2024年人教版八年級(jí)物理講義：機(jī)械效率（知識(shí)解讀）（解析版）

12.3機(jī)械效率（知識(shí)解讀）（解析版）

知識(shí)導(dǎo)航

?知識(shí)點(diǎn)1有用功和額外功

?知識(shí)點(diǎn)2機(jī)械效率的概念

?知識(shí)點(diǎn)3機(jī)械效率的計(jì)算和大小比較

?知識(shí)點(diǎn)4機(jī)械效率的應(yīng)用及改變方法

?知識(shí)點(diǎn)5有關(guān)機(jī)械效率的探究實(shí)驗(yàn)

?作業(yè)鞏固訓(xùn)練

知識(shí)點(diǎn)1有用功和額外功

知識(shí)點(diǎn)講解

1、有用功：利用機(jī)械做功的時(shí)候，對(duì)人們有用的功就叫做有用功。

2、額外功：并非我們需要但又不得不做的功叫做額處功。

3、總功：有用功與額外功的和叫總功。

4、總功的計(jì)算：W總二Fs；W總=3有用+W額外。

5、有用功的計(jì)算方法：W有方Gh；W有方W總-W額外。

z

6、額外功的計(jì)算方法：Ww=Gh,W?h=f?s；W額外=W—W有用。

’典例分析題型分類舉一反三

【典例1-1】（2023春?肅寧縣校級(jí)期末）小紅用鐵桶從井中打水；小軍把不小心掉進(jìn)井中的

鐵桶打撈上來(lái)。在這兩個(gè)情形中水桶中都有水。那么下列分析中正確的是（）

A.兩個(gè)情形中，兩人對(duì)水做的功都是有用功

B.兩個(gè)情形中，兩人對(duì)水做的功都是總功

C.兩個(gè)情形中，兩人對(duì)水做的功都是額外功

D.小紅對(duì)水做的功是有用功，小軍對(duì)水做的功是額外功

【答案】D

【解答】解：（1）當(dāng)用桶從井中打水時(shí)，我們的目的就是為了把水提上來(lái)，所以對(duì)水做

的功為有用功；但水是盛在水桶里面的，又不得不對(duì)水桶做功，所以對(duì)水桶做的功為額

外功；

（2）若桶掉到井里而將桶打撈上來(lái)時(shí)，我們的目的就是為了把水桶提上來(lái)，所以對(duì)水桶

做的功為有用功；但水桶里面有一些水，又不得不對(duì)水做功，所以對(duì)水做的功為額外功；

可見(jiàn)，ABC錯(cuò)、D正確。

故選：D。

【典例1-2】（2023秋?電白區(qū)期末）著名作家馮驥才在《挑山工》中描述了挑山工用扁擔(dān)將

貨物運(yùn)送上山的情景，如圖所示。在這個(gè)過(guò)程中，挑山工做的有用功是對(duì)貨物做的

功，挑山工做的總功是對(duì)人、扁擔(dān)、貨物做的功。挑扁擔(dān)時(shí)，左右兩邊都放上貨物，

這是利用了杠桿平衡的原理。

【答案】貨物；人、扁擔(dān)、貨物；杠桿平衡。

【解答】解：挑山工用扁擔(dān)將貨物運(yùn)送上山時(shí)。在這個(gè)過(guò)程中，挑山工做的有用功是對(duì)

貨物做的功，挑山工做的總功是對(duì)人、扁擔(dān)和貨物做的功。挑扁擔(dān)時(shí)，左右兩邊都放上

貨物，即使貨物不等重也能平衡，這是利用了杠桿的平衡的原理。

故答案為：貨物；人、扁擔(dān)、貨物；杠桿平衡。

【變式1-1］（2023春?沂水縣期末）質(zhì)量是40kg的小王同學(xué)用重10N的水桶，提起重力為

100N的水，沿樓梯送到三樓，每層樓高3m,完成這一次提水，她對(duì)水做的功為有用功，

則她做的有用功和額外功分別是（）

A.600J,2400JB.600J,2460J

C.600J,60JD.3000J,60J

【答案】B

【解答】解：提水桶上樓，對(duì)水做的功：

W有用=G水h=100NX6m=600J，

該同學(xué)的重力為：

G人=mg=40kgXlON/kg=400N,

該同學(xué)上升的高度為：h=2X3m=6m,

該同學(xué)的額外功：

W額=6人h+Gtsh=400NX6m+1ONX6m=2460J=

故選：Bo

【變式1-2](2022春?海陽(yáng)市期末)用如圖甲的滑輪組提升重200N的物體，已知拉力F為

80N,不計(jì)繩重和摩擦，物體和繩子自由端的運(yùn)動(dòng)情況如圖乙所示，反映繩子自由端運(yùn)動(dòng)

的圖線是A(選填"A”或"B”)，動(dòng)滑輪重為40N,3s內(nèi)對(duì)物體做的有用功

為300Jo

甲乙

【答案】A；40；300?

