11.5机械效率辅导讲义-2021年暑假衔接 苏科版物理九年级上册 word版有答案

第二讲
机械效率
学习目标
Learning
objectives
Objective
description
Heavy
and
difficult
points
目标一
理解有用功和总功的区别与联系
1、机械效率的理解
2、滑轮组的机械效率计算
目标二
理解机械效率的定义
目标三
掌握竖直和水平滑轮组机械效率的计算
目标四
掌握斜面的机械效率的计算
1．有用功：对人们有用的功，等于直接用手对重物所做的功
由功的计算公式：W
=
F
S，对物体做的功=对物体的力（推力或者拉力）×
物体在力的方向上移动距离
例：（1）竖直方向：
在拉力作用下，物体上升的高度为h，则拉力对物体做的功为W拉=F拉×h
（2）水平方向：
在拉力作用下，物体在水平面上移动的距离为s，则拉力对物体做的功为W拉=F拉×s
2．额外功：并非我们需要但又不得不做的功
3．总功：有用功加额外功或动力所做的功
长话短说
有用功：对目标物体做的功；
额外功：了对目标物体以外的物体做的功
1、水桶掉进水里，打捞时桶里带些水，下列所述中属于有用功的是
A．把桶中水提高做的功
B．把桶提高做的功
C．提整个桶做的功
D．手对绳子拉力做的功
2、工人利用如图所示的滑轮组，将重800
N的物体竖直向上匀速提升1
m，工人对绳的拉力为500
N，则滑轮组对重物所做的有用功W有和该滑轮组此时的机械效率η分别是
A．W有=500
J
η=62.5%
B．W有=500
J
η=80%
C．W有=800
J
η=62.5%
D．W有=800
J
η=80%
3、如图所示，在大小为1
000
N的拉力F作用下，滑轮组将1
800
N的重物匀速提升了0.5
m，设滑轮组摩擦不计。则在此过程中
A．做的有用功是500
J
B．做的总功是1
500
J
C．滑轮组的机械效率是90%
D．若减缓重物的提升速度，滑轮组的机械效率会相应的减小
1、用四个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，不计绳子与滑轮的摩擦，则甲、乙两个滑轮组相比较，说法正确的是
A．甲滑轮组最省力，机械效率也最高
B．乙滑轮组最省力，机械效率也最高
C．两个滑轮组省力程度不同
，机械效率相同
D．两个滑轮组省力程度不同，机械效率也不同
2、图所示的两个滑轮组分别把重力相等的两个物体提升相同的高度，所用的拉力F1=F2，比较两拉力所做的功W1、W2及两滑轮组的机械效率η1、η2，则有
A．W1>W2，η1<η2
B．W1C．W1=W2，η1=η2
D．W1η2
4．机械效率和功率的区别
功率和机械效率是两个不同的概念。功率表示做功的_________，即单位时间内完成的功功率越大，做功越快；机械效率表示机械做功的效率，即所做的总功中有多大比例的有用功，机械效率越大，有用功跟总功的比值_________。有用功总______总功，所以机械效率总__________100％通常用百分数表示，某滑轮机械效率为60%表示有用功占总功的60%。
提高机械效率的方法：减小机械自重、减小机件间的摩擦等
快慢
越大
小于
小于1
1、下列关于功率的说法正确的是
A．功率大的机械，机械效率一定高
B．功率大的机械，做功一定多
C．功率大的机械，做功一定快
D．功率大的机械，做功时间一定短
2、已知甲机器的机械效率是65%，乙机器的机械效率是80%，那么下列说法中正确的是
A．甲机器一定比乙机器省力
B．甲机器一定比乙机器省距离
C．甲机器做的有用功一定比乙机器多
D．以上说法都不对
1、某建筑工地要将同一个箱子从地面搬上二楼，如果分别采用如图所示的两种方式搬运，F1和F2做功的情况，以下判断正确的是
A．两种方式机械效率一定相等
