2024年人教版八年级物理讲义：机械效率（知识解读）（解析版）

12.3机械效率（知识解读）（解析版）

知识导航

•知识点1有用功和额外功

•知识点2机械效率的概念

・知识点3机械效率的计算和大小比较

•知识点4机械效率的应用及改变方法

•知识点5有关机械效率的探究实验

•作业巩固训练

知识点1有用功和额外功

知识点讲解

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处功。

3、总功：有用功与额外功的和叫总功。

4、总功的计算：W总二Fs；W总=3有用+W额外。

5、有用功的计算方法：W有方Gh；W有方W总-W额外。

z

6、额外功的计算方法：Ww=Gh,W®h=f«s；W额外=W—W有用。

’典例分析题型分类举一反三

【典例1-1】（2023春•肃宁县校级期末）小红用铁桶从井中打水；小军把不小心掉进井中的

铁桶打捞上来。在这两个情形中水桶中都有水。那么下列分析中正确的是（）

A.两个情形中，两人对水做的功都是有用功

B.两个情形中，两人对水做的功都是总功

C.两个情形中，两人对水做的功都是额外功

D.小红对水做的功是有用功，小军对水做的功是额外功

【答案】D

【解答】解：（1）当用桶从井中打水时，我们的目的就是为了把水提上来，所以对水做

的功为有用功；但水是盛在水桶里面的，又不得不对水桶做功，所以对水桶做的功为额

外功；

（2）若桶掉到井里而将桶打捞上来时，我们的目的就是为了把水桶提上来，所以对水桶

做的功为有用功；但水桶里面有一些水，又不得不对水做功，所以对水做的功为额外功；

可见，ABC错、D正确。

故选：D。

【典例1-2】（2023秋•电白区期末）著名作家冯骥才在《挑山工》中描述了挑山工用扁担将

货物运送上山的情景，如图所示。在这个过程中，挑山工做的有用功是对货物做的

功，挑山工做的总功是对人、扁担、货物做的功。挑扁担时，左右两边都放上货物，

这是利用了杠杆平衡的原理。

【答案】货物；人、扁担、货物；杠杆平衡。

【解答】解：挑山工用扁担将货物运送上山时。在这个过程中，挑山工做的有用功是对

货物做的功，挑山工做的总功是对人、扁担和货物做的功。挑扁担时，左右两边都放上

货物，即使货物不等重也能平衡，这是利用了杠杆的平衡的原理。

故答案为：货物；人、扁担、货物；杠杆平衡。

【变式1-1］（2023春•沂水县期末）质量是40kg的小王同学用重10N的水桶，提起重力为

100N的水，沿楼梯送到三楼，每层楼高3m,完成这一次提水，她对水做的功为有用功，

则她做的有用功和额外功分别是（）

A.600J,2400JB.600J,2460J

C.600J,60JD.3000J,60J

【答案】B

【解答】解：提水桶上楼，对水做的功：

W有用=G水h=100NX6m=600J，

该同学的重力为：

G人=mg=40kgXlON/kg=400N,

该同学上升的高度为：h=2X3m=6m,

该同学的额外功：

W额=6人h+Gtsh=400NX6m+1ONX6m=2460J=

故选：Bo

【变式1-2](2022春•海阳市期末)用如图甲的滑轮组提升重200N的物体，已知拉力F为

80N,不计绳重和摩擦，物体和绳子自由端的运动情况如图乙所示，反映绳子自由端运动

的图线是A(选填"A”或"B”)，动滑轮重为40N,3s内对物体做的有用功

为300Jo

甲乙

【答案】A；40；300«

【解答】解：(1)由图甲可知，n=3,则拉力端移动距离s=3h,所以图乙中上面的倾斜