【解答】解：(1)由圖甲可知，n=3,則拉力端移動(dòng)距離s=3h,所以圖乙中上面的傾斜

直線A是繩子自由端運(yùn)動(dòng)的s-t圖像，而下面的傾斜直線B是物體運(yùn)動(dòng)的s-t圖像；

(2)不計(jì)繩重和摩擦，拉力F=』(G+G動(dòng))，則動(dòng)滑輪重力：

3

G動(dòng)=3F-G=3X80N-200N=40N；

(3)由圖乙可知，t=3s時(shí)，物體運(yùn)動(dòng)的高度h=1.5m,

對(duì)物體做的有用功：W有用=Gh=200N義1.5m=300J。

故答案為：A；40；300o

知識(shí)點(diǎn)2機(jī)械效率的概念

知識(shí)點(diǎn)講解

1、概念：有用功跟總功的比值叫做機(jī)械效率，通常用百分?jǐn)?shù)表示。

2、計(jì)算公式：用W總表示總功,用W有用表示有用功,用n表示機(jī)械效率,貝U：Wwaxl00o/o

%

由于額外功不可避免，有用功只是總功的一部分，因而機(jī)械效率總小于1。

3、提高機(jī)械效率的主要辦法

（1）在有用功一定時(shí)，盡量減少額外功,采用減輕機(jī)械自身的重力和加潤(rùn)滑油來(lái)減少摩擦

的措施。

（2）在額外功一定時(shí)，增大有用功,在機(jī)械能夠承受的范圍內(nèi)盡可能增加每次提起重物的

重力，充分發(fā)揮機(jī)械的作用。

’典例分析題型分類舉一反三

【典例2-1）（2023秋?江城區(qū)期末）關(guān)于功、功率、機(jī)械效率，下列說(shuō)法中正確的是（）

A.機(jī)械效率越大，物體所做的總功越多

B.作用在物體上的力越大，對(duì)物體所做的功越多

C.功率越大，物體做功越多

D.功率越大，則機(jī)械做功越快

【答案】D

w有用

【解答】解：A、由日嚇包可知，機(jī)械效率大，只能說(shuō)明兩個(gè)功的比值大，并不能說(shuō)

w總

明總功大。故A錯(cuò)誤；

B、根據(jù)W=Fs可知，力F大，如果距離s小，功不一定大。故B錯(cuò)誤；

C、由W=Pt可知，只有在做功時(shí)間一定時(shí)，功率越大，功才越多。故C錯(cuò)誤；

D、功率表示做功的快慢，功率越大，單位時(shí)間內(nèi)做的功越多，做功就越快。故D正

確。

故選：D。

【典例2-2】（2023秋?德慶縣期末）機(jī)械效率越高的簡(jiǎn)單機(jī)械，必定是有用功占總功的比例

越大（選填“大”或“小”），機(jī)械效率的數(shù)值總小于（選填“大于”、“等于"

或“小于”）1。以同樣速度行駛的列車和小汽車，列車（選填“列車”或“小汽車”）

動(dòng)能大。

【答案】見(jiàn)試題解答內(nèi)容

【解答】解：（1）機(jī)械效率越高的簡(jiǎn)單機(jī)械，有用功在總功中占的比例越大；

因?yàn)槭褂萌魏螜C(jī)械都要做額外功，且有用功與額外功之和等于總功，所以有用功一定小

于總功，而機(jī)械效率等于有用功與總功的比值，所以機(jī)械效率總小于1；

（2）列車和小汽車以相同的速度行駛時(shí)，速度相同，列車的質(zhì)量大，因此列車具有的動(dòng)

能大。

故答案為：大；小于；列車。

【變式2-1］（2023春?高陽(yáng)縣期末）如圖為正在施工的工程車，下列關(guān)于工程車的說(shuō)法正確

的是（）

A.做的功越多，機(jī)械效率越高

B.縮短工作時(shí)間，可提高機(jī)械效率

C.工程車做功越多，功率越大

D.工程車做功越快，功率越大

【答案】D

【解答】解：A、做的功越多，有用功占總功的百分比不一定高，機(jī)械效率也不一定高，

故A錯(cuò)誤；

B、縮短工作時(shí)間，對(duì)有用功占總功的百分比不會(huì)有影響，不能提高機(jī)械效率，故B錯(cuò)

誤；

C、不知道做功時(shí)間的情況下，工程車做功越多，功率不一定越大，故C錯(cuò)誤；

D、功率是表示做功快慢的物理量，工程車做功越快，功率越大，故D正確。

故選：D。

【變式2-2X2023春?昌黎縣期末）使用機(jī)械時(shí)對(duì)人們沒(méi)有用，但又不得不做的功，稱為額

外功，所以機(jī)械效率總是小于（填“小于”“等于”或“大于”）1。

【答案】額外功；小于。

【解答】解：使用機(jī)械時(shí)對(duì)人們沒(méi)有用，但又不得不做的功，稱為額外功，因總功等于

有用功與額外功之和，故總功大于有用功，根據(jù)n=二*xio。％,所以機(jī)械效率總是小

W總

于lo

故答案為：額外功；小于。

知識(shí)點(diǎn)3機(jī)械效率的計(jì)算和大小比較

知識(shí)點(diǎn)講解

1、機(jī)械效率表達(dá)式為〃n^xlOO%,對(duì)于三種簡(jiǎn)單機(jī)械的機(jī)械效率的計(jì)算總結(jié)如下:

滑輪輪組

桿^4面

提升重物水平勻速拉動(dòng)物體

小nW有GhG

①二——=——=—①=也

n「有摩物_強(qiáng)

W有Ghw總FsnFW_F5W總FL

n=------=—

w總Fs②擦W總Fs繩nF與Gh

②r）=-------------

其中摩為物體與水平面的摩擦力；為拉Gh+F摩L

其中G為提升重物的重_Gh_GFF

“Gh+G動(dòng)hG+G動(dòng)其中G為物重；h為斜

力；h為重物升高的高力；S物為物體移動(dòng)的距離；S繩為繩子自

其中G為物重；G動(dòng)為動(dòng)滑輪的重力；面高度；L為斜面長(zhǎng)

度；F為動(dòng)力；s為動(dòng)力由端移動(dòng)的距離；n為承擔(dān)摩擦力的繩子

h為重物上升的高度；s為繩自由端移度；F為由J；F摩為摩

作用點(diǎn)移動(dòng)的距離的嬲

動(dòng)的距離；n為承擔(dān)物重的繩子的E嫩擦力

2、機(jī)械效率的大小比較

（1）機(jī)械效率由有用功和總功兩個(gè)因素共同決定,不能理解成：“有用功多，機(jī)械效率高”

或“總功大，機(jī)械效率低”。

（2）當(dāng)總功一定時(shí),機(jī)械做的有用功越多（或額外功越少），機(jī)械效率就越高;

（3）當(dāng)有用功一定時(shí),機(jī)械所做的總功越少（或額外功越少），機(jī)械效率就越高;

（4）當(dāng)額外功一定時(shí),機(jī)械所做的總功越多（或有用功越多），有用功在總功中所占的比例

就越大，機(jī)械效率就越高。

典例分析題型分類舉一反三

【典例3-1】（2023秋?五華區(qū)校級(jí)期末）如圖所示，小明用兩個(gè)不同的滑輪組，在相同時(shí)間

內(nèi)分別用大小相等的拉力F將同一物體勻速提高了相同的高度，若兩個(gè)滑輪組的動(dòng)滑輪

重分別為G動(dòng)1和G動(dòng)2,機(jī)械效率分別為中、口2,小明做功的功率分別為Pl、P2,不計(jì)

