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文档简介
第十一章简单机械和功五、机械效率第二课时机械效率知识点2机械效率1.关于功、功率、机械效率,下列说法中正确的是
(
)A.有用功越多,机械效率越高B.机械效率越高,做功越快C.做功时间越长,机械的功率越大D.通过减轻机械自重、减小摩擦可以提高机械效率D解析机械效率是有用功占总功的比值,因为不知道总功,有
用功多,机械效率不一定高,故A错误;做功快慢指功率,机械
效率是有用功占总功的比值,二者没有因果联系,故B错误;功
率是做功与所用时间的比,表示做功的快慢,不知道总功,无
法根据做功时间判断机械的功率,故C错误;通过减轻机械自
重、减小摩擦可以减小机械的额外功,从而提高机械效率,故
D正确。2.(新课标·科学推理)(2024江苏常州钟楼期中)利用动滑轮在4s内将重为8N的物体匀速提升1m,拉力大小如图所示,不计绳重和摩擦,下列说法中正确的是(
)A.拉力的大小是4.2NB.拉力做功的功率是1.1WC.动滑轮的重力是3.6ND.动滑轮的机械效率是90.91%D解析由图知,弹簧测力计的分度值为0.2N,其示数为F=4.4N,故A错误;动滑轮绳子的有效股数为2,则绳端移动的距离s=2h=2×1m=2m,拉力做的总功W总=Fs=4.4N×2m=8.8J,拉力
做功的功率P=
=
=2.2W,故B错误;不计绳重和摩擦,动滑轮的重力G动=2F-G=2×4.4N-8N=0.8N,故C错误;有用功W有=Gh=8N×1m=8J,动滑轮的机械效率η=
×100%=
×100%≈90.91%,故D正确。3.(新课标·科学推理)(2024江苏南京外国语学校期中)如图所示,甲、乙两套装置所用的滑轮质量相等,用它们分别将相同质量的物块匀速竖直提升,相同时间内绳端A、B移动相同的距离(忽略绳重和摩擦),在此过程中(
)
A.两物块上升的速度相等B.甲装置的总功比乙的多C.两装置绳端的拉力相等D.甲装置的机械效率比乙的大B解析甲装置是动滑轮,承重绳的股数n甲=2;乙装置是滑轮
组,承重绳的股数n乙=3;不计绳重及摩擦,F甲=
(G+G动),F乙=
(G+G动),则绳端的拉力F甲>F乙,故C错误;绳端A、B移动的速
度相等,设其大小为v,由v绳=nv物可知,物块上升的速度分别为v
甲=
,v乙=
,则v甲>v乙,故A错误;绳端拉力F甲>F乙,绳端A、B移动相同的距离,由W=Fs可知拉力做的总功W甲总>W乙总,即甲装置
的总功比乙的多,故B正确;忽略绳重和摩擦,机械效率η=
=
=
,因为提升物块的质量相等、重力相等,动滑轮的质量相等、重力相等,所以动滑轮和滑轮组的机械效
率相等,故D错误。技巧点拨忽略绳重和摩擦,滑轮组的机械效率η=
=
=
,这个公式很有用。由此公式可知,忽略绳重和摩擦的情况下,滑轮组的机械效率与绳的绕线方式无关,
只与物重和动滑轮重有关。4.(新课标·模型建构)(2024江苏苏州外国语中学期中)如图所示,物体沿斜面匀速上升,其重力为4.5N,沿斜面向上的拉力为1.8N,斜面长为1.2m,高为0.3m,下列说法正确的是(
)
A.使用该斜面能省功B.拉力做的有用功为0.54JC.斜面的机械效率为75%D.物体与斜面间的摩擦力为0.675ND解析因为使用斜面时要克服摩擦力做额外功,所以使用斜
面不省功,故A错误;拉力做的有用功W有用=Gh=4.5N×0.3m=
1.35J,故B错误;拉力F做的总功W总=Fs=1.8N×1.2m=2.16J,
斜面的机械效率η=
=
=62.5%,故C错误;克服摩擦力所做的额外功W额=W总-W有用=2.16J-1.35J=0.81J,由W额=fs可
得物体与斜面间的摩擦力f=
=
=0.675N,故D正确。5.(跨学科·物理学与社会发展)(新独家原创)如图甲是工人使用升降平台进行高空玻璃幕墙清洗的场景,该平台结构简图如图乙所示。其中吊篮和动滑轮总质量为60kg,吊篮由电动机控制升降。在某次吊升过程中,两名工人及所带工具总质量为200kg,30s内吊篮匀速上升6m,电动机对钢丝绳的拉力为750N,g取10N/kg。本次吊升过程中的有用功为
