专题12.3机械效率-2022-2023学年八年级物理下册举一反三（人教版）

专题12.3机械效率【四大题型】【人教版】TOC\o"13"\t"正文,1"\h【题型1有用功、额外功和总功的概念】 9【题型2影响机械效率大小的因素】 11【题型3机械效率的探究】 12【题型4机械效率的相关计算】 13【知识点1有用功、额外功和总功的概念】有用功就是为达目的必做的功；额外功就是没用但又不得不做的功；总功包括有用功和额外功。【题型1有用功、额外功和总功的概念】【例1】（2022·黑龙江哈尔滨·中考真题）如图所示，用一个动滑轮把重100N的沙袋从地面匀速提到6m高的楼上，所用拉力60N（绳重和摩擦不计），下列说法正确的是（）A．动滑轮重40NB．绳子自由端通过的距离为12mC．拉力做的有用功为720JD．动滑轮的机械效率为8.3%【答案】B【详解】A．由图知，n=2，因为不计绳重和摩擦时，所以动滑轮的重力G动=2FG=2×60N100N=20N故A错误；B．绳子自由端移动的距离s=nh=2×6m=12m故B正确；C．拉力做的有用功W有用=Gh=100N×6m=600J故C错误；D．拉力做的总功W总=Fs=60N×12m=720J滑轮组的机械效率故D错误。故选B。【变式11】（2022·湖南常德·中考真题）如图所示，用两滑轮采用不同的绕绳方法，将同一重物匀速提升相同的高度（不计绳重和摩擦），下列说法中正确的是（）A．F1＞F2，F1移动距离多 B．F1＜F2，F2移动距离多C．F1所做的额外功多 D．两装置的机械效率相同【答案】D【详解】AB．由图可知，左侧的滑轮组，n=2，则拉力为F1移动距离为s1=2h右侧的滑轮组，n=3，则拉力为F2移动距离s2=3h因此F1＞F2，F2移动距离多，故AB错误；C．不计绳重和摩擦，提动滑轮做的功为滑轮组的额外功，两个动滑轮相同，提升相同的高度，故两个滑轮组做的额外功相同，故C错误；D．不计绳重和摩擦滑轮组的机械效率与所提物重和滑轮重有关，与绳子的绕法无关，在提升相同物体到相同的高度，所做的有用功与额外功相同，故两装置的机械效率相同，故D正确。故选D。【变式12】（2022·四川眉山·中考真题）小摩同学家里正在修建楼房，他通过调查了解到工人利用如图的装置，将重力为900N的物体匀速提升了6m，工人对绳子施加的拉力F为475N。忽略绳重和机械之间的一切摩擦。下列说法中正确的是（）①拉力F做功为2850J②动滑轮的重力为50N③拉力F做的额外功为600J④如用该装置匀速提升重力为950N的物体，则该滑轮组的机械效率为95%。A．①③ B．②④ C．①② D．③④【答案】B【详解】①如图所示，一共有两段绳子分担动滑轮重，故绳子自由端移动的距离为拉力F做功为故①错误；②动滑轮的重力为故②正确；③拉力F做的额外功为故③错误；④如用该装置匀速提升重力为950N的物体，则该滑轮组的机械效率为故④正确，故综上所述，②④正确，B正确。故选B。【变式13】（2022·云南·中考真题）如图所示，工人利用滑轮组将质量为57kg的建筑材料匀速提升，绳子自由端移动的速度为0.4m/s，动滑轮的质量为3kg，忽略绳重和摩擦，则（）A．经过10s建筑材料被提升4m B．工人对绳子的拉力为300NC．经过10s工人做的有用功为2280J D．此过程中该滑轮组的机械效率为90%【答案】B【详解】A．两根绳子分担动滑轮重，故建筑材料移动的速度为经过10s建筑材料被提升故A错误；B．工人对绳子的拉力为故B正确；C．经过10s工人做的有用功为故C错误；D．此过程中该滑轮组的机械效率为故D错误。故选B。【题型2影响机械效率大小的因素】影响机械效率的因素有：①摩擦，摩擦力越大会使吊起同样重的物体时使用的拉力越大，使机械效率降低；②提升物体的重，提升的物体越重，有用功占总功的比值越大，滑轮组的机械效率越高；③机械本身的自重越大，机械效率越低．【例2】（2022·广西桂林·中考真题）下列办法中，能提高如图滑轮组机械效率的是（）A．增大摩擦 B．增大定滑轮重力C．增大动滑轮重力 D．增大被提升物体重力【答案】D【详解】A．增大摩擦，会增大额外功在总功所占比值，使机械效率降低，故A不符合题意；B．增大定滑轮重力，不会改变额外功和有用功，即机械效率不变，故B不符合题意；C．