115機(jī)械效率課堂練習(xí)

11.5機(jī)械效率一、目標(biāo)導(dǎo)航課程標(biāo)準(zhǔn)課標(biāo)解讀1．了解有用功和額外功概念。2．掌握機(jī)械效率的定義和計(jì)算公式。3.知曉如何增大或減小機(jī)械效率。4．熟練運(yùn)用機(jī)械效率的公式計(jì)算斜面，滑輪，杠桿等的機(jī)械效率。1、通過閱讀和學(xué)習(xí)知曉什么是有用功和額外功。2、熟知機(jī)械效率的概念，懂得如何計(jì)算和變式。3、通過機(jī)械效率的公式知曉如何增大或減小機(jī)械效率。4、通過結(jié)合與前幾節(jié)學(xué)習(xí)的內(nèi)容，會(huì)計(jì)算斜面，滑輪，杠桿等的機(jī)械效率并能比較其大小。二、知識(shí)精講知識(shí)點(diǎn)01有用功和額外功有用功、額外功及總功(1)有用功：為了達(dá)到人的目的，所做的功叫做有用功，記為W有用.(2)額外功：并非人所需要，但又不得不做的功叫做額外功，也叫無用功，記為W額外.(3)總功：外力對(duì)機(jī)械所做的功叫做總功，記為W總，W總＝W有用＋W額外.注意：①一般克服機(jī)械本身的摩擦力或重力做的功，都是額外功.②額外功產(chǎn)生的主要原因有：提升物體時(shí)，克服機(jī)械自重、容器自重等所做的功或者克服機(jī)械的摩擦所做的功.知識(shí)點(diǎn)02機(jī)械效率機(jī)械效率(1)概念：物理學(xué)中，將有用功與總功的比值叫作機(jī)械效率，用表示。(2)計(jì)算公式：%.沒有單位，是百分?jǐn)?shù)，介于0到1之間。(3)物理意義：表示機(jī)械性能的物理量，反映了機(jī)械完成的有用功占總功的比例，與是否省力及省力大小無關(guān)，與功率大小也無關(guān).重難點(diǎn)：機(jī)械效率的計(jì)算，主要分為豎直方向和水平方向兩種，難在如何計(jì)算W有和W總，如何判斷s和h的關(guān)系，G物、G動(dòng)的關(guān)系怎樣。在豎直方向，W有＝Gh；W總＝Fs在水平方向，W有＝F阻h；W總＝Fs提升同一重物時(shí)，動(dòng)滑輪越多（即越重），越省力，但機(jī)械效率越低；用同一滑輪組提升不同重物時(shí)，物體越重，機(jī)械效率越高。知識(shí)點(diǎn)03如何增大和減小滑輪組的機(jī)械效率增大機(jī)械效率增大有用功占總功的比例：在滑輪組許可的條件下，增加每次提升物體的重力.有用功一定時(shí)，減小額外功：換用輕質(zhì)滑輪；滑輪的轉(zhuǎn)軸中加潤滑油減小摩擦等.減小機(jī)械效率減小有用功占總功的比例：在滑輪組許可的條件下，減小每次提升物體的重力.有用功一定時(shí)，增大額外功：增大滑輪的摩擦或自重等。知識(shí)點(diǎn)04機(jī)械效率的計(jì)算斜面的機(jī)械效率計(jì)算F為沿斜面的拉力，G為物體的重力，s為斜面長，h為斜面高，f為物體與斜面間的摩擦力，則其機(jī)械效率為%＝%=%，因.滑輪組的機(jī)械效率計(jì)算（豎直方向勻速提升物體）設(shè)有n段繩子吊著動(dòng)滑輪，動(dòng)滑輪自重為G動(dòng)，物體的重力為G，物體升高的距離為h，拉力為F，繩子自由端移動(dòng)的距離為s.則按照%，有下面兩種計(jì)算方法：①考慮動(dòng)滑輪自重、繩重及摩擦%＝%＝%（∵s＝nh）＝%.②忽略繩重及摩擦，只考慮動(dòng)滑輪自重%＝%＝%＝%.一、例1【例1】用水桶從井中提水的時(shí)候，對(duì)做的功是有用功，對(duì)做的功是額外功；如果桶掉到井里，從井里撈桶的時(shí)候，會(huì)把桶中的水一同提上來，在這種情況下，是有用功，是額外功?！