機械效率（解析版）-2022-2023學(xué)年八年級物理下冊同步備課系列（人教版）

PAGE37課時12.3機械效率（幫課堂）（解析版）【學(xué)習(xí)目標】1.知道什么是有用功、額外功和總功；2.理解機械效率的概念；3.通過測量滑輪組機械效率加強對機械效率的理解；4.會進行有關(guān)機械效率的計算?！局R導(dǎo)圖】【基礎(chǔ)知識】知識點一、有用功、額外功和總功1.物體探究：使用動滑輪是否省功【實驗過程與記錄】(1)如圖甲所示，用彈簧測力計將重力已知的鉤碼緩慢地提升一定的高度，測出手移動的距離，鉤碼上升的高度，讀出彈簧測力計的讀數(shù)，并將數(shù)據(jù)填入表格。(2)如圖乙所示，用彈簧測力計和一個動滑輪將同樣的鉤碼緩慢地提升相同的高度，將相應(yīng)數(shù)據(jù)填入表格。實驗序號手的拉力F/N手移動的距離s/m鉤碼的重力G/N鉤碼上升的高度h/m120.120,121.10.220.1(3)計算兩次實驗中拉力所做的功【實驗結(jié)論】實驗結(jié)果表明，雖然在兩次實驗中鉤碼被提升相同的高度，但第二次拉力做的功要多一些。這說明，盡管使用動滑輪會省力，但由于滑輪本身所受的重力以及摩擦等因素的影響，使用動滑輪我們要多做功。2.有用功、額外功和總功(1)有用功：在上面的實驗中，無論是否使用滑輪，鉤碼都被提升了，這部分功是必須要做的，叫做有用功，用W有表示。若重物的重力為G，提升的高度為h，則W有=Gh。(2)額外功：若用滑輪組提升鉤碼，我們還不得不克服動滑輪本身所受的重力以及摩擦力等因素而多做一些功，這部分功叫做額外功，用表示W(wǎng)額。額外功是對人們沒有用但不得不做的功。(3)總功：有用功與額外功之和是總共做的功，叫做總功，用W總表示。總功、有用功和額外功之間的關(guān)系為W總=W有+W額。(4)總功、有用功、額外功的單位都是焦(J)。教材深挖從人與機械的角度理解總功和有用功人借助機械對物體做功時，一般情況下人對機械做的功為總功，而機械對物體做的功為有用功.由此，有用功也可以理解為不使用機械而直接對物體所做的功?！锓椒记蓞^(qū)分有用功和額外功的方法判斷有用功、額外功要看做功的過程中，我們想要達到的目的是什么，實現(xiàn)這一目的所做的功就是有用功，目的之外的功就是額外功。例如，用桶打水，提水是我們的目的，提水做的功是有用功，提桶做的功就是額外功；從水里撈桶，撈起桶是我們的目的，提起桶做的功就是有用功，而對桶中的水所做的功就是額外功。3.三種簡單機械的有用功、額外功和總功種類杠桿滑輪組斜面圖示有用功W有=GhW有=GhW有=Gh額外功若不計摩擦：W額=G桿·h桿若不計繩重及摩擦：W額=G動hW額=fl總功W總=FsW總=FsW總=Fl三者關(guān)系W總=W有+W額【典例1】如圖所示，小明利用兩個傾角不同的斜面進行實驗，將同一木塊分別從兩斜面底端勻速拉至斜面頂端，下列說法正確的是（）。A．若斜面粗糙程度相同，拉力所做的額外功W甲額＝W乙額B．若斜面粗糙程度相同，拉力所做的額外功W甲額＞W(wǎng)乙額C．若甲、乙斜面光滑，則拉力F甲＞F乙D．若甲、乙斜面光滑，則拉力所做的總功W甲總＜W乙總【答案】B?！窘馕觥緼B．因為兩斜面的粗糙程度相同，甲斜面的傾斜程度較小，所以甲斜面的摩擦力較大，同時甲斜面長度較大，由公式W額=fs可知拉力做的額外功W甲額＞W(wǎng)乙額故A錯誤，B正確；CD．同一木塊在高度相同的光滑斜面上運動，所以拉力做的功等于克服重力做的功，即Fs=Gh木塊的重力和斜面的高度相同，所以拉力所做的總功相同，即W甲總=W乙總由于甲斜面長度較大，所以甲斜面上的拉力較小，即F甲＜F乙故CD錯誤。故選B。知識點二、機械效率1.使用機械時額外功不可避免使用機械做功時，額外功是不可避免的。由于額外功是我們不需要的，它白白浪費能量，因此使用不同機械來對物體做功時，人們總是希望額外功越少越好，或者說有用功在總功中所占的比例越大越好。有用功占總功的比例反映了機械的一項性能，在物理學(xué)中用機械效率來表示這一性能。2.機械效率定義物理學(xué)中，將有用功跟總功的比值叫做機械效率，用η表示公式（機械效率是一個比值，它沒有單位，通常用百分數(shù)表示）物理意義機械效率越高，做的有用功占總功的比例就越大可變性機械效率不是固定不變的，機械效率反映的是機械在一次做功過程中有用功跟總功的比值，同一機械在不同的做功過程中，有用功不同，機械效率也會不同特點因為使用機械時，不可避免地要做額外功，故任何機械的機械效率都小于1,只有在理想情況下機械效率才為1注意機械效率的高低與是否省力、滑輪組繩子的繞法、物體被提升的高度及速度等無關(guān)▲拓展培優(yōu)“不省功”的兩層含義我們常說使用任何機械都“不省功”，這里“不省功”有兩層含義：一是對于理想機械，沒有額外功時，使用機械所做的功跟不用機械所做的功相等；二是對于非理想機械，因為要克服機械自重和摩擦等做額外功，所以需要做的功一定大于不用機械直接做的功。