直线A是绳子自由端运动的s-t图像，而下面的倾斜直线B是物体运动的s-t图像；

(2)不计绳重和摩擦，拉力F=』(G+G动)，则动滑轮重力：

3

G动=3F-G=3X80N-200N=40N；

(3)由图乙可知，t=3s时，物体运动的高度h=1.5m,

对物体做的有用功：W有用=Gh=200N义1.5m=300J。

故答案为：A；40；300o

知识点2机械效率的概念

知识点讲解

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n表示机械效率,贝U：Wwaxl00o/o

%

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。

’典例分析题型分类举一反三

【典例2-1）（2023秋•江城区期末）关于功、功率、机械效率，下列说法中正确的是（）

A.机械效率越大，物体所做的总功越多

B.作用在物体上的力越大，对物体所做的功越多

C.功率越大，物体做功越多

D.功率越大，则机械做功越快

【答案】D

w有用

【解答】解：A、由日吓包可知，机械效率大，只能说明两个功的比值大，并不能说

w总

明总功大。故A错误；

B、根据W=Fs可知，力F大，如果距离s小，功不一定大。故B错误；

C、由W=Pt可知，只有在做功时间一定时，功率越大，功才越多。故C错误；

D、功率表示做功的快慢，功率越大，单位时间内做的功越多，做功就越快。故D正

确。

故选：D。

【典例2-2】（2023秋•德庆县期末）机械效率越高的简单机械，必定是有用功占总功的比例

越大（选填“大”或“小”），机械效率的数值总小于（选填“大于”、“等于"

或“小于”）1。以同样速度行驶的列车和小汽车，列车（选填“列车”或“小汽车”）

动能大。

【答案】见试题解答内容

【解答】解：（1）机械效率越高的简单机械，有用功在总功中占的比例越大；

因为使用任何机械都要做额外功，且有用功与额外功之和等于总功，所以有用功一定小

于总功，而机械效率等于有用功与总功的比值，所以机械效率总小于1；

（2）列车和小汽车以相同的速度行驶时，速度相同，列车的质量大，因此列车具有的动

能大。

故答案为：大；小于；列车。

【变式2-1］（2023春•高阳县期末）如图为正在施工的工程车，下列关于工程车的说法正确

的是（）

A.做的功越多，机械效率越高

B.缩短工作时间，可提高机械效率

C.工程车做功越多，功率越大

D.工程车做功越快，功率越大

【答案】D

【解答】解：A、做的功越多，有用功占总功的百分比不一定高，机械效率也不一定高，

故A错误；

B、缩短工作时间，对有用功占总功的百分比不会有影响，不能提高机械效率，故B错

误；

C、不知道做功时间的情况下，工程车做功越多，功率不一定越大，故C错误；

D、功率是表示做功快慢的物理量，工程车做功越快，功率越大，故D正确。

故选：D。

【变式2-2X2023春•昌黎县期末）使用机械时对人们没有用，但又不得不做的功，称为额

外功，所以机械效率总是小于（填“小于”“等于”或“大于”）1。

【答案】额外功；小于。

【解答】解：使用机械时对人们没有用，但又不得不做的功，称为额外功，因总功等于

有用功与额外功之和，故总功大于有用功，根据n=二*xio。％,所以机械效率总是小

W总

于lo

故答案为：额外功；小于。

知识点3机械效率的计算和大小比较

知识点讲解

1、机械效率表达式为〃n^xlOO%,对于三种简单机械的机械效率的计算总结如下:

