第07讲 机械效率（原卷版）

第07讲机械效率知道有用功、额外功、总功；理解机械效率定义、大小范围、表示方法、公式、影响因素；知道有用功、额外功、总功关系式；理解机械效率的计算及公式。要点一、有用功、额外功、总功功的原理：使用机械时，人们所做的功，都不会少于直接用手所做的功，也就是使用任何机械都。

在理想情况下，使用机械所做的功不使用机械所作的功。

在实际情况中，使用机械所做的功不使用机械所作的功。有用功：为了达到某一目的而做的功。如提沙子上楼时对沙子做的功就是有用功。利用机械工作时对工作目的物做的功叫。额外功：对人们完成某件事情来说，但的功，如提沙子上楼时对桶、滑轮等做的功就是额外功。总功：使用机械时，做的功或者说是所做的功，大小上也等于有用功和额外功的总___。例如：用桶从井中打水。由于工作目的是水，所以对水做的功是有用功，对桶做的功是额外功，人在整个提水过程中做的功是总功。要点二、机械效率为了表示在中所占的比例，物理学中引入了机械效率，它等于有用功W有用与总功W总之比，符号为η。公式为，式中η表示机械效率，它是一个百分数。η的值越大，表明有用功在总功中所占的比例越大，做功的效率越高。η的值总小于，由于机械本身的摩擦力或重力不可能为零，所以额外功总是存在的，即有用功总是小于总功，所以机械效率总小于1。知道增大机械效率的方法：尽可能增加提升物体的_____；减轻机械的_____重量；合理地减少部件间的有害______。根据公式可知：如果有用功不变，我们可以通过来增大机械效率，（例如我们用轻便的塑料桶打水，而不用很重的铁桶打水，就是运用这个道理）；如果额外功不变，我们可以通过来提高机械效率；（例如，在研究滑轮组的机械效率时，我们会发现同一个滑轮组，提起的重物越重，机械效率越高，就是这个道理）；当然了，如果能在增大有用功的同时，减小额外功更好。知识点一：有用功、额外功和总功【探究重点】总功是有用功与额外功之和，即W有用+W额外=W总。额外功的产生是因为利用机械做功时，除了对工作目的物做功外，还要克服机械本身的摩擦力或重力做功。【例题精讲】（2022·四川德阳）如图所示，有一斜面长L=4m，高h=2.5m。刘利同学用平行于斜面向上F=150N的拉力，将200N重的物体从底端匀速拉到斜面顶端。那么刘利同学对物体做的总功为___________J；物体沿斜面匀速向上运动时所受的摩擦阻力为___________N。【巩固训练】(2020泸州)如图所示，已知固定斜面长5m、倾角为30°，木箱重150N。某同学用大小为100N的推力沿斜面向上推木箱，使木箱沿斜面匀速从底端运动到顶端的过程中，关于木箱所受的力对木箱做的功，下列判断正确的是()A．木箱克服重力做功的大小为500JB．木箱克服斜面摩擦力做功的大小为125JC．推力做功的大小为500JD．斜面支持力做功的大小为375J知识点二：机械效率【探究重点】公式为，式中η表示机械效率，它是一个百分数。η的值越大，表明有用功在总功中所占的比例越大，做功的效率越高。η的值总小于100%，由于机械本身的摩擦力或重力不可能为零，所以额外功总是存在的，即有用功总是小于总功。3.知道增大机械效率的方法