3.功、功率和機械效率的比較物理量意義定義符號公式單位說明功做功，即能量的轉(zhuǎn)化力與物體在力的方向上移動距離的乘積WW=FsJ(1)功率大小由功和時間共同決定，單獨強調(diào)任何一方面都是錯誤的。(2)功率和機械效率是兩個不同的物理量，它們之間沒有直接關(guān)系功率表示物體做功的快慢功與做功時間之比PW機械效率反映機械做功性能的好壞有用功與總功之比η無4.機械效率的計算機械效率的表達式為，三種簡單機械的機械效率總結(jié)如下：裝置圖計算公式杠桿滑輪組豎直提升物體（1）已知拉力、物重及繩子段數(shù)時：；（2）不計繩重及摩擦?xí)r：水平勻速拉動物體斜面（1）；（2）【典例2】小摩同學(xué)家里正在修建樓房，他通過調(diào)查了解到工人利用如圖的裝置，將重力為900N的物體勻速提升了6m，工人對繩子施加的拉力F為475N。忽略繩重和機械之間的一切摩擦。下列說法中正確的是（）。①拉力F做功為2850J；②動滑輪的重力為50N；③拉力F做的額外功為600J；④如用該裝置勻速提升重力為950N的物體，則該滑輪組的機械效率為95%。A．①③B．②④C．①②D．③④【答案】B?！窘馕觥竣偃鐖D所示，一共有兩段繩子分擔動滑輪重，故繩子自由端移動的距離為拉力F做功為故①錯誤；②動滑輪的重力為故②正確；③拉力F做的額外功為故③錯誤；④如用該裝置勻速提升重力為950N的物體，則該滑輪組的機械效率為故④正確，故綜上所述，②④正確，B正確。故選B。知識點三、測量滑輪組的機械效率1.測量滑輪組的機械效率【實驗原理】【實驗設(shè)計】(1)組裝一個滑輪組，使用該滑輪組分別提起重力不同的物體，比較每次的機械效率；(2)換用較重的動滑輪，組裝和(1)相同的滑輪組，使用該滑輪組分別提起和(1)相同的重物，比較和(1)提起相同重物時的機械效率?！緦嶒炂鞑摹靠潭瘸?、鉤碼、彈簧測力計、滑輪、長約2m的細繩、鐵架臺等?！緦嶒炦^程】(1)用彈簧測力計測出鉤碼所受的重力G并填入表格；(2)按照圖甲組裝滑輪組，分別記下鉤碼和繩端的位置；(3)如圖乙所示，勻速緩慢拉動彈簧測力計，使鉤碼升高，從彈簧測力計上讀出拉力F的值，用刻度尺測出鉤碼上升的高度h和繩端移動的距離s，將這三個量填入表格中；(4)利用公式計算出有用功W有、總功W總、機械效率η并填入表格中；(5)改變鉤碼的數(shù)量，重復(fù)上面的實驗（多次實驗，消除偶然因素）；(6)換用較重的動滑輪組成滑輪組，重復(fù)(2)~(5)步，將實驗數(shù)據(jù)記入表格。【實驗數(shù)據(jù)】實驗次數(shù)鉤碼所受的重力G/N提升高度h/m有用功W有/J拉力F/N繩端移動的距離s/m總功總J機械效率η11.50.20.30.70.60.4271%230.20.61.20.60.7283%34.50.20.91.70.61.0288%41.50.20.30.90.60.5456%530.20.61.40.60.8471%64.50.20.91.90.61.1479%【數(shù)據(jù)分析】(1)由1、2、3三次實驗可知，使用同一滑輪組，當提升重為1.5N的鉤碼時，它的機械效率是71%；當提升重為3N的鉤碼時，它的機械效率是83%；當提升重為4.5N的鉤碼時，它的機械效率是88%；可見，同一機械在不同做功過程中使用，其機械效率不同.同一滑輪組，提升的物體越重，其機械效率越高。(2)由1、4(2、5或3、6)兩次實驗可知，使用兩個動滑輪重量不同的滑輪組提升相同的鉤碼升高相同高度，做的有用功相同，動滑輪較重的所做的額外功多，機械效率低?！緮?shù)據(jù)結(jié)論】(1)使用同一滑輪組提升重力不同的物體時，機械效率不同，被提升的物體越重，機械效率越高；(2)使用不同的滑輪組提升同一物體時，升高相同的高度，動滑輪較重的(或動滑輪多的)滑輪組的機械效率較低。★方法技巧技巧1：測量繩子自由端移動距離s和重物上升高度h的小技巧①測量繩子自由端移動的距離時，可在繩子某處做一帶色標記，記下繩子上的標記所對應(yīng)刻度尺上的刻度線位置，繩子移動后記下標記所對應(yīng)刻度尺上的刻度線位置，兩次所記刻度線位置間的距離為s；②測量重物上升的高度h時，可采用與測量s時類似的方法.記下初始時重物底面所對應(yīng)的刻度尺上的刻度線位置，提升重物后記下重物底面所對應(yīng)的刻度尺上的刻度線位置，兩次所記刻度線位置間的距離為h。技巧2：無刻度尺求機械效率對于某一滑輪組來說，s、h與繩子段數(shù)n之間存在的關(guān)系為s=nh，代入機械效率公式后有可以看出對于某一確定的滑輪組來說，用實驗的辦法求機械效率時可以不用測s和h，只需測出拉力F和物重G也可計算出機械效率?！镜淅?】