敬鸢浮克皩?duì)桶做的功對(duì)水做的功【詳解】[1][2]用力將一桶水從井里提上來，他對(duì)水做的功是有用功，因?yàn)槲覀兊哪康氖翘崴?；?duì)桶做的功是額外功，因?yàn)檫@部分功是我們不需要，但又不得不做的功。[3][4]如果桶掉到井里，井里撈桶，對(duì)桶做的功是有用功，因?yàn)槲覀兊哪康氖菗仆埃瑩仆皶r(shí)桶里帶了一些水，克服水的重力做的功是額外功?！咀兪?1】俗話說“竹籃打水一場空”，此過程中，對(duì)水做的功是（選填“有用”或“額外”）功，對(duì)竹籃做的功是（選填“有用”或“額外”）功，這一現(xiàn)象所包含的物理道理是“竹籃打水”的機(jī)械效率（選填“高”或“低”）?！敬鸢浮坑杏妙~外低【詳解】[1]俗話說“竹籃打水一場空”，此過程中，你需要打水，對(duì)水做的功是有用功。[2]對(duì)竹籃做的功是必不可少的功，是額外功。[3]俗話說“竹籃打水一場空”，說明做的有用功比較少，這一現(xiàn)象所包含的物理道理是“竹籃打水”的機(jī)械效率比較低?！咀兪?2】升旗過程中，克服旗的重力做的功是，克服繩子的重力所做的功是，人所施加的拉力所做的功是（均選填“有用功”、“額外功”或“總功”）。【答案】有用功額外功總功【詳解】[1][2][3]為完成工作目的而做的功叫有用功；不需要但又不得不做的功叫額外功；升旗過程中目的是把旗升高旗桿頂部，所以克服旗的重力做的功是有用功，克服繩子的重力做的功是額外功；人所施加的拉力所做的功包括有用功和額外功，是總功?！纠?】用動(dòng)滑輪提起一個(gè)重800N的物體，用的拉力是500N，物體升高1m，則人做的總功為J，有用功為J，額外功為J?！敬鸢浮?000800200【詳解】[1]動(dòng)滑輪由兩股繩子承擔(dān)物重，即n=2則拉力移動(dòng)的距離為s=2h=2×1m=2m總功為W總=Fs=500N×2m=1000J[2]有用功為W有=Gh=800N×1m=800J[3]額外功為W額=W總W有=1000J800J=200J【變式21】如圖所示，斜面長度為4m，高度為1.5m，用平行于斜面的50N的拉力將重為100N的物體由斜面的底端勻速拉到頂端，拉力對(duì)物體做的有用功為J，拉力做的總功為J。

【答案】150200【詳解】[1]拉力對(duì)物體做的有用功W有用＝Gh＝100N×1.5m＝150J[2]拉力做的總功W總＝Fs＝50N×4m＝200J【變式22】用如圖所示的滑輪組拉動(dòng)水平地面上重1000N的物體A，使物體A在4s內(nèi)勻速前進(jìn)了4m，物體A受到地面的摩擦力，所用拉力，忽略繩重、滑輪重及繩與滑輪間的摩擦．則A物體克服摩擦力所做的功是．繩子拉力所做的功是．（以上均選填“有用功”、“額外功”或“總功”）【答案】有用功總功【詳解】[1]物體勻速運(yùn)動(dòng)，滑輪對(duì)物體的拉力大小等于地面對(duì)物體的摩擦力大小，拉動(dòng)物體即克服摩擦力做功，所以A物體克服摩擦力所做的功是有用功；[2]繩子拉力所做的功是全部的功，為總功．【例3】關(guān)于功、功率和機(jī)械效率，下列說法正確的（

