2016年中考物理(第03期)考点总动员系列-专题15-机械效率

专题15 机械效率
1．有用功：利用机械工作时对工作目的物做的功叫有用功；
2．无用而又不得不做的功叫额外功；总功是有用功与额外功之和。

例如：用桶从井中打水。

由于工作目的是打水，所以对水做的功是有用功，对桶做的功是额外功，人在整个提水过程中做的功是总功。

3．机械效率等于有用功与总功之比，用公式来表示，其中表示机械效率，W有用表示有用功，W总表示总功。

注意：由于总小于，机械效率总小于1。

4．理解机械效率等于有用功与总功之比。

对于这一个知识点，应该注意以下几点：
〔1〕会判断有用功、额外功和总功。

知道我们需要的功叫有用功；在工作时，额外负担而不得不做的功叫额外功；总功是有用功与额外功之和。

一般情况下，我们根据做功的目的来区分这三种功。

〔2〕知道增大机械效率的方法。

根据公式可知：如果有用功不变，我们可以通过减小额外功来增大机械效率，〔例如我们用轻便的塑料桶打水，而不用很重的铁桶打水，就是运用这个道理〕；如果额外功不变，我们可以通过增大有用功来提高机械效率；〔例如，在研究滑轮组的机械效率时，我们会发现同一个滑轮组，提起的重物越重，机械效率越高，就是这个道理〕；当然了，如果能在增大有用功的同时，减小额外功更好。

5．机械效率的测量：
① 原理：
②应测物理量：钩码重力G、钩码提升的高度h、拉力F、绳的自由端移动的距离S
③器材：除钩码、铁架台、滑轮、细线外还需刻度尺、弹簧测力计。

④步骤：必须匀速拉动弹簧测力计使钩码升高，目的：保证测力计示数大小不变。

6．滑轮〔组〕的机械效率
〔一〕提升重物问题根据拉力F作用位置不同分为两种情况
〔二〕水平拉动问题，也根据拉力F作用位置不同分为两种情况
典型例题【省江阴市长泾片2014届九年级中考二模物理试题】将一定滑轮改为动滑轮使用，那么它的机械效率在不计绳重和摩擦时〔〕
A．一定提高 B．一定降低 C．一定不变 D．无法判断
解析：使用滑轮或滑轮组提升重物时，克制物重所做的功为有用功，克制机械自重所做的功为额外功，拉力所做的功为总功，当将定滑轮改为动滑轮使用时，在一样条件下，所做的额外功增大，由机械效率公式可知，机械效率一定降低，因此此题答案选B.
答案:B
针对练习1 【省江阴市长泾片2014届九年级中考二模物理试题】某同学家新房装修时，在地面与窗台间放置一斜木板，将瓷砖沿木板从地面匀速拉上窗台。

如以下图所示，窗台高3m，木板长5m，瓷砖重100N，沿斜面所用拉力50N ，那么斜面的机械效率是____________。

针对练习2 【省枣阳市2014年中考适应性考试理科综合试题〔物理局部〕】工人师傅用如下图的滑轮组，提升重360N 的物体A ，使物体A 以0.1m/s 的速度匀速上升．此时滑轮组的机械效率为75%．〔不计绳重和轴摩擦〕求：
〔1〕绳子自由端拉力F A 的功率．
〔2〕用此滑轮组提升重480N 的物体B 匀速上升时，此滑轮组的机械效率． 2、〔1〕48W ；〔2〕80% 解析：〔1〕因为nF
W G
W =
=
总
有用η所以N N n G F 160%753360=⨯==
η 手拉绳子的速度为v =3×0.1m/s=0.3m/s，拉力的功率为P=Fv =160N×0.3m/s=48W，〔2〕在使用滑轮组时，如果不考虑绳重和摩擦第一次施加的拉力F 1=1/3〔G 1+G 0〕即160N=1/3〔360N+G 0〕解得G 0=120N
当提起G 2=480N 的物体时，动滑轮重保持不变所以第二次的机械效率为
%80%1001204804800222=⨯+=+=
N
N N
G G G η
针对练习3 【省日照市2014年初中学业水平模拟测试〔一〕物理试题】小明用如下图的滑轮组将一个重为120N 的物体匀速提升2m ，所用的拉力为50N ，此时拉力所做的功为W ，滑轮组的机械效率为η1；假
设仍用该滑轮组提升一个重为170N 的物体．此时滑轮组的机械效率为η2，那么W 、η1、.η2分别是多少？〔不计绳重和摩擦〕另外，比拟η1和η2的数值你得出了什么结论？
3、当提物体的重力G 1=120N 时，那么拉力做的功W=Fs 1=50N×6m=300J；有用功W 有用= G 1 h 1=120N×2m=240J，动滑轮重G 动=3F －G 1=3×50N－120N=30N ，机械效率%80%100300240%1001=⨯=
⨯=J
J
W
W 有用η；当提物体的重力G 2=170N 时，有用功W
有用2
= G 2 h 2，额外功W 额外2
= G
动
h 2，那么机械效率
%85%10030170170%100%100222222
222=⨯+=⨯+=
⨯+=
N
N N
h G h G h G W W W 动额外有用有用η，由计算可知η1＜
η2，我的结论是：当使用同一个滑轮组装置时，如果被提升重物的重力越在，那么相应的机械效率就越高。

