重難點13 功與機械效率 （原卷版）

專項七簡單機械與機械效率重難點13功與機械效率考點一、功作用在物體上的力，使物體在力的方向上通過了一段距離，我們就說這個力對這個物體做了功。理解判斷的依據(jù)：依據(jù)：做功的兩個必要因素。重點：抓住力作用在物體上是否有“成效”。明白不做功的三種情況：物體受力，但物體沒有在力的方向上通過距離，此情況叫“勞而無功”。物體移動了一段距離，但在此運動方向上沒有受到力的作用(如物體因慣性而運動)，此情況叫“不勞無功”。物體既受到力，又通過一段距離，但兩者方向互相垂直(如起重機吊起貨物在空中沿水平方向移動)，此情況叫“垂直無功”?？键c二、功的計算公式：W＝Fs，常用式W＝Gh(克服重力做功)，或W＝f阻s(克服摩擦阻力做功)單位：焦耳(J)，功的原理：使用任何機械都不省功?？键c三、功率物理意義：表示物體做功的快慢。定義：功與做功所用時間之比叫做功率。計算式單位瓦(W)推導公式：注意區(qū)別功與功率：功(W)功率(P)概念當一個力作用在物體上，物體在這個力作用下通過一段距離。這個力對物體做了功功與做功所用時間之比單位功的單位是力的單位與距離的單位的乘積牛·米，也叫焦耳。1J=1N·m。功率的單位也是復合單位，焦/秒，叫做瓦特。1W=1J/S計算W=Fs其它以下三種情況力對物體不做功：

＜1＞“不勞無功”，物體通過了距離，但沒有力作用在物體上；

＜2＞“不動無功”有力作用在物體上，物體靜止不動，沒有通過距離；

＜3＞“勞而無功”，有力作用在物體上，物體也通過了距離，但力的方向和通過的距離方向互相垂直，沿力方向上物體沒有通過距離。比較做功快慢的方法有：

＜1＞比較相同時間內(nèi)做的功，做功多的做功快；

＜2＞比較做相同的功所用時間，所用時間少的做功快；

＜3＞比較功和時間的比值，比值大的做功快。考點四、機械效率為了表示有用功在總功中所占的比例，物理學中引入了機械效率，它等于有用功W有與總功W總之比，符號為η。公式為，式中η表示機械效率，它是一個百分數(shù)。η的值越大，表明有用功在總功中所占的比例越大，機械的效率越高。η的值總小于100%，由于機械本身的摩擦力或重力不可能為零，所以額外功總是存在的，即有用功總是小于總功?？键c五、簡單機械與機械效率杠桿的機械效率①用杠桿提升物體時，有用功和總功的比值.稱為杠桿機械效率。②杠桿機械效率公式：η＝(W有用/W總)×100％滑輪組的機械效率（不計繩重和軸摩擦）當動滑輪重一定時，物重越大，機械效率越大；當物重一定時，動滑輪重越大，機械效率越小。斜面的機械效率影響斜面機械效率的因素物體與斜面粗糙程度相同時，斜面傾角越大，機械效率越大；斜面傾角相同時，物體與斜面粗糙程度越大，機械效率越小。

考點六、機械效率實驗考點一：功的定義及做功判斷【探究重點】在分析做功情況時還應注意以下幾點：當物體的受力方向與運動方向不垂直時，這個力就要做功。一個物體同時受幾個力的作用時，有一些力做了功，有些力沒有做功，因此講做功必須指出是哪一個力對哪一個物體做功。什么叫物體克服阻力做功：若物體在運動方向上受到一個與此方向相反的力F的作用，我們通常說物體克服阻力F做了功。

【真題精講】(2022·甘肅蘭州·中考真題)如圖所示的情境中，對物體不做功的是()A．圖甲：用力搬石頭，沒有搬動 B．圖乙：將重物從地面拉到高處C．圖丙：推車向前運動 D．圖?。和εe杠鈴的過程【鞏固訓練】下列依據(jù)公式W＝Fs所作出的判斷中錯誤的是A．力學中所說的做功包含兩個必要因素B．推教室墻壁雖耗費體力，但不做功C．推出的球在空中飛行時，推力不做功D．如圖中，爬樓的人對拎的包沒有做功考點二：做功計算【探究重點】熟練掌握功的定義及做功的兩個必要條件。有力才有可能做功，沒有力根本不做功。F與s的方向應在同一直線上(初中要求)(比如一個人提著一重物G，從山腳順著一之字形的山路爬到山頂，此時人克服重力做功所移動的距離并不是山路的長，而是從山腳到山頂?shù)母摺?做功的多少，由W＝Fs決定，而與物體的運動形式無關。

