115機(jī)械效率（原卷版）

蘇科版九年級(jí)上冊第十一章《簡單機(jī)械和功》11.5機(jī)械效率【知識(shí)梳理】一、三種功1.有用功：人利用機(jī)械在達(dá)到目的的過程中，所做的對(duì)人們有用的功，叫做有用功。有用功相當(dāng)于不使用機(jī)械時(shí)，人直接對(duì)物體所做的功。注意：機(jī)械的使用目的，決定了有用功是克服哪個(gè)力做功。2.額外功：在工作時(shí)，人們不需要的但不得不做的功，叫做額外功。使用機(jī)械時(shí)，由于克服機(jī)械摩擦以及機(jī)械自重所做的功就是額外功。3.總功：動(dòng)力做的功，也即有用功加額外功。二、機(jī)械效率機(jī)械效率：有用功跟總功的比值叫機(jī)械效率。1.公式（1）定義式：（2）變形式：注意：有用功總小于總功，機(jī)械效率總小于1。機(jī)械效率用百分?jǐn)?shù)表示，公式中的百分號(hào)不可省略。2.機(jī)械效率的常見錯(cuò)誤理解錯(cuò)誤一：機(jī)械越省力，機(jī)械效率越高解釋：一般情況下，機(jī)械越省力就越復(fù)雜，額外功就越多，機(jī)械效率就越低。錯(cuò)誤二：機(jī)械做功越多，機(jī)械效率越高解釋：機(jī)械做功越多，有用功、額外功、總功均增多，機(jī)械效率不變。錯(cuò)誤三：機(jī)械功率越大，機(jī)械效率越高解釋：機(jī)械功率越大，做功越快，但機(jī)械效率與功率無關(guān)。3.提高機(jī)械效率的方法：（1）額外功一定時(shí)，增大有用功；（2）有用功一定時(shí)，減小額外功；（3）增大有用功的同時(shí)減小額外功。4.實(shí)驗(yàn)：探究影響滑輪組機(jī)械效率的因素（1）實(shí)驗(yàn)原理：（2）需要測量的物理量：物體的重力G、物體被提升的高度h、拉力F、繩子自由端移動(dòng)的距離s（3）實(shí)驗(yàn)器材：鉤碼、鐵架臺(tái)、滑輪、細(xì)線；彈簧測力計(jì)、刻度尺（4）實(shí)驗(yàn)方法：控制變量法①探究滑輪組的機(jī)械效率與物重的關(guān)系時(shí)，使用相同的滑輪組，改變所掛鉤碼的數(shù)量；②探究滑輪組的機(jī)械效率與動(dòng)滑輪重力的關(guān)系時(shí)，控制所掛鉤碼的數(shù)量相同，改變滑輪組中動(dòng)滑輪的重力；（5）實(shí)驗(yàn)操作①按照圖示安裝滑輪組，測鉤碼重力G并記鉤碼和繩端的位置；②用彈簧測力計(jì)緩慢拉動(dòng)繩端，使鉤碼勻速上升，讀出拉力F的值，并測出鉤碼上升的高度h和繩端移動(dòng)的距離s；記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)填入表格中；次數(shù)鉤碼重G/N鉤碼上升的高度h/m有用功W有用/J彈簧測力計(jì)示數(shù)F/N繩子自由端移動(dòng)的距離s/m總功W總/J機(jī)械效率η③多次改變鉤碼的數(shù)量，重復(fù)步驟（2）實(shí)驗(yàn)；④改變繩子的繞法，重復(fù)步驟（2）實(shí)驗(yàn)；⑤用動(dòng)滑輪質(zhì)量不同的兩個(gè)滑輪組吊相同的構(gòu)碼，重復(fù)步驟（2）實(shí)驗(yàn)；⑥分別計(jì)算出機(jī)械效率，分析測量結(jié)果，討論影響機(jī)械效率的因素。