专题14 机械效率（讲义）-中考物理一轮复习（解析版）

主题二力专题14机械效率（3-7分）（解析版）目录TOC\o"1-3"\h\u 3 4考点一杠杆 4考点二测量滑轮组的机械效率 7 10题型一有用功、额外功和总功 10题型二机械效率的理解 11题型三滑轮组的机械效率 12题型四斜面的机械效率 14题型五杠杆的机械效率 16题型六测量滑轮组的机械效率 18题型七测量斜面的机械效率 21

考点要求新课标要求命题预测有用功和额外功3.2.3知道机械效率。了解提高机械效率的意义和途径。测量某种简单机械的机械效率。《机械效率》是《简单机械》中主要的内容，也是进一步认识简单机械的重要内容，通过对机械效率的理解加深对人类使用的工具发展历程。对机械效率的考查题型有：选择题、填空题、实验探究题和综合计算题等。主要命题点有：认识有用功、额外功和总功；机械效率的概念及影响机械效率的因素；机械效率的简单计算；常用简单机械的机械效率和测量滑轮组的机械效率等。机械效率滑轮组的机械效率斜面的机械效率杠杆的机械效率测量滑轮组的机械效率

考点一杠杆一、有用功和额外功1.有用功、额外功和总功（1）有用功：为了实现做功的目的，不用任何机械而必须做的功，用表示；（2）额外功：使用机械时，不是我们需要的但又不得不做的功，用表示；（3）总功：有用功与额外功之和是总共所做的功，用表示。。（4）区分有用功与额外功的关键：看我们需要达到什么做功目的。例如:用桶将水从水井中提上来，克服水重做的是有用功，而克服桶重做的是额外功;如果是捞出掉入水井中的水桶,则克服桶重做的是有用功，而克服桶带出来的水的重力所做的功是额外功。（5）大量实验表明，动力对机械所做的功总是大于机械对外所做的功(有用功)。事实上，使用任何机械都不能省功。2.三种简单机械的有用功、额外功和总功种类杠杆滑轮组斜面图示有用功额外功若不计摩擦：若不计绳重及摩擦：总功三者关系二、机械效率1.使用机械时额外功不可避免使用机械做功时，额外功是不可避免的。由于额外功是我们不需要的，它白白浪费能量，因此使用不同机械来对物体做功时，人们总是希望额外功越少越好，或者说有用功在总功中所占的比例越大越好。有用功占总功的比例反映了机械的一项性能，在物理学中用机械效率来表示这一性能。2.机械效率定义物理学中，将有用功跟总功的比值叫做机械效率，用η表示公式（机械效率是一个比值，它没有单位，通常用百分数表示）物理意义机械效率越高，做的有用功占总功的比例就越大可变性机械效率不是固定不变的，机械效率反映的是机械在一次做功过程中有用功跟总功的比值，同一机械在不同的做功过程中，有用功不同，机械效率也会不同特点因为使用机械时，不可避免地要做额外功，故任何机械的机械效率都小于1,只有在理想情况下机械效率才为1注意机械效率的高低与是否省力、滑轮组绳子的绕法、物体被提升的高度及速度等无关3.功、功率和机械效率的比较物理量意义定义符号公式单位说明功做功，即能量的转化力与物体在力的方向上移动距离的乘积WJ(1)功率大小由功和时间共同决定，单独强调任何一方面都是错误的。(2)功率和机械效率是两个不同的物理量，它们之间没有直接关系功率表示物体做功的快慢功与做功时间之比PW机械效率反映机械做功性能的好坏有用功与总功之比η无4.机械效率的计算机械效率的表达式为，三种简单机械的机械效率总结如下：杠杆滑轮（组）斜面竖直匀速提升水平匀速拉动图示公式（理想情况）（不计绳重和摩擦）或说明其中G为提升重物的重力，h为重物升高的高度，F为动力，s为动力作用点移动的距离。其中G为提升重物的重力，h为重物升高的高度，s为绳子自由端移动的距离，n为承担重物的绳子段数。其中Ff为物体与水平面间的摩擦力，F为拉力，s物为物体移动的距离，s绳为绳子自由端移动的距离，n为承担摩擦力的绳子段数。其中G为提升重物的重力，h为斜面的高度，s为斜面的长度，F为拉力，Ff为物体与斜面间的摩擦力。1．