115机械效率（原卷版）

苏科版九年级上册第十一章《简单机械和功》11.5机械效率【知识梳理】一、三种功1.有用功：人利用机械在达到目的的过程中，所做的对人们有用的功，叫做有用功。有用功相当于不使用机械时，人直接对物体所做的功。注意：机械的使用目的，决定了有用功是克服哪个力做功。2.额外功：在工作时，人们不需要的但不得不做的功，叫做额外功。使用机械时，由于克服机械摩擦以及机械自重所做的功就是额外功。3.总功：动力做的功，也即有用功加额外功。二、机械效率机械效率：有用功跟总功的比值叫机械效率。1.公式（1）定义式：（2）变形式：注意：有用功总小于总功，机械效率总小于1。机械效率用百分数表示，公式中的百分号不可省略。2.机械效率的常见错误理解错误一：机械越省力，机械效率越高解释：一般情况下，机械越省力就越复杂，额外功就越多，机械效率就越低。错误二：机械做功越多，机械效率越高解释：机械做功越多，有用功、额外功、总功均增多，机械效率不变。错误三：机械功率越大，机械效率越高解释：机械功率越大，做功越快，但机械效率与功率无关。3.提高机械效率的方法：（1）额外功一定时，增大有用功；（2）有用功一定时，减小额外功；（3）增大有用功的同时减小额外功。4.实验：探究影响滑轮组机械效率的因素（1）实验原理：（2）需要测量的物理量：物体的重力G、物体被提升的高度h、拉力F、绳子自由端移动的距离s（3）实验器材：钩码、铁架台、滑轮、细线；弹簧测力计、刻度尺（4）实验方法：控制变量法①探究滑轮组的机械效率与物重的关系时，使用相同的滑轮组，改变所挂钩码的数量；②探究滑轮组的机械效率与动滑轮重力的关系时，控制所挂钩码的数量相同，改变滑轮组中动滑轮的重力；（5）实验操作①按照图示安装滑轮组，测钩码重力G并记钩码和绳端的位置；②用弹簧测力计缓慢拉动绳端，使钩码匀速上升，读出拉力F的值，并测出钩码上升的高度h和绳端移动的距离s；记录实验数据填入表格中；次数钩码重G/N钩码上升的高度h/m有用功W有用/J弹簧测力计示数F/N绳子自由端移动的距离s/m总功W总/J机械效率η③多次改变钩码的数量，重复步骤（2）实验；④改变绳子的绕法，重复步骤（2）实验；⑤用动滑轮质量不同的两个滑轮组吊相同的构码，重复步骤（2）实验；⑥分别计算出机械效率，分析测量结果，讨论影响机械效率的因素。（6）注意事项：①实验中弹簧测力计沿竖直方向匀速拉动，目的是保证拉力等于弹簧测力计的示数；②绳子自由端移动的距离和物体上升高度的关系s=nh(n为作用在动滑轮上绳子的股数)；③在读数时，不能停住，要在匀速运动时度测力计示数，因为静止时读数小于匀速运动时的读数；④没有刻度尺也能完成实验，可以通过绕绳的方式即n’的股数来确定物体上升的高度和绳端移动距离的倍数关系。（7）交流反思：①分析实验数据，总结滑轮组机械效率的影响因素：物体重力、动滑轮重力；②提高滑轮组机械效率的方法：减少机械间的摩擦、减小动滑轮的重力、增加物重；③滑轮组的机械效率与物体被提升的高度及滑轮组的绕线方式无关；④物重增大，额外功也变大，是因为随着物重的增加，滑轮与轴之间的摩擦力增大，克服摩擦力做的额外功增加。（8）实验结论：在其他条件相同时，动滑轮越重，机械效率越低；在绳子所能承受的范围内，所吊物体越重，机械效率越高。5.实验：探究影响斜面机械效率的因素（1）实验原理：（2）需要测量的物理量：物体的重力G、斜面的高度h、拉力F、斜面的长度s（3）实验器材：斜面、重力不同长方体物块、弹簧测力计、刻度尺、毛巾、棉布、大木块（用来垫高）（4）实验方法：控制变量法①探究斜面的机械效率与斜面倾斜程度的关系时，控制物体重力、与斜面接触面积、斜面长s不变，改变的是斜面的高度h从而改变斜面倾斜程度；②探究斜面的机械效率与物体斜面之间接触面大小的关系时，控制木块的重量G不变，斜面长s不变，斜面的高度h不变，改变的是物体斜面接触面积使（用同一个长方体物块，使它的不同面与题意个斜面接触）③探究斜面的机械效率与它的粗糙程度的关系时，控制木块的重量G不变，斜面长s不变，斜面的高度h不变，改变的是斜面的粗糙程度（使用同一个长方体物块的同一个面，使它分别在倾角相同的木板、铺由毛巾、棉布的斜面上运动）；④探究斜面的机械效率与物体的重力的关系时，控制斜面粗糙程度相同、接触面积相同，斜面长s不变，斜面的高度h不变，改变物体重力G。