14.2專題14機(jī)械效率（2考點(diǎn)6考向）（原卷版）

專題14機(jī)械效率（講義）（原卷版）目錄考情分析TOC\o"13"\h\u 2知識(shí)建構(gòu) 2考點(diǎn)一機(jī)械效率 3夯基·必備基礎(chǔ)知識(shí)梳理 3提升·必考題型歸納 4考向01有用功、額外功和總功 4考向02機(jī)械效率的概念與比較 5考向03滑輪組的機(jī)械效率 6考向04斜面機(jī)械效率 7考向05杠桿機(jī)械效率 8考點(diǎn)二測(cè)量滑輪組的機(jī)械效率 10夯基·必備基礎(chǔ)知識(shí)梳理 10提升·必考題型歸納 11考向06測(cè)量滑輪組的機(jī)械效率 11

一、課標(biāo)考點(diǎn)分析考點(diǎn)內(nèi)容課標(biāo)要求命題預(yù)測(cè)有用功、額外功和總功（1）知道機(jī)械效率；（2）了解提高機(jī)械效率的意義和途徑；（3）測(cè)量某種簡單機(jī)械的機(jī)械效率《機(jī)械效率》是《簡單機(jī)械》中主要的內(nèi)容，也是進(jìn)一步認(rèn)識(shí)簡單機(jī)械的重要內(nèi)容，通過對(duì)機(jī)械效率的理解加深對(duì)人類使用的工具發(fā)展歷程。對(duì)機(jī)械效率的考查題型有：選擇題、填空題、實(shí)驗(yàn)探究題和綜合計(jì)算題等。主要命題點(diǎn)有：認(rèn)識(shí)有用功、額外功和總功；機(jī)械效率的概念及影響機(jī)械效率的因素；機(jī)械效率的簡單計(jì)算；常用簡單機(jī)械的機(jī)械效率和測(cè)量滑輪組的機(jī)械效率等機(jī)械效率及其比較滑輪組的機(jī)械效率斜面的機(jī)械效率杠桿的機(jī)械效率測(cè)量滑輪組的機(jī)械效率二、考情分析《機(jī)械效率》是力學(xué)的重點(diǎn)內(nèi)容，也是必考內(nèi)容。對(duì)機(jī)械效率的相關(guān)考題在中考試卷中所占分值一般在27分之間，選擇題和填空題分值一般在23分之間，實(shí)驗(yàn)題和綜合計(jì)算題分值一般在47分之間。對(duì)本單元的考查，從出現(xiàn)概率看，主要有：機(jī)械效率的概念、影響機(jī)械效率的因素、機(jī)械效率的比較、滑輪組的機(jī)械效率及其相關(guān)計(jì)算、斜面的機(jī)械效率及其相關(guān)計(jì)算、測(cè)量滑輪組的機(jī)械效率等。

考點(diǎn)一機(jī)械效率一、有用功、額外功和總功1.有用功、額外功和總功(1)有用功：完成某項(xiàng)工作必須要做的功，叫做有用功，用W有表示。(2)額外功：不得不克服動(dòng)滑輪本身所受的重力以及摩擦力等因素而多做一些功，這部分功叫做額外功，用表示W(wǎng)額。額外功是對(duì)人們沒有用但不得不做的功。(3)總功：有用功與額外功之和是總共做的功，叫做總功，用W總表示?？偣Α⒂杏霉皖~外功之間的關(guān)系為W總=W有+W額。(4)總功、有用功、額外功的單位都是焦(J)。2.三種簡單機(jī)械的有用功、額外功和總功種類杠桿滑輪組斜面圖示有用功W有=GhW有=GhW有=Gh額外功若不計(jì)摩擦：W額=G桿·h桿若不計(jì)繩重及摩擦：W額=G動(dòng)hW額=fl總功W總=FsW總=FsW總=Fl三者關(guān)系W總=W有+W額二、機(jī)械效率1.使用機(jī)械時(shí)額外功不可避免使用機(jī)械做功時(shí)，額外功是不可避免的。