J,机械效率为
(小数点后保留一位小数),电动机对钢丝绳做功的功率为
W。
甲
乙
1.2×104
66.7%
600解析两名工人及所带工具的总重力G总=m总
g=200kg×10N/kg=2000N,则该过程中所做的有用功W有=G总
h=2000N×6m=1.2×104J;由图可知,n=4,本次吊升过程中的总功W总=Fs=
Fnh=750N×4×6m=1.8×104J,则本次吊升过程的机械效率η=
=
≈66.7%,电动机对钢丝绳做功的功率P=
=
=600W。6.(教材变式·P23T2)小明利用一种重心在支点处的杠杆,在2s内将重为18N的物体匀速升高0.1m,动力作用点移动的距离为0.25m,动力做的功为2J。动力做功的功率为
W,此杠杆的机械效率为
,此杠杆属于
(选填“省力”或“费力”)杠杆。
1
90%省力解析已知动力做功W总=2J,动力做功的功率P=
=
=1W;有用功为W有=Gh=18N×0.1m=1.8J,杠杆的机械效率η=
×100%=
×100%=90%;拉力F=
=
=8N,因为F<G,所以此杠杆属于省力杠杆。一题多解本题判断杠杆类型时,还可以比较动力臂与阻力
臂的大小。由题知,物体匀速升高0.1m,动力作用点移动的
距离为0.25m,根据数学知识可知,动力臂大于阻力臂,故此杠
杆属于省力杠杆。7.(新课标·科学推理)(2024陕西西安行知中学期中)如图所示,工人用滑轮组匀速提升重800N的货物,所用的拉力F为500N,货物匀速上升5m。若不计绳重和摩擦,滑轮组的机械效率是
;如果用该滑轮组提升1000N的物体,滑轮组的
机械效率将
(选填“增大”“减小”或“不变”)。
增大80%解析由图可知,n=2,滑轮组的有用功W有用=Gh=800N×5m=
4000J;绳端移动的距离s=2h=2×5m=10m,拉力做的功W总=
Fs=500N×10m=5000J,滑轮组的机械效率η=
=
=80%;不计绳重和摩擦,克服动滑轮自重做的功是额外功,则η=
=
=
,动滑轮重不变,增大货物的重力,滑轮组的机械效率将增大。8.(2023江苏连云港中考,7, )下列关于机械效率的说法正确的是
(
)A.越省力的机械,机械效率越高B.做功越快的机械,机械效率越高C.所做有用功越多的机械,机械效率越高D.有用功与总功的比值越大的机械,机械效率越高能力提升全练D解析机械效率是有用功与总功的比值,机械效率大小与机
械省力与否没有关系,因此越省力的机械,机械效率不一定越
高,故A错误。做功越快的机械,功率越大,功率反映了物体做
功的快慢,机械效率是指有用功与总功的比值,机械效率与功
率没有直接关系,故B错误。机械效率是指有用功与总功的
比值,所做有用功越多的机械,有用功与总功的比值不一定
大,机械效率不一定高,故C错误。机械效率是有用功与总功
的比值,有用功与总功的比值越大的机械,机械效率就越高,
故D正确。9.(2022四川达州中考,6, )如图所示,小华用滑轮组水平向左匀速拉动A物体,A物体5s内移动了100cm,且A物体与水
平地面的摩擦力大小为12N,已知滑轮组的机械效率为80%,
则下列说法错误的是
(
)
A.拉力F大小为4NB.绳子自由端移动的速度为0.6m/sC.拉力F做功的功率为3WD.拉力F在5s内对滑轮组做的额外功为3JA解析由图可知,n=3,由η=
=
=
=
可知,绳子自由端的拉力F=
=
=5N,故A错误;物体移动的距离s物=100cm=1m,绳子自由端移动的距离s=ns物=3×1m=3m,则
绳子自由端移动的速度v=
=
=0.6m/s,故B正确;拉力做的总功W总=Fs=5N×3m=15J,拉力做功的功率P=
=
=3W,故C正确;有用功W有=fs物=12N×1m=12J,额外功W额=W总-
W有=15J-12J=3J,故D正确。10.(2023江苏泰州中考,36, )如图所示,供轮椅上下的斜坡长L=4m,高h=2m。小明用120N的拉力平行于斜坡向上