課后延時服務(wù)社團活動中，“勇創(chuàng)”興趣小組計劃探究“影響滑輪組機械效率的因素”的實踐活動，提出如下科學(xué)猜想；猜想一：滑輪組機械效率可能與被提升物體的重力大小有關(guān)猜想二：滑輪組機械效率可能與被提升物體的高度有關(guān)現(xiàn)有實驗器材支架、細繩、輕質(zhì)滑輪2個、彈簧測力計（量程合適）、規(guī)格2N的鉤碼多個，實驗裝置如圖所示；請你協(xié)助“勇創(chuàng)”興趣小組完成實驗；（1）除上述實驗器材，完成該實驗還需要的測量工具是______；（2）實驗數(shù)據(jù)記錄如下表：次數(shù)物體重力（N）物體上升的高度（cm）彈簧測力計的示數(shù)（N）繩子自由端移動的距離（cm）機械效率12101.03066.7524101.73036102.43083.3%①根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)，第二次實驗時滑輪組的機械效率為______；②分析實驗數(shù)據(jù)可得出結(jié)論同一滑輪組，物體提升相同高度，______，機械效率越高；③若要驗證猜想二，你的關(guān)鍵操作是______。【答案】刻度尺；78.4％；物體的重力越大；控制物體的重力和動滑輪的個數(shù)不變，改變物體上升的高度?！窘馕觥浚?）[1]在探究影響滑輪組機械效率的因素的實驗中，需要測量物體和繩子端移動的距離，故還需要刻度尺。（2）[2]由表格中的數(shù)據(jù)可知，物體上升的高度h=10cm=0.1m，繩子自由端移動的距離s=30cm=0.3m，則第二次實驗時滑輪組的機械效率為[3]分析實驗數(shù)據(jù)可得，同一滑輪組，物體提升相同高度時，物體的重力越大，有用功越大，機械效率就越高。[4]要驗證滑輪組機械效率可能與被提升物體的高度有關(guān)，需要控制物體的重力和動滑輪的個數(shù)不變，改變物體上升的高度從而探究機械效率的變化情況。2.影響滑輪組機械效率的主要因素與改進措施影響因素分析改進措施（提高效率）被提升物體的重力同一滑輪組，被提升物體的重力越大，做的有用功越多，機械效率越大在機械承受的范圍內(nèi)，盡可能增加被提升物體的重力動滑輪的自重有用功不變時，減小提升動滑輪時做的額外功，可提高機械效率改進滑輪結(jié)構(gòu)，減輕滑輪自重滑輪組自身部件的摩擦機械自身部件的摩擦力越大，機械效率越低對機械進行保養(yǎng)，保持良好的潤滑，減小摩擦▲拓展培優(yōu)探究斜面的機械效率與斜面傾斜程度的關(guān)系【實驗器材】斜面、小車、彈簧測力計、刻度尺、細線【實驗原理】【實驗方法】控制變量法【實驗步驟】①如圖所示，將一長木板用一木塊墊起，使其傾斜程度較小；②用彈簧測力計測出小車的重力G；③用彈簧測力計勻速拉動小車，使小車沿斜面勻速向上運動，并讀出彈簧測力計的示數(shù)F；④用刻度尺測出小車上升的高度h和小車沿斜面移動的距離l；⑤根據(jù)公式計算出此次的機械效率；⑥多次改變斜面的傾斜程度，重復(fù)測量；⑦比較每次測量的機械效率。【實驗結(jié)論】在斜面粗糙程度相同時，斜面的機械效率與斜面的傾斜程度有關(guān)，斜面越陡，機械效率就越高。教材深挖提高斜面和杠桿機械效率的方法1.對斜面來說：(1)當斜面的傾斜程度一定時，斜面越光滑，效率越高；(2)當斜面光滑程度相同時，傾斜程度越大，機械效率越高。2.對杠桿來說：(1)杠桿自身重力越小，其機械效率越高；(2)減小杠桿轉(zhuǎn)動時的摩擦也能提高其機械效率?！镜淅?】關(guān)于功的原理和機械效率的說法正確的是（）。A．使用機械提升物體可以省功；B．提升同一物體，使用省力杠桿一定比用等臂杠桿的機械效率大；C．提升同一物體，使用動滑輪一定比用定滑輪的機械效率大；D．使用任何機械提升物體，機械效率都不可能達到100%【答案】D?！窘馕觥緼．根據(jù)功的原理，使用任何機械提升物體時，都不能省功，因為不可避免的會做額外功，故A錯誤；B．提升同一物體，使用省力杠桿不一定比用等臂杠桿的機械效率大，機械效率指的是有用功與總功之比，與是否省力無關(guān)，故B錯誤；C．提升同一物體，使用動滑輪不一定比用定滑輪的機械效率大，機械效率指的是有用功與總功之比，與是否省力無關(guān)，故C錯誤；D．使用任何一個機械提升物體時，不可避免的會做額外功，故D正確。故選D?！痉椒◣汀款}型一：有用功、額外功和總功根據(jù)目的判斷有用功認真分析題意，知道使用機械的目的，實現(xiàn)這一目的做的功即為有用功.例如，本題中用滑輪組的目的是提升沙子，克服沙子的重力做的功就是有用功，即W=Gh?！镜淅?】如圖甲所示，用水平拉力F1=20N拉著重為500N的物體在水平路面上勻速移動1m的距離，如圖乙所示，用水平拉力F2=12.5N拉著同一物體在同一路面上也勻速移動1m的距離，求圖乙中使用動滑輪時的：（1）有用功；（2）總功；（3）機械效率?！敬鸢浮浚?）20J；（2）25J；（3）80%?！窘馕觥浚?）