（2024·江苏宿迁·中考真题）如图所示的小型起重机，某次吊起重为的物体，电动机的拉力为，用时，使物体上升了。则通过动滑轮（）A．做的有用功为 B．拉力功率为C．做的总功为 D．机械效率为【答案】B【详解】ACD．拉力做的有用功为拉力做的总功为动滑轮的机械效率为故ACD不符合题意；B．拉力功率为故B符合题意。故选B。考点二测量滑轮组的机械效率一、测量滑轮组的机械效率1.测量滑轮组的机械效率实验目的测量滑轮组的机械效率实验思路要想测量滑轮组的机械效率，就要想办法找出使用滑轮组工作时的有用功和总功，然后求出二者的比值。实验原理实验图实验器材弹簧测力计、刻度尺、滑轮组、细绳、钩码、铁架台实验设计与分析（1）控制变量法：①在探究滑轮组的机械效率与物重的关系时，控制动滑轮重不变，只改变物重；②在探究滑轮组的机械效率与动滑轮重的关系时，控制物重不变，只改变动滑轮重（2）滑轮组的绕线方式：（段数为奇数时从动滑轮开始绕，段数为偶数时从定滑轮开始绕，即“奇动偶定”）（3）匀速（缓慢）拉动的目的：使弹簧测力计示数稳定，方便读数（4）设计实验数据表格：（表格应包含实验序号、动滑轮重、钩码重、钩码上升的距离、弹簧测力计的示数、自由端移动的距离、机械效率）（5）有用功：钩码重×钩码上升的距离（6）总功：拉力×自由端移动的距离（7）提高机械效率的方法：减小摩擦、增大物重、减小动滑轮重拓展（8）滑轮组的机械效率与物体被提升的高度、速度、滑轮组的绕线方式均无关实验结论（1）当动滑轮重一定时，物重越重，机械效率越高（2）当物重一定时，动滑轮重越轻，机械效率越高2.影响滑轮组机械效率的主要因素与改进措施影响因素分析改进措施（提高效率）被提升物体的重力同一滑轮组，被提升物体的重力越大，做的有用功越多，机械效率越大在机械承受的范围内，尽可能增加被提升物体的重力动滑轮的自重有用功不变时，减小提升动滑轮时做的额外功，可提高机械效率改进滑轮结构，减轻滑轮自重滑轮组自身部件的摩擦机械自身部件的摩擦力越大，机械效率越低对机械进行保养，保持良好的润滑，减小摩擦1．（24-25九年级上·广东东莞·阶段练习）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。次序钩码重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120.11.20.355.6%220.21.20.655.6%340.11.90.370.2%440.11.30.5(1)分析表中数据可知：第4次实验是用图所示装置来完成的，该次的机械效率η=；(2)通过比较1、2两次实验数据可得出：使用同一滑轮组提升相同重物，滑轮组的机械效率与无关；(3)通过比较（填次序）两次实验数据可得出：同一滑轮组提升的物体越重，滑轮组机械效率越高；(4)通过比较（填次序）两次实验数据可得出：不同滑轮组提升相同重物，动滑轮越重，机械效率越小；(5)有的同学认为：“机械越省力，它的机械效率越高”，小明认为这句话是错误的。他是（填次序）两次实验数据对照分析来判断的。(6)为提高滑轮组机械效率，节约电能，根据以上结论和生活经验，你认为以下不可行的是______A．减轻动滑轮重 B．增加所提物体重C．机械加润滑油 D．增加重物上升高度【答案】(1)丙(2)重物上升高度(3)1、3(4)3、4(5)3、4(6)D【详解】（1）[1]由表中数据可知，在第4次实验中，，，承担物重的绳子股数所以该实验是由图丙所示装置来完成的。[2]该次的机械效率为（2）比较1、2两次实验数据，n的值相同，提升的物体重力相同，改变了物体被提升的高度，机械效率不变。可得出结论：使用同一滑轮组提升相同重物，滑轮组的机械效率与重物上升高度无关。（3）比较1、3两次实验数据，n的值相同，提升的物体重力变大，物体被提升的高度相同，机械效率变大，可得出结论：同一滑轮组提升的物体越重，滑轮组机械效率越高。