将重为200N的木箱从底端匀速拉到顶端。他所做的有用功
为
J,斜坡的机械效率为
(精确到0.1%),木箱所
受摩擦力的大小为
N。
40083.3%20解析
克服物重做的有用功W有用=Gh=200N×2m=400J;拉
力F做的总功W总=Fs=120N×4m=480J,斜坡的机械效率η=
×100%=
×100%≈83.3%;拉力做的额外功W额=W总-W有用=480J-400J=80J,由W额=fs可得,木箱受到的摩擦力f=
=
=20N。11.(2022江苏南通中考,22, )用图甲滑轮组做“探究动滑轮的重对滑轮组机械效率的影响”实验。实验中把不同的磁铁吸附在动滑轮边框上以改变滑轮的重,每次实验都匀速拉动绳端使物体上升10cm。不计绳重,实验数据如表。
次数G物/NG动/NF/N
η16.00.32.290.9%26.01.0
36.01.92.969.0%46.03.23.458.8%(1)每次实验绳端移动距离为
cm;(2)第2次实验中拉力F的示数如图乙,读数为
N,第2次实验滑轮组的机械效率为
%。分析数据可知:在物重不变的情况下,动滑轮越重滑轮组的机械效率越
;(3)实验中若仅增大绳端移动的距离,则滑轮组的机械效率将
;302.5
80低不变(4)本实验中,在物重不变的情况下,动滑轮变重时,由摩擦引
起的额外功占总额外功的比例
(选填“变大”“变小”或“不变”)。变小解析
(1)从图中可知n=3,每次实验绳端移动距离s=nh=3×10
cm=30cm=0.3m;(2)弹簧测力计的分度值为0.1N,读数为2.5
N,第2次实验滑轮组的机械效率η=
=
=
=
=
=80%;分析数据可知:在物重不变的情况下,从实验1至实验4,动滑轮的重力逐渐变大,滑轮组的机械效率逐渐变
低,故动滑轮越重滑轮组的机械效率越低;(3)实验中若仅增
大绳端移动的距离,根据η=
=
=
=
可知滑轮组的机械效率将不变;(4)四次实验中,物体上升的高度h=10cm=0.1m,有用功W有用=Gh=6.0N×0.1m=0.6J,第1次实验中,克服动
滑轮的重力所做的额外功W动1=G动1h=0.3N×0.1m=0.03J,总
功W总1=F1s=2.2N×0.3m=0.66J,摩擦引起的额外功W摩1=W总1-
W有用-W动1=0.66J-0.6J-0.03J=0.03J,摩擦引起的额外功占总
额外功的比例
=
=50%……第4次实验中,克服动滑轮的重力所做的额外功W动4=G动4h=3.2N×0.1m=0.32J,总功W总4=F4s=3.4N×0.3m=1.02J,摩擦引起的额外功W摩4=W总4-W有用-W动4=1.02J-0.6J-0.32J=0.1J,摩擦引起的额外功
占总额外功的比例
=
≈24%;本实验中,在物重不变的情况下,动滑轮变重时,由摩擦引起的额外功占总
额外功的比例变小。12.(2022江苏镇江中考,28改编, )如图所示,用拉力F通过动滑轮将重90N的货物匀速提升1m,动滑轮的机械效率为90%。不计绳重及滑轮与轴、滑轮与绳之间的摩擦,求:(1)上述过程中的有用功W有。(2)上述过程中拉力所做的功WF。(3)动滑轮所受的重力G动。
解析
(1)上述过程中的有用功W有=Gh=90N×1m=90J;(2)由
η=
得拉力做的功WF=W总=
=
=100J;(3)由图知,绳子的有效股数n=2,则s=nh=2×1m=2m,由W=Fs得,绳端的拉力F=
=
=50N,不计绳重及滑轮与轴、滑轮与绳之间的摩擦,由F=
(G+G动)可得,动滑轮的重力G动=nF-G=2×50N-90N=10N。13.小明发现公共场所为残障人士设计的无障碍通道是斜面,
且不同的斜面通道的倾斜程度有所不同,这引发了小明对斜
面的兴趣。他想了解斜面的机械效率是否与倾斜程度有关,
便与实验小组的小伙伴们用如图所示装置进行实验探究。
素养探究全练(1)测量
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