1、【省眉山市华兴联谊学校2014年初三二诊物理试题】如图甲所示OA ＝30cm ，OC =60cm ，利用弹簧测力计把一质量为0.5kg 的物体以2cm/s 的速度匀速提高10cm ，弹簧测力计上升了20cm 。

弹簧测力计的拉力如图乙。

〔g =10N/kg 〕
①弹簧测力计做了多少有用功？
②杠杆的机械效率是多少？
③拉力做功的功率是多少？
1、.①0.5J ②83.3%③0.12W
2、【省市南沙区2014届九年级第一学期期末教学质量检测】用图甲、乙两种方式匀速提升100N的物体，滑轮重20N，绳重、摩擦不计，那么〔〕
A. 手的拉力：F甲=F乙；机械效率：η甲=η乙
B. 手的拉力：F甲＜F乙；机械效率：η甲＜η乙
C. 手的拉力：F甲＞F乙；机械效率：η甲＜η乙
D. 手的拉力：F甲＞F乙；机械效率：η甲＞η乙
3、【省高邮市2013-2014学年度九年级第一学期期末考试】如图甲所示，用弹簧秤将重为3.9N 的物块从斜面的底端匀速拉至顶端，那么物块所受拉力为N ，斜面的高为2m ，长为4m ，那么拉力做功为J ，斜面的机械效率为．假设用图乙所示装置匀速提升该重物上升0.5m ，当其机械效率与斜面一样时，竖直向上的拉力为N ，该过程所做的额外功为J ．
3、2.6 10.4 75℅ 1.73〔或1.7〕 0.65 解析：在斜面中，拉力做功是总功，克制物重做功是有用功，克制物体与斜面的摩擦做功是额外功。

拉力做的总功为W 总=FS =2.6N×4m=10.4J。

克制物重做
的有用功为W 有用=Gh =3.9N×2m=7.8N。

斜面的机械效率为7.8100%100%75%10.4
W J ηW =⨯=⨯=总有用。

假设使用滑轮组提升物体时，100%100%100%75%3'
W Gh G
ηW Fs F =
⨯=⨯=⨯=总有用 拉力 3.9N
'100%==1.73N 375%375%
G F =
⨯⨯⨯利用滑轮组做的总功为W 总’=F’s ’=1.73N×0.5m×3=2.6J 额外功为W 额外= W 总’×〔1-η〕=2.6J×〔1-75%〕=0.65J
4、【省当涂县四校2014届九年级上学期期末联考】建筑工人用如下图的装置把重400N 的物体匀速提升3m ，所用的拉力为300N ．那么该工人所做的有用功为J ，该滑轮组的机械效率是。

假设用该装置提升500N 的重物，此时滑轮组的机械效率将。

5、【省市南沙区2014届九年级第一学期期末教学质量检测】某实验小组利用图示装置研究杠杆的机械效率，实验的主要步骤如下：
①用轻绳悬挂杠杆一端的O 点作为支点，在A 点用轻绳悬挂总重为G 的钩码，在B 点用轻绳竖直悬挂一个弹簧测力计，使杠杆保持水平；
②竖直向上拉动弹簧测力计缓慢匀速上升〔保持0点位置不变〕，在此过程中弹簧测力计的读数为F ，利用刻度尺分别测出A 、B 两点上升的高度为h 1、h 2
回答以下问题：
〔1〕杠杆机械效率的表达式为η=____________。

〔用或测量的物理量符号表示〕
〔2〕本次实验中，假设提升的钩码重一定，那么影响杠杆机械效率的主要因素是:___________
〔3〕假设只将钩码的悬挂点由A 移至C ，O 、B 位置不变，仍将钩码提升一样的高度，那么杠杆的机械效率将_________〔选填“变大〞、“变小〞或“不变〞〕。