滑轮轮组

杆^4面

提升重物水平匀速拉动物体

小nW有GhG

①二——=——=—①=也

n「有摩物_强

W有Ghw总FsnFW_F5W总FL

n=------=—

w总Fs②擦W总Fs绳nF与Gh

②r）=-------------

其中摩为物体与水平面的摩擦力；为拉Gh+F摩L

其中G为提升重物的重_Gh_GFF

“Gh+G动hG+G动其中G为物重；h为斜

力；h为重物升高的高力；S物为物体移动的距离；S绳为绳子自

其中G为物重；G动为动滑轮的重力；面高度；L为斜面长

度；F为动力；s为动力由端移动的距离；n为承担摩擦力的绳子

h为重物上升的高度；s为绳自由端移度；F为由J；F摩为摩

作用点移动的距离的嬲

动的距离；n为承担物重的绳子的E嫩擦力

2、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。

典例分析题型分类举一反三

【典例3-1】（2023秋•五华区校级期末）如图所示，小明用两个不同的滑轮组，在相同时间

内分别用大小相等的拉力F将同一物体匀速提高了相同的高度，若两个滑轮组的动滑轮

重分别为G动1和G动2,机械效率分别为中、口2,小明做功的功率分别为Pl、P2,不计

绳重和摩擦。则（）

A.G动i〈G动2,ni>r)2,P1<P2

B.G动1VG动2,T]1>T|2，Pl—P2

C.G动1>6动2,r|l<T]2,P1<P2

D.G动1=6动2,T|1=T|2,P1=P2

【答案】A

【解答】解：小明用两个不同的滑轮组，在相同时间内分别用大小相等的拉力F将同一

物体匀速提高了相同的高度，从图示可知，G动1VG动2,根据W=Gh,可知，它们做的

W有G物h

有用功相同，它们的机械效率T]=弁艮=工一、，因为G物、和h都相同，G动1

W总（G物+G动）h

<G动2,故机械效率中>甲；因为P=上，而G1的总功更小，两者的时间相同，故功率

t

Pl<P2o

故选：Ao

【典例3-2】（2022秋•修水县期末）小华通过走楼梯的方式将一大包衣服搬到五楼，他有两

种方案：一是把所有衣服一次性搬到五楼；二是先将部分衣服搬到五楼，再搬剩下的衣

服。假设他上楼的速度相同，则方案一的上楼功率大于方案二的上楼功率;方案一

的机械效率大于方案二的机械效率。（均填“大于”“小于”或“等于”）

【答案】大于；大于。

【解答】解：设衣服的重力为G,

把所有衣服一次搬到五楼：W有i=Gh,人做的总功：W总i=Gh+G人h,

W有用I

则机械效率Gh_G

V总1Gh+G人hG+G人

上一次楼时间为t,其功率pi="h+•入h

ttt

分两次送上楼的有用功：W有2=Gh,人做的总功：W总2=Gh+2G人h,

GhG

则机械效率T]2=

Gh+2G人hG+2G人

上楼的时间为2t,其功率P21'h+"''人h=也+叨1

2t2tt

比较得T11>T|2,Pl>P2o

故答案为：大于；大于。

【典例3-3X2023秋•惠城区期末）早在3000年前我们的祖先就设计了结构很合理的辘特，

通常用于从井中提水。如图所示是古代民间的提水设施辘糊，由辘粘头、支架、井绳、

水桶等部分构成。某次取水时井绳拉着质量为10kg的水缓慢上升了4m,水桶的质量为

1kg,在这一过程中，人做的总功为500J。g取10N/kg。求此次取水的过程中：

（1）人做的有用功为多少？

（2）辘湖的机械效率多大？

【答案】（1）人做的有用功为400J；

（2）辘轮的机械效率80%o

【解答】解：（1）拉着质量为10kg的水缓慢上升了4m,水的重力

G水=m水g=lOkgX10N/kg=100N,

做的有用功：W有用=6水卜水=100NX4m=400J；

（2）辘轮的机械效率亘电=驷1><100%=80%。

w总500.T

答：（1）人做的有用功为400J；

（2）辘轮的机械效率80%o

【变式3-1]（2023秋•碑林区校级期末）如图1,小明分别使用甲、乙两种机械匀速提升物

体M（绳长不变），做功情况如图2,则（）

图1图2

A.甲的总功大于乙

B.甲的机械效率大于乙

C.甲提升M的高度小于乙

D.甲的机械效率等于乙

【答案】B

【解答】解：A、由图2可知，甲、乙两种机械做的有用功：W甲有=W乙有，额外功：W

甲额＜W乙额，所以总功：W甲总＜W乙总，故A错误；

w有一

BD、由月=一包可知，甲的机械效率高于乙，故B正确，D错误；

W总

C、根据W=Gh可知，有用功相同，则物体上升的高度相同，故C错误。

故选：Bo

【变式3-2］（2023春•招远市期末）如图所示，用同一滑轮（G滑＜G物）按甲、乙两种方式

匀速提升同一物体，绳重和摩擦均忽略不计，F甲＞F乙,机械效率n甲＞n乙（选

填“＞，，、"=”或“＜，，），图乙的滑轮可以看作是省力（选填“省力”、“等臂”或

“费力”）杠杆。

甲乙

【答案】＞；＞；省力。

【解答】解：（1）由图知，甲滑轮是定滑轮，绳重和摩擦不计，使用该滑轮不省力，所

以拉力等于物体的重力，即F¥=G物;

