机械效率影响因素

机械效率影响因素
机械效率影响因素
简单机械的机械效率是力学中的重点和难点,也是中考几乎每年必考的一个知识点。

为了较好地理解各种简单机械的做功情况,就要弄清有用功、额外功和总功的概念:
(1)有用功:机械对物体做的功,是目的.
(2)额外功:不需要但不得不做的功,例如克服机械间的摩擦做功.
(3)总功:人(动力)对机械做的功.
最常见的简单机械有三种:滑轮组、杠杆和斜面。

下面就这三种简单机械模型来讨论一下简单机械的机械效率影响因素。

一、探究影响滑轮组机械效率的因素（竖放）
滑轮组的机械效率（不计摩擦）
物
轮
轮
物
物
轮
物
物
额外
有用
有用总有用G G G G G h G h G h G W W W W W + = + = + = + = = 1 1
η
因此滑轮组的机械效率与物重与轮重有关：
（1）滑轮越重，滑轮组的机械效率越低，可以理解为滑轮越重，做的额外功越多；
（2）物体越重，滑轮组的机械效率越低，可以理解为做的有用功多，机械效率越高1．在“探究影响滑轮组机械效率的因素”实验中，某同学用如图所示的同一滑轮组分别做了三次实验，实验数据记录如下：
(1)写出表中标有编号①、②和③的空格处的数据?
(2)在实验操作中应该怎样拉动弹簧测力计?
(3)分析实验数据，同一滑轮组的机械效率主要与什么因素有关?为什么?
(4)不同滑轮组的机械效率又与其它哪些因素有关呢?(列举一例)
答案：（1）2.2N 30 （2）竖直向上匀速拉动
（3）物体的重力有关（4）还与动滑轮重力有关
2．在“测滑轮组机械效率”的实验中，小强按正确方法操作，图9是他实验中的情景，下表是他记录的一组数据。

(1）由表中数据可计算出，滑轮组对钩码做的有用功为0.1J，人做的总功为_______J。

(2）对以上两个计算结果进行比较，其不合理之处是______________；结合弹簧测力计放大图，可知小强的错误是_____________________。

(3）在该次实验中，所测滑轮组的机械效率应该为______________。

(4)实验中，若仅增加钩码的重，则滑轮组的机械效率将_______ (选填“增大”、“减小”或“不变”)．
答案：（1）0.06 （2）总功小于有用功测力计读数错了（3）83.3% （4）增大
3．某实验小组探究影响滑轮组机械效率的因素的实验装置如图所示，实验数据如下表。

若不计摩擦，比较1和2两次的实验数据，可以看出滑轮组的机械效率与有关；比较1和3两次的实验数据，可以看出滑轮组的机械效率与
有关。

答案：动滑轮重力有关；物体重力
杠杆的机械效率（不计摩擦）
（1）若不计杠杆自重，则杠杆不做额外功，机械效率η=100%；如考虑杠杆自重，提起杠杆自身所做的功为额外功，提起重物所做的功为有用功，则机械效率杆
物物W W W +=
η
（2）考虑杠杆本身的重力，则提起杠杆自身所做的功为额外功杆心杠杆额外h G W =，拉力为动力，所做的功为总功Fs W =总（3）由于杠杆的重心一般在物体的几何中心，因此杆端杆心h h 2
1
=
；如果动力作用点在杆端，则有杆心杆端h h s 2==；重物移动的距离则可以根据杠杆平衡条件求出
321l G l G Fl 杆物+=（杠杆不水平，杠杆的力臂不能直接在杠杆上读出，但杠杆力臂和杠杆
长成比例，可以认为1h s =）
4．如图所示是小明测量杠杆机械效率的实验情景(杠杆的重力忽略不计) (1)请在下表中把相关的数据填写完整
(2)为提高本实验中杠杆的机械效率，请提—条合理的建议：______________________。

答案：
（1）15、2.4、0.6、0.72、83.3；（2）选择支点灵活的杠杆或在支点所在轴处加润滑油．5．用如图所示的实验装置测量杠杆的机械效率．实验时，竖直向上匀速拉动弹簧测力计，使挂在较长杠杆下面的钩码缓缓上升．
（1）实验中，将杠杆拉至图中虚线位置，测力计的示数F 为_______N ，钩码总重G 为1.0N ，钩码上升高度h 为0.1m ，测力计移动距离s 为0.3m ，则杠杆的机械效率为_______%．请写出使用该杠杆做额外功的一个原因：______________________________________．（2）为了进一步研究杠杆的机械效率与哪些因素有关，一
位同学用该实验装置，先后将钩码挂在A 、B 两点，测量并计算得到下表所示的两组数据：
次数钩码悬
挂点钩码总重G/N 钩码移动距离h/m 拉力F/N 测力计移动距离s/m 机械效率η/% 1 A 点 1.5 0.10 0.7 0.30 71.4 2
B 点
2.0
0.15
1.2
0.30
83.3
根据表中数据，能否得出“杠杆的机械效率与所挂钩码的重有关，钩码越重其效率越高”的结论？答：_______；请简要说明两条理由：
①____________________________________；
②_____________________________________。

答案:（1）0.5；66.7；由于使用杠杆时需要克服杠杆自重（克服摩擦力）等做功（2）不能；
①两次实验时钩码没有挂在同一位置
②仅根据一次对比实验所得结论是不可靠的
三、探究影响斜面机械效率的因素
使用斜面时，对物体所做的功为有用功，拉力所做的功为总功，克服斜面摩擦力所做的功为额外功。

