第5課 機(jī)械效率 （原卷版）

第5課機(jī)械效率學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)知道有用功、額外功、總功；理解機(jī)械效率定義、大小范圍、表示方法、公式、影響因素；知道有用功、額外功、總功關(guān)系式；理解機(jī)械效率的計(jì)算及公式。機(jī)械效率只是反應(yīng)有用功和總功的比值，和做功多少、做功的距離、省力費(fèi)力、做功快慢等因素?zé)o關(guān)；了解杠桿、滑輪(組)、斜面等簡(jiǎn)單機(jī)械效率的影響因素；002預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)功的原理：使用機(jī)械時(shí)，人們所做的功，都不會(huì)少于直接用手所做的功，也就是使用任何機(jī)械都。

在理想情況下，使用機(jī)械所做的功等于不使用機(jī)械所作的功。

在實(shí)際情況中，使用機(jī)械所做的功大于不使用機(jī)械所作的功。有用功：為了的功。如提沙子上樓時(shí)對(duì)沙子做的功就是有用功。利用機(jī)械工作時(shí)對(duì)工作目的物做的功叫有用功。公式：W有用＝(提升重物)==；斜面：W有用=。額外功：對(duì)人們完成某件事情來(lái)說(shuō)，但的功，如提沙子上樓時(shí)對(duì)桶、滑輪等做的功就是額外功。公式：W額==(忽略輪軸摩擦的動(dòng)滑輪、滑輪組)；斜面：W額=。額外功產(chǎn)生的主要原因：提升重物時(shí)，克服、等所做的功，以及克服機(jī)械的所做的功。總功：使用機(jī)械時(shí)，做的功，例如：用桶從井中打水。由于工作目的是水，所以對(duì)水做的功是有用功，對(duì)桶做的功是額外功，人在過(guò)程中做的功是總功。公式：W總===。機(jī)械效率：物理學(xué)中，將與的比值稱(chēng)為機(jī)械效率。公式：η=×100％η是一個(gè)沒(méi)有單位的量，常用百分?jǐn)?shù)表示。需要注意的幾個(gè)問(wèn)題：機(jī)械效率只有大小沒(méi)有單位；由于有用功總小于總功，所以機(jī)械效率總小于1，通常用百分?jǐn)?shù)表示；機(jī)械效率是標(biāo)志機(jī)械做功性能的好壞的物理量之一，機(jī)械效率越高，做的有用功占總功的比例就越大這個(gè)機(jī)械的做功性能就越好。計(jì)算機(jī)械效率的各種變形式.在豎直方向上提升物體,η＝＝＝＝(對(duì)于杠桿:n＝s/h＝；對(duì)于滑輪組:n＝s/h,s為動(dòng)力移動(dòng)的距離,h為物體提升的高度)注:若只計(jì)動(dòng)滑輪的重,則F＝(G+G輪)/n,機(jī)械效率η還可等于,即η＝.在水平方向上拉動(dòng)物體,η＝＝(s物為物體移動(dòng)的距離,s動(dòng)力為拉力移動(dòng)的距離)機(jī)械效率與功率的區(qū)別功率是表示機(jī)械做功的快慢,功率大只表示機(jī)械做功快；機(jī)械效率是表示機(jī)械對(duì)總功利用率高低的物理量,效率高只表示機(jī)械對(duì)總功的利用率高.因此,功率大的機(jī)械不一定機(jī)械效率高,如內(nèi)燃機(jī)車(chē)的功率是4210W,但它的效率只有30—40%；而機(jī)械效率高的機(jī)械,它的功率不一定就大,如兒童玩具汽車(chē)的電動(dòng)機(jī)效率可達(dá)80%,但功率只有幾瓦.機(jī)械效率的高低與機(jī)械是否省力無(wú)內(nèi)在聯(lián)系,不能認(rèn)為越省力的機(jī)械效率就越高.003探究提升知識(shí)點(diǎn)一：有用功、額外功、總功有用功：對(duì)人們有用的功，等于直接用手對(duì)重物所做的功(Gh)。公式：W有用＝Gh(提升重物)=W總－W額=ηW總。額外功：并非我們需要但又不得不做的功。公式：W額=W總－W有用=G動(dòng)h(忽略輪軸摩擦的動(dòng)滑輪、滑輪組)?？偣Γ河杏霉宇~外功或動(dòng)力所做的功。公式：W總=W有用＋W額=Fs=W有用／η?！