（4）比较3、4两次实验数据，n的值不相同，说明动滑轮个数不相同，第三次用乙图，第四次用丙图，提升的物体重力相同，物体被提升的高度相同，动滑轮重力不同，机械效率不同，可得出结论：不同滑轮组提升相同重物，动滑轮越重，机械效率越小。（5）比较3、4两次实验数据，n的值不相同，说明动滑轮个数不相同，第三次用乙图，第四次用丙图，提升的物体重力相同，物体被提升的高度相同，第四次实验比第三次实验省力，但是第四次的机械效率比第三次的机械效率还低，所以机械越省力，它的机械效率越高是错误的。（6）A．减轻动滑轮重量，在有用功不变时，额外功减小，总功减小，机械效率变大，故A不符合题意；B．增加所提物体重量，根据（3）的结论，可提高滑轮组机械效率，故B不符合题意；C．机械加润滑油，可以减小摩擦，减少额外功，在有用功不变时，总功减小，机械效率变大，故C不符合题意；D．增加重物上升高度，根据（2）的结论，机械效率不变，故D符合题意。故选D。题型一有用功、额外功和总功1．（24-25九年级上·陕西咸阳·期中）《物原》记载：“史佚始作辘轳。”如图所示，人们借助辘轳从井中汲水时，转动摇把，使绳子在轴筒上不断叠绕，从而将水桶从井中提出。借助辘轳汲水时，下列有关说法正确的是（）A．辘轳是一个动滑轮B．克服水重和桶重做的功是有用功C．增大转动摇把的速度不能提高辘轳的机械效率D．通过现代科技改良后，可以将辘轳的机械效率提高到100%【答案】C【详解】A．辘轳是一个轮轴，在使用时轮半径大于轴半径，属于省力杠杆，使用辘轳汲水时可以省力，故A错误；B．汲水时的目的是为了把水提上来，因此克服水重所做的功是有用功，故B错误；C．增大转动摇把的速度，在水的重力不变的情况下，有用功不变，额外功不变，因此机械效率不变，故C正确；D．任何机械在使用过程中都会有额外功，因此通过现代科技改良后，辘轳的机械效率也不会达到100%，故D错误。故选C。2．（24-25九年级上·陕西咸阳·期中）“曲岸深潭一山叟，驻眼看钩不移手”，古往今来，无数钓鱼爱好者陶醉于这项活动之中。钓鱼时，某人不小心把水桶弄进水里，捞上桶时发现桶里带些水，在用绳子打捞水桶的过程中，下列所述中属于有用功的是（）A．把桶中水提高做的功 B．把桶和桶中的水提高做的功C．把桶提高做的功 D．把绳子提高做的功【答案】C【详解】有用功的定义是完成一件事情而做的功，简单理解，有用功是与你的目的直接相关的；我们的目的就是为了把水桶提上来，所以克服水桶的重力做的功为有用功。故C符合题意，ABD不符合题意。故选C。题型二机械效率的理解功率和机械效率都是机械本身性能的重要参数，但它们是完全不同的物理量，表示机械完全不同的两个方面。功率表示做功快慢，机械效率表示有用功占总功的比值。当不计绳重和摩擦时，机械效率，即同一滑轮组，其机械效率η与G物和G动有关，G动一定时,G物越大，η越大；G物一定时，G动越大，η越小。3．（24-25九年级上·广西河池·期中）用一个滑轮组把同一个物体匀速提升同样的高度，经过改进提高机械效率后，则（）A．有用功减少，总功增多B．有用功不变，总功减少C．功率变大，机械做功更多D．机械做功加快【答案】B【详解】AB．把同一物体匀速提升同样的高度，由可知，前后两次做的有用功不变，一个滑轮组经改进后提高了机械效率，是因为额外功减少了，总功减少了，故A不符合题意，B符合题意；C．功率大指机械做功快，功率大、机械做功多少都跟机械效率没有直接的关系，故C不符合题意；D．机械效率高指有用功在总功中占的比值大，机械做功快指机械功率大，机械效率和机械功率没有直接的关系，故D不符合题意。故选B。4．（2024·四川广安·中考真题）房屋装修时，工人利用滑轮组提升物体。如图所示，已知物体的重力为800N，在绳子自由端用500N的力拉着物体在竖直方向上做匀速直线运动，物体被提升了3m，该滑轮组的机械效率为。如果要提高滑轮组的机械效率，可采用的措施有：（填写番号）①增加物体的重力