繩重和摩擦。則（）

A.G動(dòng)i〈G動(dòng)2,ni>r)2,P1<P2

B.G動(dòng)1VG動(dòng)2,T]1>T|2，Pl—P2

C.G動(dòng)1>6動(dòng)2,r|l<T]2,P1<P2

D.G動(dòng)1=6動(dòng)2,T|1=T|2,P1=P2

【答案】A

【解答】解：小明用兩個(gè)不同的滑輪組，在相同時(shí)間內(nèi)分別用大小相等的拉力F將同一

物體勻速提高了相同的高度，從圖示可知，G動(dòng)1VG動(dòng)2,根據(jù)W=Gh,可知，它們做的

W有G物h

有用功相同，它們的機(jī)械效率T]=弁艮=工一、，因?yàn)镚物、和h都相同，G動(dòng)1

W總（G物+G動(dòng)）h

<G動(dòng)2,故機(jī)械效率中>甲；因?yàn)镻=上，而G1的總功更小，兩者的時(shí)間相同，故功率

t

Pl<P2o

故選：Ao

【典例3-2】（2022秋?修水縣期末）小華通過(guò)走樓梯的方式將一大包衣服搬到五樓，他有兩

種方案：一是把所有衣服一次性搬到五樓；二是先將部分衣服搬到五樓，再搬剩下的衣

服。假設(shè)他上樓的速度相同，則方案一的上樓功率大于方案二的上樓功率;方案一

的機(jī)械效率大于方案二的機(jī)械效率。（均填“大于”“小于”或“等于”）

【答案】大于；大于。

【解答】解：設(shè)衣服的重力為G,

把所有衣服一次搬到五樓：W有i=Gh,人做的總功：W總i=Gh+G人h,

W有用I

則機(jī)械效率Gh_G

V總1Gh+G人hG+G人

上一次樓時(shí)間為t,其功率pi="h+?入h

ttt

分兩次送上樓的有用功：W有2=Gh,人做的總功：W總2=Gh+2G人h,

GhG

則機(jī)械效率T]2=

Gh+2G人hG+2G人

上樓的時(shí)間為2t,其功率P21'h+"''人h=也+叨1

2t2tt

比較得T11>T|2,Pl>P2o

故答案為：大于；大于。

【典例3-3X2023秋?惠城區(qū)期末）早在3000年前我們的祖先就設(shè)計(jì)了結(jié)構(gòu)很合理的轆特，

通常用于從井中提水。如圖所示是古代民間的提水設(shè)施轆糊，由轆粘頭、支架、井繩、

水桶等部分構(gòu)成。某次取水時(shí)井繩拉著質(zhì)量為10kg的水緩慢上升了4m,水桶的質(zhì)量為

1kg,在這一過(guò)程中，人做的總功為500J。g取10N/kg。求此次取水的過(guò)程中：

（1）人做的有用功為多少？

（2）轆湖的機(jī)械效率多大？

【答案】（1）人做的有用功為400J；

（2）轆輪的機(jī)械效率80%o

【解答】解：（1）拉著質(zhì)量為10kg的水緩慢上升了4m,水的重力

G水=m水g=lOkgX10N/kg=100N,

做的有用功：W有用=6水卜水=100NX4m=400J；

（2）轆輪的機(jī)械效率亙電=駟1><100%=80%。

w總500.T

答：（1）人做的有用功為400J；

（2）轆輪的機(jī)械效率80%o

【變式3-1]（2023秋?碑林區(qū)校級(jí)期末）如圖1,小明分別使用甲、乙兩種機(jī)械勻速提升物

體M（繩長(zhǎng)不變），做功情況如圖2,則（）

圖1圖2

A.甲的總功大于乙

B.甲的機(jī)械效率大于乙

C.甲提升M的高度小于乙

D.甲的機(jī)械效率等于乙

【答案】B

【解答】解：A、由圖2可知，甲、乙兩種機(jī)械做的有用功：W甲有=W乙有，額外功：W

甲額＜W乙額，所以總功：W甲總＜W乙總，故A錯(cuò)誤；

w有一

BD、由月=一包可知，甲的機(jī)械效率高于乙，故B正確，D錯(cuò)誤；

W總

C、根據(jù)W=Gh可知，有用功相同，則物體上升的高度相同，故C錯(cuò)誤。

故選：Bo

【變式3-2］（2023春?招遠(yuǎn)市期末）如圖所示，用同一滑輪（G滑＜G物）按甲、乙兩種方式

勻速提升同一物體，繩重和摩擦均忽略不計(jì)，F(xiàn)甲＞F乙,機(jī)械效率n甲＞n乙（選

填“＞，，、"=”或“＜，，），圖乙的滑輪可以看作是省力（選填“省力”、“等臂”或

“費(fèi)力”）杠桿。

甲乙

【答案】＞；＞；省力。

【解答】解：（1）由圖知，甲滑輪是定滑輪，繩重和摩擦不計(jì)，使用該滑輪不省力，所

以拉力等于物體的重力，即F￥=G物;