咎骄恐攸c(diǎn)】總功也可以認(rèn)為是人們使用機(jī)械時(shí)實(shí)際做的功。，式中是作用在機(jī)械上的動(dòng)力，是動(dòng)力通過(guò)的距離?！纠}精講】（2023·天津部分區(qū)二模）某建筑工地上，工人用滑輪組和桶組成的裝置將水泥從地面勻速運(yùn)至距地面高為的樓層，如圖所示。若工人所用拉力為，水泥重為，桶重為，動(dòng)滑輪重為，不計(jì)繩重和摩擦，此過(guò)程中該裝置的機(jī)械效率為，則下列關(guān)系正確的是（）A．拉力 B．有用功C．總功 D．機(jī)?效率為【鞏固訓(xùn)練】（2022·甘肅蘭州·一模）利用如圖所示的滑輪組，在5s內(nèi)將重100N的物體勻速提升1m。動(dòng)滑輪重20N，不計(jì)繩重與摩擦，下列說(shuō)法正確的是（）A．滑輪組所做的有用功120JB．滑輪組所做的總功180JC．滑輪組的機(jī)械效率為66.7%D．滑輪組中繩子自由端的拉力的功率為24W知識(shí)點(diǎn)二：杠桿機(jī)械效率【探究重點(diǎn)】注意杠桿阻力作用點(diǎn)移動(dòng)距離、動(dòng)力移動(dòng)距離對(duì)功計(jì)算的影響W有用=Gh；W總=Fs；W額=W總－W有用；【例題精講】小明在探究杠桿的平衡條件的實(shí)驗(yàn)中，以杠桿中點(diǎn)為支點(diǎn)。（1）在調(diào)節(jié)杠桿平衡時(shí)，小明發(fā)現(xiàn)杠桿右端低左端高，要使它在水平位置平衡，應(yīng)將杠桿右端的平衡螺母向_____（左/右）調(diào)節(jié)；（2）杠桿不處于水平位置能否平衡？小海和小紅意見(jiàn)不同，小海認(rèn)為能平衡，于是他每次讓杠桿傾斜時(shí)靜止，這樣實(shí)驗(yàn)也得出了同樣的杠桿平衡條件；小海認(rèn)為杠桿平衡不一定是水平的，這種說(shuō)法對(duì)嗎？_____（對(duì)/錯(cuò)），小紅仔細(xì)研究后發(fā)現(xiàn)自己的在水平位置實(shí)驗(yàn)的方案比小海好，請(qǐng)你說(shuō)出小紅的理由：_____；（3）實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，小明提出了新的探究問(wèn)題：“若支點(diǎn)不在杠桿的中點(diǎn)時(shí)，杠桿的平衡條件是否仍然成立？”于是小組同學(xué)利用如圖所示裝置進(jìn)行探究，發(fā)現(xiàn)在杠桿左端的不同位置，用彈簧測(cè)力計(jì)豎直向上拉使杠桿處于水平平衡時(shí)，測(cè)出的拉力大小都與杠桿平衡條件不相符。其原因可能是：_____；（4）如圖，不計(jì)摩擦，若將鉤碼移動(dòng)到B點(diǎn)，仍將它勻速提升h的高度，杠桿的機(jī)械效率η將_____（選填“變大”、“變小”或“不變”）?！眷柟逃?xùn)練】小明用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置探究“杠桿的機(jī)械效率”．實(shí)驗(yàn)時(shí)，將總重為G的鉤碼掛在杠桿A處，豎直向上勻速拉動(dòng)彈簧測(cè)力計(jì)，鉤碼上升的高度為h，彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)為F，其移動(dòng)的距離為s，則杠桿的機(jī)械效率η＝________(用題中給出的物理量表示)．若將鉤碼移動(dòng)到B點(diǎn)，仍將它勻速提升h的高度，則彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)F′________(選填“＞”“＝”或“＜”)F，杠桿的機(jī)械效率η′________(選填“＞”“＝”或“＜”)η.知識(shí)點(diǎn)三：滑輪組機(jī)械效率【探究重點(diǎn)】滑輪組的機(jī)械效率(不計(jì)滑輪重以及摩擦?xí)r)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(dòng)物體)：(f為摩擦力，l為物體移動(dòng)距離，F(xiàn)為拉力，S為繩子自由端走的距離)

