的有用功为；
（2）滑轮组的机械效率为；
（3）使用相同的滑轮组，用的拉力匀速提升其它建筑材料时，被提升建筑材料的重力为。
12．用如图所示的滑轮组吊起重物，使重物上升，不计绳重和摩擦。
（1）当物重为时，绳端所用的拉力为，此时滑轮组的机械效率是多少？
（2）该滑轮组的动滑轮重力是多少？
（3）当重物变为小于时，此时滑轮组的机械效率是多少？
【解析】（1）由图可知，滑轮组绳子的有效股数，此时滑轮组的机械效率：
；
（2）不计绳重和摩擦，由可得，该滑轮组的动滑轮重力：
；
（3）因不计绳重和摩擦，克服物体重力做的功为有用功，克服物体重力和动滑轮重力做的功为总功，
所以，当重物变为时，此时滑轮组的机械效率：
。
答：（1）当物重为时，绳端所用的拉力为，此时滑轮组的机械效率是；
（2）该滑轮组的动滑轮重力是；
（3）当重物变为时，此时滑轮组的机械效率是。