）A．通過減小機(jī)械的摩擦，可使機(jī)械效率達(dá)到100%B．某機(jī)械做功的功率越大，其機(jī)械效率越高C．某機(jī)械所做的有用功越多，其機(jī)械效率就越高D．機(jī)械效率越高的機(jī)械，做功時(shí)有用功和額外功的比值越大【答案】D【詳解】A．減小機(jī)械的摩擦，可以減小額外功，但不可能不做額外功，機(jī)械效率永遠(yuǎn)小于100%，故A錯(cuò)誤；B．功率是指機(jī)械做功的快慢，機(jī)械效率是有用功在總功中所占的比值，機(jī)械做功越快，表示功率越大，單位時(shí)間內(nèi)做的功越多，但機(jī)械效率不一定就高，故B錯(cuò)誤；C．機(jī)械所做的有用功越多，總功也就越多，有用功在總功中所占的比值不一定就高，因此機(jī)械效率不一定越高，故C錯(cuò)誤；D．機(jī)械效率越高，有用功在總功中所占的比例越大，額外功在總功中的比例就越小，有用功和額外功的比值越大，故D正確。故選D。【例4】2024年2月，貴州多地突發(fā)山火，緊急啟動(dòng)直升飛機(jī)取水滅火。直升飛機(jī)每次盡可能取更多水其目的是（）A．增大有用功 B．減小額外功C．增大總功 D．增大功率【答案】A【詳解】取水滅火過程中，使水移動(dòng)距離一定，每次取水越多，克服水的重力做功越多，有用功越多，則有用功在總功中所占的比例越高，能提高取水效率，故A符合題意，BCD不符合題意。故選A。【變式41】如圖是中國古代取水工具——轆轤，是利用輪軸原理的起重機(jī)具。其構(gòu)造是在井上安置帶有水平轉(zhuǎn)軸的支撐架，轉(zhuǎn)軸一端裝有曲柄，轉(zhuǎn)軸上纏有繩索。繩索下端系有水桶。用人力或畜力轉(zhuǎn)動(dòng)曲柄，即可從井中提水。下列關(guān)于轆轤的說法正確的是（

）A．轆轤相當(dāng)于一個(gè)動(dòng)滑輪B．人對(duì)水平轉(zhuǎn)軸做的功是有用功C．利用轆轤取水的機(jī)械效率可達(dá)100%D．取水時(shí)水越多，轆轤的機(jī)械效率越高【答案】D【詳解】A．該裝置是一個(gè)輪軸，本質(zhì)是一個(gè)杠桿，故A錯(cuò)誤；B．使用轆轤的目的是為了取水，取水時(shí)克服水重做的功是有用功，故B錯(cuò)誤；C．利用轆轤取水時(shí)不可避免要做額外功，機(jī)械效率不可能達(dá)到100%，故C錯(cuò)誤；D．取水時(shí)水越多，有用功越多，額外功基本不變，則轆轤的機(jī)械效率越高，故D正確。故選D?！咀兪?2】用如圖所示的裝置探究“影響滑輪組機(jī)械效率的因素”，下列因素會(huì)影響機(jī)械效率的是（）A．重物上升的速度 B．重物上升的高度C．定滑輪的重力 D．動(dòng)滑輪的重力【答案】D【詳解】改變滑輪組的機(jī)械效率可以通過改變提升重物的重力、改變動(dòng)滑輪的重力、改變繩子的重力、改變繩子與滑輪之間的摩擦，與重物上升的速度、高度，定滑輪重?zé)o關(guān)。故ABC不符合題意，D符合題意。故選D。【例5】如圖所示，分別用甲、乙兩滑輪把同一桶沙從一樓提到二樓，所做的有用功分別為W甲、W乙，機(jī)械效率分別為、，若不計(jì)繩重與摩擦，則W甲W乙，。（選填“>”“=”或“<”）【答案】>【詳解】[1]由題意可知用甲、乙兩個(gè)滑輪提升物體的重力相同，提升物體的高度相同，根據(jù)可知兩次做的有用功相同，即W甲=W乙。[2]當(dāng)有用功一定時(shí)，甲是定滑輪，甲中所做的總功為對(duì)一桶沙所做的功，利用機(jī)械時(shí)做的額外功少，則總功就少，機(jī)械效率就高；乙是動(dòng)滑輪，乙中所做的總功還要加上對(duì)動(dòng)滑輪所做的功，利用乙滑輪做的額外功多，則總功多，機(jī)械效率低。即>?！咀兪?1】如圖所示，甲、乙裝置所用滑輪質(zhì)量均相等，用它們分別將所掛重物豎直向上勻速提升。若G1＝G2，豎直拉力分別為F1和F2，兩裝置的機(jī)械效率分別為η1和η2（忽略繩重和摩擦），則下列判斷正確的是（

）