【例題精講】（2023·安徽合肥·統(tǒng)考三模）用圖示的滑輪組將重物豎直向上勻速提升0.3m，拉力F的大小為3N，若該過(guò)程中滑輪組的機(jī)械效率為80%，則重物的重力為_(kāi)_____N。

【鞏固訓(xùn)練】（2023·重慶·重慶市育才中學(xué)校考三模）如圖所示，用滑輪組提升重物時(shí)，將重210N的物體在5s內(nèi)勻速提升了2m，已知?jiǎng)踊喼貫?0N（不計(jì)繩重和摩擦），則提升重物的過(guò)程中，下列說(shuō)法中正確的是（）

A．滑輪組的機(jī)械效率為70% B．繩子自由端移動(dòng)的距離是4mC．提升物體的過(guò)程中，額外功為540J D．繩子自由端拉力F的功率為60W知識(shí)點(diǎn)四：斜面機(jī)械效率【探究重點(diǎn)】斜面的機(jī)械效率：(h為斜面高，S為斜面長(zhǎng)，G為物重，F(xiàn)為沿斜面對(duì)物體的拉力)【例題精講】（2023·河南洛陽(yáng)·統(tǒng)考三模）如圖所示，某商場(chǎng)要把同一種貨物搬運(yùn)到同一輛汽車(chē)上，可采用甲、乙兩種不同的方式，下列說(shuō)法中正確的（）

A．甲圖所用方法克服貨物重力做功多B．甲圖所用方法比乙圖所用方法機(jī)械效率高C．甲圖中，所搭斜面越長(zhǎng)機(jī)械效率越高D．甲圖中，所搭斜面越長(zhǎng)越省力【鞏固訓(xùn)練】（2023·安徽合肥·統(tǒng)考三模）斜面上將一個(gè)重600N的物體勻速拉到高處，沿斜面向上的拉力F=400N，拉動(dòng)的距離s=4.5m，提升高度h=1.8m。則該斜面的機(jī)械效率為_(kāi)__________。