增大动滑轮重力，会增大额外功在总功所占比值，使机械效率降低，故C不符合题意；D．增大被提升物体重力，增大有用功在总功所占比值，使机械效率增大，故D符合题意。故选D。【变式21】（2022·江苏扬州·中考真题）在测量滑轮组机械效率的活动中，装置如图所示，欲使所测机械效率提高，下列措施可行的是（）A．转轴加润滑油 B．增加提升高度 C．增大提升速度 D．减小物体质量【答案】A【详解】A．转轴加润滑油，减小摩擦力，减小额外功，可以提升滑轮组的机械效率，故A符合题意；B．有3段绳子分担动滑轮和物重，故滑轮组的机械效率为与提升高度高度无关，故B不符合题意；C．滑轮组的机械效率与速度无关，故C不符合题意；D．若减小物体的质量，根据可知，滑轮组的机械效率将变小，故D不符合题意。故选A。【变式22】（2021·山东青岛·中考真题）如图所示，建筑工人使用滑轮组匀速向楼上运送石料，下列不能提高滑轮组机械效率的是（）A．换用轻质的动滑轮 B．滑轮转轴处加润滑油C．增大匀速提升的速度 D．增大单次运送石料的重力【答案】C【详解】根据机械效率公式η=可知，用轻质的动滑轮、滑轮转轴处加润滑油可以减少额外功，而增大单次运送石料的重力，可以增加有用功，所以都可以提高机械效率，但增大匀速提升的速度不影响机械效率。故ABD正确，不符合题意，C错误，符合题意。故选C。【变式23】（2016·湖北恩施·中考真题）如图所示，滑轮组相同，钩码相同，甲挂一个钩码，乙挂两个钩码，用滑轮组将钩码提升相同的高度(不计绳子与滑轮的摩擦和绳重)，下列说法正确的是A．乙滑轮组所做的总功是甲滑轮组所做总功的两倍B．乙滑轮组所做的有用功是甲滑轮组所做有用功的两倍C．甲滑轮组的机械效率高于乙滑轮组的机械效率D．提升钩码的过程中，乙滑轮组拉力的功率大些【答案】B【详解】A．甲滑轮组所做的总功为乙滑轮组所做的总功为故乙滑轮组所做的总功不是甲滑轮组所做总功的两倍，故A选项错误；B．甲滑轮组所做的有用功为乙滑轮组所做的有用功为故乙滑轮组所做的有用功是甲滑轮组所做有用功的两倍，B选项正确；C．同一个装置，所提的重物越重，有用功占比更大，机械效率越大，故C选项错误；D．乙组的总功比较大，但是时间未知，功率是指的做功快慢的物理量，故拉力功率无法比较，D选项错误。故选择B。【题型3机械效率的探究】机械效率公式：η＝（W有用/W总）×100％，W总＝W有＋W额外，η＝W有/W总，W手＝W机，P＝W/t＝FV，1、任何机械本身都受到重力的作用，相对运动的零件间又存在摩擦，所以使用任何机械，除了做有用功外，都不可避免地要做额外功。这时动力所做的总功等于有用功加额外功。2、有用功跟总功的比值叫机械效率(mechanicalefficiency)。如果用W总表示总功，W有用表示有用功，η表示机械效率，那么η=（W有用÷W总）×100％(有用功总小于总功，所以机械效率总小于100%。)对于机械系统的效率计算，如果系统是由几个机器或机构简单串联而成，则系统的总效率是各个机器或机构效率的连乘积。3、比值定义法：所谓比值定义法，就是用两个基本的物理量的“比”来定义一个新的物理量的方法。比如物质密度、电阻、场强、磁通密度、电势差等。一般地，比值法定义的基本特点是被定义的物理量往往是反映物质的最本质的属性，它不随定义所用的物理量的大小取舍而改变，如确定的电场中的某一点的场强就不随q、F而变。【例3】（2022·湖北襄阳·中考真题）某同学用如图所示的实验装置测量滑轮组的机械效率，相关数据记录在下表中。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η11.0100.63055.6%22.0101.03034.0101.63083.3%（1）实验中，使用滑轮组提升重物时，应竖直向上_____拉动弹簧测力计；（2）第二次实验中，滑轮组的机械效率为_____；（3）分析1、2、3次实验数据可知，使用同一滑轮组提升重物时，重物越_____（选填“重”或“轻”），滑轮组的机械效率越高；（4）小琪同学在仅改变提升物体速度的情况下，又做了上述第三次实验，结果会发现滑轮组的机械效率_____（选填“变大”“变小”或“不变”）。【答案】