由圖甲：用水平拉力F1=20N拉著重為500N的物體在水平路面上勻速運動，可知物體在水平面上受到的摩擦力為對滑輪組分析，可知繩子的股數(shù)為，物體水平方向移動的距離為故有用功為（2）總功為（3）根據(jù)機械效率公式可得滑輪組的機械效率為答：（1）有用功為20J；（2）總功為25J；（3）機械效率為80%。題型二：功率和機械效率功率和機械效率都是機械本身性能的重要參數(shù)，但它們是完全不同的物理量，表示機械完全不同的兩個方面.功率表示做功快慢，機械效率表示有用功占總功的比值?！镜淅?】關(guān)于功率、機械效率的說法正確的是（）。A．功率大的機器做功一定多B．額外功占總功比值小的機器機械效率高C．做功多的機器機械效率一定高D．功率大的機器做功時間一定短【答案】B。【解析】A．功率是指做功的快慢，功率大的機器做功并不一定多，故A錯誤；B．根據(jù)機械效率公式可知額外功占總功比值小的機器，有用功占比大，則其機械效率高，故B正確；C．功率大的機械、做功多的機械，額外功不一定小，機械效率不一定高，故C錯誤；D．功率大的機器說明做功快，但做功時間不一定短，故D錯誤。故選B。題型三：機械效率的比較滑輪組的繞繩方法當不計繩重和摩擦?xí)r，機械效率，即同一滑輪組，其機械效率η與G物和G動有關(guān)，G動一定時,G物越大，η越大；G物一定時，G動越大，η越小?！镜淅?】甲乙兩個滑輪組如圖所示，其中的每一個滑輪都相同，用它們分別將重物G1、G2提高相同的高度，不計滑輪組的摩擦，下列說法中錯誤的是（）。A．若G1=G2，拉力做的有用功相同；B．若G1=G2，拉力做的總功不相同；C．若G1=G2，甲的機械效率大于乙的機械效率；D．用甲乙其中的任何一個滑輪組提起不同的重物，機械效率不變【答案】D?！窘馕觥緼．若G1=G2，將兩個重力相同的物體提高相同的高度，據(jù)W=Gh知，拉力做的有用功相同，故A正確，不符合題意；B．由圖示知，不計滑輪組摩擦，甲滑輪組提起一個動滑輪，乙滑輪組提起兩個動滑輪，甲所做的額外功比乙所做的額外功小，G1=G2時，所做的有用功相同，所以拉力所做的總功不相同，故B正確，不符合題意；C．若G1=G2，則兩個滑輪組所做的有用功相同，甲的額外功小于乙的額外功，甲的總功小于乙的總功，據(jù)知，甲的機械效率大于乙的機械效率，故C正確，不符合題意；D．用相同的滑輪組提起不同的重物，物重起重，機械效率越高，故D錯誤，符合題意。故選D。題型四：機械效率的計算【角度1】滑輪組的機械效率計算滑輪組機械效率的方法有三種：（1）分別求出W有、W總，運用公式計算；（2）已知繞繩方式，運用（或）計算；（3）對不計繩重及摩擦的豎直方向的滑輪組，運用公式直接計算。【典例8】在建筑工地，用如圖所示的滑輪組把建筑材料運送到高處。當電動機用1000N的力拉鋼絲繩，使建筑材料在10s內(nèi)勻速上升1m的過程中，額外功為300J，g取10N/kg。則下列說法中正確的是（）。A．動滑輪重為300N；B．電動機對鋼絲繩做功的功率為100W；C．滑輪組的機械效率為70%；D．建筑材料的質(zhì)量為270kg【答案】D?！窘馕觥緼．由圖知，n=3，額外功為300J，若忽略繩重和摩擦，動滑輪的重力但題目中缺少條件“忽略繩重和摩擦”，則動滑輪的重力不等于300N，故A錯誤；B．繩子自由端移動的距離s=3h=3×1m=3m電動機對鋼絲繩做功W總=Fs=1000N×3m=3000J電動機對鋼絲繩做功的功率為C．滑輪組的機械效率為D．建筑材料的重力建筑材料的質(zhì)量為故D正確。故選D。【角度2】杠桿的機械效率杠桿機械效率的計算對于杠桿，不計摩擦?xí)r，有W總=W有+W額=Gh+G桿h桿，其中，G桿為桿的重力，h桿為杠桿重心移動的距離。故杠桿的機械效率，在實際計算時可根據(jù)需要靈活選用簡便的公式?！镜淅?】如圖所示，一根質(zhì)地均勻的細木棒OC，OA=（1/4）OC，B為OC的中點。在C端用始終豎直向上的50N的拉力將掛在A點的重為180N的物體勻速提升0.1m。提升該物體做的有用功是J,總功是J,木棒的機械效率為(不計摩擦)?！敬鸢浮?8；20；90%?！窘馕觥刻嵘撐矬w做的有用功由題意可知,OA=（1/4）OC，由比例關(guān)系可知，拉力端(C端)上升的高度s=4h=4×0.1m=0.4m,提升該物體做的總功木棒的機械效率。答案為：18；20；90%?！窘嵌?】斜面的機械效率斜面機械效率的計算對于斜面，有W總=W有+W額=Gh+fs，故斜面的機械效率，在實際計算時可根據(jù)題中已知條件靈活選用公式?！镜淅?0】如圖所示，斜面長10m，高4m。用平行于斜面F=50N的拉力，將重100N的物體，從斜面的底端勻速拉到頂端。在此過程中，下列說法正確的是（）。A．利用此裝置既可以省力，也可以省功B．物體受到的摩擦力為50NC．對物體所做的有用功為500JD．該斜面的機械效率為【答案】D。【解析】A．使用任何機械都不省功，所以利用此裝置不能省功，故A錯誤；BC．