課時(shí)10.5 機(jī)械效率（解析版）

課時(shí)10.5機(jī)械效率（幫課堂）（解析版）【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1.知道機(jī)械效率；2.了解提高機(jī)械效率的途徑和意義?！局R(shí)導(dǎo)圖】【基礎(chǔ)知識(shí)】知識(shí)點(diǎn)一：機(jī)械效率１.有用功：為達(dá)目的，必須要做的功。符號(hào)：W有單位：焦耳（J）。【知識(shí)拓展】根據(jù)人們使用機(jī)械的不同，有用功的計(jì)算也不盡相同。例如：若使用機(jī)械的目的是提升重物，那么克服物體的重力做的功就是有用功，即（W有=FS=G物h）。如果使用機(jī)械的目的是在水平面上平移重物，那么克服物體與水平面間的摩擦力做的功是有用功，即（W有=FS=fS）。公式：W有=W總－W額=W總η；動(dòng)滑輪、定滑輪及滑輪組提升重物模型：W有＝G物h斜面模型：W有=G物h。水平面拉動(dòng)物體：W有＝fS2.額外功：不需要但又不得不做的功。如：從井中打水時(shí)提水桶和繩子所做功（對(duì)水桶和繩子所做的功）?！局R(shí)拓展】對(duì)于滑輪組提升重物的情況，克服動(dòng)滑輪重、繩重等所做的功是額外功。在解題過(guò)程中，常忽略繩重和摩擦，則此時(shí)克服動(dòng)滑輪重所做的功為額外功。利用斜面提升重物時(shí)，克服斜面摩擦所做的功為額外功。公式：W額=W總－W有豎直方向不計(jì)摩擦和繩重的動(dòng)滑輪、滑輪組提升物體模型：W額=G動(dòng)h（其中，G動(dòng)：動(dòng)滑輪的重力，h：物體上升的距離）。斜面模型：W額=fS（其中，f：斜面對(duì)物體的摩擦力，S：物體在斜面上移動(dòng)的距離）。3.總功：有用功與額外功之和或動(dòng)力（拉力）所做的功。公式：斜面模型：W總=fS+G物h=FS（其中，f：斜面對(duì)物體的摩擦力，S：物體在斜面上移動(dòng)的距離，G物：物體的重力，h：物體上升的距離）。機(jī)械效率：有用功跟總功的比值。機(jī)械效率計(jì)算公式：