比如：在豎直向上，物體克服重力做功，功的大小為W＝Gh；在水平方向上，物體克服摩擦力做功，功的大小為W＝fs。

【真題精講】（2022·山東臨沂）北京路沂河大橋改造工程是我市今年重大工程之一，截至2月27日，質(zhì)量為2.5萬噸的南幅老橋橋面由560個液壓千斤頂頂升到位（如圖）。橋面被以5mm/min的速度共頂升3.1m，g取10N/kg，下列判斷正確的是（）。A.南幅老橋橋面重2.5×105N B.1h內(nèi)橋面可被連續(xù)頂升3mC.千斤頂共對橋面做功7.75×108J D.千斤頂應用了流體壓強的特點【鞏固訓練】小紅同學用一個距離手3m高的定滑輪拉住重100N的物體，從滑輪正下方沿水平方向移動4m，如圖所示，若不計繩重和摩擦，他至少做了多少功()A．200J B．300J C．400J D．500J考點三：功率【探究重點】功率與功是兩個不同的物理量，“功”表示做功的“多少”，而“功率”則表示做功的“快慢”，“多少”與“快慢”的意義不一樣，只有在做功時間相同時，做功多的就做功快；否則，做功多，不一定做功就快，即“功率”不一定就大，也就是說:功率與功和時間兩個因素有關。由P＝W/t變形為P＝F·v可知：功率一定時，力F與速度v成反比。【真題精講】(2022·湖北·荊州市教育科學研究院中考真題)如圖所示，工人往車上裝重物時，用長木板搭個斜面，工人用平行于斜面向上的力，把重物沿斜面從底端勻速推到頂端。下列說法正確的是()A．用斜面可以省力也可以省功B．勻速推動重物的速度越大，推力越大C．勻速推動重物的速度越大，推力做功越多D．勻速推動重物的速度越大，推力的功率越大【鞏固訓練】（2022·四川南充）如圖所示，某工人師傅用平行于斜面向上、大小為500N的推力，把木箱從長4m的斜面底端推到頂端用時10s，整個過程木箱的平均速度為________m/s，推力的平均功率為_________W?？键c四：機械效率【探究重點】機械效率沒有單位，小于1，常用百分數(shù)表示。直接原因是：機械內(nèi)部有摩擦力，機械本身有重力等。

【真題精講】(2022·山東菏澤·中考真題)如圖所示，在快遞倉庫內(nèi)工人把重為600N的貨物用滑輪組以0.2m/s的速度勻速提升，忽略摩擦及繩重，該過程中滑輪組的機械效率為80%，則()A．工人所用的拉力為200NB．動滑輪的重力為100NC．拉力的功率為150WD．提升重力不同的貨物時，此滑輪組機械效率不變【鞏固訓練】(2021·湖北宜昌市·中考真題)下列有關機械做功、功率、機械效率的說法，正確的是()A．效率越高的機械，功率越大 B．做功越多的機械，功率越大C．做有用功越多的機械，效率越高 D．功率越大的機械，做功越快考點五：簡單機械與機械效率【探究重點】杠桿機械效率公式：η＝(W有用/W總)×100％滑輪組(豎直方向提升物體)：(G為物重，h為物體提升高度，F(xiàn)為拉力，S為繩子自由端走的距離)

滑輪組(水平方向拉動物體)：(f為摩擦力，l為物體移動距離，F(xiàn)為拉力，S為繩子自由端走的距離)

斜面的機械效率：(h為斜面高，S為斜面長，G為物重，F(xiàn)為沿斜面對物體的拉力)【真題精講】(2022·山東威?！ぶ锌颊骖})如圖所示，為了把兩件相同貨物搬運到汽車上，工人用相同材質(zhì)的木板搭建了AB、CD兩個斜面，用沿斜面向上的力將其中一件貨物從斜面的底端勻速推到頂端，另一件貨物用同樣的方法沿斜面搬運。下列說法正確的是()A．沿斜面推動更省力B．沿斜面推動，工人克服貨物重力做的功更多C．無論利用哪個斜面，工人克服貨物重力做功的功率一定相同D．沿斜面推動貨物的過程中，貨物的機械能增大【鞏固訓練】兩個完全相同的滑輪，分別以圖中兩種方式，將重為的物體以相同的速度勻速豎直提升了1m，不計繩重和摩擦，甲、乙的機械效率、，拉力、做的功分別為、，功率分別為、，下列判斷正確的是()A． B． C． D．考點六：機械效率實驗【探究重點】杠桿機械效率：(G為物重，h為物體提升高度，F(xiàn)為拉力，S拉力移動的距離)?；喗M(豎直方向提升物體)：(G為物重，h為物體提升高度，F(xiàn)為拉力，S為繩子自由端走的距離)。