根据公式可知：如果有用功不变，我们可以通过减小额外功来增大机械效率，（例如我们用轻便的塑料桶打水，而不用很重的铁桶打水，就是运用这个道理）；如果额外功不变，我们可以通过增大有用功来提高机械效率；（例如，在研究滑轮组的机械效率时，我们会发现同一个滑轮组，提起的重物越重，机械效率越高，就是这个道理）；当然了，如果能在增大有用功的同时，减小额外功更好。【例题精讲】（2022·山东泰安）如图所示，利用滑轮组将重为的物体在内匀速提升，已知拉力为，若不计绳重和摩擦。下列说法正确的是（）。A.绳端移动的速度为 B.动滑轮重力为C.拉力做功的功率为 D.滑轮组的机械效率为80%【巩固训练】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η1、η2，小明做功的功率分别为P1、P2，不计绳重和摩擦。则()A．G动1<G动2，η1>η2，P1<P2 B．G动1<G动2，η1>η2，P1=P2C．G动1>G动2，η1<η2，P1<P2 D．G动1=G动2，η1=η2，P1=P2知识点三：增大或减小机械效率的方法【探究重点】机械效率是有用功在总功中所占的比例，其大小是由有用功和总功共同决定的，在比较机械效率大小时，可采用控制变量法，相同时，越大，越小；相同时，越大，越大。判断有用功和额外功，必须抓住工作的目的，为达到目的必须做的功就是有用功，但对我们没有用而不得不做的功就是额外功。并要注意工作目改变了，有用功和额外功也要发生变化。提高机械的机械效率的方法：改进机械结构，尽量减小机械自重，合理使用机械，按规定进行保养以减小摩擦。需要注意的几个问题：机械效率只有大小没有单位；由于有用功总小于总功，所以机械效率总小于1，通常用百分数表示；机械效率是标志机械做功性能的好坏的物理量之一，机械效率越高，做的有用功占总功的比例就越大这个机械的做功性能就越好。【例题精讲】（2022·湖北十堰）如图所示，斜面与水平地面夹角为30°，某快递员用500N的力，将重800N的货物沿斜面匀速推上车厢，不考虑斜面形变，货物所受摩擦力方向沿斜面向_____；斜面的机械效率为_____。不改变斜面与地面夹角和货物质量，采用_____的方法可以提高斜面的机械效率。【巩固训练】（2022·四川自贡）如图所示，用滑轮组将重力为540N的重物匀速提升2m，所用拉力F为200N，则滑轮组的机械效率为___________，如果要提高滑轮组的机械效率，你的做法是___________。（答出一条即可）如图所示，工人师傅利用斜面将货物装上汽车。已知货物重为2000N，师傅用沿斜面向上1000N的推力将货物从斜面底端匀速推至斜面顶端。斜面长4m、高1.5m，则()A．使用斜面向汽车上装货物可以省功B．此过程中的有用功为4000JC．斜面的机械效率为60%D．货物受到斜面对它的摩擦阻力为250N如图甲，小林用水平推力F推动水平地面上的木箱。此过程中，推力F随时间t的变化情况如图乙，木箱前进的速度v的大小随时间t的变化情况如图丙，则()A．0~1s，推力做的功为100JB．3s~5s，推力克服摩擦做功200JC．3s~5s，推力做功的功率为200WD．1s~3s，木箱受到的摩擦力小于5s~6s木箱受到的摩擦力如图，在斜面上将一个重为15N的物体匀速从斜面底端拉到顶端，沿斜面向上的拉力F=6N，斜面长s=1.2m、斜面高h=0.3m。下列说法正确的是()A．克服物体重力做功7.2JB．额外功为1.8JC．物体受到的摩擦力为2.25ND．斜面的机械效率为37.5%两个完全相同的滑轮，分别以图中两种方式，将重为的物体以相同的速度匀速竖直提升了1m，不计绳重和摩擦，甲、乙的机械效率、，拉力、做的功分别为、，功率分别为、，下列判断正确的是()A． B． C． D．坡长10m，顶端与底端高度差为6m，一个工人沿斜坡向上用150N的力将质量为20kg的货箱从坡底端匀速缓慢地推到顶端的过程中，对货箱做的功是___________J，克服摩擦力做的功是___________J，摩擦力是___________N。(g=10N/kg)（2022·江苏盐城·一模）用如图所示的滑轮组将重200N的物体在10s内竖直匀速提升4m，机械效率为80%。则有用功为______J，拉力的功率为______W，若增大所提物体的质量，则滑轮组械效率将______（选填“增大”、“不变”或“减小”）。