②增加提升物体的高度

③减小动滑轮的重力。【答案】80%①③【详解】[1]由题知，n=2，则绳端移动的距离s=2h=2×3m=6m有用功W有​=Gh=800N×3m=2400J总功W总​=Fs=500N×6m=3000J滑轮组的机械效率[2]①增加物体的重力，可以提高有用功，在额外功不变的情况下，有用功占总功的比例增大，也就是机械效率变大，故①符合题意；②增加提升物体的高度，绳端移动的距离也相应的增大，根据可知机械效率并不受影响，故②不符合题意；③减小动滑轮的重力，在提升物体重力不变的情况下，即有用功不变的情况下，额外功减小了，所以机械效率就提高了，故③符合题意。故选①③。题型三滑轮组的机械效率计算滑轮组机械效率的方法有三种：（1）分别求出W有、W总，运用公式计算；（2）已知绕绳方式，运用（或）计算；（3）对不计绳重及摩擦的竖直方向的滑轮组，运用公式直接计算。5．（2024·山东泰安·中考真题）如图所示，汽车通过滑轮组将物体吊起。已知汽车的质量为，牵引力为，对绳子的拉力为；物体的重力为，物体匀速上升的速度始终为，汽车受到的摩擦力为汽车重力的0.05倍，取。下列说法中（

）①滑轮组的机械效率为

②汽车受到的摩擦力为③汽车牵引力在4s内做的功为

④汽车牵引力的功率为A．只有①正确 B．只有①④正确 C．只有①②正确 D．只有③④正确【答案】B【详解】②汽车受到的摩擦力为①由图可知，滑轮组有效绳子段数，则滑轮组的机械效率为④汽车速度为汽车牵引力的功率为③汽车牵引力在4s内做的功为故B符合题意，ACD不符合题意。故选B。6．（2024·西藏·中考真题）建筑工地上工人用如图所示的装置提升重为760N的物体。在拉力F作用下，物体在8s内竖直匀速上升了2m。如果动滑轮重为240N，不计绳重和摩擦。求：(1)物体上升的速度；(2)滑轮组的有用功；(3)滑轮组的机械效率。【答案】(1)0.25m/s(2)1520J(3)76%【详解】（1）由于物体在8s内竖直匀速上升了2m，所以物体上升的速度（2）滑轮组的有用功（3）滑轮组的额外功滑轮组的机械效率题型四斜面的机械效率对于斜面，有W总=W有+W额=Gh+fs，故斜面的机械效率，在实际计算时可根据题中已知条件灵活选用公式。7．（2024·内蒙古·中考真题）如图所示，固定的斜面长s=2m，高h=0.5m，沿斜面向上用50N的拉力在4s内把一个重60N的物体从斜面底端匀速拉到顶端，这一过程中（）A．对物体做的有用功为120J B．物体受的摩擦力为50NC．拉力做功的功率为25W D．斜面的机械效率为70%【答案】C【详解】A．根据题意，对物体做的有用功为故A不符合题意；B．总功为则额外功为则物体受的摩擦力为故B不符合题意；C．拉力做功的功率为故C符合题意；D．斜面的机械效率为故D不符合题意。故选C。8．（2024·江苏淮安·中考真题）如图所示，小明用的拉力平行于斜坡将重的木箱从斜坡底端匀速拉到顶端，斜坡长，高，他做的总功为J，斜坡的机械效率为，木箱受到的摩擦力为N。【答案】80075%100【详解】[1]拉力做的总功为[2]有用功的大小为斜坡的机械效率为[3]额外功的大小为摩擦力的大小为题型五杠杆的机械效率杠杆机械效率的计算对于杠杆，不计摩擦时，有W总=W有+W额=Gh+G杆h杆，其中，G杆为杆的重力，h杆为杠杆重心移动的距离。故杠杆的机械效率，在实际计算时可根据需要灵活选用简便的公式。9．（24-25九年级上·江苏淮安·阶段练习）如图所示，用手沿竖直方向匀速拉动一均匀杠杆提升一个重为G的物体缓缓上升，不计支点处摩擦。若使物体悬挂位置从O向A移动，则杠杆的机械效率与支点O到悬挂点B的距离L的关系可能符合下列图中的（