斜面模型：見(jiàn)下圖Sh知識(shí)點(diǎn)二：實(shí)驗(yàn)探究：測(cè)量滑輪組的機(jī)械效率【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹繒?huì)測(cè)量滑輪組的機(jī)械效率。【實(shí)驗(yàn)原理】（G物：動(dòng)滑輪所拉物體的重力；h：動(dòng)滑輪處物體上升的距離；F：繩子自由端的拉力；S：繩子自由端移動(dòng)的距離）【待測(cè)數(shù)據(jù)】物重G物、拉力F、重物上升的距離h、彈簧測(cè)力計(jì)移動(dòng)的距離S【實(shí)驗(yàn)步驟】（1）按如圖所示組裝滑輪組。（2）將鉤碼掛在滑輪組下方，記錄下所掛鉤碼的重力G物，用彈簧測(cè)力計(jì)豎直向上拉住繩子自由端。（3）將刻度尺放在如圖所示的位置，分別記錄下鉤碼和繩子自由端的起始位置A、B。（4）用彈簧測(cè)力計(jì)勻速拉動(dòng)繩子自由端，使物體勻速上升一段距離，記錄彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)，分別記錄下鉤碼和繩子自由端上升后所達(dá)到的末位置A1、B1。（5）根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)，分別計(jì)算出鉤碼上升的距離ｈ（h=A/-A）和繩子自由端移動(dòng)的距離ｓ（s=B/-B），然后根據(jù)Ｗ有＝G物h和Ｗ總＝FS計(jì)算出有用功和總功，按，計(jì)算該滑輪組的機(jī)械效率。（6）改變所掛鉤碼的重力，重復(fù)以上實(shí)驗(yàn)步驟。（7）鉤碼重力不變，改變動(dòng)滑輪個(gè)數(shù)重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)步驟?！緦?shí)驗(yàn)結(jié)論】=1\*GB3①滑輪組機(jī)械效率與物體重力和動(dòng)滑輪的個(gè)數(shù)有關(guān)；=2\*GB3②同一滑輪組，提起的物重（G物）越重，滑輪組的機(jī)械效率越高；=3\*GB3③不同的滑輪組機(jī)械效率不同，且在物重（G物）相同時(shí)，動(dòng)滑輪越重，滑輪組的機(jī)械效率越低。【考點(diǎn)方向】1.步驟：必須勻速拉動(dòng)彈簧測(cè)力計(jì)使鉤碼升高，目的：保證測(cè)力計(jì)示數(shù)大小不變，便于讀數(shù)。2.結(jié)論：影響滑輪組機(jī)械效率高低的主要因素有：（1）動(dòng)滑輪越重，個(gè)數(shù)越多則額外功相對(duì)就多，機(jī)械效率就低（動(dòng)重η低）。（2）提升重物越重，做的有用功相對(duì)就多（物重η高）。（3）摩擦，若各種摩擦越大，做的額外功就多（摩多η低）。歸納：提高有用功能增加機(jī)械效率；機(jī)械效率減少額外功能增加機(jī)械效率。的提高3.同一滑輪組：繞線方法和重物提升高度不影響滑輪機(jī)械效率。4.測(cè)量機(jī)械效率時(shí)，為什么不能使彈簧測(cè)力計(jì)靜止？機(jī)械效率會(huì)怎樣？答：當(dāng)彈簧測(cè)力計(jì)靜止時(shí)，繩子和滑輪之間沒(méi)有摩擦力，拉力示數(shù)會(huì)變小，有用功在總功中占的比例增大，滑輪組的機(jī)械效率偏大。5.實(shí)驗(yàn)中改變鉤碼的數(shù)量，改變動(dòng)滑輪的個(gè)數(shù)進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)的目的是什么？(避免偶然性，使結(jié)論具有普遍性）。答：改變鉤碼個(gè)數(shù)、改變動(dòng)滑輪的個(gè)數(shù)從而獲得多組數(shù)據(jù)，這樣可以避免一組數(shù)據(jù)的偶然性，更能得出普遍性規(guī)律。6.通過(guò)該實(shí)驗(yàn)我們可以得出結(jié)論：增大物重或減少動(dòng)滑輪的重力可以提高滑輪組的機(jī)械效率。在生產(chǎn)和生活中經(jīng)常使用各種機(jī)械，關(guān)于機(jī)械的下列說(shuō)法，正確的是（）A．