由于額外功是我們不需要的，它白白浪費(fèi)能量，因此使用不同機(jī)械來對(duì)物體做功時(shí)，人們總是希望額外功越少越好，或者說有用功在總功中所占的比例越大越好。有用功占總功的比例反映了機(jī)械的一項(xiàng)性能，在物理學(xué)中用機(jī)械效率來表示這一性能。2.機(jī)械效率定義物理學(xué)中，將有用功跟總功的比值叫做機(jī)械效率，用η表示公式（機(jī)械效率是一個(gè)比值，它沒有單位，通常用百分?jǐn)?shù)表示）物理意義機(jī)械效率越高，做的有用功占總功的比例就越大可變性機(jī)械效率不是固定不變的，機(jī)械效率反映的是機(jī)械在一次做功過程中有用功跟總功的比值，同一機(jī)械在不同的做功過程中，有用功不同，機(jī)械效率也會(huì)不同特點(diǎn)因?yàn)槭褂脵C(jī)械時(shí)，不可避免地要做額外功，故任何機(jī)械的機(jī)械效率都小于1,只有在理想情況下機(jī)械效率才為1注意機(jī)械效率的高低與是否省力、滑輪組繩子的繞法、物體被提升的高度及速度等無關(guān)3.功、功率和機(jī)械效率的比較物理量意義定義符號(hào)公式單位說明功做功，即能量的轉(zhuǎn)化力與物體在力的方向上移動(dòng)距離的乘積WW=FsJ(1)功率大小由功和時(shí)間共同決定，單獨(dú)強(qiáng)調(diào)任何一方面都是錯(cuò)誤的。(2)功率和機(jī)械效率是兩個(gè)不同的物理量，它們之間沒有直接關(guān)系功率表示物體做功的快慢功與做功時(shí)間之比PW機(jī)械效率反映機(jī)械做功性能的好壞有用功與總功之比η無4.機(jī)械效率的計(jì)算機(jī)械效率的表達(dá)式為，三種簡單機(jī)械的機(jī)械效率總結(jié)如下：裝置圖計(jì)算公式杠桿滑輪組豎直提升物體（1）已知拉力、物重及繩子段數(shù)時(shí)：（2）不計(jì)繩重及摩擦?xí)r：水平勻速拉動(dòng)物體斜面（1）；（2）考向01有用功、額外功和總功【例1】如圖甲所示，用水平拉力F1=20N拉著重為500N的物體在水平路面上勻速移動(dòng)1m的距離，如圖乙所示，用水平拉力F2=12.5N拉著同一物體在同一路面上也勻速移動(dòng)1m的距離，求圖乙中使用動(dòng)滑輪時(shí)的：（1）有用功；（2）總功；（3）機(jī)械效率?！咀兪?1】如圖所示，小明利用兩個(gè)傾角不同的斜面進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，將同一木塊分別從兩斜面底端勻速拉至斜面頂端，下列說法正確的是（）。A．若斜面粗糙程度相同，拉力所做的額外功W甲額＝W乙額B．若斜面粗糙程度相同，拉力所做的額外功W甲額＞W(wǎng)乙額C．若甲、乙斜面光滑，則拉力F甲＞F乙D．若甲、乙斜面光滑，則拉力所做的總功W甲總＜W乙總【變式12】用同一滑輪組分別將物體M和N勻速提升相同的高度。不計(jì)繩重與摩擦，若提升M的過程滑輪組的機(jī)械效率較大。則提升M的（）。A．額外功較小B．和N的額外功相同C．有用功較小D．總功較小考向02機(jī)械效率的概念與比較功率和機(jī)械效率都是機(jī)械本身性能的重要參數(shù)，但它們是完全不同的物理量，表示機(jī)械完全不同的兩個(gè)方面.功率表示做功快慢，機(jī)械效率表示有用功占總功的比值。功率和機(jī)械效率都是機(jī)械本身性能的重要參數(shù)，但它們是完全不同的物理量，表示機(jī)械完全不同的兩個(gè)方面.