乙滑輪是動(dòng)滑輪，繩重和摩擦不計(jì)且G滑VG物，使用該滑輪可以省一半的力，即拉力等

于物體和滑輪總重力的一半，(G物+G滑)；

2

所以，F(xiàn)甲＞F乙；

故圖乙的滑輪可以看作是省力杠桿。

(2)兩幅圖中的有用功是克服物體重力做的功，在提升高度相同時(shí)，有用功是相同的，

但乙圖中還要克服動(dòng)滑輪的重力做額外功，則乙圖比甲圖中做的總功要多，

w有

結(jié)合機(jī)械效率公式1]=「艮乂100%可知，有用功相同時(shí)，總功越大的，機(jī)械效率越小，

W總

所以口甲＞9乙。

故答案為：＞；＞；省力。

【變式3-3](2023春?迪慶州期末)今年以來(lái)云南干旱少雨，為解決生活用水，扎西同學(xué)用

一臺(tái)功率為500W的抽水機(jī)將水從井中抽往12m高的樓頂水箱中，用時(shí)lOmin把容積為

2m3的水箱裝滿。求：

(1)水箱中水的質(zhì)量；

(2)抽水機(jī)抽水過(guò)程中對(duì)水做的有用功；

(3)抽水機(jī)抽水時(shí)的效率。

【答案】(1)水箱中水的質(zhì)量是2Xl()3kg；

(2)抽水機(jī)抽水過(guò)程中對(duì)水做的有用功2.4義105J；

(3)抽水機(jī)抽水時(shí)的效率是80%。

【解答】解：(1)根據(jù)p=叫可得水箱中水的質(zhì)量；

m=pV=1.0X103kg/m3X2m3=2X103kg；

(2)水的重力：G=mg=2X103kgX10N/kg=2X104N,

抽水機(jī)抽水過(guò)程中對(duì)水做的有用功：

W有用=Gh=2X104NX12m=2.4X105J；

(3)抽水機(jī)抽水時(shí)的效率：

=了有用_=W有用X100%=4X10嚀xi00%=80%o

W總Pt500VX10X60s

答：(1)水箱中水的質(zhì)量是2Xl()3kg；

(2)抽水機(jī)抽水過(guò)程中對(duì)水做的有用功2.4X105J；

（3）抽水機(jī)抽水時(shí)的效率是80%。

知識(shí)點(diǎn)4機(jī)械效率的應(yīng)用及改變方法

知識(shí)點(diǎn)講解

1、有用功是由使用機(jī)械的目的所決定的,當(dāng)用斜面提升物體時(shí)，克服物體重力做的功就是

有用功，Ww=Gh0

2、額外功是克服相互接觸物體間的摩擦阻力所做的功，對(duì)于斜面而言，W^fso

3、總功是指動(dòng)力對(duì)所做的功，一般情況下使用斜面時(shí)，動(dòng)力做功WJFFS。

4、由功的原理：“動(dòng)力對(duì)機(jī)械所做的功等于機(jī)械克服阻力所做的功”，而機(jī)械克服阻力所做

的功就包含了有用功和額外功，即：W總=3有+3額。

5、機(jī)械效率是有用功與總功的比值，只能小于1（理想狀態(tài)下可能等于1）,并且無(wú)單位

斜面的機(jī)械效率『口=也，在同一斜面上，由于傾斜程度相同，即乜。

W總Fss

一定，故在同一斜面上拉同一物體（粗糙程度相同）時(shí)，在斜面上所移動(dòng)的距離（或物體被

提升的高度）不同時(shí)，機(jī)械效率是相同的。

6、斜面的機(jī)械效率與斜面的傾斜程度、斜面的粗糙程度有關(guān),斜面粗糙程度相同時(shí),斜面

的傾斜程度越大,機(jī)械效率越高;斜面的傾斜程度一定時(shí),斜面越粗糙,機(jī)械效率越低。

7、提高機(jī)械效率的主要辦法

（1）有用功一定時(shí)，盡量減少額外功,采用減輕機(jī)械自身的重力和加潤(rùn)滑油來(lái)減少摩擦的

措施。

（2）額外功一定時(shí)，增大有用功,在機(jī)械能夠承受的范圍內(nèi)盡可能增加每次提起重物的重

力，充分發(fā)揮機(jī)械的作用。

典例分析題型分類舉一反三

【典例4-11（2023春?民權(quán)縣期末）道路救援車對(duì)故障車輛拖移時(shí)可構(gòu)建成如圖所示的模型，

當(dāng)鋼繩對(duì)車輛施加沿斜面的拉力為F時(shí)，在t時(shí)間內(nèi)可將重為G的小車A沿斜面底端勻

速拉至斜面頂端。已知斜面高為h,斜面長(zhǎng)為1。在小車A從水平路面被拖上救援車的過(guò)

程中（）

A.圖中滑輪可以省力

B.拉力F做的有用功為Fh

C.斜面的機(jī)械效率為團(tuán)

F1

D.斜面長(zhǎng)一定時(shí)，減小斜面的坡度，斜面越省功

【答案】C

【解答】解：A、圖中滑輪的軸固定不動(dòng)，為定滑輪，使用定滑輪不能省力，但可以改變

用力的方向，故A錯(cuò)誤；

B、拉力做的有用功：W有用=Gh,故B錯(cuò)誤；

C、拉力做的總功W,月=FL斜面的機(jī)械效率9="曳=弛.，故C正確；

w總F1

D、斜面長(zhǎng)一定時(shí)，減小斜面的坡度，斜面越省力，但不能省功，故D錯(cuò)誤。

故選：C=

【典例4-2】（2023秋?西安期末）如圖所示，超市購(gòu)物時(shí)，小明用沿斜面向上150N的推力，

將總重為500N的小車勻速推到斜面頂端，用時(shí)20s。已知斜面高1.2m,長(zhǎng)5m。此過(guò)程

中小明做的有用功為600J；小明推力做功的功率為37.5W；該斜面的機(jī)械效率

為80%o日常生活中人們利用斜面可以省力（選填“省力”或“省功”）。

【答案】600；37.5；80%；省力。

【解答】解：（1）小明做的有用功:

