广东省2022年中考物理总复习学案-第八讲　第二课时　机械效率

第二课时机械效率考点、机械效率几个基本概念：(1)有用功：为完成某项任务而必须要做的功，记为W有；(2)额外功：在完成某项任务的过程中，人们不想要又不得不做的功，记为W额；(3)总功：W总＝W有＋W额；(4)机械效率：η＝eq\f(W有,W总)。对机械效率的说明1.机械效率是描述机械做功性能好坏的物理量，机械效率的高低与机械是否省力、功率大小无关；2.机械效率通常用百分数表示。由于额外功不可避免，所以η总是小于100%(理想状态下η等于100%)。【例1】已知一个钩码重为1N。(1)小明用手把它匀速提高2m，需要做的功是多少？请写出计算过程。(2)小明用动滑轮代替人手将钩码匀速提升2m(如图)，不计摩擦和滑轮、绳子的重力，则拉力F大小为0.5N，拉力所做的功是2J。(3)实际测得拉力F的大小为0.7N，则实际需要做的功是多少？请写出计算过程。(4)根据上述的实验数据显示，用动滑轮反而多做功，为什么？(5)求出此时动滑轮的机械效率。(6)小明改变了挂在动滑轮下方的钩码个数，重复实验，并且记录数据如表所示，请你帮他完成表格。实验次数钩码重量G/N钩码上升高度h/mW有/J拉力F/N绳子自由端移动距离s/mW总/J机械效率η1120.742221.243321.74(7)请分析怎样提高此动滑轮的机械效率？【思路分析】(1)需要做的功：W1＝Gh＝1N×2m＝2J(这个结果即是后面问题的有用功)；(2)F＝eq\f(G,2)＝eq\f(1N,2)＝0.5N，s＝2h＝2×2m＝4m，W2＝Fs＝0.5N×4m＝2J(这个结果也是后面问题的有用功，因为理想状态下，W额＝0J)；(3)W3＝F′s＝0.7N×4m＝2.8J(这个结果即是后面问题的总功)；(4)因为克服滑轮本身的重力和滑轮与转轴之间的摩擦需要多做功(额外功产生的原因)；(5)η＝eq\f(W1,W3)＝eq\f(2J,2.8J)＝71.4%；(6)因为三次的目的都是把重为G的钩码提起h的高度，所以三次W有都等于Gh，三次的有用功分别是2J、4J、6J。自由端上的拉力F所做的功都是总功，因为拉力F既把钩码提起h高度，同时克服了动滑轮重和摩擦力做了额外功，三次的W总都等于Fs，所以三次的总共分别是2.8J、4.8J、6.8J。由此容易算得三次的机械效率η分别为71.4%、83.3%、88.2%。(7)减小动滑轮的重，减小摩擦(这两点是根据额外功产生的原因提出的)，增大挂在动滑轮下方的钩码的重力(根据表格的数据归纳出的)。【例2】(2020·深圳中考)如图所示，湖面上有一艘小船，站在岸上的人通过滑轮用100N的力拉绳子的自由端，在10s内小船向岸边匀速移动了5m，船在水平方向受到的阻力为160N。下列说法正确的是(D)A．人对船做的有用功为500J B．人做的总功为800JC．人做的有用功的功率为50W D．滑轮的机械效率为80%【例3】(2021·苏州中考)如图是工人师傅用滑轮组提升建筑材料的示意图，在400N的拉力作用下，使质量为70kg的建筑材料在10s的时间里，匀速竖直上升了2m。不计绳子重力和摩擦，g取10N/kg，求：(1)拉力的功率P；(2)滑轮组的机械效率η；(3)动滑轮的重力G动。