知識(shí)點(diǎn)五：機(jī)械效率實(shí)驗(yàn)【探究重點(diǎn)】任何機(jī)械，機(jī)械效率都不可能達(dá)到100%；影響機(jī)械效率大小的因素是滑輪自重、摩擦阻力、空氣阻力等；【例題精講】（2022·江蘇省錫山高級(jí)中學(xué)實(shí)驗(yàn)學(xué)校一模）小聰在測(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：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η/%140.11.80.374.1260.12.40.3340.11.40.557.1440.21.41.057.1（1）在實(shí)驗(yàn)中，測(cè)繩端拉力大小時(shí)，應(yīng)使彈簧測(cè)力計(jì)豎直向上________狀態(tài)進(jìn)行讀數(shù)（選填“緩慢拉動(dòng)”或“靜止”）。（2）分析表中數(shù)據(jù)可知：第3次和第________次實(shí)驗(yàn)是按丙圖裝置測(cè)機(jī)械效率的，分析以上兩組實(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________。（3）請(qǐng)你幫助小聰計(jì)算出第2次滑輪組的機(jī)械效率為_(kāi)_______%（保留1位小數(shù)），在第2次實(shí)驗(yàn)中，拉力F所做的額外功為_(kāi)_______J。（4）根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)推測(cè)，使用圖丙滑輪組將重6N的物體勻速提升0.1m，此時(shí)滑輪組的機(jī)械效率可能為_(kāi)_______（只填序號(hào)）。A．52.2%B．57.1%C．64.3%D．83.3%【鞏固訓(xùn)練】用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置探究滑輪組的機(jī)械效率，下列說(shuō)法正確的是()A．實(shí)驗(yàn)時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)可以在靜止時(shí)讀數(shù)B．實(shí)驗(yàn)時(shí)不用刻度尺也可以測(cè)量出滑輪組的機(jī)械效率C．滑輪組的機(jī)械效率與動(dòng)滑輪重力的大小無(wú)關(guān)D．同一滑輪組的機(jī)械效率隨所掛鉤碼的重力增大而增大，最終可以達(dá)到100%知識(shí)點(diǎn)三：增大或減小機(jī)械效率的方法為了表示有用功在總功中所占的比例，物理學(xué)中引入了機(jī)械效率，它等于有用功W有用與總功W總之比，符號(hào)為η。公式為，式中η表示機(jī)械效率，它是一個(gè)百分?jǐn)?shù)。η的值越大，表明有用功在總功中所占的比例越大，做功的效率越高。η的值總小于100%，由于機(jī)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?！咎骄恐攸c(diǎn)】機(jī)械效率是有用功在總功中所占的比例，其大小是由有用功和總功共同決定的，在比較機(jī)械效率大小時(shí)，可采用控制變量法，相同時(shí)，越大，越??；相同時(shí)，越大，越大。判斷有用功和額外功，必須抓住工作的目的，為達(dá)到目的必須做的功就是有用功，但對(duì)我們沒(méi)有用而不得不做的功就是額外功。并要注意工作目改變了，有用功和額外功也要發(fā)生變化。提高機(jī)械的機(jī)械效率的方法：改進(jìn)機(jī)械結(jié)構(gòu)，盡量減小機(jī)械自重，合理使用機(jī)械，按規(guī)定進(jìn)行保養(yǎng)以減小摩擦?！纠}精講】（2023·上海奉賢二模）如圖所示，重為10牛的物體A在拉力F的作用下勻速上升2米，滑輪重及摩擦不計(jì)，在此過(guò)程中拉力F的大小為_(kāi)________牛，所做的功為_(kāi)________焦，物體A的機(jī)械能_________（選填“增大”“不變”或“減小”）?！眷柟逃?xùn)練】(2022·山東菏澤·中考真題)如圖所示，在快遞倉(cāng)庫(kù)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(guò)程中滑輪組的機(jī)械效率為80%，則()A．工人所用的拉力為200NB．動(dòng)滑輪的重力為100NC．拉力的功率為150WD．提升重力不同的貨物時(shí)，此滑輪組機(jī)械效率不變00601強(qiáng)化訓(xùn)練（2022·福建泉州·二模）如圖，用相同的滑輪組將重分別為G1和G2的物體勻速提升相同高度，所用的拉力分別是和，機(jī)械效率分別是和。若G1>G2，不計(jì)繩重及摩擦，則（）A．， B．，C．， D．，(2020·安徽)如圖所示，工人沿斜面用一定大小的力F把一重為600N的物體從斜面底部勻速推到頂部(不考慮物體的大小)。已知斜面長(zhǎng)L=3m，高h(yuǎn)=1.5m。若該過(guò)程中斜面的效率為60%，力F所做的功為_(kāi)_______J。（2021·陜西榆林·八年級(jí)期末）在"探究影響滑輪組機(jī)械效率因素"的實(shí)驗(yàn)中，康維佳用滑輪組做了3組實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄如下：序號(hào)鉤碼重/N動(dòng)滑輪重/N鉤碼上升高度/m拉力/N測(cè)力計(jì)移動(dòng)距離/m機(jī)械效率131.20.11.40.371.4%230.60.11.20.383.3%360.60.12.20.3（1）根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)請(qǐng)?jiān)趫D中完成滑輪組的繞線______；（2）實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，應(yīng)豎直向上______拉動(dòng)繩子自由端的彈簧測(cè)力計(jì)；（3）在進(jìn)行第3組數(shù)據(jù)測(cè)量時(shí)，滑輪組的機(jī)械效率為_(kāi)_____；（4）分析表中數(shù)據(jù)可知，同一滑輪組，物重______，滑輪組的機(jī)械效率越高，影響該滑輪組機(jī)械效率的因素還有______（寫(xiě)出一個(gè)）；（5）在進(jìn)行第2組數(shù)據(jù)測(cè)量時(shí)，物體上升的速度為0.1m/s，則拉力F的功率為_(kāi)_____W，滑輪組做的額外功為_(kāi)_____J。（2023·天津南開(kāi)·統(tǒng)考三模）如圖，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(guò)程中：（1）繩子自由端下降速度為多少m/s；（2）滑輪組的機(jī)械效率為多少；（3）拉力F的功率是多少。