使用機(jī)械可以省力、省距離，也可以省功B．機(jī)械做功越快，機(jī)械效率越高C．使用機(jī)械可以省力或省距離，但不能省功D．機(jī)械做功越多，機(jī)械效率越高【答案】C【解析】AC．使用機(jī)械有時(shí)是為了省力，有時(shí)是為了省距離，有時(shí)是為了改變力的方向，但都不能省功，故A錯(cuò)誤，C正確；BD．由于機(jī)械效率是指有用功所占總功的比例，與做功快慢和做功多少無(wú)關(guān)，故BD錯(cuò)誤。故選C。一個(gè)滑輪組經(jīng)改進(jìn)后，機(jī)械效率比原來(lái)大大提高，用該滑輪組將同一物體勻速提升同樣的高度，與改進(jìn)前相比（）A．總功不變，但額外功減少了B．總功不變，有用功增加了C．有用功不變，總功減少了D．做的有用功減少了【答案】C【解析】由于把同一物體勻速提升同樣的高度，所以，利用滑輪組做的有用功相同，由于改裝后的機(jī)械效率高，所以，由知道，改裝后利用滑輪組做的總功減少，又因?yàn)閃總＝W有+W額所以，改裝后利用滑輪組做的額外功減少，綜上所述，故ABD錯(cuò)誤，C正確。故選C?！咀鳂I(yè)幫】1．在生產(chǎn)和生活中經(jīng)常使用各種機(jī)械，關(guān)于機(jī)械的下列說(shuō)法，正確的是（）A．使用機(jī)械可以省力、省距離，也可以省功B．機(jī)械做功越快，機(jī)械效率越高C．使用機(jī)械可以省力或省距離，但不能省功D．機(jī)械做功越多，機(jī)械效率越高【答案】C【解析】AC．使用機(jī)械有時(shí)是為了省力，有時(shí)是為了省距離，有時(shí)是為了改變力的方向，但都不能省功，故A錯(cuò)誤，C正確；BD．由于機(jī)械效率是指有用功所占總功的比例，與做功快慢和做功多少無(wú)關(guān)，故BD錯(cuò)誤。故選C。2．甲、乙兩種機(jī)器所做的總功之比是2:3，機(jī)械效率之比是3:1，則它們所做的有用功之比（）A．2:3 B．2:1 C．2:9 D．9:2【答案】B【解析】由可得則它們有用功之比為故選B。3．下列做法中不能提高滑輪組機(jī)械效率的是A．增加物體提升的高度 B．使用輕質(zhì)動(dòng)滑輪C．增加物體的質(zhì)量 D．在軸上加潤(rùn)滑油【答案】A【解析】A．增大物體提升的高度，繩端移動(dòng)的距離也變長(zhǎng)了，滑輪組的機(jī)械效率：η====由此可知機(jī)械效率并不受影響，故A符合題意；B．使用輕質(zhì)動(dòng)滑輪，額外功減少了，在有用功一定時(shí)，滑輪組的機(jī)械效率會(huì)增大，故B不符合題意；C．增大被提升物體的質(zhì)量，在動(dòng)滑輪、摩擦不變的情況下，即額外功不變的情況下，有用功增大了，所以機(jī)械效率就提高了，故C不符合題意；D．在軸上加潤(rùn)滑油，減少摩擦，減少額外功，在有用功一定時(shí)，滑輪組的機(jī)械效率會(huì)增大，故D不符合題意。4．如圖所示，小明用桶把一些沙子運(yùn)上三樓。在此過(guò)程中（）A．小明克服自身重力所做的功是總功B．小明克服沙子重力所做的功是有用功C．小明克服沙子重力所做的功是額外功D．小明克服桶的重力所做的功是有用功【答案】B【解析】小明用桶把一些沙子運(yùn)上三樓，對(duì)克服沙子重力做的功為有用功；為了提升沙子不得不克服自身重力、克服桶的重力所做的功為額外功；克服沙子重力做的功、克服自身重力、克服桶的重力所做的功之和為總功；故ACD不符合題意，B符合題意。故選B。5.某實(shí)驗(yàn)小組分別用如圖所示的甲、乙兩個(gè)滑輪組（每個(gè)滑輪重相同）在相同時(shí)間內(nèi)把重物G提升相同高度。若F1和F2大小相等，不計(jì)繩重及摩擦，下列說(shuō)法正確的是（）A．力F1和F2做的總功相同 B．力F1和F2做功的功率相同C．兩個(gè)滑輪組機(jī)械效率一樣大 D．甲滑輪組的機(jī)械效率比乙滑輪組高【答案】D【解析】【分析】由圖知，甲滑輪組中承擔(dān)物重的繩子段數(shù)n=3，乙滑輪組中承擔(dān)物重的繩子段數(shù)n=4。AB．