（5）注意事项：要使用弹簧测力计拉着物体沿斜面方向匀速运动。（6）实验表格下表可供参考（按照下表做实验时需要控制斜面粗糙程度一定）斜面倾斜程度物体的重力G/N斜面高度h/m有用功W有/J拉力F/N斜面长度s/cm总功W总/J机械效率η最缓G1最缓G2最缓G3较陡G1最陡G1（7）结论：①在其他条件一定时，斜面的倾斜程度越大，机械效率越高；②斜面的机械效率与物体斜面之间接触面大小无关；③在其他条件一定时，斜面表面粗糙程度越大，机械效率越低；④斜面的机械效率与物体重力无关。（8）提高斜面机械效率的方法：在其他条件一定时，斜面的倾斜程度越大，机械效率越高，斜面表面粗糙程度越小，机械效率越高。所以提高斜面机械效率的方法是增大斜面的倾斜程度、减小斜面表面粗糙程度。【易错点】有用功要根据做功的目的为依据进行分析，也就是说目的到底是克服哪个力做的功。【规律总结】几种不同机械的机械效率1.杠杆①使用目的：使物体在竖直方向上升一定的距离②有用功：克服物体自重所做的功，即③额外功：克服杠杆自重及摩擦力所做的功。④总功：拉力做的功，即⑤机械效率：2.竖直滑轮组①使用目的：使物体在竖直方向上升一定的距离②有用功：克服物体自重所做的功，即③额外功：克服动滑轮、绳自重及摩擦力所做的功。若不计绳重和摩擦，④总功：拉力做的功，即⑤机械效率：（不计绳重及摩擦）3.水平滑轮组①使用目的：使物体在水平方向移动一定的距离②有用功：克服物体自重所做的功，即③额外功：克服滑轮与绳之间的摩擦所做的功。④总功：拉力做的功，即⑤机械效率：4.水中滑轮组（仅重物在水中）①使用目的：使物体在竖直方向上升一定的距离②有用功：克服物体重力与所受浮力的合力所做的功，即③额外功：克服动滑轮、绳自重及摩擦力所做的功。若不计绳重和摩擦，④总功：拉力做的功，即⑤机械效率：5.斜面①使用目的：使物体在竖直方向上升一定的距离②有用功：克服物体重力所做的功，即③额外功：克服物体与斜面间的摩擦力所做的功，④总功：拉力做的功，即⑤机械效率：6.水中斜面①使用目的：使物体在竖直方向上升一定的距离②有用功：克服物体重力与所受浮力的合力所做的功，即③额外功：克服物体与斜面间的摩擦力所做的功，④总功：拉力做的功，即⑤机械效率：7.组合机械①使用目的：使物体在竖直方向上升一定的距离②有用功：克服物体重力所做的功，即③额外功：a.克服物体与斜面间的摩擦力所做的功，b.克服动滑轮、绳自重及滑轮与绳间的摩擦所做的功。若不计绳重和滑轮与绳间的摩擦，④总功：拉力做的功，即⑤机械效率：【典例分析】1．（2022·江苏南通·九年级月考）做值日时，小阳将一桶水从一楼提到三楼．此过程中，关于做功的说法正确的是A．对桶做的功是有用功 B．对水做的功是有用功C．对水做的功是额外功 D．克服自身重力做的功是总功2．（2022·陕西西安·九年级期末）下列关于功率、机械效率说法中，正确的是（）A．机械效率越高，机械做功一定越快 B．做功越多的机械，机械效率越高C．做功越快的机械，功率越大 D．功率越大的机械，做功一定越多3．（2022·广西贺州·九年级月考）如图所示，用F=12N的拉力竖直向上匀速提升木块，2s内木块升高的高度为0.1m，木块重力G=30N，在此过程中下列判断正确的是（）A．拉力F做功为1.2J B．滑轮组做的有用功为3JC．滑轮组机械效率为40% D．拉力F做功的功率为0.6W【思路小结】机械效率的计算最关键的是计算有用功、额外功、总功。