斜面的機械效率：(h為斜面高，S為斜面長，G為物重，F(xiàn)為沿斜面對物體的拉力)?！菊骖}精講】（2021·四川綿陽·中考真題）用如圖所示裝置探究斜面省力大小及機械效率是否與斜面傾角、表面粗糙程度有關。甲、乙斜面傾角相等，與丙的不相等；甲、丙斜面表面粗糙程度相同，與乙的不相同。先用彈簧測力計豎直向上勻速緩慢提升重物0.24m高，彈簧測力計示數(shù)F0＝20.0N；再分別在三個斜面上沿斜面向上勻速緩慢拉動這個重物到同一高度，彈簧測力計示數(shù)和斜面長度如表所示。次數(shù)斜面彈簧測力計示數(shù)F/N斜面長度L/m省力大小ΔF/N（ΔF＝F0﹣F）機械效率η%1甲17.40.30？92.02乙18.20.301.887.93丙14.00.406.0？根據(jù)表中數(shù)據(jù)回答下列問題：（1）斜面甲省力大小ΔF甲＝_______N；（2）斜面丙的機械效率η丙＝_______；（3）比較甲、乙實驗結(jié)果，可以認為_______；比較甲、丙實驗結(jié)果，可以認為_______（選填序號，有可能不止一項正確）。A．斜面省力大小與斜面傾角有關B．斜面省力大小與斜面表面粗糙程度有關C．斜面省力大小與斜面傾角和表面粗糙程度都有關D．斜面機械效率與斜面傾角有關E.斜面機械效率與斜面表面粗糙程度有關F.斜面機械效率與斜面傾角和表面粗糙程度都有關【鞏固訓練】用如圖所示的實驗裝置探究滑輪組的機械效率，下列說法正確的是()A．實驗時彈簧測力計可以在靜止時讀數(shù)B．實驗時不用刻度尺也可以測量出滑輪組的機械效率C．滑輪組的機械效率與動滑輪重力的大小無關D．同一滑輪組的機械效率隨所掛鉤碼的重力增大而增大，最終可以達到100%以下吉祥物運動項目中涉及到的做功情況，下列敘述正確的是()排球比賽中，運動員擊排球的過程中，運動員對排球做了功B．舉重比賽中，運動員舉起杠鈴不動的時候，運動員對杠鈴做了功C．射擊比賽中，子彈離開槍口以后，還在對子彈做功D．賽艇比賽中，運動員劃著賽艇在水平湖面上做勻速直線運動，賽艇的重力對賽艇做了功(2020邵陽)一物體受到5N豎直向上的拉力作用，沿水平方向以0.2m/s的速度勻速運動了10s，拉力對物體做的功為()A．0J B．1J C．10J D．50J一位初三的同學，從教學樓的一樓跑到三樓用了10s，則他上樓過程中的功率大約是()A．3W B．30W C．300W D．3000W滑輪組來控制導線的松緊程度。某次導線對滑輪N的拉力為F，配重水泥塊（重為G）被勻速拉升的高度為h（不考慮滑輪自重，繩重和繩與滑輪之間的摩擦）。下列說法中正確的是（）。A.M是動滑輪；B.拉力F=2G；C.拉力F做的功為3Fh；D.拉力F移動的速度與配重G上升的速度相同(2020威海)在一次沿直桿滑降訓練中，消防員從5m高處滑到離地面20cm處懸停，先后經(jīng)歷了a?b?c?d四個階段(每個階段經(jīng)歷的時間相同)。整個訓練過程，速度隨時間變化的規(guī)律如圖所示，下列說法正確的是()A．消防員的重力在b階段做功最多B．只有b階段，消防員處于平衡狀態(tài)C．消防員四個階段都在克服摩擦力做功D．