人教版初中物理同步12.3 机械效率（考点解读）（原卷版）

12.3\o"12.3机械效率"机械效率（考点解读）（原卷版）知识导航知识导航知识点讲解知识点讲解1、有用功和额外功（1）有用功：利用机械做功的时候，对人们有用的功就叫做有用功。（2）额外功：并非我们需要但又不得不做的功叫做额外功。

（3）总功：有用功与额外功的和叫总功。

（4）总功的计算：W总=Fs；W总=W有用+W额外

（5）有用功的计算方法：W有用=Gh；W有用=W总-W额外

（6）额外功的计算方法：W额外=G′h，W额外=f摩s；W额外=W总-W有用2、机械效率的概念（1）概念：有用功跟总功的比值叫做机械效率，通常用百分数表示。

（2）计算公式：用W总表示总功，用W有用表示有用功，用η表示机械效率，则：。

由于额外功不可避免，有用功只是总功的一部分，因而机械效率总小于1。

（3）提高机械效率的主要办法：

①在有用功一定时，尽量减少额外功，采用减轻机械自身的重力和加润滑油来减少摩擦的措施；

②在额外功一定时，增大有用功，在机械能够承受的范围内尽可能增加每次提起重物的重力，充分发挥机械的作用。3、机械效率的计算和大小比较机械效率表达式为，对于三种简单机械的机械效率的计算总结如下：机械效率的大小比较：（1）机械效率由有用功和总功两个因素共同决定，不能理解成：“有用功多，机械效率高”或“总功大，机械效率低”。

（2）当总功一定时，机械做的有用功越多（或额外功越少），机械效率就越高；

（3）当有用功一定时，机械所做的总功越少（或额外功越少），机械效率就越高；

（4）当额外功一定时，机械所做的总功越多（或有用功越多），有用功在总功中所占的比例就越大，机械效率就越高。4、机械效率的应用及改变方法（1）有用功是由使用机械的目的所决定的，当用斜面提升物体时，克服物体重力做的功就是有用功，W有=Gh；

（2）额外功是克服相互接触物体间的摩擦阻力所做的功，对于斜面而言，W额=fs；

（3）总功是指动力对所做的功，一般情况下使用斜面时，动力做功W总=Fs；

（4）由功的原理：“动力对机械所做的功等于机械克服阻力所做的功”，而机械克服阻力所做的功就包含了有用功和额外功，即：W总=W有+W额；

（5）机械效率是有用功与总功的比值，只能小于1（理想状态下可能等于1），并且无单位

斜面的机械效率，在同一斜面上，由于倾斜程度相同，即；一定，故在同一斜面上拉同一物体（粗糙程度相同）时，在斜面上所移动的距离（或物体被提升的高度）不同时，机械效率是相同的；

（6）斜面的机械效率与斜面的倾斜程度、斜面的粗糙程度有关，斜面粗糙程度相同时，斜面的倾斜程度越大，机械效率越高；斜面的倾斜程度一定时，斜面越粗糙，机械效率越低。提高机械效率的主要办法：

①有用功一定时，尽量减少额外功，采用减轻机械自身的重力和加润滑油来减少摩擦的措施；

②额外功一定时，增大有用功，在机械能够承受的范围内尽可能增加每次提起重物的重力，充分发挥机械的作用。5、有关机械效率的探究实验（1）\o"滑轮（组）机械效率的测量实验"滑轮（组）机械效率的测量实验：实验目的：测量滑轮组的机械效率

实验原理：注意事项：

①匀速拉动弹簧测力计，目的是保证弹簧测力计的示数F大小不变；

②为了便于读数，钩码下沿和绳子末端在刻度尺上的位置最好取整数；

③多次测量的目的是进行一些必要的比较，利用不完全归纳法总结规律，而不是求平均值；

实验结论：使用同一滑轮组提升不同的重物时，重物越重，滑轮组的机械效率越大。（2）\o"斜面机械效率的测量实验"斜面机械效率的测量实验：实验目的：探究斜面的机械效率