（6）注意事項(xiàng)：①實(shí)驗(yàn)中彈簧測力計(jì)沿豎直方向勻速拉動(dòng)，目的是保證拉力等于彈簧測力計(jì)的示數(shù)；②繩子自由端移動(dòng)的距離和物體上升高度的關(guān)系s=nh(n為作用在動(dòng)滑輪上繩子的股數(shù))；③在讀數(shù)時(shí)，不能停住，要在勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)度測力計(jì)示數(shù)，因?yàn)殪o止時(shí)讀數(shù)小于勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)的讀數(shù)；④沒有刻度尺也能完成實(shí)驗(yàn)，可以通過繞繩的方式即n’的股數(shù)來確定物體上升的高度和繩端移動(dòng)距離的倍數(shù)關(guān)系。（7）交流反思：①分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，總結(jié)滑輪組機(jī)械效率的影響因素：物體重力、動(dòng)滑輪重力；②提高滑輪組機(jī)械效率的方法：減少機(jī)械間的摩擦、減小動(dòng)滑輪的重力、增加物重；③滑輪組的機(jī)械效率與物體被提升的高度及滑輪組的繞線方式無關(guān)；④物重增大，額外功也變大，是因?yàn)殡S著物重的增加，滑輪與軸之間的摩擦力增大，克服摩擦力做的額外功增加。（8）實(shí)驗(yàn)結(jié)論：在其他條件相同時(shí)，動(dòng)滑輪越重，機(jī)械效率越低；在繩子所能承受的范圍內(nèi)，所吊物體越重，機(jī)械效率越高。5.實(shí)驗(yàn)：探究影響斜面機(jī)械效率的因素（1）實(shí)驗(yàn)原理：（2）需要測量的物理量：物體的重力G、斜面的高度h、拉力F、斜面的長度s（3）實(shí)驗(yàn)器材：斜面、重力不同長方體物塊、彈簧測力計(jì)、刻度尺、毛巾、棉布、大木塊（用來墊高）（4）實(shí)驗(yàn)方法：控制變量法①探究斜面的機(jī)械效率與斜面傾斜程度的關(guān)系時(shí)，控制物體重力、與斜面接觸面積、斜面長s不變，改變的是斜面的高度h從而改變斜面傾斜程度；②探究斜面的機(jī)械效率與物體斜面之間接觸面大小的關(guān)系時(shí)，控制木塊的重量G不變，斜面長s不變，斜面的高度h不變，改變的是物體斜面接觸面積使（用同一個(gè)長方體物塊，使它的不同面與題意個(gè)斜面接觸）③探究斜面的機(jī)械效率與它的粗糙程度的關(guān)系時(shí)，控制木塊的重量G不變，斜面長s不變，斜面的高度h不變，改變的是斜面的粗糙程度（使用同一個(gè)長方體物塊的同一個(gè)面，使它分別在傾角相同的木板、鋪由毛巾、棉布的斜面上運(yùn)動(dòng)）；④探究斜面的機(jī)械效率與物體的重力的關(guān)系時(shí)，控制斜面粗糙程度相同、接觸面積相同，斜面長s不變，斜面的高度h不變，改變物體重力G。（5）注意事項(xiàng)：要使用彈簧測力計(jì)拉著物體沿斜面方向勻速運(yùn)動(dòng)。（6）實(shí)驗(yàn)表格下表可供參考（按照下表做實(shí)驗(yàn)時(shí)需要控制斜面粗糙程度一定）斜面傾斜程度物體的重力G/N斜面高度h/m有用功W有/J拉力F/N斜面長度s/cm總功W總/J機(jī)械效率η最緩G1最緩G2最緩G3較陡G1最陡G1（7）結(jié)論：①在其他條件一定時(shí)，斜面的傾斜程度越大，機(jī)械效率越高；②斜面的機(jī)械效率與物體斜面之間接觸面大小無關(guān)；③在其他條件一定時(shí)，斜面表面粗糙程度越大，機(jī)械效率越低；④斜面的機(jī)械效率與物體重力無關(guān)。（8）提高斜面機(jī)械效率的方法：在其他條件一定時(shí)，斜面的傾斜程度越大，機(jī)械效率越高，斜面表面粗糙程度越小，機(jī)械效率越高。所以提高斜面機(jī)械效率的方法是增大斜面的傾斜程度、減小斜面表面粗糙程度?！疽族e(cuò)點(diǎn)】有用功要根據(jù)做功的目的為依據(jù)進(jìn)行分析，也就是說目的到底是克服哪個(gè)力做的功?！疽?guī)律總結(jié)】幾種不同機(jī)械的機(jī)械效率1.