匀速直线

66.7%

重

不变【详解】（1）[1]实验中应该匀速竖直向上拉动弹簧测力计，以保证拉力大小恒定。（2）[2]由表中可知，不计绳重与摩擦，滑轮组的机械效率（3）[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，重物重力越大，滑轮组的机械效率越高。（4）[4]影响机械效率的只有摩擦力、绳子重力、动滑轮重力，仅改变提升物体速度的情况下，又做了上述第三次实验，结果会发现滑轮组的机械效率不变。【变式31】（2022·山东潍坊·中考真题）许多实验器材在物理实验中能被重复利用，斜面就是其中之一。请完成下列利用斜面进行实验的有关内容:（1）图甲所示实验中，为便于测量小车在斜面上的运动时间，应使斜面保持__________（选填“很大”或“很小”）的坡度；（2）图乙所示实验中，对于同一个球A，要改变A撞击木块前的动能大小，可进行的操作是_________；（3）图丙所示实验中，斜面倾斜角为，物体B重为。用弹簧测力计沿斜面拉动B时，应使B做___运动，实验中弹簧测力计示数如图所示，则所测斜面的机械效率为__________。【答案】

很小

改变在斜面上静止释放的高度

匀速直线

80%【详解】（1）[1]图甲所示实验中，斜面很大的坡度，小车运动速度将会很大，运动时间很小，测量运动时间不方便。为便于测量小车在斜面上的运动时间，应使斜面保持很小的坡度。（2）[2]图乙所示实验中，球A的动能是由重力势能转化而来的。对于同一个球A，要改变A撞击木块前的动能大小，可进行的操作是改变在斜面上静止释放的高度。（3）[3]图丙所示实验中，斜面倾斜角为，物体B重为。为了便于读出弹簧测力计的示数，用弹簧测力计沿斜面拉动B时，应使B做匀速直线运动。[4]实验中弹簧测力计示数如图所示，弹簧测力计的分度值为0.1N，其示数为2.5N。设斜面高为h，由数学知识知，斜面长则所测斜面的机械效率为【变式32】（2022·海南·中考真题）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。（1）测量斜面的机械效率，需要的测量工具是______、______。（2）请设计出实验数据记录表。______（把表格画在答题卡的方框里面）（3）准备动手实验时，有小伙伴提出，斜面的机械效率还可能跟斜面的粗糙程度有关。则他们要探究斜面的机械效率是否与倾斜程度有关时，应当保持______不变，这里采用的科学研究方法是______。【答案】

弹簧测力计

刻度尺

实验序号斜面的倾斜程度物体重力G/N拉力F/N斜面高度h/m斜面长度s/m机械效率123

斜面的粗糙程度

控制变量法【详解】（1）[1][2]测量机械效率需要知道做的有用功和总功，功的多少要通过公式W=Fs计算得出，所以需要测量的物理量有长度的大小和力的大小，需要的测量工具为弹簧测力计和刻度尺。（2）[3]需要测量的物理量有：斜面的倾斜程度、物体重力、拉力大小、斜面高度和斜面长度，需要计算的物理量有有用功和总功、机械效率，设计表格如下图所示：实验序号斜面的倾斜程度物体重力G/N拉力F/N斜面高度h/m斜面长度s/m机械效率123（3）[4][5]因为本实验中认为影响机械效率的因素有两个，所以在探究机械效率与斜面的倾斜程度的关系时，要控制斜面的粗糙程度一定，采用了控制变量法。【变式33】（2022·江苏南通·中考真题）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/Nη/%16.00.32.290.926.01.036.01.92.969.046.03.23.458.8（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______；（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”）。【答案】