A．F1＞F2，η1＜η2 B．F1＜F2，η1＞η2C．F1＞F2，η1＝η2 D．F1＝F2，η1＝η2【答案】C【詳解】BD．甲圖，兩端繩子分擔(dān)動(dòng)滑輪重，故豎直拉力分別為乙圖，三端繩子分擔(dān)動(dòng)滑輪重，故豎直拉力分別為則F1>F2，故BD錯(cuò)誤；AC．兩裝置的機(jī)械效率甲、乙裝置所用滑輪質(zhì)量均相等，提升重物的重力相等，則機(jī)械效率相同。故C正確，A錯(cuò)誤。故選C?！咀兪?2】用甲、乙兩個(gè)滑輪組分別將物體M、N勻速提升1m，拉力分別為F甲、F乙，此過程相關(guān)數(shù)據(jù)如圖，則：甲滑輪組機(jī)械效率為（保留一位小數(shù)）；F甲F乙，GMGN（選填“>”、“<”或“=”）?！敬鸢浮?3.3%==【詳解】[1]由圖可知，甲滑輪組的總功為1200J，額外功800J，則有用功為W甲有=W甲總W甲額=1200J800J=400J甲滑輪組機(jī)械效率[2][3]由圖可知，乙滑輪組的總功為800J，額外功為400J，則有用功為W乙有=W乙總W乙額=800J400J=400J由W有=Gh可知，M、N的重力為所以GM=GN；由圖可知，甲圖中n甲=3，n乙=2，則繩子自由端移動(dòng)的距離為s甲=n甲h=3×1m=3ms乙=n乙h=2×1m=2m由W總=Fs可知，F(xiàn)甲、F乙為所以F甲=F乙?！纠?】如圖所示，用滑輪組提升重物時(shí)，重400N的重物在10s內(nèi)勻速上升了1m，已知拉繩子的力F為250N，不計(jì)繩重和摩擦，則提升重物的過程中：(1)有用功為多少？(2)滑輪組的機(jī)械效率為多少？(3)拉力F的功率是多少？【答案】(1)400J(2)80%(3)50W【詳解】（1）有用功（2）由圖可知，繩子承重段數(shù)n=2，重物在10s內(nèi)勻速上升了1m，則繩子自由端移動(dòng)的距離為2m，總功為機(jī)械效率（3）拉力F的功率【變式61】如圖所示，工人師傅用滑輪組將重為400N的物體在30s內(nèi)勻速提升到6m高的樓上，機(jī)械效率為80%，不計(jì)繩重及摩擦。求：(1)拉力F；(2)拉力的功率；(3)若提起900N的重物，則此時(shí)的滑輪組的機(jī)械效率。【答案】(1)(2)100W(3)90%【詳解】（1）由題圖可知，滑輪組的繩子承重股數(shù)為n=3，不計(jì)繩重及摩擦，根據(jù)可得，拉力的大小為（2）繩子自由端移動(dòng)的距離為繩子自由端移動(dòng)的速度為根據(jù)可得，拉力的功率為（3）用滑輪組將重為400N的物體在30s內(nèi)勻速提升到6m高的樓上時(shí)，根據(jù)可得，動(dòng)滑輪的重力為若提起900N的重物，根據(jù)可得，不計(jì)繩重及摩擦，此時(shí)的滑輪組的機(jī)械效率為【例7】如圖所示是“測量滑輪組機(jī)械效率”的實(shí)驗(yàn)裝置圖。實(shí)驗(yàn)次數(shù)鉤碼的重力G/N鉤碼提升高度h/m拉力F/N繩端移動(dòng)的距離s/m機(jī)械效率η/%120.10.90.374240.11.60.383360.1①0.3②(1)小明用彈簧測力計(jì)提升不同數(shù)量的鉤碼，記錄數(shù)據(jù)如表所示；(2)第3次拉力示數(shù)如圖所示，則表格中②處的數(shù)據(jù)是（保留整數(shù)位數(shù)據(jù)）；(3)從表2中可得結(jié)論：用相同滑輪組提升鉤碼時(shí)，滑輪組的機(jī)械效率與有關(guān)；(4)小明通過分析表格中的數(shù)據(jù)，得到了提高滑輪組機(jī)械效率的方法。汽車作為一種“機(jī)械”，提高效率對(duì)節(jié)能減排有重要意義。請(qǐng)你指出以下三種提高效率的方法中，方法是與本實(shí)驗(yàn)同理的。方法一：鼓勵(lì)人們“拼車”出行，使汽車盡量裝滿人員。