乙滑轮是动滑轮，绳重和摩擦不计且G滑VG物，使用该滑轮可以省一半的力，即拉力等

于物体和滑轮总重力的一半，(G物+G滑)；

2

所以，F甲＞F乙；

故图乙的滑轮可以看作是省力杠杆。

(2)两幅图中的有用功是克服物体重力做的功，在提升高度相同时，有用功是相同的，

但乙图中还要克服动滑轮的重力做额外功，则乙图比甲图中做的总功要多，

w有

结合机械效率公式1]=「艮乂100%可知，有用功相同时，总功越大的，机械效率越小，

W总

所以口甲＞9乙。

故答案为：＞；＞；省力。

【变式3-3](2023春•迪庆州期末)今年以来云南干旱少雨，为解决生活用水，扎西同学用

一台功率为500W的抽水机将水从井中抽往12m高的楼顶水箱中，用时lOmin把容积为

2m3的水箱装满。求：

(1)水箱中水的质量；

(2)抽水机抽水过程中对水做的有用功；

(3)抽水机抽水时的效率。

【答案】(1)水箱中水的质量是2Xl()3kg；

(2)抽水机抽水过程中对水做的有用功2.4义105J；

(3)抽水机抽水时的效率是80%。

【解答】解：(1)根据p=叫可得水箱中水的质量；

m=pV=1.0X103kg/m3X2m3=2X103kg；

(2)水的重力：G=mg=2X103kgX10N/kg=2X104N,

抽水机抽水过程中对水做的有用功：

W有用=Gh=2X104NX12m=2.4X105J；

(3)抽水机抽水时的效率：

=了有用_=W有用X100%=4X10咛xi00%=80%o

W总Pt500VX10X60s

答：(1)水箱中水的质量是2Xl()3kg；

(2)抽水机抽水过程中对水做的有用功2.4X105J；

（3）抽水机抽水时的效率是80%。

知识点4机械效率的应用及改变方法

知识点讲解

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，Ww=Gh0

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^fso

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WJFFS。

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=3有+3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『口=也，在同一斜面上，由于倾斜程度相同，即乜。

W总Fss

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。

7、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。

典例分析题型分类举一反三

【典例4-11（2023春•民权县期末）道路救援车对故障车辆拖移时可构建成如图所示的模型，

当钢绳对车辆施加沿斜面的拉力为F时，在t时间内可将重为G的小车A沿斜面底端匀

速拉至斜面顶端。已知斜面高为h,斜面长为1。在小车A从水平路面被拖上救援车的过

程中（）

A.图中滑轮可以省力

B.拉力F做的有用功为Fh

C.斜面的机械效率为团

F1

D.斜面长一定时，减小斜面的坡度，斜面越省功

【答案】C

【解答】解：A、图中滑轮的轴固定不动，为定滑轮，使用定滑轮不能省力，但可以改变

用力的方向，故A错误；

B、拉力做的有用功：W有用=Gh,故B错误；

C、拉力做的总功W,月=FL斜面的机械效率9="曳=弛.，故C正确；

w总F1

D、斜面长一定时，减小斜面的坡度，斜面越省力，但不能省功，故D错误。

故选：C=

【典例4-2】（2023秋•西安期末）如图所示，超市购物时，小明用沿斜面向上150N的推力，

将总重为500N的小车匀速推到斜面顶端，用时20s。已知斜面高1.2m,长5m。此过程

中小明做的有用功为600J；小明推力做功的功率为37.5W；该斜面的机械效率

为80%o日常生活中人们利用斜面可以省力（选填“省力”或“省功”）。

【答案】600；37.5；80%；省力。

【解答】解：（1）小明做的有用功:

W有用=Gh=500NX1.2m=600J；

（2）小明做的总功：

W.&=Fs=150NX5m=750J,

小明做功功率：

P=I^=至红=37.5W；

t20s

（3）斜面的机械效率：

2^5_xi00%=^2J-X100%=80%；

W总750.T

（4）使用斜面可以省力，但由于克服摩擦而多做额外功，不能省功。

故答案为:600；37.5；80%；省力。

【变式4-1】（2023春•盐湖区校级期末）我国古代科学著作《天工开物》中记载有井上汲水

装置一一桔棒，如图甲所示，它相当于一个杠杆。图乙为小明根据其原理自制的模型装

置，杠杆左端是悬挂的石块，右端悬挂水桶。下列有关说法正确的是（）

A.左端悬挂的石块是多余的

B.右边水桶越重，提起水时有用功越多

C.当减轻桔棒（模型AB杆）的重时，提水时机械效率可达100%

D.汲水后，如图乙所示时，水桶总重比石块大

【答案】D

【解答】解：A.左端悬挂的石块是在提水时，给水桶向上的拉力，减小人所用的拉力,

不是多余的，故A错误；

B.右边水桶越重，提起水时对水桶做的功是额外功，额外功越多，故B错误；

C.当减轻桔棒（模型AB杆）的重时，由于水桶的重力不可忽略，仍要做额外功，因而

提水时机械效率不可能达100%,故C错误；

D.汲水后，如图乙所示时，杠杆平衡，此时水桶总重拉力的力臂比石块拉力的力臂短根

据杠杆平衡条件知，水桶拉力比石块拉力大，水桶重力比石块重力大，故D正确。

故选：Do

【变式4-2］（2023秋•四会市期末）如图，这是一种塔式起重机，已知起重机上的滑轮组在

匀速起吊660kg的物体时，其机械效率是60%,g取lON/kgo物体上升2m时，滑轮组

所做有用功是1.32X1Q4J,动滑轮总重力为4400N（忽略绳重及摩擦）;若增加

起吊物体的质量，滑轮组的机械效率将变大（选填“变大”“变小”或“不变”）。

【答案】1.32X104；4400；变大

【解答】解：物体的重力：G=mg=660kgX10N/kg=6600N,

物体上升2m时，滑轮组所做有用功：亚有=611=660（^*2m=L32X104j；

w有W有

忽略绳重及摩擦，滑轮组的机械效率=——--=—r—b—=」r一

W总W有+W额Gh+G动hG+G动

6600N

已知其机械效率是60%,即：60%=

6600N+G动

解得G动=4400N；

若增加起吊物体的质量，则起吊物体的重力变大，在提升高度不变时，额外功不变，有

用功变大，有用功在总功中所占的比例变大，则滑轮组的机械效率将变大。

故答案为：1.32X104；4400；变大。

知识点5有关机械效率的探究实验

知识点讲解

1、滑轮（组）机械效率的测量实验

（1）实验目的：测量滑轮组的机械效率。

（2）实验原理：0=35=也。

W总Fs

（3）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、斜面机械效率的测量实验

(1)实验目的：探究斜面的机械效率。

(2)实验原理：7=^><100%o

(3)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、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：

钩码总重钩码移动距测力计移动距离机械效率

次数钩码悬挂点拉力F/N

G/N离h/ms/m11/%

1A点、1.50.100.70.3071.4

2B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。

典例分析题型分类举一反三

【典例5-1】（2023秋•永修县期末）某实验小组在“测滑轮组机械效率”的实验中得到的数

据如表所示，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钩码上升的高测力计拉力测力计移动距机械效率n