【思路分析】(1)由题图可知，动滑轮上绳子的有效股数n＝2，绳子自由端移动的距离：s＝2h＝2×2m＝4m拉力做的功：W总＝Fs＝400N×4m＝1600J拉力的功率：P＝eq\f(W总,t)＝eq\f(1600J,10s)＝160W(2)建筑材料的重力：G＝mg＝70kg×10N/kg＝700N有用功：W有＝Gh＝700N×2m＝1400J滑轮组的机械效率：η＝eq\f(W有,W总)＝eq\f(1400J,1600J)＝87.5%(3)不计绳子重力和摩擦，由F＝eq\f(1,2)(G＋G动)可得动滑轮的重力：G动＝2F－G＝2×400N－700N＝100N1.(2021·宜昌中考)下列有关机械做功、功率、机械效率的说法，正确的是(D)A．效率越高的机械，功率越大 B．做功越多的机械，功率越大C．做有用功越多的机械，效率越高 D．功率越大的机械，做功越快2.甲升降机比乙升降机的机械效率高，它们分别把相同质量的物体匀速提升相同的高度。两者相比，甲升降机(A)A．做的总功较少 B．做的总功较多C．提升物体做的有用功较少 D．提升物体做的有用功较多3.(2021·乐山中考)如图所示，在斜面上将一个重4.5N的物体匀速拉到高处，沿斜面向上的拉力为1.8N，斜面长s＝1.2m、高h＝0.3m。把物体直接提升h所做的功作为有用功，则(C)A．有用功为1.35J，机械效率为75%B．有用功为2.16J，机械效率为62.5%C．有用功为1.35J，机械效率为62.5%D．有用功为1.35J，机械效率为100%4.(2020·黔西南州中考)如图所示，工人们用同一滑轮组，根据需要有两种方式来提起等重的建筑材料，若不计摩擦和绳重，则F1＜F2，机械效率ηA＝ηB。(均选填“＞”“＝”或“＜”)5.(2020·荆州中考)质量为1.8t的小汽车陷入泥泞中，在大家都一筹莫展的时候，聪明的小红很快想到了办法，利用所学的滑轮组知识，带领大家将小汽车顺利拉出。如图，若小汽车所受阻力为车重的0.2倍，滑轮组的机械效率为80%(g取10N/kg)。求：(1)小汽车所受阻力f；(2)绳子自由端拉力F1；(3)树承受的拉力F2；(4)小汽车以0.1m/s的速度匀速运动时，拉力F1的功率。解：(1)小汽车所受阻力为车重的0.2倍，所以小汽车所受阻力：f＝0.2G＝0.2mg＝0.2×1.8×103kg×10N/kg＝3.6×103N(2)由图可知滑轮组用以克服小汽车阻力的绳子股数n＝3。滑轮组的机械效率：η＝eq\f(W有,W总)＝eq\f(fs车,F1s绳)＝eq\f(fs车,F1×3s车)＝eq\f(f,3F1)则绳子自由端拉力：F1＝eq\f(f,3η)＝eq\f(3.6×103N,3×80%)＝1.5×103N(3)树承受的拉力等于定滑轮上2股绳的拉力之和：F2＝2F1＝2×1.5×103N＝3×103N(4)小汽车以0.1m/s的速度匀速运动时，绳子自由端的运动速度v绳＝3×0.1m/s＝0.3m/s，拉力F1的功率：P＝eq\f(W,t)＝eq\f(F1s绳,t)＝F1v绳＝1.5×103N×0.3m/s＝450W6.(2021·深圳中考)深圳地铁岗厦北综合交通枢纽工程工地上，一线施工人员正在紧张忙碌，进行架桥机箱梁吊装等施工作业。(g取10N/kg)(1)图2为图1中起重机的简图，请画出阻力F2的力臂l2；(2)图3为架桥机的装置图，已知箱梁的质量为5×105kg，体积为200m3，架桥机滑轮组总拉力为4×105N，自由端移动距离为25m，将箱梁提升1m。求：①箱梁的密度；②架桥机在此过程中的有用功；③架桥机在此过程中的机械效率。