方法二：汽車制造廠用新材料減輕汽車重力。方法三：經(jīng)常給汽車做保養(yǎng)，保持良好的潤滑?！敬鸢浮?1)豎直向上勻速(2)91(3)提升鉤碼的重力(4)一【詳解】（1）實(shí)驗(yàn)中要豎直向上勻速拉動(dòng)彈簧測力計(jì)，使物體升高，此時(shí)系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)，測力計(jì)示數(shù)等于拉力大小。（2）圖中測力計(jì)的分度值為0.2N，示數(shù)2.2N，則第3次實(shí)驗(yàn)的機(jī)械效率為（3）由表中數(shù)據(jù)可知，同一滑輪組將不同鉤碼提升相同的高度，提升的鉤碼越重，滑輪組的機(jī)械效率越高，由此可知：滑輪組的機(jī)械效率與提升鉤碼的重力有關(guān)。（4）方法一：鼓勵(lì)人們“拼車”出行，使汽車盡量裝滿人員，是在額外功相同時(shí)，人越多，有用功越多，機(jī)械效率越高，故符合題意；方法二：汽車制造廠用新材料減輕汽車重量，是通過減小額外功來增加機(jī)械效率的，故不符合題意；方法三：經(jīng)常給汽車做保養(yǎng)，保持良好的潤滑，提高滑輪組機(jī)械效率的方法是通過減小摩擦來增大機(jī)械效率的，故不符合題意。故方法一是與本實(shí)驗(yàn)同理的?！咀兪?1】某實(shí)驗(yàn)小組在測滑輪組機(jī)械效率的實(shí)驗(yàn)中得到的數(shù)據(jù)如表所示，實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示。（圖中每個(gè)滑輪重相等）實(shí)驗(yàn)次數(shù)鉤碼重G/N鉤碼上升的高度h/cm繩端拉力F/N繩端上移距離s/cm機(jī)械效率η14101.73078.4%24101.64062.5%36102.430(1)在實(shí)驗(yàn)中，測量繩端拉力F時(shí)，應(yīng)盡量在豎直方向拉動(dòng)彈簧測力計(jì)；(2)通過表中數(shù)據(jù)可分析出第2次實(shí)驗(yàn)是用（填“甲”或“乙”）圖所示裝置做的實(shí)驗(yàn)；(3)通過第1次實(shí)驗(yàn)和第2次實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)分析可得出結(jié)論：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（填“越高”“不變”或“越低”）；(4)第3次實(shí)驗(yàn)的機(jī)械效率（結(jié)果精確到0.1%）；比較第1次實(shí)驗(yàn)和第3次實(shí)驗(yàn)可得出結(jié)論：使用同一滑輪組，，機(jī)械效率越高；(5)若每個(gè)滑輪的質(zhì)量為100g，則第二次實(shí)驗(yàn)中克服摩擦做的額外功為J；（不計(jì)繩重）(6)物理學(xué)中把機(jī)械對(duì)重物施加的力與人對(duì)機(jī)械施加的力的比值叫作機(jī)械效益MA，用于比較不同機(jī)械的省力程度。現(xiàn)用圖甲所示滑輪組勻速提升重物，不計(jì)繩重和摩擦。則下列描述滑輪組的機(jī)械效益MA與物體重力G、機(jī)械效率η與機(jī)械效益MA的關(guān)系圖線中，可能正確的是（