杠桿①使用目的：使物體在豎直方向上升一定的距離②有用功：克服物體自重所做的功，即③額外功：克服杠桿自重及摩擦力所做的功。④總功：拉力做的功，即⑤機(jī)械效率：2.豎直滑輪組①使用目的：使物體在豎直方向上升一定的距離②有用功：克服物體自重所做的功，即③額外功：克服動(dòng)滑輪、繩自重及摩擦力所做的功。若不計(jì)繩重和摩擦，④總功：拉力做的功，即⑤機(jī)械效率：（不計(jì)繩重及摩擦）3.水平滑輪組①使用目的：使物體在水平方向移動(dòng)一定的距離②有用功：克服物體自重所做的功，即③額外功：克服滑輪與繩之間的摩擦所做的功。④總功：拉力做的功，即⑤機(jī)械效率：4.水中滑輪組（僅重物在水中）①使用目的：使物體在豎直方向上升一定的距離②有用功：克服物體重力與所受浮力的合力所做的功，即③額外功：克服動(dòng)滑輪、繩自重及摩擦力所做的功。若不計(jì)繩重和摩擦，④總功：拉力做的功，即⑤機(jī)械效率：5.斜面①使用目的：使物體在豎直方向上升一定的距離②有用功：克服物體重力所做的功，即③額外功：克服物體與斜面間的摩擦力所做的功，④總功：拉力做的功，即⑤機(jī)械效率：6.水中斜面①使用目的：使物體在豎直方向上升一定的距離②有用功：克服物體重力與所受浮力的合力所做的功，即③額外功：克服物體與斜面間的摩擦力所做的功，④總功：拉力做的功，即⑤機(jī)械效率：7.組合機(jī)械①使用目的：使物體在豎直方向上升一定的距離②有用功：克服物體重力所做的功，即③額外功：a.克服物體與斜面間的摩擦力所做的功，b.克服動(dòng)滑輪、繩自重及滑輪與繩間的摩擦所做的功。若不計(jì)繩重和滑輪與繩間的摩擦，④總功：拉力做的功，即⑤機(jī)械效率：【典例分析】1．（2022·江蘇南通·九年級(jí)月考）做值日時(shí)，小陽將一桶水從一樓提到三樓．此過程中，關(guān)于做功的說法正確的是A．對(duì)桶做的功是有用功 B．對(duì)水做的功是有用功C．對(duì)水做的功是額外功 D．克服自身重力做的功是總功2．（2022·陜西西安·九年級(jí)期末）下列關(guān)于功率、機(jī)械效率說法中，正確的是（）A．機(jī)械效率越高，機(jī)械做功一定越快 B．做功越多的機(jī)械，機(jī)械效率越高C．做功越快的機(jī)械，功率越大 D．功率越大的機(jī)械，做功一定越多3．（2022·廣西賀州·九年級(jí)月考）如圖所示，用F=12N的拉力豎直向上勻速提升木塊，2s內(nèi)木塊升高的高度為0.1m，木塊重力G=30N，在此過程中下列判斷正確的是（）A．拉力F做功為1.2J B．滑輪組做的有用功為3JC．滑輪組機(jī)械效率為40% D．拉力F做功的功率為0.6W【思路小結(jié)】機(jī)械效率的計(jì)算最關(guān)鍵的是計(jì)算有用功、額外功、總功。有用功就是不用機(jī)械也要克服的阻力做的功。額外功是使用機(jī)械之后才需要克服的阻力做的功，總功就是克服一切阻力做的功。理解了這三種功的計(jì)算及關(guān)系，機(jī)械效率就迎刃而解了。【精典訓(xùn)練】一、單選題1．（2022·河北石家莊·九年級(jí)期中）如圖，利用輕質(zhì)滑輪組以的速度勻速拉動(dòng)水平地面上重為的物體，拉力的大小為。若物體和地面之間的摩擦力大小為，則拉力的功率和滑輪組的機(jī)械效率分別為（）A．、B．、C．、D．、2．（2022·江蘇無錫·九年級(jí)期末）利用四個(gè)相同的滑輪，組成如圖所示的甲、乙兩個(gè)滑輪組，用同樣的時(shí)間，把質(zhì)量不等的重物G甲、G乙（G甲<G乙）提升了相同的高度，所用的拉力分別為F甲、F乙，拉力的功率分別為P甲、P乙，機(jī)械效率分別是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．F甲<F乙，P甲<P乙D．η甲=η乙，P甲=P乙3．