实验原理：实验结论：斜面越陡机械效率越高，斜面越缓，机械效率越低。（3）\o"杠杆机械效率的测量实验"杠杆机械效率的测量实验：用如图所示的实验装置测量杠杆的机械效率，实验时，竖直向上匀速拉动弹簧测力计，使挂在较长杠杆下面的钩码缓缓上升．

①实验中，将杠杆拉至图中虚线位置，测力计的示数F为0.5N，钩码总重G为1.0N，钩码上升高度h为0.1m，测力计移动距离s为0.3m，则杠杆的机械效率为66.7%．请写出使用该杠杆做额外功的一个原因：由于使用杠杆时需要克服摩擦做功；

②为了进一步研究杠杆的机械效率与哪些因素有关，一位同学用该实验装置，先后将钩码挂在A、B两点，测量并计算得到下表所示的两组数据：次数钩码悬挂点钩码总重G/N钩码移动距离h/m拉力F/N测力计移动距离s/m机械效率η/%1A点1.50.100.70.3071.42B点2.00.151.20.3083.3根据表中数据，能否得出“杠杆的机械效率与所挂钩码的重有关，钩码越重其效率越高”的结论？答：不能；

请简要说明两条理由：①两次实验时钩码没有挂在同一位置；②仅根据一次对比实验所得结论是不可靠的。典例分析＋变式训练考点1有用功和额外功【典例1-1】小明在超市从货架上拿起一个水杯并购买。到家他用这个水杯喝水，在水杯里倒满水后，他从桌面上拿起水杯。则他两次拿起水杯的过程中（）A．对水杯所做的功都是有用功 B．对水杯所做的功都是额外功 C．购买水杯时，对水杯所做的功是有用功 D．喝水时，对水杯所做的功是有用功【典例1-2】一位工人师傅利用长4.5m、高1.5m的斜面，用500N沿斜面的力把重1200N的箱子匀速推到车上，工人师傅做的总功是J，有用功是J。这里产生额外功的原因是。【变式1-1】两人用同样的水桶从同一处提水，给同样远处、同样的水桶注满水。其中一个人每次都将水桶装满，另一个人每次都不装满，则两人做功的大小情况是（）A．装满水桶者做的功多 B．不装满水桶者做的功多 C．两人做的功一样多 D．装满水桶者做的有用功多【变式1-2】图甲中用力F1水平拉着重为G的物体在水平路面上匀速移动s的距离。图乙中用力F2通过动滑轮拉着该物体在同一水平路面上匀速移动s的距离。请写出在使用动滑轮的过程中，额外功的表达式。考点2机械效率的概念【典例2-1】下列关于机械效率的说法中正确的是（）A．越省力的机械，机械效率越高 B．所做有用功越多的机械，机械效率越高 C．做功相等的情况下，额外功越少的机械，机械效率越高 D．做功越快的机械，机械效率越高【典例2-2】使用任何机械都不可避免的要做额外功，有用功总是（选填“大于”、“等于”或“小于”）总功，所以机械效率总是（选填“大于”、“等于”或“小于”）1，机械效率通常用表示。【变式2-1】关于机械的功、功率和机械效率，以下说法正确的是（）A．利用机械越省力，机械效率越高 B．机械做功越快，机械效率越高 C．机械的功率越大，做功越多 D．机械的功率越小，做功越慢【变式2-2】甲吊车比乙吊车的机械效率高，当它们分别把相同质量的物体匀速提升相同高度时，与乙吊车相比，甲吊车做的有用功，总功。（填“较多”、“较少”或“相同”）考点3机械效率的计算和大小比较【典例3-1】甲、乙两台机械，甲的机械效率是85%，乙的机械效率是80%，则（）A．使用甲机械做功省力 B．使用乙机械做功省力 C．使用乙机械做功少 D．做同样多的功，使用甲机械的额外功少【典例3-2】小亮不慎将质量为1kg的水桶掉到了井里，在将水桶捞出的同时，带上了2kg的水，若水桶升高的距离为2.5m，（g取10N/kg，不考虑绳重。）则下列说法正确的是（）A．有用功是50J，机械效率是66.7% B．