30

2.5

80

低

不变

变小【详解】（1）[1]从图甲可以看出，绳子承重股数为n=3，因此绳端移动距离为（2）[2]测力计的分度值为0.1N，从图乙看出，其读数为2.5N。[3]第2次实验中，滑轮组的机械效率为[4]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小，故动滑轮越重滑轮组的机械效率越低。（3）[5]实验中若仅增大绳端移动的距离，根据可知，滑轮组的机械效率将不变。（4）[6]四次实验中，物体上升的高度为有用功为第1次实验中，克服动滑轮的重力所做的额外功总功为摩擦引起的额外功为摩擦引起的额外功占总额外功的比例为第3次实验中，克服动滑轮的重力所做的额外功总功为摩擦引起的额外功为摩擦引起的额外功占总额外功的比例为第4次实验中，克服动滑轮的重力所做的额外功总功为摩擦引起的额外功为摩擦引起的额外功占总额外功的比例为由此可知，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。【知识点4复杂滑轮组的相关计算】F＝(G＋G动)/n(竖直方向)【题型4复杂滑轮组的相关计算】【例4】（2022·江苏镇江·中考真题）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W总；（3）动滑轮所受的重力G动。【答案】（1）90J；（2）100J；（3）10N【详解】解：（1）将重90N的货物匀速提升1m，所做的有用功W有=Gh=90N×1m=90J（2）由得，拉力所做的总功（3）由图知，有两段绳子提起物体，则s=2h=2×1m=2m由W=Fs得，绳端的拉力不计绳重及滑轮与轴之间的摩擦，由可得，动滑轮的重力G动=nFG=2×50N90N=10N答：（1）上述过程中的有用功W有为90J；（2）上述过程中拉力所做的功W总为100J；（3）动滑轮的重力为10N。【变式41】（2022·贵州遵义·中考真题）《天工开物》是我国古代的科学著作，书中记载着大量的古代农业机械。其中这样写道：“凡河滨有制筒车者，堰陂障流绕于车下，激轮使转，挽水入筒，——顷于枧内，流入亩中，昼夜不息，百亩无忧。”该段文字描述了筒车这样一种以水流作动力，用来取水的机械，如图所示。若接水槽离取水处高4m，水轮上有12个取水筒，一个取水筒每次可取水4kg，筒车旋转一周所用时间为60s。（接水槽离倒水处的高度忽略不计，g取10N/kg）（1）请从能量转化的角度，简要分析筒车的工作原理；（2）求该筒车旋转一周对进入接水槽的水所做的功；（3）若水流冲击筒车的功率为40W，求筒车旋转一周取水的机械效率。【答案】（1）见解析；（2）1920J；（3）80%【详解】解：（1）水流冲击的机械能转化为筒车转动的机械能和提水的重力势能。（2）接水槽离取水处高4m，水轮上有12个取水筒，一个取水筒每次可取水4kg，则筒车旋转一周对进入接水槽的水所做的功（3）筒车旋转一周所用时间为60s，水流冲击筒车的功率为40W，则筒车旋转一周取水的机械效率答：（1）水流冲击的机械能转化为筒车转动的机械能和提水的重力势能。（2）该筒车旋转一周对进入接水槽的水所做的功为1920J；（3）若水流冲击筒车的功率为40W，筒车旋转一周取水的机械效率为80%。【变式42】（2022·山东威海·中考真题）为了建设精致城市，每到春天园林工人要在过街天桥上放置花草，为城市增添一抹绿色。如图所示，工人用长木棒、滑轮、轻绳组装提升装置。木棒放置在天桥栏杆上始终保持水平，与栏杆M接触点为O；用沙袋将木棒B端压在栏杆N上，在木棒A端吊装滑轮组。，每个沙袋重，每个滑轮重。（木棒和绳的重力、滑轮与轴的摩擦均忽略不计）（1）若A点受到竖直向下的拉力为，为了保持木棒水平平衡，在B端至少需要放置几个沙袋？（2）若