第5课 机械效率 （原卷版）

第5课机械效率学习目标学习目标知道有用功、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。机械效率只是反应有用功和总功的比值，和做功多少、做功的距离、省力费力、做功快慢等因素无关；了解杠杆、滑轮(组)、斜面等简单机械效率的影响因素；002预习导学功的原理：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，使用机械所做的功等于不使用机械所作的功。

在实际情况中，使用机械所做的功大于不使用机械所作的功。有用功：为了的功。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有用功。公式：W有用＝(提升重物)==；斜面：W有用=。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。公式：W额==(忽略轮轴摩擦的动滑轮、滑轮组)；斜面：W额=。额外功产生的主要原因：提升重物时，克服、等所做的功，以及克服机械的所做的功。总功：使用机械时，做的功，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，人在过程中做的功是总功。公式：W总===。机械效率：物理学中，将与的比值称为机械效率。公式：η=×100％η是一个没有单位的量，常用百分数表示。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。计算机械效率的各种变形式.在竖直方向上提升物体,η＝＝＝＝(对于杠杆:n＝s/h＝；对于滑轮组:n＝s/h,s为动力移动的距离,h为物体提升的高度)注:若只计动滑轮的重,则F＝(G+G轮)/n,机械效率η还可等于,即η＝.在水平方向上拉动物体,η＝＝(s物为物体移动的距离,s动力为拉力移动的距离)机械效率与功率的区别功率是表示机械做功的快慢,功率大只表示机械做功快；机械效率是表示机械对总功利用率高低的物理量,效率高只表示机械对总功的利用率高.因此,功率大的机械不一定机械效率高,如内燃机车的功率是4210W,但它的效率只有30—40%；而机械效率高的机械,它的功率不一定就大,如儿童玩具汽车的电动机效率可达80%,但功率只有几瓦.机械效率的高低与机械是否省力无内在联系,不能认为越省力的机械效率就越高.003探究提升知识点一：有用功、额外功、总功有用功：对人们有用的功，等于直接用手对重物所做的功(Gh)。公式：W有用＝Gh(提升重物)=W总－W额=ηW总。额外功：并非我们需要但又不得不做的功。公式：W额=W总－W有用=G动h(忽略轮轴摩擦的动滑轮、滑轮组)。总功：有用功加额外功或动力所做的功。公式：W总=W有用＋W额=Fs=W有用／η。【探究重点】总功也可以认为是人们使用机械时实际做的功。，式中是作用在机械上的动力，是动力通过的距离。【例题精讲】（2023·天津部分区二模）某建筑工地上，工人用滑轮组和桶组成的装置将水泥从地面匀速运至距地面高为的楼层，如图所示。若工人所用拉力为，水泥重为，桶重为，动滑轮重为，不计绳重和摩擦，此过程中该装置的机械效率为，则下列关系正确的是（）A．拉力 B．有用功C．总功 D．机㭜效率为【巩固训练】（2022·甘肃兰州·一模）利用如图所示的滑轮组，在5s内将重100N的物体匀速提升1m。动滑轮重20N，不计绳重与摩擦，下列说法正确的是（）A．滑轮组所做的有用功120JB．滑轮组所做的总功180JC．滑轮组的机械效率为66.7%D．滑轮组中绳子自由端的拉力的功率为24W知识点二：杠杆机械效率【探究重点】注意杠杆阻力作用点移动距离、动力移动距离对功计算的影响W有用=Gh；W总=Fs；W额=W总－W有用；【例题精讲】小明在探究杠杆的平衡条件的实验中，以杠杆中点为支点。（1）在调节杠杆平衡时，小明发现杠杆右端低左端高，要使它在水平位置平衡，应将杠杆右端的平衡螺母向_____（左/右）调节；（2）杠杆不处于水平位置能否平衡？小海和小红意见不同，小海认为能平衡，于是他每次让杠杆倾斜时静止，这样实验也得出了同样的杠杆平衡条件；小海认为杠杆平衡不一定是水平的，这种说法对吗？_____（对/错），小红仔细研究后发现自己的在水平位置实验的方案比小海好，请你说出小红的理由：_____；（3）实验结束后，小明提出了新的探究问题：“若支点不在杠杆的中点时，杠杆的平衡条件是否仍然成立？”于是小组同学利用如图所示装置进行探究，发现在杠杆左端的不同位置，用弹簧测力计竖直向上拉使杠杆处于水平平衡时，测出的拉力大小都与杠杆平衡条件不相符。其原因可能是：_____；（4）如图，不计摩擦，若将钩码移动到B点，仍将它匀速提升h的高度，杠杆的机械效率η将_____（选填“变大”、“变小”或“不变”）。【巩固训练】小明用如图所示的实验装置探究“杠杆的机械效率”．实验时，将总重为G的钩码挂在杠杆A处，竖直向上匀速拉动弹簧测力计，钩码上升的高度为h，弹簧测力计的示数为F，其移动的距离为s，则杠杆的机械效率η＝________(用题中给出的物理量表示)．若将钩码移动到B点，仍将它匀速提升h的高度，则弹簧测力计的示数F′________(选填“＞”“＝”或“＜”)F，杠杆的机械效率η′________(选填“＞”“＝”或“＜”)η.知识点三：滑轮组机械效率【探究重点】滑轮组的机械效率(不计滑轮重以及摩擦时)滑轮组(竖直方向提升物体)：(G为物重，h为物体提升高度，F为拉力，S为绳子自由端走的距离)