有用功是50J，额外功是25J C．额外功是25J，总功是75J D．有用功是25J，机械效率33.3%【典例3-3】如图，小明分别用甲、乙两滑轮把同一桶沙从一楼地面提到二楼地面，图甲中的滑轮为，用乙图中的滑轮可以，用甲滑轮所做的有用功为W1，机械效率η1；用乙滑轮所做的有用功为W2，机械效率为η2，若不计绳重与摩擦，则W1W2，η1η2（均填“大于”“小于”或“等于”）。【典例3-4】如图甲所示，用滑轮组提升600N的重物，物体在拉力F的作用下20s匀速上升了8m。此过程中，拉力F做的功W随时间t的变化图像如图乙所示。求：（1）拉力F的功率；（2）滑轮组的机械效率；（3）若克服动滑轮重力所做的额外功占总额外功的三分之二，则动滑轮的重力为多少N。【变式3-1】两个完全相同的滑轮，分别以图示两种方式，将重为G的物体以相同的速度匀速竖直提升相同高度，不计绳重和摩擦，甲、乙的机械效率为η1、η2，拉力F1、F2做的功分别为W1、W2，功率分别为P1、P2，下列判断正确的是（）A．F1＝2F2 B．η1＞η2 C．W1＞W2 D．P1＝P2【变式3-2】两台机械所做的总功之比为2：1，它们的机械效率之比为3：4，则它们所做的有用功之比为（）A．2：1 B．3：4 C．8：2 D．3：2【变式3-3】如图所示，分别使用甲、乙、丙三种方式把同一物体M匀速提升至相同高度（绳长不变），测得各拉力大小如图：（1）利用机械丙提升物体M时（选填“省力、费力、不省力也不费力”）。（2）F乙和F丙两个力所做的功分别为W乙、W丙，则W乙W丙（选填“＞、＜、＝”）。（3）机械乙与机械丙的效率分别为η乙、η丙，则η乙η丙（选填“＞、＜、＝”）。【变式3-4】用如图所示的滑轮组，将重为450N的重物匀速提高2m，所用的拉力为200N。不计绳重和滑轮组的摩擦。（1）此过程中人通过滑轮组所做的总功是多少？机械效率是多少？（2）求动滑轮的重。（3）此重物以0.2m/s的速度匀速上升，求此时拉力的功率。考点4机械效率的应用及改变方法【典例4-1】如图，用滑轮组拉着重为80N的物体沿水平地面匀速直线运动，拉力F为12N，滑轮组机械效率为75%，不计绳重、轮与轴间的摩擦。下列说法正确的是（）A．此滑轮组动滑轮的重力为6N B．用一个质量更小的滑轮替换最下面的滑轮，滑轮组的机械效率会增大 C．物体受到水平地面的摩擦力为20N D．若在此物体上加一砝码，使其一起沿水平地面匀速直线运动，机械效率将变小【典例4-2】等电梯费时，爬楼梯费劲，如图所示是某女大学生发明的“爬楼”自行车，3分钟爬20层楼，速度堪比电梯。若她的质量为60kg，当她3分钟爬楼的高度为60m，她克服重力所做的功为J，她爬楼的功率为250W，则她爬楼的效率为%。（g取10N/kg）【变式4-1】在杂技表演中，有一项跳板节目，如图所示，支点在跳板的中央，此时跳板右端距离地面1m，当质量为80kg的甲表演者从距离跳板右端2m高的位置由静止落到跳板的右端时，这时会将质量为40kg的乙表演者弹起5m，恰好落在另一位表演者肩上扛的杆的座椅上。跳板的机械效率为（）A．75% B．78% C．83% D．87%【变式4-2】如图甲所示，虚线框内是由两个相同的滑轮安装成的滑轮组，利用该滑轮组提升重为270N的物体所用的拉力为100N。物体和绳子自由端的运动情况如图乙所示，不计绳重和摩擦，则滑轮组中动滑轮重N，拉力的功率为W，该滑轮组的机械效率为。考点5有关机械效率的探究实验【典例5-1】为了研究机械效率与哪些因素有关，小明同学提出两个猜想：猜想一：机械效率是否与G物有关；猜想二：机械效率是否与G动有关。