由題意知，將物體從斜面底端勻速拉到頂端所做的有用功W有=Gh=100N×4m=400J所做的總功W總=Fs=50N×10m=500J額外功W額=W總-W有=500J-400J=100J物體所受的摩擦力故BC錯誤；D．該斜面的機械效率故D正確。故選D。題型五：測量滑輪組的機械效率1．影響滑輪組機械效率的因素滑輪組是人們經(jīng)常使用的簡單機械，用同一滑輪組提升物體G升高h時，滑輪組對物體做的功為有用功，而人對滑輪組的拉力F做的功為總功，F(xiàn)移動的距離s=nh(n為與動滑輪相連繩子的段數(shù))，則滑輪組的機械效率；若不計摩擦力，而動滑輪的重為G’，那么提升動滑輪做的功就是額外功，則滑輪組的機械效率還可表示為。討論這個表達式可知，對于同一滑輪組(G’一定)，提升重物越重，滑輪組的機械效率越高；而提升相同重物時，動滑輪越少、越輕的滑輪組，機械效率越高。2．提高滑輪組機械效率的方法(1)減小額外功在總功中占的比例。可采取改進機械結(jié)構(gòu)、減小摩擦阻力等方法。如可使滑輪組在滿載情況下工作，以增大有用功在總功中的比例，在滑輪的轉(zhuǎn)軸中加潤滑油，以減小摩擦阻力，或減小滑輪組中動滑輪的自重等，即在有用功一定的情況下，減小額外功，提高效率。(2)增大有用功在總功中所占的比例，在額外功不變的情況下，增大有用功的大小。(3)換用最簡單的機械。【典例11】在“測量滑輪組的機械效率”的實驗中，實驗小組用如圖所示的裝置進行了實驗，實驗數(shù)據(jù)記錄如表所示，第三次實驗時的拉力如圖所示。實驗次數(shù)鉤碼所受的重力G/N鉤碼上升的高度h/cm拉力F/N繩自由端移動的距離s/cm機械效率η12100.83083.3%24101.530②3610①30*（1）實驗中應(yīng)豎直向上___________拉動彈簧測力計使鉤碼上升；（2）表格中編號①的數(shù)據(jù)應(yīng)為___________；編號②的數(shù)據(jù)應(yīng)為___________；（3）比較實驗數(shù)據(jù)可得出的實驗結(jié)論是：使用同樣的滑輪組，提升的物體越重，滑輪組的機械效率越___________；（4）如果在第一次實驗時，忽略繩重和摩擦，可以計算出動滑輪的重力為___________N；（5）結(jié)合生產(chǎn)生活實際，用滑輪組提升重物時，下列選項中也可提高機械效率的是___________。A．增大繩重B．減輕動滑輪重C．加快物體提升的速度【答案】勻速；2.2；88.9%；高；0.4；B。【解析】（1）[1]實驗中應(yīng)豎直向上勻速拉動彈簧測力計使鉤碼上升，此時系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)，測力計示數(shù)大小才等于拉力大小。（2）[2]由圖知，1N之間有10個小格，每個小格代表0.1N，彈簧測力計的分度值為0.1N，測力計的示數(shù)為2.2N，故拉力為2.2N。[3]第2次實驗的機械效率為（3）[4]實驗選用的同一滑輪組，動滑輪的重力不變，由表中實驗數(shù)據(jù)分析可知，同一滑輪組提升的物體越重，即做的有用功越大，因為做的額外功不變，故滑輪組的機械效率越高。（4）[5]根據(jù)表中數(shù)據(jù)，在第一次實驗做的總功做的有用功為做的額外功為因忽略繩重和摩擦，故所做額外功是克服動滑輪重力所做的功，則動滑輪的重力為（5）[6]A．增大繩重，增大了額外功，有用功與總功的比值變小，機械效率變小，故A不符合題意；B．減輕動滑輪重，減小了額外功，有用功與總功的比值變大，機械效率大，故B符合題意；C．滑輪組的機械效率為可知，滑輪組的機械效率與鉤碼上升的高度無關(guān)，再根據(jù)可知，機械效率與物體提升的速度無關(guān)，故C不符合題意。故選B。題型六：增大或減小機械效率的方法影響滑輪組機械效率的因素：（1）被提升物體的重力：被提升物體重力越大，機械效率越大；（2）動滑輪自身的重力：動滑輪自身重力越大，機械效率越小；（3）滑輪組各部件之間的摩擦：摩擦力越大，機械效率越小。需要注意的是，物體提升的高度和物體勻速上升的速度對滑輪組的機械效率無影響?！镜淅?2】以下方法不能提高滑輪組的機械效率的是（）。A.在滑輪的轉(zhuǎn)動軸中加潤滑油，以減小摩擦力B.減小動滑輪的自重C.盡量增大所提升物體的重力D.盡量使物體移動的距離增大【答案】D?！窘馕觥繖C械效率為有用功與總功的比，增加有用功或減少額外功可以提高效率。A.

在滑輪的轉(zhuǎn)動軸中加潤滑油，以減小摩擦力，可以減小克服摩擦力做的額外功，能提高機械效率；B.

提升滑輪做的功為額外功，所以減小滑輪的自重，即減小了額外功，可以提高效率；C.

使用同一滑輪組做功時，額外功是基本不變的，當盡量增大所提升物體的重力時，有用功增加，有用功占的比例增加，即機械效率會提高；D.