B．两种方式功率一定相等
C．两种方式所做的总功一定相等
D．两种方式所做的有用功一定相同
探究实验
1、某同学用如图所示的实验装置测量滑轮组的机械效率，相关数据记录在下表中：
实验次数
钩码重/N
钩码上升的高度/m
绳端的拉力/N
绳端移动的距离/m
机械效率
1
4
0.10
1.8
0.3
2
6
0.10
2.5
0.3
3
6
0.15
2.5
（1）实验中，使用滑轮组提升重物时，应竖直向上___________拉动弹簧测力计
（2）第二次实验中，2
s内钩码上升的高度为0.1
m，则它运动的速度为___________m/s
（3）第三次实验中，绳端移动的距离为___________m，滑轮组的机械效率为___________
（4）分析比较第一、二两次实验数据，有用功W有1___________W有2，滑轮组的机械效率η1___________η2（两空均选填“>”“=”或“<”）．由此可知，可采用___________的方法来提高滑轮组的机械效率
思考：为什么要匀速拉动弹簧测力计？
1、如图所示，当水平拉力F=50
N时，恰好可以使物体A沿水平地面向右做匀速直线运动。已知物体重为200
N，所受地面的摩擦力约为80
N，假如在5
s时间内，物体水平移动了0.6
m，不计绳和滑轮的自重，则在此过程中
A．拉力F做功为30
J
B．物体重力做功为120
J
C．拉力F做功的功率为
12
W
D．该装置的机械效率约为60%
2、（2017·广州卷）图1中力F1水平拉动重为G的物体A在水平路面匀速移动了s。改用滑轮组拉动A在同一路面匀速移动s，拉力为F2（如图2）。此过程滑轮组
A．总功为F2s
B．额外功为F1s
C．机械效率为
D．额外功为3F2s–F1s
3、如图所示,用力F1将物体B匀速提升h,F1做功600
J,若借助滑轮组用力F2把物体B匀速提升相同高度,F2做功为1000
J,下列说法正确的是
(
)
A.两个过程中的拉力的关系为F1=3F2
B.F1做功的功率比F2做功的功率小
C.滑轮组机械效率为40%
D.F2上升的距离为3h
专项突破——斜面机械效率
简单机械
有用功
总功
额外功
机械效率
斜面
W有用=Gh
W总=Fl
W总=Gh+fl
（f为摩擦力）
W额=W总－W有用
W额=fl
（f为摩擦力）
1、如图所示,斜面长3
m,高0.6
m,建筑工人用绳子在6
s内将重500
N的物体从其底端沿斜面向上匀速拉到顶端,拉力是150
N(忽略绳子的重力)。则下列说法正确的是(
)
A.斜面上的摩擦力是50
N
B.拉力的功率是50
W
C.拉力所做的功是300
J
D.斜面的机械效率是80%
2、如图所示,拉力F沿斜面把重300
N的货物匀速向上由底端拉到顶端,已知斜面高度h=2
m,拉动过程中克服摩擦力做的额外功为200
J,
则斜面的机械效率为
。
1、如图所示,用细绳将一重为6
N的物体沿光滑斜面匀速拉到高处,斜面长s=1
m、高h=0.25
m,则在此过程中,细绳的拉力F为
N;若斜面粗糙,仍匀速拉动同一物体时,斜面的机械效率为75%,则细绳的拉力F'为
N。?
2、如图所示,在水平路面上行驶的汽车通过滑轮组拉着重G=9×104
N的货物A沿斜面向上匀速运动。货物A的速度为v=2
m/s,经过t=10
s,货物A竖直升高h=10
m。已知汽车对绳的拉力F的功率P=120
kW,不计绳、滑轮的质量和摩擦,求:
(1)t时间内汽车对绳的拉力所做的功;
(2)汽车对绳的拉力大小;
(3)斜面的机械效率。
3、斜面是一种简单机械,在生活和生产中使用斜面的好处是可以省力,如:
(写出一个实例即可)。那么斜面的省力情况与哪些因素有关呢?(使用斜面的省力情况可以通过比较沿斜面拉力F与物体重力G的比值大小来判定,比值越小,越省力)?