（1）有用功：Gh W =有用；总功：FL W =总；额外功：fL W =额外
（2）因为斜面摩擦力大小与斜面倾斜程度有关，斜面倾斜角度越大，物体对斜面的压力越小，物体所受到的摩擦力越小，额外功越小。

因此可以认为斜面倾斜程度越大，机械效率越高。

6．小明对“斜面的机械效率与什么因素有关？”这一课题，提出了如下一些值得探究的猜想：
①斜面的机械效率与斜面的倾斜程度有关；
②斜面的机械效率与斜面的粗糙程度有关；
③斜面的机械效率与斜面的长度有关；
④斜面的机械效率与物体的重力有关。

给你如图所示的装置，请你选择上述猜想中的一项，并解答下列问题：
（1）你选择的猜想是_______________________（填写序号）
（2）要用图中的器材完成你选择的探究，还要补充的器材是：（至少写出两种）
（3）在实验探究的过程中，需要控制不变的因素有：
①_______________________；②_______________________；
③_______________________ 答案：（1）任选其中一个均可；（2）（3）
见下表
7．下图是小明同学斜面机械效率跟什么因素有关的实验装置。

实验时他用弹簧测力计拉着同一物块沿粗糙程度相同的斜面向上做匀速直线运动。

实验的部分数据如下：
⑴小明探究的是斜面的机械效率跟________________的关系。

在第1次实验中，斜面的机械效率为________________，物块和斜面的内能增加了约________J。

⑵分析表格中数据可以得出结论：在斜面粗糙程度相同时，斜面越陡，机械效率越________。

若要探究斜面机械效率跟斜面的粗糙程度的关系，应保持________________不变。

（3）小华用20N的力把重为25N的物体沿着长为20cm、高为10cm的斜面，从斜面底端拉到顶端．则斜面的机械效率为。

答案：（1）斜面的倾斜程度，20%，4；（2）高，斜面的倾斜程度；（3）62.5%．
8．在探究“斜面的机械效率高低与斜面的倾斜程度有什么关系”的实验中，用沿斜面向上的力F拉动小车，使小车从斜面底端匀速运动到斜面顶端，如图所示。

多次改变斜面倾斜程度，部分实验数据记录在下面的表格中，根据表格中数据回答下列问题：
斜面倾斜度小车重量
G/N
斜面高度
h/m
沿斜面拉
力F/N
斜面长
S/m
有用功W
有/J
总功W
总/J
斜面的机
械效率
较缓10 0.1 3 1 1 3 33.3%
较陡10 0.2 4 1 2 4 50%
最陡10 0.4 1 6
（1）当斜面“最陡”时，沿斜面拉力为______________N；做的有用功为______________J；斜面的机械效率为_______%。

（2）通过对上述实验数据的分析，你认为斜面省力情况与斜面倾斜程度的关系是：斜面越陡，需要的拉力越_____________________。

（3）根据上面实验数据，你可以获得该实验探究的初步结论是：_____________________ 答案：（1）6；4；66.7；（2）大；（3）斜面的机械效率随斜面的倾斜程度增大而增大．9．在探究“斜面的机械效率与斜面的倾斜程度和粗糙程度的关系”实验中，所用的实验器材有：支架，带有滑轮的长木板（滑轮与木板之间的距离是可调的），带挂钩的木块，弹簧测力计，棉布，毛巾，刻度尺，细线。

实验装置如图所示。

（1）用带有滑轮的长木板做实验有什么好处？____________________（只答出一条即可）（2）测拉力时，要在木块__________时读数。

（3）测得的实验数据如表一。

实验次数斜面倾斜
程度
接触面
木块重
G/N
斜面高度
h/m
拉力
F/N
斜面长
S/m
机械效
率η
1 最陡木块与木板 5.0 0.20 4.5 0.30 74.1%
2 较陡木块与木板 5.0 0.20 3.8 0.40 65.8%
3 较缓木块与木板 5.0 0.20 3.
4 0.50 58.9%
4 较缓木块与棉布 5.0 0.20 4.0 0.50
5 较缓木块与毛巾 5.0 0.20 4.8 0.50 41.7%
①第4次实验测得的机械效率η=__________。

②第3、4、5三次实验，是探究斜面的机械效率与____________________的关系。

③根据第1、2、3三次实验的信息，可得出的结论是：______________________________。

【解析】
（1）利用滑轮改变了一下绳子的方向，使木块所受拉力的方向与木板的方向始终平行，使示数更加准确稳定，读数时也更方便；
（2）只有木块做匀速运动时，它的示数才更准确；
（3）①第4次实验的机械效率η===50%；
②比较第3、4、5三次实验可以看出，这是在斜面倾斜程度不变
的情况下进行的研究，因此，研究的是机械效率与斜面粗糙程度的关系；
③比较第1、2、3三次实验可以看出，这是在斜面粗糙程度不变的情况下进行的研究，因此，可得出的结论是：斜面粗糙程度一定时，斜面的倾斜程度越大，机械效率越高．
故答案为：（1）拉物体时，能使木块所受拉力的方向与木板的方向平行；
（2）匀速运动；
（3）①50%；②斜面粗糙程度；③斜面粗糙程度一定时，斜面的倾斜程度越大，机械效率越高．。