a(chǎn)階段，滑桿受到的摩擦力等于消防員的重力用如圖所示的滑輪組勻速提起1200N的重物G，若要將重物提升0.3m，則拉力F移動的距離為_________，若拉力大小為500N，則機械效率為_________，可采用_________措施提高該滑輪組機械效率。(2020綿陽)寬握距引體向上要求：兩手用寬握距正握(掌心向前)單杠，略寬于肩，兩腳離地，兩臂自然下垂伸直，用力將身體往上拉起，下巴超過單杠時稍作停頓，然后回復完全下垂，即為完成1次，小明同學體重600N，正握單杠且兩臂自然下垂伸直時，下巴與單杠的高度差是0.4m，他在某次測試中，1min內(nèi)完成了10次引體向上，則他完成1次引體向上至少做功_______J，整個測試過程中做功的平均功率最小是______W。坡長10m，頂端與底端高度差為6m，一個工人沿斜坡向上用150N的力將質(zhì)量為20kg的貨箱從坡底端勻速緩慢地推到頂端的過程中，對貨箱做的功是___________J，克服摩擦力做的功是___________J，摩擦力是___________N。(g=10N/kg)(2021·湖北宜昌市·中考真題)小勇放學后，背著重40N的書包沿水平路面走了200m，用時3min，又用1min爬上了大約9m高的四樓回到了家，小勇的重力為600N。則他在回家過程中對書包所做的功為______J，他所做總功的功率是______W。（2022·廣東·珠海市第九中學一模）為了將放置在水平地面上重G=100N的重物提升到高處。小明同學設計了圖（甲）所示的滑輪組裝置。當小明用圖（乙）所示隨時間變化的豎直向下拉力F拉繩時，物體上升速度v隨時間變化關系圖像為圖（丙），物體上升的高度h隨時間t變化的關系圖像分別如圖（?。┧尽Ｈ糁匚锱c地面的接觸面積S=5×10-2m2，不計摩擦和繩重，繩對滑輪的拉力方向均可看成在豎直方向。求：（1）勻速提升物體時，拉力F的功率為多少W?滑輪組的機械效率η為多少?（2）在1~2s內(nèi)，拉力F做的功W為多少J?下列有關機械做功、功率、機械效率的說法，正確的是()A．效率越高的機械，功率越大 B．做功越快的機械，功率越大C．做有用功越多的機械，效率越高 D．做功越多的機械，功率越大如圖所示，工人師傅利用斜面將貨物裝上汽車。已知貨物重為2000N，師傅用沿斜面向上1000N的推力將貨物從斜面底端勻速推至斜面頂端。斜面長4m、高1.5m，則()A．使用斜面向汽車上裝貨物可以省功B．此過程中的有用功為4000JC．斜面的機械效率為60%D．貨物受到斜面對它的摩擦阻力為250N如圖所示，將同一物體分別沿光滑的斜面AB、AC以相同的速度從底部勻速拉倒頂端A，已知AB>AC施加的力分別為F1、F2，拉力做的功為W1、W2，則下列判斷中正確的是()A．F1=F2；W1=W2 B．F1>F2；W1>W2C．F1＜F2；W1＜W2 D．F1＜F2；W1=W2(2020安順)僅用8天就建成的武漢火神山醫(yī)院，彰顯的不僅是中國速度，更是戰(zhàn)勝疫情的堅強決心。如圖所示，為了在最短的時間完成地面基礎建設，上百臺挖掘機同時工作，其目的是增大所有挖掘機總的()A．機械效率 B．功率 C．功 D．有用功如圖所示，OQ是水平地面，物體在水平拉力作用下，從O勻速直線運動到Q，OP段拉力為300N，做的功為，功率為，PQ段拉力為200牛，做的功為，功率為，則()A．