小明做了如下猜想:
猜想1:与斜面的表面材料有关;
猜想2:与斜面的倾斜程度有关;
猜想3:与物体受到的重力大小有关。
小明为验证上述猜想,利用如图K11-15所示的装置进行了实验。实验中所用的物块材料及其表面粗糙程度相同,在沿斜面拉力的作用下,物块在斜面上做匀速直线运动。实验中相关的记录如下表所示。
实验序号
1
2
3
4
5
6
斜面倾角
θ
θ
θ
θ
θ1(θ1>θ)
θ2(θ2>θ1)
斜面的表面材料
木板
毛巾
木板
木板
木板
木板
物块重力G/N
2.0
2.0
4.0
6.0
2.0
2.0
沿斜面拉力F/N
1.35
1.52
2.70
4.05
1.52
1.70
回答下列问题:
(1)通过对比实验
中的数据可知,使用斜面省力的情况与斜面的表面材料有关
(2)通过对比实验1、5、6中的数据,可得出的结论是:在其他条件相同时,
(3)为验证猜想3,小明做了实验
(填写实验序号),分析实验数据后,小明认为这几次实验省力情况相同,依据是
(4)完成实验后,小明沿斜面用1.8
N的拉力,将重为4.5
N的物体从斜面底端匀速拉到了顶端。已知斜面长1.2
m、高0.3
m,则斜面的机械效率是
%(把重物直接提升0.3
m
所做的功为有用功)
专项突破——探究影响滑轮组机械效率的因素
有用功
分类
总功
额外功
机械效率
滑轮组
W有用=Gh
通用情况
W总=Fs
W额=W总－W有用
不计绳重和摩擦
W总=G物h
+
G动h
W额=G动h
不计绳重和摩擦和滑轮重
W总=Gh
W额=0
100％
增大滑轮组机械效率的方法：（1）减少摩擦和绳重；（2）
；（3）
；
1、小明同学做“测量滑轮组机械效率”的实验。（如图所示），用相同的滑轮组提升不同数量的钩码，记录数据如表所示。
（1）观察如图中测力计的示数，表格中编号①的数值是________N，②的数值是_________。
（2）小明通过分析表格中的数据，得到了提高滑轮组机械效率的方法，汽车作为一种“机械”，提高效率对节能减排有重要意义，请你指出以下三种提高效率的方法中，方法_____是与本实验同理的。
方法一：鼓励人们“拼车”出行，使汽车尽量装满人员
方法二：汽车制造厂用新材料减轻汽车重量。
方法三：经常给汽车做保养，保持良好的润滑。
（3）小明发现绳端移动的距离与钩码提升高度有固定的倍数关系，于是他认为钩码数量一定时，无论将钩码提升多高，都不影响该滑轮组的机械效率。小芳则认为：钩码提升的高度不同，有用功就不同，机械效率就变化了，你认为_________的看法是正确的
1、测量如图所示滑轮组的机械效率,部分实验数据如下表所示。
实验次数
钩码重力G/N
钩码上升高度h/cm
拉力F/N
绳端移动距离s/cm
机械效率η
1
1.0
5
15
55.6%
2
1.5
5
0.8
15
3
2.0
5
1.0
15
66.7%
4
2.0
10
1.0
30
66.7%
(1)实验过程中,应缓慢拉动弹簧测力计,使钩码竖直向上做
运动。第1次实验时,弹簧测力计示数如图所示,其示数为
N
(2)第2次实验时所做的有用功为
J,滑轮组的机械效率是
(3)分析1、2、3三次实验的数据可知,使用同一滑轮组提升重物时,重物重力越
(选填“大”或“小”),滑轮组的机械效率越高;分析3、4两次实验的数据可知,滑轮组的机械效率与钩码上升的高度
(选填“有关”或“无关”)
(4)结合生产生活实际,用滑轮组提升重物时,下列选项中也可提高机械效率的是
A.增大绳重
B.减轻动滑轮重
C.加快物体被提升的速度
专项突破——快速计算竖直滑轮组机械效率
（1）一般情况下，（竖直滑轮组，匀速拉动）
Fn可以理解为一共作用在动滑轮上的力，G可以理解为仅提升物体所需的力，
如果是水平滑轮组，（匀速拉动）
（2）在忽略绳重和摩擦的情况下，
1、用四个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，不计绳子与滑轮的摩擦，则甲、乙两个滑轮组相比较，说法正确的是
A．甲滑轮组最省力，机械效率也最高
B．乙滑轮组最省力，机械效率也最高
C．两个滑轮组省力程度不同
，机械效率相同
D．两个滑轮组省力程度不同，机械效率也不同
某实验小组分别用如图所示的甲、乙两个滑轮组(每个滑轮等重)，在相同时间内把重物G提升相同高度。若F1和F2大小相等，不计绳重及摩擦，下列说法正确的是(
)
A.