W有用=Gh=500NX1.2m=600J；

（2）小明做的總功：

W.&=Fs=150NX5m=750J,

小明做功功率：

P=I^=至紅=37.5W；

t20s

（3）斜面的機(jī)械效率：

2^5_xi00%=^2J-X100%=80%；

W總750.T

（4）使用斜面可以省力，但由于克服摩擦而多做額外功，不能省功。

故答案為:600；37.5；80%；省力。

【變式4-1】（2023春?鹽湖區(qū)校級(jí)期末）我國(guó)古代科學(xué)著作《天工開(kāi)物》中記載有井上汲水

裝置一一桔棒，如圖甲所示，它相當(dāng)于一個(gè)杠桿。圖乙為小明根據(jù)其原理自制的模型裝

置，杠桿左端是懸掛的石塊，右端懸掛水桶。下列有關(guān)說(shuō)法正確的是（）

A.左端懸掛的石塊是多余的

B.右邊水桶越重，提起水時(shí)有用功越多

C.當(dāng)減輕桔棒（模型AB桿）的重時(shí)，提水時(shí)機(jī)械效率可達(dá)100%

D.汲水后，如圖乙所示時(shí)，水桶總重比石塊大

【答案】D

【解答】解：A.左端懸掛的石塊是在提水時(shí)，給水桶向上的拉力，減小人所用的拉力,

不是多余的，故A錯(cuò)誤；

B.右邊水桶越重，提起水時(shí)對(duì)水桶做的功是額外功，額外功越多，故B錯(cuò)誤；

C.當(dāng)減輕桔棒（模型AB桿）的重時(shí)，由于水桶的重力不可忽略，仍要做額外功，因而

提水時(shí)機(jī)械效率不可能達(dá)100%,故C錯(cuò)誤；

D.汲水后，如圖乙所示時(shí)，杠桿平衡，此時(shí)水桶總重拉力的力臂比石塊拉力的力臂短根

據(jù)杠桿平衡條件知，水桶拉力比石塊拉力大，水桶重力比石塊重力大，故D正確。

故選：Do

【變式4-2］（2023秋?四會(huì)市期末）如圖，這是一種塔式起重機(jī)，已知起重機(jī)上的滑輪組在

勻速起吊660kg的物體時(shí)，其機(jī)械效率是60%,g取lON/kgo物體上升2m時(shí)，滑輪組

所做有用功是1.32X1Q4J,動(dòng)滑輪總重力為4400N（忽略繩重及摩擦）;若增加

起吊物體的質(zhì)量，滑輪組的機(jī)械效率將變大（選填“變大”“變小”或“不變”）。

【答案】1.32X104；4400；變大

【解答】解：物體的重力：G=mg=660kgX10N/kg=6600N,

物體上升2m時(shí)，滑輪組所做有用功：亞有=611=660（^*2m=L32X104j；

w有W有

忽略繩重及摩擦，滑輪組的機(jī)械效率=——--=—r—b—=」r一

W總W有+W額Gh+G動(dòng)hG+G動(dòng)

6600N

已知其機(jī)械效率是60%,即：60%=

6600N+G動(dòng)

解得G動(dòng)=4400N；

若增加起吊物體的質(zhì)量，則起吊物體的重力變大，在提升高度不變時(shí)，額外功不變，有

用功變大，有用功在總功中所占的比例變大，則滑輪組的機(jī)械效率將變大。

故答案為：1.32X104；4400；變大。

知識(shí)點(diǎn)5有關(guān)機(jī)械效率的探究實(shí)驗(yàn)

知識(shí)點(diǎn)講解

1、滑輪（組）機(jī)械效率的測(cè)量實(shí)驗(yàn)

（1）實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簻y(cè)量滑輪組的機(jī)械效率。

（2）實(shí)驗(yàn)原理：0=35=也。

W總Fs

（3）注意事項(xiàng)

①勻速拉動(dòng)彈簧測(cè)力計(jì)，目的是保證彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)F大小不變；

②為了便于讀數(shù)，鉤碼下沿和繩子末端在刻度尺上的位置最好取整數(shù)；

③多次測(cè)量的目的是進(jìn)行一些必要的比較，利用不完全歸納法總結(jié)規(guī)律，而不是求平均值;

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：使用同一滑輪組提升不同的重物時(shí)，重物越重，滑輪組的機(jī)械效率越大。

2、斜面機(jī)械效率的測(cè)量實(shí)驗(yàn)

(1)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模禾骄啃泵娴臋C(jī)械效率。

(2)實(shí)驗(yàn)原理：7=^><100%o

(3)實(shí)驗(yàn)結(jié)論：斜面越陡機(jī)械效率越高，斜面越緩，機(jī)械效率越低。

3、杠桿機(jī)械效率的測(cè)量實(shí)驗(yàn)

用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置測(cè)量杠桿的機(jī)械效率，實(shí)驗(yàn)時(shí)，豎直向上勻速拉動(dòng)彈簧測(cè)力計(jì)，使掛

在較長(zhǎng)杠桿下面的鉤碼緩緩上升。

(1)實(shí)驗(yàn)中，將杠桿拉至圖中虛線位置，測(cè)力計(jì)的示數(shù)F為0.5N,鉤碼總重G為1.0N,鉤

碼上升高度h為0.1m,測(cè)力計(jì)移動(dòng)距離s為0.3m,則杠桿的機(jī)械效率為66.7%.請(qǐng)寫(xiě)出使

用該杠桿做額外功的一個(gè)原因：由于使用杠桿時(shí)需要克服摩擦做功。

(2)為了進(jìn)一步研究杠桿的機(jī)械效率與哪些因素有關(guān)，一位同學(xué)用該實(shí)驗(yàn)裝置，先后將鉤

碼掛在A、B兩點(diǎn)，測(cè)量并計(jì)算得到下表所示的兩組數(shù)據(jù)：

鉤碼總重鉤碼移動(dòng)距測(cè)力計(jì)移動(dòng)距離機(jī)械效率

次數(shù)鉤碼懸掛點(diǎn)拉力F/N

G/N離h/ms/m11/%

1A點(diǎn)、1.50.100.70.3071.4

2B點(diǎn)2.00.151.20.3083.3

根據(jù)表中數(shù)據(jù)，能否得出“杠桿的機(jī)械效率與所掛鉤碼的重有關(guān)，鉤碼越重其效率越高”的

結(jié)論？答：不能；

請(qǐng)簡(jiǎn)要說(shuō)明兩條理由：①兩次實(shí)驗(yàn)時(shí)鉤碼沒(méi)有掛在同一位置；②僅根據(jù)一次對(duì)比實(shí)驗(yàn)所得結(jié)

論是不可靠的。

典例分析題型分類舉一反三

【典例5-1】（2023秋?永修縣期末）某實(shí)驗(yàn)小組在“測(cè)滑輪組機(jī)械效率”的實(shí)驗(yàn)中得到的數(shù)