功率表示做功快慢，機(jī)械效率表示有用功占總功的比值。當(dāng)不計(jì)繩重和摩擦?xí)r，機(jī)械效率，即同一滑輪組，其機(jī)械效率η與G物和G動(dòng)有關(guān)，G動(dòng)一定時(shí),G物越大，η越大；G物一定時(shí)，G動(dòng)越大，η越小?！纠?】關(guān)于功的原理和機(jī)械效率的說法正確的是（）。A．使用機(jī)械提升物體可以省功；B．提升同一物體，使用省力杠桿一定比用等臂杠桿的機(jī)械效率大；C．提升同一物體，使用動(dòng)滑輪一定比用定滑輪的機(jī)械效率大；D．使用任何機(jī)械提升物體，機(jī)械效率都不可能達(dá)到100%【變式21】如圖所示，快遞小哥為了把較重的貨物裝入運(yùn)輸車，用同樣的器材設(shè)計(jì)了甲、乙兩種方式提升貨物。若把同一貨物勻速提升到同一高度，忽略繩重和摩擦。下列分析正確的是（）。A．甲方式可以省力；B．乙方式不能改變力的方向；C．甲、乙兩種方式做的有用功相等；D．甲、乙兩種方式的機(jī)械效率相等【變式22】關(guān)于功率、機(jī)械效率的說法正確的是（）。A．功率大的機(jī)器做功一定多B．額外功占總功比值小的機(jī)器機(jī)械效率高C．做功多的機(jī)器機(jī)械效率一定高D．功率大的機(jī)器做功時(shí)間一定短【變式23】甲乙兩個(gè)滑輪組如圖所示，其中的每一個(gè)滑輪都相同，用它們分別將重物G1、G2提高相同的高度，不計(jì)滑輪組的摩擦，下列說法中錯(cuò)誤的是（）。A．若G1=G2，拉力做的有用功相同；B．若G1=G2，拉力做的總功不相同；C．若G1=G2，甲的機(jī)械效率大于乙的機(jī)械效率；D．用甲乙其中的任何一個(gè)滑輪組提起不同的重物，機(jī)械效率不變考向03滑輪組的機(jī)械效率計(jì)算滑輪組機(jī)械效率的方法有三種：計(jì)算滑輪組機(jī)械效率的方法有三種：（1）分別求出W有、W總，運(yùn)用公式計(jì)算；（2）已知繞繩方式，運(yùn)用（或）計(jì)算；（3）對(duì)不計(jì)繩重及摩擦的豎直方向的滑輪組，運(yùn)用公式直接計(jì)算?！纠?】在建筑工地，用如圖所示的滑輪組把建筑材料運(yùn)送到高處。當(dāng)電動(dòng)機(jī)用1000N的力拉鋼絲繩，使建筑材料在10s內(nèi)勻速上升1m的過程中，額外功為300J，g取10N/kg。則下列說法中正確的是（）。A．動(dòng)滑輪重為300N；B．電動(dòng)機(jī)對(duì)鋼絲繩做功的功率為100W；C．滑輪組的機(jī)械效率為70%；D．建筑材料的質(zhì)量為270kg【變式31】如圖所示，小華用滑輪組水平向左勻速拉動(dòng)A物體，A物體5s內(nèi)移動(dòng)了100cm，且A物體與水平地面的摩擦力大小為12N，已知滑輪組的機(jī)械效率為80%，則下列說法錯(cuò)誤的是（）。A．拉力F大小為4NB．繩子自由端移動(dòng)的速度為0.6m/sC．拉力F做功的功率為3WD．拉力F在5s內(nèi)對(duì)滑輪組做的額外功為3J【變式32】質(zhì)量為60kg的工人站在水平地面上，利用如圖滑輪組豎直向下拉動(dòng)繩子自由端，將一質(zhì)量為80kg的重物A以0.2m/s的速度勻速上升1m，此時(shí)該滑輪組的機(jī)械效率為80%（g取10N/kg）。對(duì)此工作過程及裝置以下說法正確的是（）。A．動(dòng)滑輪重為200N B．拉力F的功率為100WC．