度h/cmF/N离s/cm

12100.93074.10%

24101.63083.30%

34101.050

（1）实验中，弹簧测力计应竖直方向匀速提升重物。第3次实验中所做的有用功

是0.4J,机械效率为80%o

（2）第3次实验中动滑轮个数比第2次实验多，动滑轮自重增大，所做的额外功将增

大（增大/减小）。因而，由第2、3次实验可知：使用不同的滑轮组提升相同的重物时，

动滑轮越重，滑轮组的机械效率越小。

（3）比较1、2两次实验数据可得出结论:使用同一滑轮组，提起的钩码越重，滑

轮组的机械效率越高。

甲乙丙

【答案】（1）匀速；0.4；80%；（2）增大；越小；（3）1、2；越高。

【解答】解：

（1）实验中应沿竖直方向匀速拉动弹簧测力计，使钩码上升；

第3次实验中：

有用功：W^=Gh=4NX0」m=0.4J,

总功：W.a=Fs=lNX0.5m=0.5J,

机械效率：♦有用.=2LALX100%=80%；

w总0.5.T

(2)第3次实验中动滑轮个数比第2次实验多，动滑轮自重增大，所做的额外功将增大；

由实验2、3得，有用功相同，总功增大，额外功增大，机械效率降低；所以滑轮组的机

械效率跟动滑轮的重有关，使用不同的滑轮组提升相同的重物时，动滑轮越重，滑轮组

的机械效率越小；

(3)比较第1次实验和第2次实验可知，甲乙是同一个滑轮组，甲提起2N的物体，乙

提起4N的物体，其他的条件相同，甲的机械效率是74.1%,乙的机械效率是83.3%,所

以，使用同样的滑轮组，提起的钩码越重，滑轮组的机械效率越高。

故答案为：(1)匀速；0.4；80%；(2)增大；越小；(3)1、2；越高。

【典例5-2】(2022秋•淮安区期末)如图是小明同学探究斜面机械效率跟什么因素有关的实

验装置。

实验次数斜面的倾斜物块重量斜面高度沿斜面拉力斜面长s/m机械效率

程度G/Nh/mF/N

1较缓100.15.01

2较陡100.36.7145%

3最陡100.58.4160%

实验时他用弹簧测力计拉着同一物块沿粗糙程度相同的斜面向上做匀速直线运动。实验

的部分数据如表：

(1)小明探究的是斜面的机械效率跟斜面的倾斜程度的关系。在第1次实验中，

斜面的机械效率为20%o物块和斜面的内能增加了约4Jo

(2)分析表格中数据可以得出结论：在斜面粗糙程度相同时，斜面越陡，机械效率越

高。若要探究斜面机械效率跟斜面的粗糙程度的关系，应保持斜面的倾斜程度不

【答案】(1)斜面的倾斜程度；20%；4；(2)高；斜面的倾斜程度。

【解答】解：(1)由题意和表中信息可知，实验过程中斜面的粗糙程度一定，而斜面的

倾斜程度不同，所以该实验是探究斜面的机械效率和斜面的倾斜程度的关系；

第一次实验的机械效率：1]="有用=生=10NXCl.ImX100%=20%；

W总Fs5NX1m

实验过程中要克服摩擦力做额外功，一部分机械能会转化为内能，

所以，物块和斜面的内能增加量等于额外功，即AE内=0额=亚总-W有用=Fs-Gh=5N

XIm-10NX0.1m=5J-1J=4J；

（2）根据表中数据可以得出结论：在斜面粗糙程度相同时，斜面越陡，机械效率越高；

要探究斜面机械效率和斜面粗糙程度的关系，根据控制变量法可知，要控制斜面的倾斜

程度不变，改变斜面的粗糙程度。

故答案为：（1）斜面的倾斜程度；20%；4；（2）高；斜面的倾斜程度。

【变式5-1]（2023秋•泗阳县期末）在“测量滑轮组的机械效率”的实验中，小雨和小明用

如图所示的滑轮组进行了三次实验，实验数据如下表所示。

实验序号物重G/N物体上升高度h/m拉力F/N绳端移动距离s/m机械效率n

110.20.70.471.4%

220.21.30.476.9%

330.21.80.4—

（1）小雨是用图中的乙（选填“甲”或“乙”）滑轮组完成实验的；

（2）实验中用到的测量工具有弹簧测力计和刻度尺；

（3）在第3次实验中，滑轮组的机械效率是83.3%；

（4）分析数据可得结论：使用同一滑轮组，不计绳重和摩擦，滑轮组的机械效率与物重

你认为他的想法是错误（选填“正确”或“错误”）的，如果这样做，测得的机械

效率将偏大（选填“偏大”、“偏小”或“更准确”）。

甲乙

【答案】（1）乙；（2）刻度尺；（3）83.3%；（4）A；（5）错误；偏大。

【解答】解：（1）由表中数据可知，绳子的有效段数为：

n=s.=0.4m=2：

h0.2m

小皇是利用图中的乙滑轮组完成实验的；

（2）因表中要测量长度，故实验中用到的测量工具有弹簧测力计和刻度尺；

（3）在第③次实验中，滑轮组的机械效率是：

T］=0.2m*100%-83.3%；

W总Fs1.8NXQ.4m

（4）动滑轮的重力不可忽略，则克服动滑轮的重和绳与滑轮间的摩擦所做的功为额外功,

从摩擦角度考虑，随着物体重力的增加，滑轮与绳子间摩擦会一定程度增大；

同时，物重增大，有用功逐渐增大，有用功占总功的比值在增大，所以机械效率逐渐增

大，但由于摩擦也在增大，故机械效率1］与物体重力G的关系并不成正比，故滑轮组的

机械效率与物重的关系可能比较符合的图是A；

故选：A；

（5）实验中应匀速缓慢竖直拉动测力计，此时系统处于平衡状态，测力计示数等于作用

在绳子自由端的拉力大小。乐乐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，若该静止读数，没有测量出机械之间的摩擦力，测量值偏小，她的想法是错误，