（2022·山東濟(jì)寧·八年級(jí)期末）如圖所示，在斜面上將一個(gè)重6N的物體勻速拉到高處，沿斜面向上的拉力為2N，斜面長4m，高1m。下列說法正確的是（）A．運(yùn)動(dòng)過程中，重物一定受到三個(gè)力的作用B．運(yùn)動(dòng)過程中，重物的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為重力勢能C．斜面的機(jī)械效率為75%D．重物受到的摩擦力為2N4．（2022·北京東城·八年級(jí)期末）關(guān)于功、功率、機(jī)械效率，下列說法正確的是（）A．作用在物體上的力越大，該力對(duì)物體做的功越多B．機(jī)械做功越多，機(jī)械的功率越大C．機(jī)械的功率越大，機(jī)械效率越高D．機(jī)械做功越快，機(jī)械的功率越大5．（2022·河南南陽·中考一模）如圖所示，重為G的物體在拉力F的作用下，以速度v勻速運(yùn)動(dòng)了s，已知物體在水平桌面上運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的摩擦阻力為物重的n分之一，不計(jì)繩重、繩與輪、輪與軸間的摩擦，下列說法正確的是（）A．拉力的功為Fs B．額外功為 C．拉力的功率為2Fv D．滑輪組的機(jī)械效率為二、填空題6．（2022·廣東江門·八年級(jí)期末）用如圖所示的滑輪組將重為120N的物體豎直勻速提升5m，繩子自由端的拉力為50N，則此過程中有用功為___________J，機(jī)械效率為___________，若增大所提物體的重力，此滑輪組的機(jī)械效率將___________（選填“變大”、“變小”或“不變”）。7．（2022·廣東江門·九年級(jí)期末）如圖所示是利用起重機(jī)打撈水中物體的示意圖。起重機(jī)的吊臂前端由滑輪組組成，動(dòng)滑輪總重為300kg，繩重和摩擦不計(jì)?，F(xiàn)在用此起重機(jī)從水中把質(zhì)量為2×103kg，體積為0.8m3的物體G向上提，當(dāng)物體在水中均勻上升時(shí)，滑輪組上鋼絲繩拉力F的功率為3kW。則物體完浸沒在水中時(shí)受到的浮力為______N，物體未露出水面前上升的速度為______m/s，物體離開水面后，滑輪組的機(jī)械效率是______。（g＝10N/kg，ρ水＝1.0×103kg/m3）8．（2022·山東淄博·八年級(jí)期末）工人師傅搬運(yùn)貨物時(shí)，在地面和卡車的車廂間傾斜放置一長木板搭成斜面，將地面上的貨物沿斜面勻速拉上車廂用時(shí)15s。已知車廂高1.5m，木板長3m，貨物質(zhì)量為60kg，沿斜面所用的拉力為400N，則工人師傅所做的有用功為___________J，工人師傅做功的功率為___________W，該斜面的機(jī)械效率為___________，貨物所受的摩擦力為___________N。（g取10N/kg）三、實(shí)驗(yàn)題9．（2022·湖南衡陽·八年級(jí)期末）如何提高滑輪組機(jī)械效率，節(jié)約能源呢？為此同學(xué)們進(jìn)行了"影響滑輪組機(jī)械效率因素"的實(shí)驗(yàn)探究，用到的裝置如圖所示，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄如表所示。實(shí)驗(yàn)次數(shù)鉤碼重力G/N鉤碼上升高度h/m繩端拉力F/N繩端移動(dòng)距離s/m機(jī)械效率η120.11.20.355.6%220.21.20.655.6%340.11.90.370.2%440.11.30.561.5%（1）實(shí)驗(yàn)中應(yīng)沿豎直方向___________拉動(dòng)彈簧測力計(jì)；（2）分析表中數(shù)據(jù)可知第4次實(shí)驗(yàn)是用圖___