根據(jù)可知，距離在計算效率時會約去，即機械效率跟提升物體的高度無關(guān)，故D錯誤。故D錯誤，符合題意?！局锌紟汀靠键c一：滑輪組的機械效率【典例13】（2022·江蘇連云港）小明家裝修房屋，一箱質(zhì)量為的建筑材料放在水平地面上，它與水平地面的接觸面積是。裝修工人用的拉力通過如圖所示的滑輪組將建筑材料勻速提升，用時。（）求：（1）建筑材料放在水平地面上時對地面的壓強；（2）拉力的功率；（3）滑輪組的機械效率。【答案】（1）；（2）；（3）。【解析】（1）建筑材料的重力建筑材料放在水平地面上時對地面的壓強（2）滑輪組的動滑輪繞2段繩，繩子自由端移動的距離拉力做的總功拉力的功率（3）有用功為滑輪組的機械效率答：（1）建筑材料放在水平地面上時對地面的壓強是；（2）拉力的功率是；（3）滑輪組的機械效率是。該中考題要求同學(xué)們理解有用功、總功、額外功、機械效率等概念，并能運用相應(yīng)的公式和規(guī)律計算用滑輪組提升重物過程中做功的多少和做功的效率，這是物理核心素養(yǎng)的物理觀念的能量觀的體現(xiàn)?？键c二：斜面的機械效率【典例14】（2022·湖北十堰）如圖所示，斜面與水平地面夾角為30°，某快遞員用500N的力，將重800N的貨物沿斜面勻速推上車廂，不考慮斜面形變，貨物所受摩擦力方向沿斜面向_____；斜面的機械效率為_____。不改變斜面與地面夾角和貨物質(zhì)量，采用_____的方法可以提高斜面的機械效率。【答案】①下；②80%；③減小木板粗糙程度?！窘馕觥縖1]貨物相對斜面向上運動，所受的斜面的摩擦力沿斜面向下。[2]如圖所示，斜面的長度為l，其高度斜面的機械效率[3]斜面與地面夾角和貨物質(zhì)量不變，即有用功保持不變，可通過減少額外功來提高斜面的機械效率。為了減少額外功，可減小摩擦力，壓力不變時，可通過改變接觸面的粗糙程度來改變摩擦，所以可通過減小木板表面的粗糙程度來提高機械效率。該中考題要求同學(xué)們能應(yīng)用斜面模型，綜合運用有用功、總功、機械效率等概念和公式計算斜面的功和機械效率等，這是物理核心素養(yǎng)的物理觀念和科學(xué)思維的體現(xiàn)。考點三：機械效率的測定【典例15】（2022·南通）用圖甲滑輪組做“探究動滑輪的重對滑輪組機械效率的影響”實驗。實驗中把不同的磁鐵吸附在動滑輪邊框上以改變滑輪的重，每次實驗都勻速拉動繩端使物體上升10cm。不計繩重，實驗數(shù)據(jù)如表。次數(shù)G物/NG動/NF/Nη/%16.00.32.290.926.01.036.01.92.969.046.03.23.458.8（1）每次實驗繩端移動距離為______cm；（2）第2次實驗中拉力F的示數(shù)如圖乙，讀數(shù)為______N，第2次實驗滑輪組的機械效率為______%。分析數(shù)據(jù)可知：在物重不變的情況下，動滑輪越重滑輪組的機械效率越______；（3）實驗中若僅增大繩端移動的距離，則滑輪組的機械效率將______；（4）本實驗中，在物重不變的情況下，動滑輪變重時，由摩擦引起的額外功占總額外功的比例______（選填“變大”“變小”或“不變”）?！敬鸢浮竣?30；②.2.5；③.80；④.低；⑤.不變；⑥.變小?！窘馕觥浚?）[1]從圖甲可以看出，繩子承重股數(shù)為n=3，因此繩端移動距離為（2）[2]測力計的分度值為0.1N，從圖乙看出，其讀數(shù)為2.5N。[3]第2次實驗中，滑輪組的機械效率為[4]分析數(shù)據(jù)可知，在物重不變的情況下，從實驗1至實驗4，動滑輪的重力逐漸變大，滑輪組的機械效率逐漸變小，故動滑輪越重滑輪組的機械效率越低。（3）[5]實驗中若僅增大繩端移動的距離，根據(jù)可知，滑輪組的機械效率將不變。（4）[6]四次實驗中，物體上升的高度為有用功為第1次實驗中，克服動滑輪的重力所做的額外功總功摩擦引起的額外功為摩擦引起的額外功占總額外功的比例為第3次實驗中，克服動滑輪的重力所做的額外功總功為摩擦引起的額外功為摩擦引起的額外功占總額外功的比例為第4次實驗中，克服動滑輪的重力所做的額外功總功為摩擦引起的額外功為摩擦引起的額外功占總額外功的比例為。由此可知，在物重不變的情況下，動滑輪變重時，由摩擦引起的額外功占總額外功的比例變小。該中考題要求同學(xué)們能正確使用基本儀器獲取數(shù)據(jù)，能分析實驗數(shù)據(jù)形成合理的結(jié)論，并用已有的物理知識解釋相關(guān)問題。這是物理核心素養(yǎng)中科學(xué)探究的體現(xiàn)?！咀鳂I(yè)幫】一、基礎(chǔ)練（知識鞏固）1.如圖所示，小華用滑輪組水平向左勻速拉動A物體，A物體5s內(nèi)移動了100cm，且A物體與水平地面的摩擦力大小為12N，已知滑輪組的機械效率為80%，則下列說法錯誤的是（）。A．拉力F大小為4NB．繩子自由端移動的速度為0.6m/sC．拉力F做功的功率為3WD．拉力F在5s內(nèi)對滑輪組做的額外功為3J【答案】A。【解析】B．