力F1和F2做功的功率相同
B.
力F1和F2做的总功相同
C.
两个滑轮组机械效率一样大
D.
甲滑轮组的机械效率比乙滑轮组高
2、如图所示,用滑轮组提升重物,此时测力计示数为680
N。已知人的质量为50
kg,每个滑轮的重力为20
N,不计绳重及摩擦,下列说法正确的是(g取10
N/kg)
A.人的拉力大小为340
N
B.物体的重力为320
N
C.滑轮组的机械效率为61.8%
D.人能够拉起的最大物重为980
N
3、用如图所示的滑轮组拉动物体A，使物体A以
0.2m/s
的速度水平向左匀速运动10s。已知物体A重500N，物体A受到的摩擦力为120N，拉力F的功率为30W，下列说法正确的是（多选）
A．绳子自由端移动的距离为2m
B．拉力F的大小为50N
C．滑轮组的机械效率为80%
D．滑轮组对物体A所做的功为1000J
1、如图所示,重300
N的物体在20
N的水平拉力F的作用下,沿水平地面向左做匀速直线运动,滑轮组的机械效率为80%,则物体与地面间的滑动摩擦力为
N
方法总结：
1．小明家装修新房，如图所示用相同的滑轮安装成甲、乙两种装置，分别将质量相等的、两物体匀速向上提升，若将两物体在相同时间内提升了相同的距离。不计绳重和摩擦，下列说法正确的是（
）
A．两装置绳子端上升的速度相同
B．两种装置中拉力大小相等
C．两次提升物体所做的有用功相等
D．两种装置的机械效率相等
2．下列说法正确的是（
）
A．做功越快的机器，机械效率一定大
B．功率越大的机器，做功一定越多
C．机械效率大的机器，一定越省力
D．所做有用功一定，额外功越少的机器，机械效率一定大
3．用如图所示的滑轮组提升重物，10
s
内用400N的拉力将重
960
N
的物体匀速提升
2
m，忽略绳重和摩擦。则下列说法正确的是（双选）
A．绳子自由端被拉下8m
B．动滑轮重为240N
C．滑轮组的机械效率为80%
D．若用该滑轮组将重为720N的物体匀速提升
2
m，滑轮组的机械效率为60%
4．用图示甲、乙两种方式将同一重物匀速提升相同高度。图中所有滑轮等重，且不计绳重和摩擦。在重物上升过程中，甲的有用功_______乙的有用功，甲的机械效率_______乙的机械效率。（以上空填“大于”“等于”或“小于”）
5．小明在“测滑轮组机械效率”的实验中，用如图甲所示的滑轮组进行了三次实验，实验数据如表：
实验次数
物重G/N
物体上升的高度h/cm
测力计的示数F/N
测力计移动的距离s/cm
1
5
4
2
12
2
5
6
2
17
3
5
8
2
24
（1）分析表中数据，回答以下问题：
①表中有一个数据的记录是错误的，错误的数据是______，应改为______；
②第3次实验中滑轮组的机械效率是______（百分号前保留一位小数）；
③由表格中的数据可知：滑轮组的机械效率与______无关。
（2）小红在小明实验的基础上多使用一个滑轮也做了实验，如图乙所示。
①小红多使用一个滑轮，目的是为了改变______；
②当这两位同学使用各自的滑轮组提升相同的重物时，若忽略绳重及摩擦，它们的机械效率______（选填“相同”或“不相同”
参考答案
1．C
2．D
3．BC
4．等于
大于
5．17
18
83.3%
物体上升的高度
拉力的方向（施力方向）
相同
1．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，在相等时间内绳子自由端A、B移动相同的距离（不计绳重和摩擦）。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．两套装置绳子自由端的拉力相等