工人對(duì)繩的拉力做功1000J D．工人對(duì)地面的壓力為100N考向04斜面機(jī)械效率對(duì)于斜面，有W對(duì)于斜面，有W總=W有+W額=Gh+fs，故斜面的機(jī)械效率，在實(shí)際計(jì)算時(shí)可根據(jù)題中已知條件靈活選用公式。【例4】如圖所示，斜面高為1m，長為4m，用沿斜面向上大小為75N的拉力F，將重為200N的木箱由斜面底端勻速緩慢拉到頂端，下列關(guān)于做功的判斷正確的是（）。A．木箱受到的重力做功的大小為800JB．拉力F對(duì)木箱做功的大小為300JC．木箱受到的合力做功的大小為125JD．木箱受到斜面的支持力做功的大小為200J【變式41】如圖所示，斜面與水平地面夾角為30°，某快遞員用500N的力，將重800N的貨物沿斜面勻速推上車廂，不考慮斜面形變，貨物所受摩擦力方向沿斜面向_____；斜面的機(jī)械效率為_____。不改變斜面與地面夾角和貨物質(zhì)量，采用_____的方法可以提高斜面的機(jī)械效率?！咀兪?2】如圖所示，斜面長，高。工人在6s內(nèi)將重的物體從底端沿斜面向上勻速拉到頂端，拉力是。此過程中工人做的有用功為______J，斜面的機(jī)械效率為_______。考向05杠桿機(jī)械效率杠桿機(jī)械效率的計(jì)算對(duì)于杠桿，不計(jì)摩擦?xí)r，有杠桿機(jī)械效率的計(jì)算對(duì)于杠桿，不計(jì)摩擦?xí)r，有W總=W有+W額=Gh+G桿h桿，其中，G桿為桿的重力，h桿為杠桿重心移動(dòng)的距離。故杠桿的機(jī)械效率，在實(shí)際計(jì)算時(shí)可根據(jù)需要靈活選用簡便的公式。【例5】如圖所示，一根質(zhì)地均勻的細(xì)木棒OC，OA=（1/4）OC，B為OC的中點(diǎn)。在C端用始終豎直向上的50N的拉力將掛在A點(diǎn)的重為180N的物體勻速提升0.1m。提升該物體做的有用功是J,總功是J,木棒的機(jī)械效率為(不計(jì)摩擦)?！咀兪?1】小明用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置研究“杠桿的機(jī)械效率”時(shí)，將總重為的鉤碼掛在鐵質(zhì)杠桿上，彈簧測(cè)力計(jì)作用于點(diǎn)，現(xiàn)豎直向上勻速拉動(dòng)彈簧測(cè)力計(jì)，使杠桿從水平位置開始逐漸上升，帶動(dòng)鉤碼上升的高度為，彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)為，其移動(dòng)的距離為（鉤碼重不變），則下列說法正確的是。A．此時(shí)杠桿的機(jī)械效率為；B．實(shí)驗(yàn)過程中測(cè)力計(jì)拉力的力臂長短不變；C．若將鉤碼移動(dòng)到點(diǎn)，測(cè)力計(jì)的示數(shù)將增大；D．若增加鉤碼的重力，重復(fù)實(shí)驗(yàn)，則杠桿的機(jī)械效率不變【變式52】某實(shí)驗(yàn)小組利用圖示裝置研究杠桿的機(jī)械效率，實(shí)驗(yàn)的主要步驟如下：①用輕繩懸掛杠桿一端的D點(diǎn)作為支點(diǎn)，在A點(diǎn)用輕繩懸掛總重為G的鉤碼，在占點(diǎn)用輕繩豎直懸掛一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)，使杠桿保持水平；②豎直向上拉動(dòng)彈簧測(cè)力計(jì)緩慢勻速上升(保持0點(diǎn)位置不變)，在此過程中彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)為F，利用刻度尺分別測(cè)出A、B兩點(diǎn)上升的高度為h1、h2?