據(jù)如表所示，第1、2、3次實(shí)驗(yàn)裝置分別如圖甲、乙、丙所示。

次數(shù)鉤碼重G/N鉤碼上升的高測(cè)力計(jì)拉力測(cè)力計(jì)移動(dòng)距機(jī)械效率n

度h/cmF/N離s/cm

12100.93074.10%

24101.63083.30%

34101.050

（1）實(shí)驗(yàn)中，彈簧測(cè)力計(jì)應(yīng)豎直方向勻速提升重物。第3次實(shí)驗(yàn)中所做的有用功

是0.4J,機(jī)械效率為80%o

（2）第3次實(shí)驗(yàn)中動(dòng)滑輪個(gè)數(shù)比第2次實(shí)驗(yàn)多，動(dòng)滑輪自重增大，所做的額外功將增

大（增大/減小）。因而，由第2、3次實(shí)驗(yàn)可知：使用不同的滑輪組提升相同的重物時(shí)，

動(dòng)滑輪越重，滑輪組的機(jī)械效率越小。

（3）比較1、2兩次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可得出結(jié)論:使用同一滑輪組，提起的鉤碼越重，滑

輪組的機(jī)械效率越高。

甲乙丙

【答案】（1）勻速；0.4；80%；（2）增大；越??；（3）1、2；越高。

【解答】解：

（1）實(shí)驗(yàn)中應(yīng)沿豎直方向勻速拉動(dòng)彈簧測(cè)力計(jì)，使鉤碼上升；

第3次實(shí)驗(yàn)中：

有用功：W^=Gh=4NX0」m=0.4J,

總功：W.a=Fs=lNX0.5m=0.5J,

機(jī)械效率：?有用.=2LALX100%=80%；

w總0.5.T

(2)第3次實(shí)驗(yàn)中動(dòng)滑輪個(gè)數(shù)比第2次實(shí)驗(yàn)多，動(dòng)滑輪自重增大，所做的額外功將增大；

由實(shí)驗(yàn)2、3得，有用功相同，總功增大，額外功增大，機(jī)械效率降低；所以滑輪組的機(jī)

械效率跟動(dòng)滑輪的重有關(guān)，使用不同的滑輪組提升相同的重物時(shí)，動(dòng)滑輪越重，滑輪組

的機(jī)械效率越??；

(3)比較第1次實(shí)驗(yàn)和第2次實(shí)驗(yàn)可知，甲乙是同一個(gè)滑輪組，甲提起2N的物體，乙

提起4N的物體，其他的條件相同，甲的機(jī)械效率是74.1%,乙的機(jī)械效率是83.3%,所

以，使用同樣的滑輪組，提起的鉤碼越重，滑輪組的機(jī)械效率越高。

故答案為：(1)勻速；0.4；80%；(2)增大；越?。?3)1、2；越高。

【典例5-2】(2022秋?淮安區(qū)期末)如圖是小明同學(xué)探究斜面機(jī)械效率跟什么因素有關(guān)的實(shí)

驗(yàn)裝置。

實(shí)驗(yàn)次數(shù)斜面的傾斜物塊重量斜面高度沿斜面拉力斜面長(zhǎng)s/m機(jī)械效率

程度G/Nh/mF/N

1較緩100.15.01

2較陡100.36.7145%

3最陡100.58.4160%

實(shí)驗(yàn)時(shí)他用彈簧測(cè)力計(jì)拉著同一物塊沿粗糙程度相同的斜面向上做勻速直線運(yùn)動(dòng)。實(shí)驗(yàn)

的部分?jǐn)?shù)據(jù)如表：

(1)小明探究的是斜面的機(jī)械效率跟斜面的傾斜程度的關(guān)系。在第1次實(shí)驗(yàn)中，

斜面的機(jī)械效率為20%o物塊和斜面的內(nèi)能增加了約4Jo

(2)分析表格中數(shù)據(jù)可以得出結(jié)論：在斜面粗糙程度相同時(shí)，斜面越陡，機(jī)械效率越

高。若要探究斜面機(jī)械效率跟斜面的粗糙程度的關(guān)系，應(yīng)保持斜面的傾斜程度不

【答案】(1)斜面的傾斜程度；20%；4；(2)高；斜面的傾斜程度。

【解答】解：(1)由題意和表中信息可知，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中斜面的粗糙程度一定，而斜面的

傾斜程度不同，所以該實(shí)驗(yàn)是探究斜面的機(jī)械效率和斜面的傾斜程度的關(guān)系；

第一次實(shí)驗(yàn)的機(jī)械效率：1]="有用=生=10NXCl.ImX100%=20%；

W總Fs5NX1m

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中要克服摩擦力做額外功，一部分機(jī)械能會(huì)轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，