C．甲装置做的总功比乙的多
D．两套装置的机械效率不相等
2．在抗洪抢险行动中，小军需要帮老百姓把一个质量为240kg的重物搬到2m高的车上，为了省力他采用5m的长木板搭了一个斜面（如图）。搬运过程中，他用沿斜面向上1200N的力，历时5min将重物匀速地推到车上。关于此简易斜面装置，下列说法中正确的是（
）
A．小军做的功为2400J
B．小军做功的功率为1200W
C．小军对重物做的有用功为6000J
D．此简易斜面装置的机械效率为80%
3．图显示的是甲、乙两机械的参数。甲、乙相比，甲的（
）
A．总功较大
B．有用功较小
C．额外功较大
D．机械效率较低
4．如图所示，小明分别使用甲、乙、丙、丁四种机械匀速提升物体（绳长不变），测得拉力和物体M、N所受的重力如表所示，则（
）
A．甲的机械效率比丙的大
B．乙、丁的机械效率相同
C．使用丙提升物体M时省力
D．实验测得的数据无法算出机械效率
5．如图所示，把重为G的物体甲从A点竖直向上匀速拉至B点，过程绳的拉力对甲做的功为WAB；用平行于斜面的拉力把重也为G的物体乙沿面从C点匀速拉至B等高的D点，在此过程中的拉力对乙做的功为WCD，斜面的机械效率为
A．
B．
C．
D．
6．下图为“测滑轮组机械效率”的实验．在弹簧测力计拉力作用下，重6N的物体2s内匀速上升0.1m，弹簧测力计示数如图示（不计绳重与摩擦）．下列说法错误的是（
）
A．弹簧测力计的拉力是2.4N
B．物体上升的速度为0.05m/s
C．弹簧测力计拉力的功率为0.12W
D．滑轮组的机械效率约83.3％
7．如图所示，利用滑轮组将重力为40N的物体，在10s内匀速竖直提升2m，拉力F为30N，不计绳重及摩擦，下列说法正确的是（多选）
A．物体移动的速度为0.2m/s
B．所做的有用功为60J
C．拉力F的功率为12W
D．若提升物体的重力为80N，则此滑轮组的机械效率为80%
8．如图所示，将重为40N的物体G沿水平方向匀速直线向左拉动2m，用时5s。已知滑轮组中动滑轮重为6N，绳子自由端拉力F为10N，则物体与地面间的摩擦力为
___________N。绳子自由端拉力F的功率为
___________W。该滑轮组的机械效为
___________（不计绳重和滑轮组的摩擦）。
9．小明用图中的动滑轮匀速拉动水平地面上的物体A，测出A移动的距离s、水平拉力F和A的重力G．
（1）以上条件能否求出此时滑轮的机械效率η？_______如果能，写出η的表达式；如果条件不足，写出还需要补充的物理量的测量步骤和符号，并写出η的表达式______（η用题目已知及补充的物理量符号表示）
（2）若A在10s内运动了4m，A的速度为______________．
10．如图所示，手用
F1的力直接将物体
B
匀速提升
h，F1做功为
300J；若借助滑轮组把
B
匀速提升相同高度，滑轮组机械效率是
30%，则
F2做功为___________J
参考答案
1．C
2．D
3．B
4．A
5．A
6．C
7．ACD
8．24
12
80%
9．不能
用弹簧测力计测出物体A在水平面上匀速移动时所受的摩擦力f
0.4m/s
10．1000
课堂总结：
课后作业
1．如图所示的滑轮组提升100N的重物，两个相同的滑轮的重力均为20N，不计绳重和轮与轴的摩擦，则下列说法正确的是（
）
A．自由端拉力F为40N
B．若物体上移0.5m，则自由端移动1m
C．顶部与定滑轮相连的绳子拉力为140N
D．若自由端拉绳子的速度为0.2m/s，物体移动的速度为0.4m/s