有用功就是不用机械也要克服的阻力做的功。额外功是使用机械之后才需要克服的阻力做的功，总功就是克服一切阻力做的功。理解了这三种功的计算及关系，机械效率就迎刃而解了。【精典训练】一、单选题1．（2022·河北石家庄·九年级期中）如图，利用轻质滑轮组以的速度匀速拉动水平地面上重为的物体，拉力的大小为。若物体和地面之间的摩擦力大小为，则拉力的功率和滑轮组的机械效率分别为（）A．、B．、C．、D．、2．（2022·江苏无锡·九年级期末）利用四个相同的滑轮，组成如图所示的甲、乙两个滑轮组，用同样的时间，把质量不等的重物G甲、G乙（G甲<G乙）提升了相同的高度，所用的拉力分别为F甲、F乙，拉力的功率分别为P甲、P乙，机械效率分别是η甲、η乙（忽略绳重与摩擦），下列关系式正确的是（）A．F甲<F乙，η甲=η乙B．F甲<F乙，η甲>η乙C．F甲<F乙，P甲<P乙D．η甲=η乙，P甲=P乙3．（2022·山东济宁·八年级期末）如图所示，在斜面上将一个重6N的物体匀速拉到高处，沿斜面向上的拉力为2N，斜面长4m，高1m。下列说法正确的是（）A．运动过程中，重物一定受到三个力的作用B．运动过程中，重物的动能转化为重力势能C．斜面的机械效率为75%D．重物受到的摩擦力为2N4．（2022·北京东城·八年级期末）关于功、功率、机械效率，下列说法正确的是（）A．作用在物体上的力越大，该力对物体做的功越多B．机械做功越多，机械的功率越大C．机械的功率越大，机械效率越高D．机械做功越快，机械的功率越大5．（2022·河南南阳·中考一模）如图所示，重为G的物体在拉力F的作用下，以速度v匀速运动了s，已知物体在水平桌面上运动时受到的摩擦阻力为物重的n分之一，不计绳重、绳与轮、轮与轴间的摩擦，下列说法正确的是（）A．拉力的功为Fs B．额外功为 C．拉力的功率为2Fv D．滑轮组的机械效率为二、填空题6．（2022·广东江门·八年级期末）用如图所示的滑轮组将重为120N的物体竖直匀速提升5m，绳子自由端的拉力为50N，则此过程中有用功为___________J，机械效率为___________，若增大所提物体的重力，此滑轮组的机械效率将___________（选填“变大”、“变小”或“不变”）。7．（2022·广东江门·九年级期末）如图所示是利用起重机打捞水中物体的示意图。起重机的吊臂前端由滑轮组组成，动滑轮总重为300kg，绳重和摩擦不计。现在用此起重机从水中把质量为2×103kg，体积为0.8m3的物体G向上提，当物体在水中均匀上升时，滑轮组上钢丝绳拉力F的功率为3kW。则物体完浸没在水中时受到的浮力为______N，物体未露出水面前上升的速度为______m/s，物体离开水面后，滑轮组的机械效率是______。（g＝10N/kg，ρ水＝1.0×103kg/m3）8．（2022·山东淄博·八年级期末）工人师傅搬运货物时，在地面和卡车的车厢间倾斜放置一长木板搭成斜面，将地面上的货物沿斜面匀速拉上车厢用时15s。已知车厢高1.5m，木板长3m，货物质量为60kg，沿斜面所用的拉力为400N，则工人师傅所做的有用功为___________J，工人师傅做功的功率为___________W，该斜面的机械效率为___________，货物所受的摩擦力为___________N。（g取10N/kg）三、实验题9．（2022·湖南衡阳·八年级期末）如何提高滑轮组机械效率，节约能源呢？为此同学们进行了"影响滑轮组机械效率因素"的实验探究，用到的装置如图所示，实验数据记录如表所示。实验次数钩码重力G/N钩码上升高度h/m绳端拉力F/N绳端移动距离s/m机械效率η120.11.20.355.6%220.21.20.655.6%340.11.90.370.2%440.11.30.561.5%（1）实验中应沿竖直方向___________拉动弹簧测力计；（2）分析表中数据可知第4次实验是用图___