）A． B． C． D．【答案】(1)勻速(2)乙(3)越低(4)83.3%提升的物體越重(5)0.04(6)A【詳解】（1）在實(shí)驗(yàn)中，測繩端拉力F時(shí)，應(yīng)豎直向上勻速拉動(dòng)彈簧測力計(jì)且在拉動(dòng)過程中讀數(shù)，以保證拉力大小恒定，也便于測出拉力的大小。（2）根據(jù)s=nh可知，第2次實(shí)驗(yàn)中，繩子的有效段數(shù)因此選擇乙裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。（3）根據(jù)s=nh可知，第一次實(shí)驗(yàn)繩子的有效段數(shù)為3，故通過第1次實(shí)驗(yàn)和第2次實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)分析可得出結(jié)論：使用不同的滑輪組提升相同的重物時(shí)，動(dòng)滑輪越重（動(dòng)滑輪的個(gè)數(shù)越多），滑輪組的機(jī)械效率越低。（4）[1]第3次實(shí)驗(yàn)中，滑輪組的機(jī)械效率[2]根據(jù)s=nh可知，第1次和第3次實(shí)驗(yàn)中，繩子的有效段數(shù)為因此通過第1次實(shí)驗(yàn)和第3次實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)分析可得出結(jié)論：使用同一滑輪組，提升的物體越重，機(jī)械效率越高。（5）由表中數(shù)據(jù)可知，第2次實(shí)驗(yàn)中，有用功W有2=G2h2=4N×10×102m=0.4J總功W總2=F2s2=1.6N×40×102m=0.64J動(dòng)滑輪的重力G動(dòng)=m動(dòng)g=2×100×103kg×10N/kg=2N則克服動(dòng)滑輪重力做的功W動(dòng)=G動(dòng)h2=2N×10×102m=0.2J不計(jì)繩重，由W總=W額+W有和W額=W動(dòng)+W摩擦可得，克服摩擦做的額外功W摩擦=W總2W有2W動(dòng)=0.64J0.4J0.2J=0.04J（6）AB．不計(jì)繩重和摩擦，滑輪組的機(jī)械效率即η與MA是成正比的，故A正確，B錯(cuò)誤，CD．機(jī)械對(duì)重物施加的力與人對(duì)機(jī)械施加的力的比值叫作機(jī)械效益MA，即，不計(jì)繩重和摩擦，則由此可知，G增大時(shí)，MA也增大，且MA增大得越來越慢（偏向G軸），即MA與G的關(guān)系圖像是一條偏向G軸的曲線，故CD錯(cuò)誤。故選A?！纠?】在“探究斜面的機(jī)械效率”實(shí)驗(yàn)中，小明猜想斜面的機(jī)械效率可能跟斜面的粗糙程度有關(guān)，小聰猜想可能跟斜面的傾斜程度有關(guān).如圖是他們?cè)O(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置，下表是其中一位同學(xué)在其它條件一定時(shí)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)序號(hào)斜面的傾斜程度物塊的重力G/N斜面高度h/m沿斜面的拉力F/N斜面長x/m機(jī)械效率1較緩100.25.5136.4%2較陡100.47.013最陡100.68.5170.6%4最陡120.610.2170.6%5最陡200.61(1)實(shí)驗(yàn)記錄數(shù)據(jù)如下表，則第2次實(shí)驗(yàn)時(shí)斜面的機(jī)械效率為；(2)分析表中1、2、3數(shù)據(jù)可得該實(shí)驗(yàn)是探究（選填“小明”或“小聰”）的猜想，結(jié)論是：在其它條件一定時(shí)，；其中3、4組數(shù)據(jù)可以探究斜面機(jī)械效率與關(guān)系，第5組數(shù)據(jù)忘記了記錄拉力F的大小，則該拉力大小應(yīng)該是