5、〔1〕2
1
Fh Gh W W =
=
总
有η；〔2〕杠杆的自重；〔3〕变大． 解析：〔1〕使用杠杆提升钩码时，有用功等于克制钩码重力做的功，为W 有=Gh 1，总功等于弹簧测力计的拉力做的功，为W 总=Fh 2，机械效率等于有用功和总功的比值；2
1
Fh Gh W W =
=
总
有η〔2〕机械效率是有用功和总功的比值，它反映了有用功在总功中所占比例的大小，也反映了额外功所占比例的大小，影响机械效率的因素从有用功和额外功两方面考虑；本实验中有用功是克制钩码重力做的功，额外功主要是克制杠杆重力做的功，提升的钩码重一定说明有用功
一定，所以影响杠杆机械效率的主要因素是杠杆自身的重力．〔3〕将钩码的悬挂点从A点移至C点，改变了钩码重力的力臂。

钩码的悬挂点在A点时，由杠杠的平衡条件得G•OA=F•OB；悬挂点移至C点时，由杠杠的平衡条件得G•OC=F•OB，经比照发现，由OA到OC力臂变大，所以拉力F 也变大。

将钩码提升一样的高度，有用功不变；因为重力的力臂变大，拉力的力臂是不变的，所以当把钩码提升到一样高度时，杠杆提升的高度减小，而克制杠杆自重做的额外功减小，因此杠杆的机械效率变大．
6、【省中学附属初级中学2014届九年级3月月考物理试题】如下图装置，绳重与摩擦不计．工人将重为800N的货物匀速拉至4m高处，工人对绳的拉力F1为500N．
〔1〕求工人所做的有用功；
〔2〕求滑轮组此时的机械效率；
〔3〕求动滑轮的重力；
1.【省市2015年中考物理试题】如下图，利用轻质滑轮组匀速拉动水平地面上重为G的物体，假设拉力的大小为F，物体和地面之间的摩擦力大小为f，A点的拉力为F A，那么以下滑轮组的机械效率表达式正确的选项是〔〕
A．f/2F A
B．f/3F
C．F A/2F
D．G/2F
2.【省滨州市2015中考物理试题】如下图，如下图，用滑轮组提升重物时，重800N的物体在10s匀速上升1m．拉绳子的力F为500N，那么提升重物的过程中〔〕
A．绳子自由端被拉下3m
B．做的有用功是800J
C．拉力F的功率是80W
D．滑轮组的机械效率是60%
2.B 解析：由图示可知，滑轮组由两段绳子吊着物体，绳端通过的距离为物体上升的两倍为2m，所以A错；有用功为对物体所做的功等于物重乘以物体上升的高度为800J，所以B正确；拉力的功率等于拉力的大小乘以绳端的速度，绳端的速度为0.2m/s，所以拉力的功率为100W，故C错；总功等于拉力乘以绳端通过的距离为1000J，有用功为800J，所以滑轮组的机械效率为80%，故D错；应选B。

3.【省2015年中考物理试题】用四只完全一样的滑轮和两根一样的绳子组成如下图的甲、乙两个滑轮组，在绳自由端用大小分别为F1和F2的拉力，将一样的物体匀速提升一样的高度。

假设不计绳重和摩擦，以下说确的是〔〕
A.F1大于F2
B.F1和F2做的功一定相等
C.甲、乙的机械效率不相等
D.绳子自由端移动的距离不相等，物体运动时间可能相等
4.【省市2015年中考物理试题】工人师傅利用如下图的装置匀速提升重物，不计绳重和摩擦，以下说确的是〔〕
A、增大提升重物的速度，可以增大有用功
B、减小定滑轮的重力，可以减小额外功
C、增大提升重物的高度，可以提高机械效率
D、减小动滑轮的重力，可以提高机械效率
4.D 解析：对物体做的有用功为W有用=Gh=G vt，由此可知，增大提升重物的速度，不一定增大有用功；不计绳重和摩擦的情况下，W额外= G动h，与定滑轮的重力无关；滑轮组的机械效率η=〔W有用/W总〕
×100%=[G物/〔G物+G动〕] ×100%，与提升重物的高度也无关；有用功不变的情况下，减小动滑轮的重力，可以减小额外功，可以提高机械效率。