B．

C．

D．

（2022·四川南充）某科技小組設計了一種測量渾水密度的裝置，如圖所示，A是體積為10-3m3的均勻正方體浮子，B是圓形容器，C是固定在容器底部的定滑輪，通過細繩將A與滑輪組連接。當容器中盛有適量密度為1.0×103kg/m3的清水，連接浮子的繩子恰好不受拉力時，浮子的體積浸在清水中；當繩子末端拉力為F1時，浮子在清水中浸沒后能緩慢勻速向下運動：把清水換成待測渾水后，繩子末端拉力為F2=3.1N時，浮子浸沒后也能緩慢勻速向下運動。已知動滑輪質(zhì)量為30g，g=10N/kg，不計繩子質(zhì)量，伸縮，摩擦及水的阻力則（）。A.浮子的密度為0.6×103kg/m3；B.繩子拉力F1為2.1N；C.清水中浮子浸沒后勻速運動時滑輪組的機械效率約為95%；D.渾水密度為1.2×103kg/m3如圖所示，是兩名運動員在相同時間舉起相同質(zhì)量的杠鈴的示意圖，由圖可知，_____做的功多，_____做功的功率大。(均選填“甲”或“乙”)(2020永州)電動車因便捷、低碳、環(huán)保等優(yōu)點深受市民喜愛。小劉騎電動車在平直的公路上勻速直線行駛3km，已知人和車的總質(zhì)量為100kg，若阻力為人和車總重力的0.08倍，則阻力的大小為______N，整個過程電動車的牽引力做功為______J。(g＝10Nkg)“紅?！憋嬃夏軌蜓杆傺a充能量物質(zhì)，并調(diào)節(jié)神經(jīng)系統(tǒng)功能，從而取得提神醒腦、補充體力的功效，頗受消費者的歡迎，如表是“紅牛”飲料營養(yǎng)成分的部分參數(shù)。(g取10N/kg)項目每100毫升能量230千焦蛋白質(zhì)0克脂肪0克碳水化合物13.5克鈉46毫克(1)“紅?！憋嬃系哪芰宽椖渴?30千焦/100毫升，該項目的含義與以下物理量的含義類似的是_________；A．熱量B．內(nèi)能C．熱值D．比熱容(2)小華同學質(zhì)量為50kg，正常情況下步行上一層3m高的樓需要12s，她上一層樓做了多少功________？上樓時的功率是_________；(3)人體攝入的能量可以通過運動消耗掉，小華同學喝了一罐凈含量250mL的上述“紅?！憋嬃?，如果她能獲得其全部能量，且把獲得能量的30%用于爬樓，則正常情況下她能爬多少層樓_________？(每層樓高3m)（2022內(nèi)蒙古赤峰）在建設橋梁時，需將一重為3×104N正方體橋梁部件從運輸船上轉(zhuǎn)移至河水中。（1）用吊車將該部件從運輸船上勻速向上提升，如圖甲所示。20s時間內(nèi)，拉力F對部件做了6×104J的功，計算這個過程中：①拉力F做功的功率；②部件上升的距離。（2）如圖乙所示，緩慢的將部件勻速投入水中。水對部件下表面的壓力記作F1，水對部件上表面的壓力記作F2，二者與部件下表面在水中的深度h的關系如圖丙所示（忽略水的阻力）。求:圖丙所示過程中，部件浸沒時受到的浮力。(2020盤錦)工人利用滑輪組吊起重為2400N的路燈桿。如圖所示，這是路燈桿一端剛被勻速拉起的簡圖。路燈桿離地后被勻速提升1m，繩端拉力F=1000N。下列說法正確的是()A．路燈桿一端剛被勻速拉起時，相當于費力杠桿B．路燈桿離地后，受到的拉力小于2400NC．路燈桿離地后，繩端拉力F做的功為1000JD．路燈桿離地后，滑輪組的機械效率為80%有一質(zhì)量分布均勻的工件，正放時如圖甲所示，倒放時如圖乙所示，現(xiàn)要用力沿箭頭方向?qū)⑺品?，變成如圖丙方式放置。如果在圖甲方式放置時推倒所所需要做的最小功為W1，圖乙方式放置時推倒所需做的最小功為W2，則()A．W1>W2 B．W1＜W2 C．W1=W2 D．無法比較(2020深圳)如圖所示，湖面上有一艘小船，站在岸上的人通過滑輪用100N的力拉繩子的自由端，在10s內(nèi)小船向岸邊勻速移動了5m，船在水平方向受到的阻力為160N。下列說法正確的是()A．人對船做的有用功為500J B．人做的總功為800JC．人做的有用功的功率為50W D．滑輪的機械效率為80%在內(nèi)徑約為1cm的玻璃管中注水近滿，上端留一個氣泡，用橡皮塞塞住管口，再將玻璃管翻轉(zhuǎn)后豎直放置，氣泡上升，如圖所示。測得氣泡上升40cm用時20s，則該過程中氣泡所受浮力做功的功率最接近于()A．2×10﹣5W B．2×10﹣4W C．2×10﹣3W D．2×10﹣2W(2020三市一企)如圖所示，用滑輪組提升重物，此時測力計示數(shù)為680N?已知人的質(zhì)量為50kg，每個滑輪的重力為20N，不計繩重及摩擦，下列說法正確的