動滑輪上有三段繩子，則n=3，5s內(nèi)繩子自由端移動的距離s繩=ns物=3×100×10-2m=3m繩子自由端移動的速度故B正確，不符合題意；AC．物體克服摩擦力做的有用功W有=fs物=12N×100×10-2m=12J拉力做的總功拉力F大小拉力F做功的功率故A錯誤，符合題意；C正確，不符合題意。D．拉力F在5s內(nèi)對滑輪組做的額外功W額=W總-W有=15J-12J=3J故D正確，不符合題意。故選A。2.如圖所示，工人利用滑輪組將質(zhì)量為57kg的建筑材料勻速提升，繩子自由端移動的速度為0.4m/s，動滑輪的質(zhì)量為3kg，忽略繩重和摩擦，則（）。A．經(jīng)過10s建筑材料被提升4mB．工人對繩子的拉力為300NC．經(jīng)過10s工人做的有用功為2280JD．此過程中該滑輪組的機械效率為90%【答案】B。【解析】A．兩根繩子分擔動滑輪重，故建筑材料移動的速度為經(jīng)過10s建筑材料被提升故A錯誤；B．工人對繩子的拉力為故B正確；C．經(jīng)過10s工人做的有用功為故C錯誤；D．此過程中該滑輪組的機械效率為故D錯誤。故選B。3.如圖所示，斜面長10m，高4m。用平行于斜面F=50N的拉力，將重100N的物體，從斜面的底端勻速拉到頂端。在此過程中，下列說法正確的是（）。A．利用此裝置既可以省力，也可以省功B．物體受到的摩擦力為50NC．對物體所做的有用功為500JD．該斜面的機械效率為【答案】D?！窘馕觥緼．使用任何機械都不省功，所以利用此裝置不能省功，故A錯誤；BC．由題意知，將物體從斜面底端勻速拉到頂端所做的有用功W有=Gh=100N×4m=400J所做的總功W總=Fs=50N×10m=500J額外功W額=W總-W有=500J-400J=100J物體所受的摩擦力故BC錯誤；D．該斜面的機械效率故D正確。故選D。4.如圖所示，用滑輪組提升所受重力為900N的物體A，滑輪組繩子自由端在拉力F作用下40s內(nèi)豎直勻速移動了12m，滑輪組的額外功是400J。則下列說法中正確的是（不計繩重和摩擦）（）。A．動滑輪所受的重力為100NB．物體A上升的速度是0.1m/sC．拉力F的功率是90WD．滑輪組的機械效率是90%【答案】ABD?！窘馕觥緼B．如圖所示，滑輪組有3段繩子承擔總重力，則動滑輪與重物40s內(nèi)向上運動的距離為重物的速度為動滑輪所受的重力為故AB正確；CD．拉力F所做的有用功為拉力F所做的總功為所以拉力F的功率為滑輪組的機械效率為故C錯誤，D正確。故選ABD。5.如圖所示，快遞小哥為了把較重的貨物裝入運輸車，用同樣的器材設(shè)計了甲、乙兩種方式提升貨物。若把同一貨物勻速提升到同一高度，忽略繩重和摩擦。下列分析正確的是（）。A．甲方式可以省力；B．乙方式不能改變力的方向；C．甲、乙兩種方式做的有用功相等；D．甲、乙兩種方式的機械效率相等【答案】C?！敬鸢浮勘绢}中有用功就是克服物體重力所做的功。對動滑輪所做的功是額外功，總功等于有用功和額外功之和，機械效率是有用功與總功的比值。A．由圖可知，甲方式是兩個定滑輪，定滑輪的本質(zhì)是等臂杠桿，不能省力，故A錯誤；B．乙方式是一個動滑輪和定滑輪組成的滑輪組，不僅可以省力，也可以改變力的方向，故B錯誤；C．由題可知，甲乙兩滑輪組均將相同物體提升相同高度，由W有＝Gh可知，W甲有＝W乙有；故C正確；D．由圖可知，甲方式是兩個定滑輪，乙方式是一個動滑輪和定滑輪組成的滑輪組，乙方式做的額外功大于甲方式做的額外功，有用功相同、總功不相同，根據(jù)η＝×100%可知，兩個滑輪組的機械效率不相等，故D錯誤。6.如圖所示，甲、乙分別為同一滑輪組的不同繞法，忽略繩重及一切阻力。用圖甲繞法勻速提升重為900N的物體時，機械效率為90%。下列判斷正確的是（）。A．拉力F1的大小為450N；B．用圖乙繞法勻速提升400N重物時，機械效率為80%；C．分別用兩種繞法勻速提升相同重物時，圖乙繞法機械效率大；D．分別用兩種繞法勻速提升相同重物升高相同高度，F(xiàn)2做功少【答案】B。【解析】A、忽略繩重及一切阻力，用圖甲繞法勻速提升重為900N的物體時，機械效率為90%，圖甲中n＝2，由η＝＝＝＝可得拉力F1的大?。篎1＝＝＝500N，故A錯誤；B、圖甲中，根據(jù)F1＝（G+G動）可得動滑輪的重力：G動＝2F1﹣G＝2×500N﹣900N＝100N；忽略繩重及一切阻力，滑輪組的機械效率η＝＝＝，則用圖乙繞法勻速提升400N重物時，其機械效率為：η′＝＝×100%＝80%，故B正確；CD、分別用兩種繞法勻速提升相同重物時，有用功相同，忽略繩重及一切阻力，克服動滑輪做的功是額外功，因同一滑輪組中動滑輪的重不變、提升高度相同，額外功相同，總功相同（即F1和F2做功相同），機械效率也相同，故CD錯誤；故選：B。7.工人師傅用如圖所示的滑輪組將重為400N的貨物勻速提升了1m，動滑輪重為100N，不考慮繩重和摩擦，工人師傅做的額外功為____________J，該滑輪組的機械效率為____________。【答案】100；80%?！窘馕觥縖1]由題意可知，不考慮繩重和摩擦，則工人師傅做的額外功，就是克服動滑輪的重力所做的功，動滑輪重為100N，動滑輪被勻速提升了1m，根據(jù)公式可知，工人師傅做的額外功工人師傅做的額外功為100J。