滑轮组(水平方向拉动物体)：(f为摩擦力，l为物体移动距离，F为拉力，S为绳子自由端走的距离)

【例题精讲】（2023·安徽合肥·统考三模）用图示的滑轮组将重物竖直向上匀速提升0.3m，拉力F的大小为3N，若该过程中滑轮组的机械效率为80%，则重物的重力为______N。

【巩固训练】（2023·重庆·重庆市育才中学校考三模）如图所示，用滑轮组提升重物时，将重210N的物体在5s内匀速提升了2m，已知动滑轮重为90N（不计绳重和摩擦），则提升重物的过程中，下列说法中正确的是（）

A．滑轮组的机械效率为70% B．绳子自由端移动的距离是4mC．提升物体的过程中，额外功为540J D．绳子自由端拉力F的功率为60W知识点四：斜面机械效率【探究重点】斜面的机械效率：(h为斜面高，S为斜面长，G为物重，F为沿斜面对物体的拉力)【例题精讲】（2023·河南洛阳·统考三模）如图所示，某商场要把同一种货物搬运到同一辆汽车上，可采用甲、乙两种不同的方式，下列说法中正确的（）

A．甲图所用方法克服货物重力做功多B．甲图所用方法比乙图所用方法机械效率高C．甲图中，所搭斜面越长机械效率越高D．甲图中，所搭斜面越长越省力【巩固训练】（2023·安徽合肥·统考三模）斜面上将一个重600N的物体匀速拉到高处，沿斜面向上的拉力F=400N，拉动的距离s=4.5m，提升高度h=1.8m。则该斜面的机械效率为___________。