若重物上升高度為h，則兩滑輪組中繩端移動(dòng)的距離分別為s甲=3h，s乙=4h甲滑輪組中拉力做的總功為W甲總F13h乙滑輪組中拉力做的總功為W乙總F24h已知F1=F2，所以W甲總＜W乙總，故B錯(cuò)誤；已知時(shí)間相同，由公式P可知，P甲總＜P乙總，故A錯(cuò)誤；CD．甲、乙兩滑輪組提升的物重G相同，設(shè)一個(gè)動(dòng)滑輪的重為G動(dòng)，不計(jì)繩重及摩擦，則甲滑輪組的機(jī)械效率為甲100%同理可得，乙滑輪組的機(jī)械效率為乙所以甲＞乙，故C錯(cuò)誤，D正確。故選D。6．如圖所示，在斜面上將一個(gè)重4.5N的物體勻速拉到高處，沿斜面向上的拉力為1.8N，斜面長(zhǎng)s＝1.2m、高h(yuǎn)＝0.3m。把重物直接提升h所做的功作為有用功，則（）A．有用功為1.35J，機(jī)械效率為75%B．有用功為2.16J，機(jī)械效率為62.5%C．有用功為1.35J，機(jī)械效率為62.5%D．有用功為1.35J，機(jī)械效率為100%【答案】C【解析】有用功總功機(jī)械效率故選C。7.如圖為了提升重物，我們選用了粗細(xì)均勻重為G的杠桿，不計(jì)杠桿支點(diǎn)處的摩擦，先后把同一個(gè)重物掛在A、B兩處，每次用力讓杠桿上升同樣的高度，下列說(shuō)法正確的是（）A．重物在A點(diǎn)處人做的有用功多機(jī)械效率高B．重物在A和B點(diǎn)處杠桿的機(jī)械效率相等C．重物在B點(diǎn)處做的有用功多，杠桿的機(jī)械效率高D．重物在B點(diǎn)處做的額外功多，杠桿的機(jī)械效率高【答案】C【解析】利用杠桿提升重物，有用功W有用=Gh，在A、B兩處提升的是同一個(gè)重物，每次杠桿上升同樣的高度，而重物上升的高度hB＞hA，在A、B兩處人做的有用功不相同，重物在A點(diǎn)處做的有用功少；由圖可知在A、B兩處提升重物，每次用力讓杠桿上升同樣的高度，而杠桿的重心上升的高度hA′=hB′，額外功W額外=G桿h，所以額外功相同；在A、B兩處人對(duì)重物提升的高度不同，做的有用功不相同，因?yàn)?，A有用功少，額外功一樣，可得ηA＜ηB，故ABD錯(cuò)誤，C正確。故選C。8.如圖所示，物體A在拉力F的作用下，10s內(nèi)水平勻速運(yùn)動(dòng)了5m，物體A與地面間的滑動(dòng)摩擦力為270N，拉力F為150N。下列物理量計(jì)算正確的是（）A．繩子自由端移動(dòng)的速度是1.5m/sB．拉力F做功為750JC．該滑輪組的機(jī)械效率是60%D．拉力F的功率是150W【答案】D【解析】A．動(dòng)滑輪上有兩段繩子承載，自由端移動(dòng)的距離是物體移動(dòng)距離的2倍，故自由端移動(dòng)的距離自由端移動(dòng)的速度故A錯(cuò)誤；B．拉力F做功故B錯(cuò)誤；C．滑輪組做的有用功滑輪組的機(jī)械效率故C錯(cuò)誤；D．拉力F的功率故D正確。故選D。9.用如圖所示的滑輪組拉動(dòng)物體，已知物體質(zhì)量為40kg，與地面的摩擦力為其重力的0.2倍。10s內(nèi)物體被拉動(dòng)了10m，動(dòng)滑輪重20N。（不計(jì)繩重和滑輪間的摩擦）下列說(shuō)法中正確的是（）A．自由端的拉力F為100NB．滑輪組所做的有用功為4000JC．拉力的功率為150WD．滑輪組的機(jī)械效率為80%【答案】D【解析】【分析】由圖可知滑輪組中有一個(gè)動(dòng)滑輪，且n=2，物體與地面的摩擦力為不計(jì)繩重和滑輪間的摩擦，由受力平衡可知?jiǎng)t自由端的拉力F為滑輪組所做的有用功為拉力做功為則拉力的功率為滑輪組的機(jī)械效率為故選D。10.當(dāng)你用桶從井中提水時(shí)，你對(duì)桶做的功是_____；如果桶掉進(jìn)井里，從井撈桶時(shí)，桶里帶著一些水，這時(shí)你對(duì)桶做的功是______，對(duì)水做的功是________（以上三空均選填“總功”?“額外功”或“有用功”）。當(dāng)你提著水桶在水平地面上勻速前進(jìn)，你對(duì)物體做功為_(kāi)______J，理由是：___________?！敬鸢浮?/p>