解：(1)力臂是支点到力的作用线之间的距离；(2)①箱梁的密度：ρ＝eq\f(m,V)＝eq\f(5×105kg,200m3)＝2.5×103kg/m3②箱梁的重力：G＝mg＝5×105kg×10N/kg＝5×106N；架桥机在此过程中的有用功：W有＝Gh＝5×106N×1m＝5×106J③架桥机在此过程中的总功：W总＝Fs＝4×105N×25m＝1×107J架桥机在此过程中的机械效率：η＝eq\f(W有,W总)＝eq\f(5×106J,1×107J)＝50%。答案：(1)如图所示(2)①2.5×103kg/m3②5×106J③50%测量滑轮组的机械效率实验名称有关考点实验装置测量滑轮组的机械效率1.实验原理：η＝eq\f(W有,W总)。2.需要测量的物理量：(1)所提升物体(钩码)的重力G。(2)钩码上升的高度h。(3)拉力(弹簧测力计的示数)F。(4)绳端移动的距离s(s＝nh)。3.必须在缓慢匀速拉动弹簧测力计的过程中：读取弹簧测力计的示数即拉力的大小。4.计算方法：W有＝Gh，W总＝Fs。5.实验结论。(1)同一个滑轮组，所提升的钩码越重，其机械效率就越高。(2)用不同的滑轮组提升相同的钩码时，动滑轮越重(忽略摩擦和绳重)，其机械效率越低。实验器材：弹簧测力计、钩码、细绳、滑轮等【示范案例】小明所在的实验小组做“测量滑轮组的机械效率”的实验，实验装置如图甲所示。(1)按照甲图装置实验，小明应竖直向上匀速拉动弹簧测力计，使钩码从A处升高到A′处。由图可知拉力为0.8N，钩码上升的高度为5cm。(2)小明用图甲滑轮组进行了3次实验，如图所示，实验数据记录如表。次数钩码重/N钩码上升距离/cm弹簧测力计示数/N弹簧测力计上升距离/cm机械效率12100.83083.8%24101.530？3610？3090.9%①第2次实验中滑轮组的机械效率为88.9%(结果保留一位小数)。②根据第3组实验数据，第3次实验中弹簧测力计的示数为2.2N(结果保留一位小数)。③分析表格中的数据得出结论：同一滑轮组，提升的物体越重，滑轮组的机械效率越高。(3)小明又用如图所示的两种滑轮组进行多次实验，记录的实验数据如表：实验次数钩码重G/N钩码上升高度h/cm拉力F/N绳端移动距离s/cm机械效率10.5100.43041.7%21.5100.83062.5%30.5100.54025.0%41.5100.74053.6%根据表中数据可以判断出第1次实验所选择的是乙(选填“乙”或“丙”)滑轮组。分析表格数据1和3(或2、4)(选填数字)可知：在所提升重物相同的条件下，滑轮组的动滑轮越重，则其机械效率越小。(4)利用图乙的装置，把重4N的物体用2.5N的拉力匀速拉起，滑轮组的机械效率为53.3%，可见如果没有刻度尺，只有测力计，也可以测量出滑轮组的机械效率。(5)小华实验小组也利用图1、图2、图3所示的三种钩码进行了三次实验，每次测得的机械效率均大于小明实验小组的测量值，则小华实验小组测量值偏大的原因可能是C。(填字母)A．测拉力时，弹簧测力计未调零，指针指在零刻度线下方B．弹簧测力计每次拉动钩码时均加速上升C．所使用的动滑轮的重力小于小明实验小组(6)在实验时，如果拉力方向与竖直方向有一定夹角，那么所测得的滑轮组的机械效率将会变小(选填“变大”“变小”或“不变”)。(7)机械效率是机械性能好坏的重要标志。结合生产生活实际，分析实验数据可知，下列提高机械效率的措施不可行的是D(选填字母)A．增加所提物重B．减轻机械自重C．机械加润滑油D．增加重物上升高度(8)实验表明：额外功越小，总功越接近有用功：进一步推理得出：假设没有额外功，总功等于有用功；可见使用任何机械都不省功。下列物理规律的得出运用了这种研究方法的是B。A．焦耳定律 B．牛顿第一定律C．阿基米德原理 D．欧姆定律1.