为了验证猜想，小明先用如图甲所示的装置不断改变G物，竖直向上匀速拉动弹簧测力计，计算并绘出η与G物关系如图乙（a）所示；然后换另一个不同重量的动滑轮，不断改变G物，计算并绘出η与G物关系如图乙（b）所示。根据图象他（）A．只能验证猜想一 B．只能验证猜想二 C．既不能验证猜想一，也不能验证猜想二 D．既能验证猜想一，也能验证猜想二【典例5-2】用如图所示的装置探究杠杆的机械效率与悬挂点的关系，OC是一根均匀的杠杆，且OA＝AB＝BC，分别把钩码挂在A点和B点进行实验（不计摩擦），收集的数据如下表：悬挂点钩码重力G/N钩码上升高度h/m拉力的大小F/N拉力移动距离s/m机械效率ηA60.230.666.7%B60.250.3（1）钩码挂在B点时的机械效率η＝（2）从实验数据分析得出，杠杆的机械效率与悬挂点（有关/无关），影响杠杆的机械效率的因素有多个，请你再说出一个：。（3）分析表格中数据，请你求出杠杆的自重为（4）若把弹簧测力计由C点移到B位置，点O位置不变，仍将挂在A点的钩码提升相同的高度，则杠杆的机械效率将（填“变大”、“变小”或“不变”）【典例5-3】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。序号_________钩码上升高度h/cm拉力F/N绳端移动距离s/cm机械效率η12100.83083.3%24101.53088.9%36102.23090.9%46152.24590.9%（1）实验过程中，应缓慢拉动弹簧测力计，使钩码竖直向上做运动。（2）表格中横线处应填的内容为。（3）分析1、2、3次实验的数据可知，使用同一滑轮组提升重物时，重物所受重力越大，滑轮组的机械效率越（选填“高”或“低”），当使用这个滑轮组提升8N重物时，滑轮组的机械效率可能是（填序号）。A.90.9%B.89.5%C.95.5%（4）分析3、4次实验的数据可知，滑轮组的机械效率与钩码上升的高度（选填“有关”或“无关”）。（5）结合生产生活实际，用滑轮组提升重物时，下列选项中也可提高机械效率的是（填序号）。A.增大绳重B.减轻动滑轮重C.加快物体提升的速度【答案】（1）匀速直线；（2）钩码所受的重力G/N；（3）高；C；（4）无关；（5）B。【变式5-1】某实验小组利用图示装置研究杠杆的机械效率。保持O点位置不变，竖直向上拉动弹簧测力计使重为G的钩码缓慢匀速上升，在此过程中弹簧测力计的读数为F，利用刻度尺分别测出C、B两点上升的高度为h1、h2，忽略杠杆自重，则下列说法不正确的是（）A．杠杆机械效率的表达式为×100% B．在如图水平位置拉升时F×OB＝G×OC C．若只将钩码的悬挂点由A移至C，O、B位置不变，仍将钩码提升相同的高度，则杠杆的机械效率将变大 D．若弹簧测力计始终竖直向上拉，则测力计示数不断变化【变式5-2】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）实验中要求用沿平行斜面向上的力拉木块在斜面上做运动，该过程中木块的机械能（选填“变大”、“不变”或“变小”）。（2）第2次实验中，拉力所做的有用功为J，斜面的机械效率为，斜面对木块的摩擦力为N。（3）斜面的机械效率与斜面的倾斜程度之间的关系是：。（4）试列举出生活中利用斜面的一个实例：。【变式5-3】某实验小组在做“测量滑轮组机械效率”的实验中得到的数据如下表所示，第1、2、3次实验装置分别如图甲、乙、丙所示。次数钩码重G/N钩码上升高度h/m测力计拉力F/N测力计移动距离s/m机械效率η120.10.90.374.1%240.11.60.383.3%340.11.10.572.7%（1）表格中第2次测力计自由端移动的距离s＝m。