額外功

有用功

額外功

0

在力的方向上沒(méi)有移動(dòng)距離【解析】[1]當(dāng)用桶從井中提水時(shí)，對(duì)水做的功是有用功，對(duì)桶做的功是額外功。[2][3]如果桶掉進(jìn)井里，從井撈桶時(shí)，桶里帶著一些水，這時(shí)對(duì)桶做的功是有用功，對(duì)水做的功是額外功。[4][5]當(dāng)提著水桶在水平地面上勻速前進(jìn)，由于在拉力的方向上沒(méi)有移動(dòng)距離，故對(duì)物體做功為零。11.用如圖所示的裝置勻速提升40N的重物，所用的拉力為25N，若不計(jì)繩重和摩擦，滑輪組的機(jī)械效率是_______%，若用此滑輪組提升重為90N的重物，則滑輪組的機(jī)械效率是_______%。【答案】

80

90【解析】[1]勻速提升40N的重物，所用的拉力為25N，由圖中可以得到動(dòng)滑輪上繩子根數(shù)n=2，則滑輪組的機(jī)械效率[2]動(dòng)滑輪的重力用此滑輪組提升重為90N的重物，則滑輪組的機(jī)械效率12.用六個(gè)相同的滑輪和繩子組成如圖所示的甲、乙兩個(gè)滑輪組，分別將不同的物體G1和G2勻速提升相同高度，繩端所需的拉力F1∶F2=1∶2，G1∶G2=2∶3不計(jì)摩擦、繩和木板的重。則繩端拉力F做的功之比為W1∶W2=___________，滑輪組的機(jī)械效率之比η1：η2=_________?！敬鸢浮?/p>

1∶4

8∶3【解析】[1]由動(dòng)滑輪的特點(diǎn)可知拉動(dòng)重物時(shí)甲、乙動(dòng)滑輪組每個(gè)繩端的拉力分別為、，則G1和G2受到的拉力為由F1∶F2＝1∶2可知因提升的高度相同所以根據(jù)W＝FS可得[2]兩滑輪組做的有用功分別為由G1∶G2＝2∶3可得則13.小明在測(cè)量滑輪組機(jī)械效率的實(shí)驗(yàn)中，所用裝置如圖所示，實(shí)驗(yàn)中每個(gè)鉤碼重2N，測(cè)得的數(shù)據(jù)如表：物理量實(shí)驗(yàn)次數(shù)鉤碼總重G/N鉤碼上升的高度h/m測(cè)力計(jì)示數(shù)F/N測(cè)力計(jì)移動(dòng)距離s/m機(jī)械效率η283%357%457%（1）第1次實(shí)驗(yàn)測(cè)得的機(jī)械效率為_(kāi)______，（結(jié)果保留兩位小數(shù)）若不計(jì)繩重與摩擦，動(dòng)滑輪重為_(kāi)____N；（2）分析第1、2次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知：使用同一滑輪組可以通過(guò)_______來(lái)提高滑輪組的機(jī)械效率；分析第1、3次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知：使用不同的滑輪組，提升相同的重物，動(dòng)滑輪個(gè)數(shù)越多（即動(dòng)滑輪總重越重），滑輪組的機(jī)械效率_______；（3）分析第3、4次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，滑輪組的機(jī)械效率與物體被提升的高度_______?！敬鸢浮?/p>

74.07%

1.4

增加物體重力

越低

無(wú)關(guān)【解析】（1）[1]第1次實(shí)驗(yàn)測(cè)得的機(jī)械效率[2]彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)為1.8N，動(dòng)滑輪上的繩子段數(shù)是3段，不計(jì)繩重與摩擦，則實(shí)驗(yàn)中每個(gè)鉤碼重2N，則G=2×2N=4N則動(dòng)滑輪重G動(dòng)=3F-G=3×1.8N-4N=1.4N（2）[3]由第1、2次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，提升重物不同，且提升重物越重，滑輪組的機(jī)械效率越高，即使用同一滑輪組，可以通過(guò)增加物體重力來(lái)提高滑輪組的機(jī)械效率。[4]由第1、3次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，使用不同的滑輪組，提升相同的重物，動(dòng)滑輪個(gè)數(shù)越多（