；卮鹣铝袉栴}：(1)杠桿機(jī)械效率的表達(dá)式為η=____________；(用已知或測(cè)量的物理量符號(hào)表示)(2)本次實(shí)驗(yàn)中，若提升的鉤碼重一定，則影響杠桿機(jī)械效率的主要因素是:___________；(3)若只將鉤碼的懸掛點(diǎn)由A移至C，O、B位置不變，仍將鉤碼提升相同的高度，則杠桿的機(jī)械效率將_________(選填“變大”、“變小”或“不變”)?？键c(diǎn)二測(cè)量滑輪組的機(jī)械效率一、測(cè)量滑輪組的機(jī)械效率【實(shí)驗(yàn)原理】【實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)】(1)組裝一個(gè)滑輪組，使用該滑輪組分別提起重力不同的物體，比較每次的機(jī)械效率；(2)換用較重的動(dòng)滑輪，組裝和(1)相同的滑輪組，使用該滑輪組分別提起和(1)相同的重物，比較和(1)提起相同重物時(shí)的機(jī)械效率?！緦?shí)驗(yàn)器材】刻度尺、鉤碼、彈簧測(cè)力計(jì)、滑輪、長約2m的細(xì)繩、鐵架臺(tái)等?！緦?shí)驗(yàn)過程】(1)用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)出鉤碼所受的重力G并填入表格；(2)按照?qǐng)D甲組裝滑輪組，分別記下鉤碼和繩端的位置；(3)如圖乙所示，勻速緩慢拉動(dòng)彈簧測(cè)力計(jì)，使鉤碼升高，從彈簧測(cè)力計(jì)上讀出拉力F的值，用刻度尺測(cè)出鉤碼上升的高度h和繩端移動(dòng)的距離s，將這三個(gè)量填入表格中；(4)利用公式計(jì)算出有用功W有、總功W總、機(jī)械效率η并填入表格中；(5)改變鉤碼的數(shù)量，重復(fù)上面的實(shí)驗(yàn)（多次實(shí)驗(yàn)，消除偶然因素）；(6)換用較重的動(dòng)滑輪組成滑輪組，重復(fù)(2)~(5)步，將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記入表格?！緦?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)】實(shí)驗(yàn)次數(shù)鉤碼所受的重力G/N提升高度h/m有用功W有/J拉力F/N繩端移動(dòng)的距離s/m總功總J機(jī)械效率η11.50.20.30.70.60.4271%230.20.61.20.60.7283%34.50.20.91.70.61.0288%41.50.20.30.90.60.5456%530.20.61.40.60.8471%64.50.20.91.90.61.1479%【數(shù)據(jù)分析】(1)由1、2、3三次實(shí)驗(yàn)可知，使用同一滑輪組，當(dāng)提升重為1.5N的鉤碼時(shí)，它的機(jī)械效率是71%；當(dāng)提升重為3N的鉤碼時(shí)，它的機(jī)械效率是83%；當(dāng)提升重為4.5N的鉤碼時(shí)，它的機(jī)械效率是88%；可見，同一機(jī)械在不同做功過程中使用，其機(jī)械效率不同.同一滑輪組，提升的物體越重，其機(jī)械效率越高。