知识点五：机械效率实验【探究重点】任何机械，机械效率都不可能达到100%；影响机械效率大小的因素是滑轮自重、摩擦阻力、空气阻力等；【例题精讲】（2022·江苏省锡山高级中学实验学校一模）小聪在测量滑轮组机械效率的实验中，所用装置如图所示，实验中每个钩码重2N，测得的数据如表：次数钩码总重G/N钩码上升的高度h/m测力计示数F/N测力计移动距离s/m机械效率η/%140.11.80.374.1260.12.40.3340.11.40.557.1440.21.41.057.1（1）在实验中，测绳端拉力大小时，应使弹簧测力计竖直向上________状态进行读数（选填“缓慢拉动”或“静止”）。（2）分析表中数据可知：第3次和第________次实验是按丙图装置测机械效率的，分析以上两组实验数据可知，滑轮组的机械效率与物体被提升的高度________。（3）请你帮助小聪计算出第2次滑轮组的机械效率为________%（保留1位小数），在第2次实验中，拉力F所做的额外功为________J。（4）根据实验数据推测，使用图丙滑轮组将重6N的物体匀速提升0.1m，此时滑轮组的机械效率可能为________（只填序号）。A．52.2%B．57.1%C．64.3%D．83.3%【巩固训练】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%知识点三：增大或减小机械效率的方法为了表示有用功在总功中所占的比例，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。【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。【例题精讲】（2023·上海奉贤二模）如图所示，重为10牛的物体A在拉力F的作用下匀速上升2米，滑轮重及摩擦不计，在此过程中拉力F的大小为_________牛，所做的功为_________焦，物体A的机械能_________（选填“增大”“不变”或“减小”）。【巩固训练】(2022·山东菏泽·中考真题)如图所示，在快递仓库内工人把重为600N的货物用滑轮组以0.2m/s的速度匀速提升，忽略摩擦及绳重，该过程中滑轮组的机械效率为80%，则()A．工人所用的拉力为200NB．动滑轮的重力为100NC．拉力的功率为150WD．提升重力不同的货物时，此滑轮组机械效率不变00601强化训练（2022·福建泉州·二模）如图，用相同的滑轮组将重分别为G1和G2的物体匀速提升相同高度，所用的拉力分别是和，机械效率分别是和。若G1>G2，不计绳重及摩擦，则（）A．， B．，C．， D．，(2020·安徽)如图所示，工人沿斜面用一定大小的力F把一重为600N的物体从斜面底部匀速推到顶部(不考虑物体的大小)。已知斜面长L=3m，高h=1.5m。若该过程中斜面的效率为60%，力F所做的功为________J。（2021·陕西榆林·八年级期末）在"探究影响滑轮组机械效率因素"的实验中，康维佳用滑轮组做了3组实验，实验数据记录如下：序号钩码重/N动滑轮重/N钩码上升高度/m拉力/N测力计移动距离/m机械效率131.20.11.40.371.4%230.60.11.20.383.3%360.60.12.20.3（1）根据实验数据请在图中完成滑轮组的绕线______；（2）实验过程中，应竖直向上______拉动绳子自由端的弹簧测力计；（3）在进行第3组数据测量时，滑轮组的机械效率为______；（4）分析表中数据可知，同一滑轮组，物重______，滑轮组的机械效率越高，影响该滑轮组机械效率的因素还有______（写出一个）；（5）在进行第2组数据测量时，物体上升的速度为0.1m/s，则拉力F的功率为______W，滑轮组做的额外功为______J。（2023·天津南开·统考三模）如图，用滑轮组提升重物时，重400N的重物在10s内匀速上升了1m。已知拉绳子的力F为250N，不计绳重和摩擦，则提升重物的过程中：（1）绳子自由端下降速度为多少m/s；（2）滑轮组的机械效率为多少；（3）拉力F的功率是多少。

（2022·福建南平·二模）如图，两位工人师傅用不同的滑轮装置把相同的物块提升相同的高度，拉力之比为F甲∶F乙＝5∶3，有用功分别为W甲、W乙，机械效率为η甲、η乙，则（）A．W甲∶W乙＝5∶3 B．W甲∶W乙＝6∶5C．η甲∶η乙＝6∶5 D．η甲∶η乙＝5∶3（2021·福建三明·一模）某学习小组利用如图所示的装置测定滑轮的机械效率，将两个相同的钩码提升相同的高度，则_________的机械效率较高，主要原因是：_________。(2021·江苏泰州市·中考真题)如图，小明将一个重为3N的小车从斜面底端匀速拉到斜面顶端，沿斜面向上的拉力为1.25N，小车沿斜面移动的距离s=1.6m，上升的高度h=0.6m。则小明对小车做的有用功是________J，斜面的机械效率是___________。小华想探究斜面的机械效率可能与哪些因素有关？提出了以下的猜想：A．斜面的机械效率可能与物体的重力有关；B．斜面的机械效率可能与斜面的倾斜程度有关。小华同学为了证实自己的猜想是否正确，于是他用同一块木板组成如图所示的装置进行了实验探究，记录的实验数据如下表：次数斜面倾角物块重量G/N斜面高度h/m斜面拉力F/N斜面长s/m有用功W有/J总功W总/J斜面的机械效率①30°5.00.64.21.23.05.0②30°3.00.62.51.21.860%③45°3.00.82.81.22.43.470%（1）在实验操作过程中，应沿斜面向上______直线拉动木块；（2）根据表格，第①次实验斜面机械效率为______%；第②次实验总功为______J；第③实验摩擦力约______N（保留一位小数）；（3）通过对比①、②实验数据，可验证猜想______（A/B）；通过对比②、③实验数据，可得到结论：当斜面粗糙程度和物重一定时，______。（2022·福建福州·二模）如图甲是《墨经》中记载的古代提升重物的工具——“车梯”，图乙是其等效示意图。当此“车梯”匀速提升重物时（）A．增大物重，“车梯”的机械效率变高B．该“车梯”承担物重的绳子有5股C．绳端拉力F是物重G的D．使用“车梯”可以省距离(2021·内蒙古通辽·中考真题)如图所示，重为800N的物体在100N的水平拉力F的作用下以的速度沿水平地面，向左匀速直线运动