所以，物塊和斜面的內(nèi)能增加量等于額外功，即AE內(nèi)=0額=亞總-W有用=Fs-Gh=5N

XIm-10NX0.1m=5J-1J=4J；

（2）根據(jù)表中數(shù)據(jù)可以得出結(jié)論：在斜面粗糙程度相同時(shí)，斜面越陡，機(jī)械效率越高；

要探究斜面機(jī)械效率和斜面粗糙程度的關(guān)系，根據(jù)控制變量法可知，要控制斜面的傾斜

程度不變，改變斜面的粗糙程度。

故答案為：（1）斜面的傾斜程度；20%；4；（2）高；斜面的傾斜程度。

【變式5-1]（2023秋?泗陽(yáng)縣期末）在“測(cè)量滑輪組的機(jī)械效率”的實(shí)驗(yàn)中，小雨和小明用

如圖所示的滑輪組進(jìn)行了三次實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表所示。

實(shí)驗(yàn)序號(hào)物重G/N物體上升高度h/m拉力F/N繩端移動(dòng)距離s/m機(jī)械效率n

110.20.70.471.4%

220.21.30.476.9%

330.21.80.4—

（1）小雨是用圖中的乙（選填“甲”或“乙”）滑輪組完成實(shí)驗(yàn)的；

（2）實(shí)驗(yàn)中用到的測(cè)量工具有彈簧測(cè)力計(jì)和刻度尺；

（3）在第3次實(shí)驗(yàn)中，滑輪組的機(jī)械效率是83.3%；

（4）分析數(shù)據(jù)可得結(jié)論：使用同一滑輪組，不計(jì)繩重和摩擦，滑輪組的機(jī)械效率與物重

你認(rèn)為他的想法是錯(cuò)誤（選填“正確”或“錯(cuò)誤”）的，如果這樣做，測(cè)得的機(jī)械

效率將偏大（選填“偏大”、“偏小”或“更準(zhǔn)確”）。

甲乙

【答案】（1）乙；（2）刻度尺；（3）83.3%；（4）A；（5）錯(cuò)誤；偏大。

【解答】解：（1）由表中數(shù)據(jù)可知，繩子的有效段數(shù)為：

n=s.=0.4m=2：

h0.2m

小皇是利用圖中的乙滑輪組完成實(shí)驗(yàn)的；

（2）因表中要測(cè)量長(zhǎng)度，故實(shí)驗(yàn)中用到的測(cè)量工具有彈簧測(cè)力計(jì)和刻度尺；

（3）在第③次實(shí)驗(yàn)中，滑輪組的機(jī)械效率是：

T］=0.2m*100%-83.3%；

W總Fs1.8NXQ.4m

（4）動(dòng)滑輪的重力不可忽略，則克服動(dòng)滑輪的重和繩與滑輪間的摩擦所做的功為額外功,

從摩擦角度考慮，隨著物體重力的增加，滑輪與繩子間摩擦?xí)欢ǔ潭仍龃螅?/p>

同時(shí)，物重增大，有用功逐漸增大，有用功占總功的比值在增大，所以機(jī)械效率逐漸增

大，但由于摩擦也在增大，故機(jī)械效率1］與物體重力G的關(guān)系并不成正比，故滑輪組的

機(jī)械效率與物重的關(guān)系可能比較符合的圖是A；

故選：A；

（5）實(shí)驗(yàn)中應(yīng)勻速緩慢豎直拉動(dòng)測(cè)力計(jì)，此時(shí)系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)，測(cè)力計(jì)示數(shù)等于作用

在繩子自由端的拉力大小。樂(lè)樂(lè)同學(xué)發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中邊拉動(dòng)邊讀數(shù)，彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)不

穩(wěn)定，若該靜止讀數(shù)，沒(méi)有測(cè)量出機(jī)械之間的摩擦力，測(cè)量值偏小，她的想法是錯(cuò)誤，

如果這樣做，求出的總功偏小，測(cè)得的機(jī)械效率將偏大。

故答案為：（1）乙；（2）刻度尺；（3）83.3%；（4）A；（5）錯(cuò)誤；偏大。

【變式5-2］（2023秋?沛縣校級(jí)期末）如圖所示，在測(cè)量斜面的機(jī)械效率時(shí)，已知木塊所受

重力G為10N,斜面長(zhǎng)s為0.5m,高h(yuǎn)為0.2m。

（1）實(shí)驗(yàn)時(shí)，沿斜面拉動(dòng)彈簧測(cè)力計(jì)，應(yīng)盡量使木塊做勻速直線運(yùn)動(dòng);

（2）如果彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)為7.0N,則斜面的機(jī)械效率為57%；

（3）實(shí)驗(yàn)中，木塊受到木板對(duì)它的摩擦力大小為3N；

（4）如果要提高斜面的機(jī)械效率,請(qǐng)你提出一個(gè)合理可行的方法:增大斜面的傾角

【答案】（1）勻速；（2）57%；（3）3；（4）增大斜面的傾角

【解答】解：（1）實(shí)驗(yàn)時(shí)，沿斜面拉動(dòng)木塊時(shí)，為使測(cè)力計(jì)的示數(shù)穩(wěn)定，應(yīng)盡量使木塊

做勻速直線運(yùn)動(dòng)；

(2)總功為：W,a=Fs=7.0NX0.5m=3.5J；

有用功為：W有用=Gh=10NX0.2m=2J；

W有用

機(jī)械效率為：口=萼曳

W總3.5.T

(3)額外功：WS=W,a-Ww?=3.5J-2J=1.5J,

由W^=fs可知，摩擦力大小：f=2^_=L5J=3N；

s0.5m

（4）斜面的機(jī)械效率與斜面的傾角有關(guān)，且斜面傾角越大，機(jī)械效率越高，所以要提高

此實(shí)驗(yàn)斜面的機(jī)械效率，可以增大斜面的傾角。

故答案為：（1）勻速；（2）57%；（3）3；（4）增大斜面的傾角。

鞏固訓(xùn)練

1.（2023秋?惠城區(qū)校級(jí)期末）同一個(gè)滑輪分別用（a）（b）兩種方式勻速提升物體3動(dòng)＜

G物），假設(shè)所用的拉力分別為Fi、F2,機(jī)械效率為甲、單，不計(jì)繩重和摩擦，則（）

/〃//////

(a)(b)

A.FI>F2；r)i=Ti2B.FI>F2；r|i>r|2

C.FI<F2；r)i=Ti2D.F1>F2;T|1<T|2

【答案】B

【解答】解：（a）為定滑輪，不計(jì)繩重和摩擦，則拉力Fi=G,機(jī)械效率甲=100%；（b）

G+G動(dòng)

為動(dòng)滑輪，F(xiàn)2=--------已知G動(dòng)<G物，則FI>F2；T]2<100%,則單〉甲。

2

故選：Bo

2.（2023春?蒼溪縣期末）如圖所示，用兩個(gè)完全相同的滑輪勻速提升所受重力相等的物體。

不計(jì)軸處摩擦，比較甲、乙裝置可知（）

甲7,

A.甲省力，機(jī)械效率較高

B.甲不省力，機(jī)械效率較低

C.乙省力，機(jī)械效率較低

D.乙不省力，機(jī)械效率較高

【答案】D

【解答】解：定滑輪不省力，不用對(duì)滑輪做功，故機(jī)械效率高，動(dòng)滑輪可省力，但要對(duì)

滑輪做額外功，故機(jī)械效率低。

故選：D。

3.（2023秋?高州市期末）對(duì)物理概念的理解是學(xué)好物理的關(guān)鍵，如圖用的滑輪水平向左勻

速移動(dòng)物體A,對(duì)于它的功、功率和機(jī)械效率，下列說(shuō)法正確的是（)