(2)由1、4(2、5或3、6)兩次實(shí)驗(yàn)可知，使用兩個(gè)動(dòng)滑輪重量不同的滑輪組提升相同的鉤碼升高相同高度，做的有用功相同，動(dòng)滑輪較重的所做的額外功多，機(jī)械效率低?！緮?shù)據(jù)結(jié)論】(1)使用同一滑輪組提升重力不同的物體時(shí)，機(jī)械效率不同，被提升的物體越重，機(jī)械效率越高；(2)使用不同的滑輪組提升同一物體時(shí)，升高相同的高度，動(dòng)滑輪較重的(或動(dòng)滑輪多的)滑輪組的機(jī)械效率較低。2.影響滑輪組機(jī)械效率的主要因素與改進(jìn)措施影響因素分析改進(jìn)措施（提高效率）被提升物體的重力同一滑輪組，被提升物體的重力越大，做的有用功越多，機(jī)械效率越大在機(jī)械承受的范圍內(nèi)，盡可能增加被提升物體的重力動(dòng)滑輪的自重有用功不變時(shí)，減小提升動(dòng)滑輪時(shí)做的額外功，可提高機(jī)械效率改進(jìn)滑輪結(jié)構(gòu)，減輕滑輪自重滑輪組自身部件的摩擦機(jī)械自身部件的摩擦力越大，機(jī)械效率越低對(duì)機(jī)械進(jìn)行保養(yǎng)，保持良好的潤滑，減小摩擦考向06測(cè)量滑輪組的機(jī)械效率1．影響滑輪組機(jī)械效率的因素滑輪組是人們經(jīng)常使用的簡單機(jī)械，用同一滑輪組提升物體G升高h(yuǎn)時(shí)，滑輪組對(duì)物體做的功為有用功，而人對(duì)滑輪組的拉力F做的功為總功，F(xiàn)移動(dòng)的距離s=nh(n為與動(dòng)滑輪相連繩子的段數(shù))，則滑輪組的機(jī)械效率1．影響滑輪組機(jī)械效率的因素滑輪組是人們經(jīng)常使用的簡單機(jī)械，用同一滑輪組提升物體G升高h(yuǎn)時(shí)，滑輪組對(duì)物體做的功為有用功，而人對(duì)滑輪組的拉力F做的功為總功，F(xiàn)移動(dòng)的距離s=nh(n為與動(dòng)滑輪相連繩子的段數(shù))，則滑輪組的機(jī)械效率；若不計(jì)摩擦力，而動(dòng)滑輪的重為G’，那么提升動(dòng)滑輪做的功就是額外功，則滑輪組的機(jī)械效率還可表示為。討論這個(gè)表達(dá)式可知，對(duì)于同一滑輪組(G’一定)，提升重物越重，滑輪組的機(jī)械效率越高；而提升相同重物時(shí)，動(dòng)滑輪越少、越輕的滑輪組，機(jī)械效率越高。2．提高滑輪組機(jī)械效率的方法(1)減小額外功在總功中占的比例?？刹扇「倪M(jìn)機(jī)械結(jié)構(gòu)、減小摩擦阻力等方法。如可使滑輪組在滿載情況下工作，以增大有用功在總功中的比例，在滑輪的轉(zhuǎn)軸中加潤滑油，以減小摩擦阻力，或減小滑輪組中動(dòng)滑輪的自重等，即在有用功一定的情況下，減小額外功，提高效率。(2)增大有用功在總功中所占的比例，在額外功不變的情況下，增大有用功的大小。(3)換用最簡單的機(jī)械?！纠?】以下方法不能提高滑輪組的機(jī)械效率的是（）。A.在滑輪的轉(zhuǎn)動(dòng)軸中加潤滑油，以減小摩擦力B.減小動(dòng)滑輪的自重C.盡量增大所提升物體的重力D.盡量使物體移動(dòng)的距離增大【變式61】在“測(cè)量滑輪組的機(jī)械效率”的實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)小組用如圖所示的裝置進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)數(shù)