(2020·朝阳中考)在“测量滑轮组的机械效率”的实验中，实验小组用如图所示的装置进行了实验，实验数据记录如表所示，第三次实验时的拉力如图所示。实验次数钩码所受的重力G/N钩码上升的高度h/cm拉力F/N绳自由端移动的距离s/cm机械效率η12100.83083.3%24101.530②3610①30*(1)实验中应竖直向上缓慢匀速拉动弹簧测力计使钩码上升；(2)表格中编号①的数据应为2.2；编号②的数据应为88.9%；(3)比较实验数据可得出的实验结论是：使用同样的滑轮组，提升的物体越重，滑轮组的机械效率越高；(4)如果在第一次实验时，忽略绳重和摩擦，可以计算出动滑轮的重力为0.4N。2.(2019·眉山中考)为了探究斜面的机械效率与斜面倾斜程度之间的关系，探究小组的同学利用木板、刻度尺、弹簧测力计、木块等器材设计了如图所示的实验装置。实验测得的数据如表：实验次数斜面倾斜程度木块重力G/N斜面高度h/m沿斜面拉力F/N斜面长度s/m机械效率1较缓30.21.6137.5%2较陡30.31.813最陡30.42.0160%请你根据表中的数据解答下列问题：(1)实验中要求用沿斜面向上的力拉着木块在斜面上做匀速直线运动，该过程中木块的机械能变大(选填“变大”“不变”或“变小”)。(2)第2次实验中，斜面的机械效率为50%，斜面对木块的摩擦力为0.9N。(3)斜面的机械效率与斜面的倾斜程度之间的关系是：其他条件相同时，斜面越陡机械效率越高。(4)试列举出生活中利用斜面的一个实例：盘山公路。1.(2020·广东中考)如图所示，人向下拉绳提升重物，已知重物重400N，动滑轮重60N，不计绳重及摩擦，将重物匀速提升0.5m，人需用的拉力为230N，绳子自由端移动的距离为1m，人所做的有用功为200J。2.(2016·广东中考)质量为0.5kg的塑料桶装满水后总质量为10kg，小明将其从地面匀速搬到高度为1m的桌面上，在竖直向上搬水的过程中所做的总功是100J，有用功是95J，机械效率是95%。(g取10N/kg)3.(2018·广东中考)A、B两种实心物体的质量与体积的关系如图1所示，把体积相等的A、B物体挂在滑轮组下，若要使它们处于静止状态，则图2的虚线框内悬挂B物体的个数是(不计摩擦和滑轮的自重)(B)A．1个B．2个C．3个D．4个4.(2016·广东中考)如图所示，由不同物质制成的甲和乙两种实心球的体积相等，此时杠杆平衡(杠杆自重、托盘和细线的质量忽略不计)。则杠杆左右两边的力臂之比为2∶1，1个甲球和1个乙球的质量之比为1∶3，甲球和乙球的密度之比为1∶3。5.(2020·广东中考)如图所示，用一根硬棒通过支点O撬起石块，画出石块所受重力G的示意图，以及力F的力臂l。答：6.(2019·广东中考)如图所示，拉杆式行李箱在拉力F的作用下静止在斜坡上，请画出行李箱受到的重力G的示意图，以及拉力F对O点的力臂l。答：7.(2018·广东中考)如图所示，轻质杠杆OA可绕O点转动，请在图中画出杠杆OA的动力臂l。答：8.(2017·广东中考)如图所示，利用羊角锤撬起钉子，请你在羊角锤A点处画出所能施加的最小动力F1，并画出阻力F2的阻力臂l2。答：9.(2021·广东中考)杆秤是从我国古代沿用至今的称量工具。如图是小明制作的杆秤的示意图。使用时，将待称物体挂在秤钩上，用手提起B或C(相当于支点)处的秤纽，移动秤砣在秤杆上的位置D，使秤杆达到水平平衡时可读出待称物体的质量。此秤最大称量是10kg，秤砣最远可移至E点。秤杆和秤钩的质量忽略不计，AB、BC、BE的长度如图所示(g取10N/kg)，求：(