如图所示，用弹簧测力计沿斜面匀速拉动木块至斜面顶端，木块重为G，弹簧测力计示数为F，其他量已在图中标出，则木块在此运动中，力F做的总功是_________，有用功是_________，额外功是_________，斜面的机械效率是_________，木块受到斜面摩擦力是_________。(用所给的字母表示)(2021·江苏中考真题)用定滑轮匀速提升质量为10kg的物体，所用的拉力为110N，物体在2s内升高0.5m，此过程中的有用功是______J，定滑轮的机械效率是______%，拉力的功率是______W。(g取10N/kg)（2022·广东中山·一模）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；实验次数钩码所受的重力G/N钩码上升的高度h/cm拉力F/N绳自由端移动的距离s/cm机械效率η12100.83083.3%24101.53036102.23090.9%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）如果在第一次实验时，忽略绳重和摩擦，可以计算出动滑轮的重为______N；（3）第2次实验时所做的有用功为______J，滑轮组的机械效率是______；（4）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______（选填“大”或“小”），滑轮组的机械效率越高；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______。A．增大绳重B．减轻动滑轮重C．加快物体提升的速度(2022·山东省潍坊市·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30°，物体B重为4N。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______。用如图所示的动滑轮提升重物，下列措施能提高动滑轮机械效率的是()A．减小被提升物体的高度 B．增大动滑轮的重力C．减小绳子的拉力 D．增大物体的重力用如图所示的动滑轮提升重物，下列措施能提高动滑轮机械效率的是()A．减小被提升物体的高度 B．增大动滑轮的重力C．减小绳子的拉力 D．增大物体的重力(2021·四川泸州市·中考真题)如图所示的滑轮组，动滑轮重3N，物体A在5s内被匀速提升0.5m的过程中，图中绳的拉力均沿竖直方向，滑轮组的机械效率为90%，不计绳重和摩擦，则在本次实验中()A．若提升更重的物体，滑轮组的机械效率降低B．物体A的重力为27NC．绳子自由端的拉力F大小为8ND．绳子自由端拉力的功率为3W用如图所示的实验装置探究滑轮组的机械效率，下列说法正确的是()A．实验时弹簧测力计可以在静止时读数B．实验时不用刻度尺也可以测量出滑轮组的机械效率C．滑轮组的机械效率与动滑轮重力的大小无关D．同一滑轮组的机械效率随所挂钩码的重力增大而增大，最终可以达到100%(2021·云南中考真题)如图甲所示，用动滑轮将正方体物块从装有水的容器底部缓慢匀速提起，拉力F随提升高度h变化的关系如图乙所示。物块完全离开水面后，动滑轮的机械效率为87.5%，绳重和摩擦忽略不计，下列选项正确的是()A．物块的边长为0.6mB．动滑轮重为300NC．提升物块完全离开水面前，动滑轮的机械效率大于87.5%D．将物块提升至上表面与水面相平的过程中拉力F做的功为1650J用如图所示的滑轮组匀速提起1200N的重物G，若要将重物提升0.3m，则拉力F移动的距离为_________，若拉力大小为500N，则机械效率为_________，可采用_________措施提高该滑轮组机械效率。(2021·湖南衡阳市·中考真题)如图所示，一位同学用滑轮组拉着重的物体A，使它内在水平面上匀速前进，水平拉力，若与地面的摩擦力是物重的0.2倍，下列说法正确的是()A．他做的总功是 B．他做的有用功是C．拉力做功的功率是 D．该滑轮组的机械效率是(2022·海南省·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。

(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______。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，第三次实验时的拉力如图所示。实验次数钩码所受的重力G/N钩码上升的高度h/cm拉力F/N绳自由端移动的距离s/cm机械效率η12100.83083.3%24101.53