[2]由題意可知，貨物重為400N，被勻速提升了1m，所做的有用功所做的有用功為400J，則總功該滑輪組的機械效率該滑輪組的機械效率為80%。8.用六個相同的滑輪和繩子組成如圖所示的甲、乙兩個滑輪組，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=___________，滑輪組的機械效率之比η1：η2=_________。【答案】1∶4；8∶3。【解析】[1]由動滑輪的特點可知拉動重物時甲、乙動滑輪組每個繩端的拉力分別為、，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。9.如圖所示，工人用滑輪組勻速提升重800N的貨物，所用的拉力F為500N，貨物在50s內(nèi)勻速上升5m。在此過程中，有用功是_____J；拉力做功的功率是_____W；滑輪組的機械效率是_____%。【答案】4000；100；80。【解析】[1]工人所做的有用功為[2]由圖可知，n=2，拉力移動距離為拉力做的功為拉力做功得功率為[3]滑輪組的機械效率。10.小明用如圖所示滑輪組提起3個鉤碼（每個鉤碼重1.8N），勻速拉動彈簧測力計向上移動30cm，用時2s，彈簧測力計示數(shù)如圖。則克服鉤碼重力所做有用功為_____J，拉力的功率為_____W，滑輪組的機械效率是_____%。【答案】0.54；0.36；75?！窘馕觥縖1]提升鉤碼的總重力為G＝3G0=3×1.8N＝5.4N由圖可知，承擔鉤碼重力的繩子股數(shù)n＝3，則根據(jù)s＝nh可得，鉤碼升高的高度為則克服鉤碼重力所做有用功為W有用＝Gh＝5.4N×0.1m＝0.54J[2]由圖可知，彈簧測力計的分度值為0.2N，彈簧測力計示數(shù)即繩端的拉力F＝2.4N，繩端移動的距離為s＝30cm＝0.3m拉力做的總功為W總＝Fs＝2.4N×0.3m＝0.72J則拉力做功的功率為[3]滑輪組的機械效率為。11.如圖所示，斜面長，高。工人在6s內(nèi)將重的物體從底端沿斜面向上勻速拉到頂端，拉力是。此過程中工人做的有用功為______J，斜面的機械效率為_______。【答案】360；80。【解析】(1)工人利用斜面提升重物，所做的有用功W有用=Gh=600N0.6m=360J即此過程中工人做的有用功為360J。(2)斜面的機械效率η===80即斜面的機械效率為80。二、綜合練（能力提升）12.2022年冬季奧林匹克運動會主辦城市是北京，北京成為第一個舉辦過夏季奧林匹克運動會和冬季奧林匹克運動會以及亞洲運動會三項國際賽事的城市。在某場館建設(shè)中，采用如圖所示的裝置，滑輪組懸掛在水平支架上，工人站在水平地面上，豎直向下拉動繩子自由端，使物體A在5s內(nèi)勻速上升了1m．已知物體A重400N，該工人重500N，兩個滑輪質(zhì)量相等，不計滑輪組的繩重和摩擦，滑輪組的機械效率為80%．關(guān)于該過程，下列說法正確的是（）。A．水平地面對工人的支持力為300N；B．動滑輪重為50N；C．人對繩子拉力的功率為120W；D．支架受到滑輪組的拉力為850N【答案】D。【解析】AB．設(shè)動滑輪的重力為，則有解得人對繩子的拉力水平地面對工人的支持力為故AB錯誤；C．繩子自由端上升的速度人對繩子拉力的功率為故C錯誤；D．支架受到滑輪組的拉力為850N故D正確。故選D。13.同學(xué)們“測量并探究影響滑輪組機械效率高低的因素”，使用了如圖所示的裝置，下列說法正確的是（每個鉤碼重相同）（）。A．實驗需要用到的測量儀器彈簧測力計、刻度尺和停表；B．實驗時需要勻速拉動測力計，只有這樣測力計示數(shù)才能穩(wěn)定；C．當鉤碼個數(shù)相同時，甲的機械效率比乙高；D．把鉤碼提高的高度越高，做的有用功越多，機械效率越高【答案】B。【解析】A．要測量滑輪組的機械效率，需要測量物重、拉力，物體上升高度、繩子拉下長度，所以需要的測量儀器是彈簧測力計和刻度尺，不需要停表。故錯誤；B．為了保證拉力測量結(jié)果的準確，在拉動物體上升過程中需要勻速直線運動，不易時快時慢，造成拉力測量不準確。故正確；C．當鉤碼個數(shù)相同，提升相同高度時，做的有用功相同。但不知道動滑輪的重力、繩重及摩擦，所以不能比較額外功多少，機械效率高低不能比較。故錯誤；D．由據(jù)η＝＝可知機械效率決定于物重和動滑輪重，與物體上升高度無關(guān)。故錯誤。故選B。14.利用四個相同的滑輪，組成如圖所示的甲、乙兩個滑輪組，用同樣的時間，把質(zhì)量相等的物體提升相同的高度，則關(guān)于所用的拉力F甲和F乙，拉力做的功W甲和W乙，拉力的功率P甲和P乙，機械效率分別η甲=η乙（忽略繩重與摩擦），下列關(guān)系式正確的是（）。A．F甲＜F乙η甲＞η乙B．F甲＞F乙η甲=η乙C．W甲＞W(wǎng)乙P甲＞P乙D．W甲=W乙P甲=P乙【答案】D?！窘馕觥坑蓤D可知，滑輪組中，由受力平衡可知所用拉力為即，則F甲＜F乙滑輪組的機械效率為則η甲=η乙拉力做功為則W甲=