A.拉力做功越快，滑輪的機(jī)械效率越高

B.拉力做功越多，其功率越大

C.克服物體A與地面摩擦做的功是額外功

D.地面對(duì)物體A的支持力沒(méi)有做功

【答案】D

【解答】解：A、滑輪機(jī)械效率是指有用功與總功的比值，與功率無(wú)關(guān)，F(xiàn)做功越快，表

示功率越大，但滑輪的機(jī)械效率不一定越高，故A錯(cuò)誤；

B、在相同的時(shí)間內(nèi)做功越多，由公式P=乜知，功率就越大，故B錯(cuò)誤；

t

C、由圖可知,是水平使用滑輪組拉動(dòng)物體,克服物體與地面間的摩擦力做的功為有用功，

故C錯(cuò)誤；

D、地面上物體A在支持力的方向上沒(méi)有移動(dòng)距離，沒(méi)有做功，故D正確。

故選：D。

4.（2023秋?東臺(tái)市期末）小明利用如圖甲所示裝置做“測(cè)量提升物體所做的功”實(shí)驗(yàn)。保

持斜面傾斜程度不變，小明在小車上逐漸添加重物，計(jì)算出沿斜面所拉小車至高度h做

的功Wi、豎直提升小車至高度h做的功W2,作出W1和W2與小車總重G的關(guān)系圖象，

分別如圖乙中的a和b。則關(guān)于斜面機(jī)械效率”與小車總重G的關(guān)系圖象正確的是（）

C.GD.G

【答案】D

【解答】解：使用斜面時(shí)，克服物體重力做的有用功W^r=Gh,

沿斜面拉小車做的功為總功，由圖乙知，沿斜面拉小車做的功與小車總重G成正比，即

W與G的比值是一個(gè)定值，

W有「人

斜面斜面傾斜程度和高h(yuǎn)一定，斜面機(jī)械效率|!=:包=也為一定值，所以ABC錯(cuò)誤，

W總w

D正確。

故選：D。

5.（2021春?漢陽(yáng)區(qū)期末）用如圖甲所示的裝置來(lái)探究滑輪組的機(jī)械效率n與物重G物的關(guān)

系，改變G物，豎直向上勻速拉動(dòng)彈簧測(cè)力計(jì)，計(jì)算并繪出n與G物的關(guān)系如圖乙所示,

若不計(jì)繩重和摩擦，則下列說(shuō)法正確的是（）

A.此滑輪組動(dòng)滑輪的重為5N

B.當(dāng)G物=15N時(shí)，滑輪組機(jī)械效率為1]=75%

C.同一滑輪組的機(jī)械效率n隨G物的增大而增大，最后等于100%

D.G物不變，改變圖甲中的繞繩方式，滑輪組的機(jī)械效率仍不改變

【答案】D

【解答】解：

A、由圖可知，G物i=12N時(shí)，滑輪組的機(jī)械效率單=80%,

有用

不計(jì)繩重和摩擦，滑輪組的機(jī)械效率n=丁w萼Gh_G

w,68Gh+G動(dòng)hG+G動(dòng)

12N

即:80%=

12N+G動(dòng)

解得動(dòng)滑輪重力：G動(dòng)=3N,故A錯(cuò)誤；

B、同理可得，當(dāng)G物=15N時(shí)，滑輪組的機(jī)械效率：=———=-15N-X100%

G物+G動(dòng)15N+3N

-83.3%,故B錯(cuò)誤；

C、由圖像可知，同一滑輪組機(jī)械效率口隨G物的增大而增大；但使用滑輪組時(shí)，不可避

w有用

免地要克服動(dòng)滑輪重做額外功，所以總功一定大于有用功；由公式普知機(jī)械效

W總

率一定小于100%,故C錯(cuò)誤；

D、不計(jì)繩重和摩擦，G物不變，改變圖甲中的繞繩方式，由公式n=—一可知，該

G物+G動(dòng)

滑輪組的機(jī)械效率不變，故D正確。

故選：D。

6.（2023秋?城關(guān)區(qū)期末）某同學(xué)利用平行于斜面的力將物體沿斜面底端勻速拉上頂端，已

知沿斜面的長(zhǎng)為5m,高度為3m,底邊長(zhǎng)為4m,斜面對(duì)物體的支持力為240N,此過(guò)程

中機(jī)械效率為90%,則根據(jù)題給條件我們可以判斷沿斜面向上的拉力大于摩擦力

（選填“大于”“等于”或“小于”）；支持力對(duì)物體做的功為0J

三

【答案】見(jiàn)試題解答內(nèi)容

【解答】解：

（1）利用斜面做的有用功：

\￥有=611=6><3111,

W有用

由11=上吐=90%可得，該過(guò)程中人做的功（即總功）：

W總

W

w.WfflGX3m

“90%90%

由W\a=Fs可得，拉力的大?。?/p>

GX3m

F—W總二/廠=106

s5m15

克服摩擦力所做的額外功：

W額=W總_W有用=gX：迎-GX3m=AxGX3m,

90%9

由W額=￡$可得，物體和斜面間的滑動(dòng)摩擦力：

一額—XGX3m

s5m15

可見(jiàn)，F(xiàn)>f,

即：沿斜面向上的拉力大于摩擦力;

（2）因?yàn)槲矬w受到的支持力與斜面垂直，所以物體在支持力的方向上沒(méi)有移動(dòng)距離，所

以支持力對(duì)物體不做功，即做功為OJ。

故答案為：大于；Oo

7.（2023春?永定區(qū)期末）如圖是張家界天門(mén)山景區(qū)的盤(pán)山公路，盤(pán)山公路相當(dāng)于簡(jiǎn)單機(jī)械

中的斜面，使用它不可以（選填“可以”或“不可以”）省功。

【答案】斜面；不可以。

【解答】解：盤(pán)山公路相當(dāng)于簡(jiǎn)單機(jī)械中的斜面；使用它不可以省功。

故答案為：斜面；不可以。

8.（2023秋?信宜市期末）如圖甲所示，用滑輪組將重為120N的物體勻速提起，在5s內(nèi)繩

子自由端移動(dòng)的距離為3