（2022·福建南平·二模）如圖，兩位工人師傅用不同的滑輪裝置把相同的物塊提升相同的高度，拉力之比為F甲∶F乙＝5∶3，有用功分別為W甲、W乙，機(jī)械效率為η甲、η乙，則（）A．W甲∶W乙＝5∶3 B．W甲∶W乙＝6∶5C．η甲∶η乙＝6∶5 D．η甲∶η乙＝5∶3（2021·福建三明·一模）某學(xué)習(xí)小組利用如圖所示的裝置測(cè)定滑輪的機(jī)械效率，將兩個(gè)相同的鉤碼提升相同的高度，則_________的機(jī)械效率較高，主要原因是：_________。(2021·江蘇泰州市·中考真題)如圖，小明將一個(gè)重為3N的小車(chē)從斜面底端勻速拉到斜面頂端，沿斜面向上的拉力為1.25N，小車(chē)沿斜面移動(dòng)的距離s=1.6m，上升的高度h=0.6m。則小明對(duì)小車(chē)做的有用功是________J，斜面的機(jī)械效率是___________。小華想探究斜面的機(jī)械效率可能與哪些因素有關(guān)？提出了以下的猜想：A．斜面的機(jī)械效率可能與物體的重力有關(guān)；B．斜面的機(jī)械效率可能與斜面的傾斜程度有關(guān)。小華同學(xué)為了證實(shí)自己的猜想是否正確，于是他用同一塊木板組成如圖所示的裝置進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)探究，記錄的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表：次數(shù)斜面傾角物塊重量G/N斜面高度h/m斜面拉力F/N斜面長(zhǎng)s/m有用功W有/J總功W總/J斜面的機(jī)械效率①30°5.00.64.21.23.05.0②30°3.00.62.51.21.860%③45°3.00.82.81.22.43.470%（1）在實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程中，應(yīng)沿斜面向上______直線拉動(dòng)木塊；（2）根據(jù)表格，第①次實(shí)驗(yàn)斜面機(jī)械效率為_(kāi)_____%；第②次實(shí)驗(yàn)總功為_(kāi)_____J；第③實(shí)驗(yàn)?zāi)Σ亮s______N（保留一位小數(shù)）；（3）通過(guò)對(duì)比①、②實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可驗(yàn)證猜想______（A/B）；通過(guò)對(duì)比②、③實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可得到結(jié)論：當(dāng)斜面粗糙程度和物重一定時(shí)，______。（2022·福建福州·二模）如圖甲是《墨經(jīng)》中記載的古代提升重物的工具——“車(chē)梯”，圖乙是其等效示意圖。當(dāng)此“車(chē)梯”勻速提升重物時(shí)（）A．增大物重，“車(chē)梯”的機(jī)械效率變高B．該“車(chē)梯”承擔(dān)物重的繩子有5股C．繩端拉力F是物重G的D．使用“車(chē)梯”可以省距離(2021·內(nèi)蒙古通遼·中考真題)如圖所示，重為800N的物體在100N的水平拉力F的作用下以的速度沿水平地面，向左勻速直線運(yùn)動(dòng)