应选D
5.【省市2015年初中升学考试综合试卷】小聪测量了如下图的滑轮组的机械效率，他先后进展了两次实验，将钩码分别匀速竖直提升h1和h2的高度〔h1＞h2〕．对两次实验中一些物理量进展比拟，正确的选项是〔其中s为绳子自由端通过的距离，H为动滑轮上升的高度〕〔〕
A．s1＝s2 B．H1＝H2 C．η1＝η2 D．W有用1＝W有用2
6.【省龙东地区2015年初中毕业学业统一考试】如下图，工人用250N的力将重400N的物体匀速提升2m，共用了10秒，假设在此过程中〔忽略绳重和摩擦〕，以下说确的是
〔〕
A.绳子自由端移动的距离是6m
B.动滑轮的重是10N
C.工人做功的功率是80W
D.滑轮组的机械效率是80％
6.D 解析：滑轮组由二段绳子吊着物体，所以绳子自由端移动的距离是4m，故A错；动滑轮重为G=250N×2-400N=100N，故B错误；工人做的功为W总=Fs=250N×4m=1000J，所以工人做功的功率为
P=W/t=1000J/10s=100W，故C错；工人做的有用功为W有=Gh=400N×2m=800J，所以滑轮组的机械效率为800J/1000J=80%，故D正确；应选D。

7.【省市2015年初中学业考试】用两个一样的滑轮组成的滑轮组固定在天花板上，如下图，当匀速提升物体时，绳子自由端的拉力F=20N，物体移动的速度为0.1m/s，每个滑轮重10N，忽略绳重和摩擦，以下说确的是〔〕
A．绳子自由端移动的速度为0.3m/s
B．物体的重力为40N
C．该滑轮组的机械效率为66.67℅
D．拉力F的功率为2W
8.【省襄阳市2015中考物理试题】〔6分〕如下图，用滑轮组匀速提起1200N的重物，拉力做功的功率为1500W，绳子的自由端向下拉的速度为3m/s，地面对人的支持力为N1，不计绳重和摩擦。

〔1〕滑轮组中有几股绳子承当重物？作用在绳自由端的拉力是多少？
〔2〕滑轮组的机械效率是多少？
〔3〕假设用此滑轮组匀速提起2400N的重物时，地面对人的支持力为N2，作用在绳自由端的拉力是多
少？假设N 1:N 2=5:1时，人的重力是多少？
9.【省潍坊市2015年中考物理试题】〔8分〕建筑工人要向楼上运送货物，为了省力，他在一个斜面上安装了一个滑轮组，做成如下图的装置，斜面的倾角为300
且固定在在水平面上．运送货物时，工人用400N 的力拉绳子，重为500N 的货物在20s 沿斜面匀速运动6m ，求此过程中
（1）重物的速度大小；
（2）工人提升重物做的有用功； （3）该装置的机械效率．
9.〔1〕0.3m/s ；〔2〕1500J ；〔3〕31.25%
解析：〔1〕重物的速度大小m/s 3.0s
20m
6===
t s v ；
〔2〕重物上升的高度m 32
m 6230sin o ===
•=s s h ， 所做的有用功J 1500m 3N 500=⨯==Gh W 有；
〔3〕绳子自由端移动的距离m 12m 622=⨯==s s 绳 ，人做的总功
00J 84m 12N 400=⨯==绳总Fs W ，
该装置的机械效率%25.313125.04800J
1500J
====总有W W η。

10.【市2015年中考物理物理试题】实验桌上有带横杆的铁架台、刻度尺、弹簧测力计、细绳，另外还有钩码一盒，质量不等的滑轮2个，滑轮的轮与轴之间的摩擦很小，可忽略不计。

请选用上述实验器材证明：动滑轮的机械效率与动滑轮所受重力有关。

（1） 写出实验步骤； （2） 画出实验数据记录表格。

10.〔1〕①用已调零的弹簧测力计测出动滑轮的重力分别为G 1、G 2，如图先用重力为G 1的动滑轮组装实验器材，用弹簧测力计拉住细绳端，竖直向上匀速缓慢拉动，使质量为m 的钩码匀速上移一段距离，读出弹簧测力计的示数为F 1，用刻度尺测出绳端移动距离s 和钩码移动距离h ，记录G 1、F 1、m 、s 、h 在实验记录表格中。

②换用另一个重力为G 2的动滑轮组装实验器材，钩码质量m 不变，仿照步骤①再做一次，记录G 1、F 1、m 、s 、h 在实验记录表格中。

③利用公式η= W 有/ W 总分别计算两次滑轮组的机械效率
〔2〕表格如下：
G 动
/N
m/k g
F/N s/m h/m
W
总
/J
W 有
/J
η。