如果这样做，求出的总功偏小，测得的机械效率将偏大。

故答案为：（1）乙；（2）刻度尺；（3）83.3%；（4）A；（5）错误；偏大。

【变式5-2］（2023秋•沛县校级期末）如图所示，在测量斜面的机械效率时，已知木块所受

重力G为10N,斜面长s为0.5m,高h为0.2m。

（1）实验时，沿斜面拉动弹簧测力计，应尽量使木块做匀速直线运动;

（2）如果弹簧测力计示数为7.0N,则斜面的机械效率为57%；

（3）实验中，木块受到木板对它的摩擦力大小为3N；

（4）如果要提高斜面的机械效率,请你提出一个合理可行的方法:增大斜面的倾角

【答案】（1）匀速；（2）57%；（3）3；（4）增大斜面的倾角

【解答】解：（1）实验时，沿斜面拉动木块时，为使测力计的示数稳定，应尽量使木块

做匀速直线运动；

(2)总功为：W,a=Fs=7.0NX0.5m=3.5J；

有用功为：W有用=Gh=10NX0.2m=2J；

W有用

机械效率为：口=萼曳

W总3.5.T

(3)额外功：WS=W,a-Ww»=3.5J-2J=1.5J,

由W^=fs可知，摩擦力大小：f=2^_=L5J=3N；

s0.5m

（4）斜面的机械效率与斜面的倾角有关，且斜面倾角越大，机械效率越高，所以要提高

此实验斜面的机械效率，可以增大斜面的倾角。

故答案为：（1）匀速；（2）57%；（3）3；（4）增大斜面的倾角。

巩固训练

1.（2023秋•惠城区校级期末）同一个滑轮分别用（a）（b）两种方式匀速提升物体3动＜

G物），假设所用的拉力分别为Fi、F2,机械效率为甲、单，不计绳重和摩擦，则（）

/〃//////

(a)(b)

A.FI>F2；r)i=Ti2B.FI>F2；r|i>r|2

C.FI<F2；r)i=Ti2D.F1>F2;T|1<T|2

【答案】B

【解答】解：（a）为定滑轮，不计绳重和摩擦，则拉力Fi=G,机械效率甲=100%；（b）

G+G动

为动滑轮，F2=--------已知G动<G物，则FI>F2；T]2<100%,则单〉甲。

2

故选：Bo

2.（2023春•苍溪县期末）如图所示，用两个完全相同的滑轮匀速提升所受重力相等的物体。

不计轴处摩擦，比较甲、乙装置可知（）

甲7,

A.甲省力，机械效率较高

B.甲不省力，机械效率较低

C.乙省力，机械效率较低

D.乙不省力，机械效率较高

【答案】D

【解答】解：定滑轮不省力，不用对滑轮做功，故机械效率高，动滑轮可省力，但要对

滑轮做额外功，故机械效率低。

故选：D。

3.（2023秋•高州市期末）对物理概念的理解是学好物理的关键，如图用的滑轮水平向左匀

速移动物体A,对于它的功、功率和机械效率，下列说法正确的是（)