（2）在实验操作中应竖直向上拉动弹簧测力计，小组同学发现实验过程中边拉动边读数，弹簧测力计示数不稳定，应该静止读数，你认为他的想法（选填“正确”“不正确”）。（3）比较第1次实验和第2次实验，可得结论：使用同样的滑轮组，可以提高滑轮组的机械效率。（4）由第2、3次实验可得结论：使用不同的滑轮组，提升相同的重物时，动滑轮的个数越多（质量越大），滑轮组的机械效率。巩固训练一、选择题。1．（2022春•汉寿县期末）施工工地上，一个滑轮组经改进后提高了机械效率，用它把同一物体匀速提升同样的高度，改进后和改进前相比（）A．总功不变，有用功变大 B．总功不变，额外功减小 C．有用功不变，总功减小 D．总功不变，有用功减小2．（2023•工业园区校级模拟）用相同的滑轮和绳子分别组成如图所示的甲、乙两个滑轮组，相同时间把相同的重物匀速提升相同的高度。若不计绳重及摩擦，下列说法正确的是（）A．绳子受的拉力F1和F2大小相等 B．滑轮组的机械效率相同 C．拉力对滑轮组所做的功不相等 D．拉力对滑轮组所做的功的功率不相等3．（2023•桂林一模）某滑轮组的机械效率，合理的是（）A．0% B．0.07% C．82% D．120%二、填空题。4．（2022•宜宾）小洪在一次劳动中，欲将重为600N的货物搬到距地面2m高的平台上。他用长为4m的木板搭成斜面如图，并用沿着斜面向上大小为400N的力将货物匀速从底端推到顶端，小洪在该过程中做的有用功为J，斜面起到了（选填“省力”或“省功”）的作用。5．（2022春•青龙县期末）杠杆的平衡条件是，这个平衡条件就是古希腊物理学家发现的杠杆原理。使用简单机械可以给人们的生活带来便利。（1）旗杆的顶端安装着一个（选填“定”或“动”滑轮）。（2）使用剪刀时，把被剪物体尽量靠近剪刀的转动轴，目的是（选填“增大”或“减小”）阻力臂，这样剪断物体更省力。物理学中，将和的比值叫做机械效率。6．（2022•榆林模拟）如图是液压起重车的示意图。使用时液压杆将起重臂顶起，同时通过与钢索连接的电动机工作，可将重物吊起到需要的地方。（1）如图所示的滑轮是滑轮，液压杆顶起起重臂的过程中，该起重臂可看做一个杠杆。（2）当起重臂在如图位置稳定后，电动机将重为6000N的物体以0.5m/s的速度匀速吊起，此时滑轮组的机械效率是80%，若此过程中不计绳重和摩擦，则电动机对钢索的拉力为；在不超过钢索的承受范围，被提升的重物越重，滑轮组的机械效率越（选填“小”或“大”）。7．（2023•花山区校级开学）如图所示，利用轻质滑轮组匀速拉动水平地面上重为400N的物体，若拉力的大小为F＝50N，绳A的拉力为FA＝80N，则滑轮组的机械效率为。8．（2022春•香坊区校级期中）小德利用如图装置研究杠杆提升重物时的机械效率，实验中竖直向上拉动弹簧测力计，使杠杆匀速上升到虚线位置，在此过程中该杠杆属于杠杆；若仅将钩码从A点改挂到B点，仍将钩码提升相同高度，则杠杆的机械效率将（填“变大”、“不变”或“变小”）。9．（2022•泰州模拟）如图所示，一根均匀的细木棒OC，OC＝4OA，B是OC的中点，在C点施力将挂在A点的重为180N的物体匀速提升10cm，木棒的机械效率为90%，则提升该物体做得有用功是J，木棒的重为N.（不计摩擦）三、实验探究题。10．（2022•荔湾区校级模拟）如图，小明在做探究影响杠杆机械效率因素实验时，发现把同一钩码放在A点，弹簧测力计示数小；放在B点，弹簧测力计示数大。对此，小明猜想：“同一杠杆，同一物体在杠杆上的悬挂点离支点越近，机械效率越高。”请设计实验验证其猜想。（1）除图中所示的器材以外，还需要的实验器材有。（2