2．如图所示，用滑轮拉着A、B两个物体在同一水平面上做匀速直线运动，若拉力F大小相同，则A、B物体所受滑动摩擦力大小关系式是（
）
A．fA＞fB
B．fA＝fB
C．fA＜fB
D．无法判断
3．如图所示，用滑轮组在1s内将重为10N的物体沿竖直方向匀速提升0.2m，作用在绳端的拉力F为4N，不计绳重和轮轴摩擦，以下计算正确的是（
）
A．拉力F的功率为2W
B．滑轮组的有用功为2.4J
C．动滑轮的重力为2N
D．滑轮组的机械效率为80%
4．图中所提重物的重力
G=100N，分别写出绳子自由端F的大小：（不计绳重、摩擦与滑轮重）（A）F1=______
（B）F2
=______
（C）F3=______
（D）F4=______
A．
B．
C．
D．
5．如图所示，在绳子自由端拉力作用下重为的物体沿水平面以0.01m/s的速度匀速行驶，受到的摩擦力为。拉力___________，绳子自由端拉动的速度是___________。（忽略绳子和滑轮的重力及滑轮间的摩擦）
6．如图所示，在一次野外救援行动中，救援队通过滑轮组将掉落在深井中的物体拉至井口。已知井深10m，物体的质量为600kg，汽车的质量2000kg，汽车匀速拉绳子时的拉力2.2×103N，汽车受到的阻力为车重的0.1倍。（g=10N/kg）求：
（1）将物体从井底拉至井口的过程中，汽车拉绳子的拉力对滑轮组做了多少功？
（2）滑轮组的机械效率为多少？（结果保留一位小数）
（3）汽车牵引力为多少？
7．体重为800N的人，用图甲所示的滑轮组提升物体M。已知被提升的物体M重为900N，人加在绳子自由端的拉力F将物体M以0.4m/s的速度匀速提升到8m的高度，拉力做的功W随时间t的变化图象如图乙所示。不计钢丝绳的重力、摩擦力，则：
（1）滑轮组提升重物所做的有用功是多少？
（2）滑轮组提升重物的机械效率是多少？
（3）滑轮组所用动滑轮的重力是多少？
8．下表是小明测一滑轮组机械效率时收集的有关数据。
动滑轮重G动/N
物重G/N
钩码上升高度h/m
动力F/N
动力作用点移动距离s/m
滑轮组的机械效率η
1
0.5
1
0.1
0.7
0.3
47.6%
2
0.5
2
0.1
1.1
0.3
60.6%
3
0.5
4
0.1
2
0.3
（1）
请在图中画出实验中滑轮组的绕绳方法_
（2）将表格中空白处的数据补充完整；
（3）用同一滑轮组提升不同重物至同一高度，提升的物重增加时，除克服动滑轮重所做的额外功外，其它额外功将
______(变大/变小/不变)，进一步分析可知，在动滑轮和绳重一定的情况下，该滑轮组的机械效率与______和
______有关；
（4）第一次实验中，钩码上升0.1m所用的时间为1.5s，则动力的功率为______W。
9．（1）图中测力计示数为_______N。
（2）小明猜测：“图中滑轮组提升的物体越轻，机械效率越高”。设计实验检验其猜测，并填写实验报告。
①实验目的：_________________________________________________
②实验步骤（若需要可补充器材）：________
③滑轮组的机械效率（用所测出的物理量表达）：__________
课后作业答案
1．B
2．C
3．C
4．100N
50N
50N
33.33N
5．15
0.02
6．（1）6.6×104J；（2）90.9%；（3）4.2×103N
7．（1）7200J；（2）90%；（3）100N
8．
66.7%
变大
物体重力
摩擦
0.14
9．1.2
探究滑轮组的机械效率与提升物体重力的关系
见解析