A.拉力做功越快，滑轮的机械效率越高

B.拉力做功越多，其功率越大

C.克服物体A与地面摩擦做的功是额外功

D.地面对物体A的支持力没有做功

【答案】D

【解答】解：A、滑轮机械效率是指有用功与总功的比值，与功率无关，F做功越快，表

示功率越大，但滑轮的机械效率不一定越高，故A错误；

B、在相同的时间内做功越多，由公式P=乜知，功率就越大，故B错误；

t

C、由图可知,是水平使用滑轮组拉动物体,克服物体与地面间的摩擦力做的功为有用功，

故C错误；

D、地面上物体A在支持力的方向上没有移动距离，没有做功，故D正确。

故选：D。

4.（2023秋•东台市期末）小明利用如图甲所示装置做“测量提升物体所做的功”实验。保

持斜面倾斜程度不变，小明在小车上逐渐添加重物，计算出沿斜面所拉小车至高度h做

的功Wi、竖直提升小车至高度h做的功W2,作出W1和W2与小车总重G的关系图象，

分别如图乙中的a和b。则关于斜面机械效率”与小车总重G的关系图象正确的是（）

C.GD.G

【答案】D

【解答】解：使用斜面时，克服物体重力做的有用功W^r=Gh,

沿斜面拉小车做的功为总功，由图乙知，沿斜面拉小车做的功与小车总重G成正比，即

W与G的比值是一个定值，

W有「人

斜面斜面倾斜程度和高h一定，斜面机械效率|!=:包=也为一定值，所以ABC错误，

W总w

D正确。

故选：D。

5.（2021春•汉阳区期末）用如图甲所示的装置来探究滑轮组的机械效率n与物重G物的关

系，改变G物，竖直向上匀速拉动弹簧测力计，计算并绘出n与G物的关系如图乙所示,

若不计绳重和摩擦，则下列说法正确的是（）

A.此滑轮组动滑轮的重为5N

B.当G物=15N时，滑轮组机械效率为1]=75%

C.同一滑轮组的机械效率n随G物的增大而增大，最后等于100%

D.G物不变，改变图甲中的绕绳方式，滑轮组的机械效率仍不改变

【答案】D

【解答】解：

A、由图可知，G物i=12N时，滑轮组的机械效率单=80%,

有用

不计绳重和摩擦，滑轮组的机械效率n=丁w萼Gh_G

w,68Gh+G动hG+G动

12N

即:80%=

12N+G动

解得动滑轮重力：G动=3N,故A错误；

B、同理可得，当G物=15N时，滑轮组的机械效率：=———=-15N-X100%

G物+G动15N+3N

-83.3%,故B错误；

C、由图像可知，同一滑轮组机械效率口随G物的增大而增大；但使用滑轮组时，不可避

w有用

免地要克服动滑轮重做额外功，所以总功一定大于有用功；由公式普知机械效

W总

率一定小于100%,故C错误；

D、不计绳重和摩擦，G物不变，改变图甲中的绕绳方式，由公式n=—一可知，该

G物+G动

滑轮组的机械效率不变，故D正确。

故选：D。

6.（2023秋•城关区期末）某同学利用平行于斜面的力将物体沿斜面底端匀速拉上顶端，已

知沿斜面的长为5m,高度为3m,底边长为4m,斜面对物体的支持力为240N,此过程

中机械效率为90%,则根据题给条件我们可以判断沿斜面向上的拉力大于摩擦力

（选填“大于”“等于”或“小于”）；支持力对物体做的功为0J

三

【答案】见试题解答内容

【解答】解：

（1）利用斜面做的有用功：

\¥有=611=6><3111,

W有用

由11=上吐=90%可得，该过程中人做的功（即总功）：

W总

W

w.WfflGX3m

“90%90%

由W\a=Fs可得，拉力的大小：

GX3m

F—W总二/厂=106

s5m15

克服摩擦力所做的额外功：

W额=W总_W有用=gX：迎-GX3m=AxGX3m,

90%9

由W额=£$可得，物体和斜面间的滑动摩擦力：

一额—XGX3m

s5m15

可见，F>f,

即：沿斜面向上的拉力大于摩擦力;

（2）因为物体受到的支持力与斜面垂直，所以物体在支持力的方向上没有移动距离，所

以支持力对物体不做功，即做功为OJ。

故答案为：大于；Oo

7.（2023春•永定区期末）如图是张家界天门山景区的盘山公路，盘山公路相当于简单机械

中的斜面，使用它不可以（选填“可以”或“不可以”）省功。

【答案】斜面；不可以。

【解答】解：盘山公路相当于简单机械中的斜面；使用它不可以省功。

故答案为：斜面；不可以。

8.（2023秋•信宜市期末）如图甲所示，用滑轮组将重为120N的物体匀速提起，在5s内绳

子自由端移动的距离为3