）A． B． C． D．【答案】D【详解】如图所示：由三角形的知识可知杠杆的机械效率使物体悬挂位置从O向A移动，G不变，物体上升的高度不变，有用功不变，则L1不变，G杠不变，L变大，杠杆的机械效率变大，但不是正比关系，故D符合题意，ABC不符合题意。故选D。10．（24-25九年级上·广东茂名·期中）如图所示，用竖直向上的力F匀速拉动杠杆的右端，使重力为50N的物体缓慢升高0.1m，测得拉力大小F=24N，A端移动的距离为0.25m，在这一过程中，有用功为J，额外功为J，机械效率为。（保留小数点后1位）【答案】5183.3%【详解】[1]该过程中做的有用功是克服物体的重力做功，则有用功为[2]该过程中做的总功为则做的额外功为[3]机械效率为题型六测量滑轮组的机械效率1．影响滑轮组机械效率的因素滑轮组是人们经常使用的简单机械，用同一滑轮组提升物体G升高h时，滑轮组对物体做的功为有用功，而人对滑轮组的拉力F做的功为总功，F移动的距离s=nh(n为与动滑轮相连绳子的段数)，则滑轮组的机械效率；若不计摩擦力，而动滑轮的重为G’，那么提升动滑轮做的功就是额外功，则滑轮组的机械效率还可表示为。讨论这个表达式可知，对于同一滑轮组(G’一定)，提升重物越重，滑轮组的机械效率越高；而提升相同重物时，动滑轮越少、越轻的滑轮组，机械效率越高。2．提高滑轮组机械效率的方法(1)减小额外功在总功中占的比例。可采取改进机械结构、减小摩擦阻力等方法。如可使滑轮组在满载情况下工作，以增大有用功在总功中的比例，在滑轮的转轴中加润滑油，以减小摩擦阻力，或减小滑轮组中动滑轮的自重等，即在有用功一定的情况下，减小额外功，提高效率。(2)增大有用功在总功中所占的比例，在额外功不变的情况下，增大有用功的大小。(3)换用最简单的机械。11．（24-25九年级上·江西九江·阶段练习）某小组在“测滑轮组机械效率的实验”中得到的数据如表所示，实验装置如图所示。实验次数钩码重量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140.12.70.274%240.11.80.374%380.13.10.386%480.12.5(1)实验中应沿竖直方向拉动弹簧测力计。但小组有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，应该静止读数，其他人认为他的想法不正确，因为他没有考虑到对滑轮组机械效率的影响，静止时测出的机械效率将（填“变大”或“变小”或“不变”）；(2)通过比较两次实验数据得出结论：使用同一滑轮组提升同一重物时，滑轮组的机械效率与绳子段数无关（填实验次数的序号）；(3)第4次实验的机械效率；；通过比较3、4两次实验数据可得出结论：；(4)若每个滑轮的质量为100g，则第二次实验中克服摩擦做的额外功为J。（不计绳重）【答案】(1)匀速摩擦变大(2)1、2(3)80%不同滑轮组提升相同重物时，动滑轮越重，滑轮组的机械效率越低(4)0.04【详解】（1）[1]实验应沿竖直方向匀速缓慢拉动弹簧测力计，此时系统处于平衡状态，测力计示数等于拉力大小。[2]在拉动过程中，因为滑轮和轴之间存在摩擦力，会影响滑轮组的机械效率，因此不能静止读数。[3]若静止时读数，测力计没有测量出机械之间的摩擦，测量的拉力偏小，导致在有用功一定时，总功偏小，根据机械效率公式知机械效率变大。（2）探究滑轮组的机械效率与绳子段数之间的关系，需要控制钩码的重力、钩码上升的高度、滑轮的个数相同，因此选择1、2两次实验。（3）第4次实验中，连接动滑轮绳子的股数是4股，则机械效率为[2]比较第3、4次的实验数据，不同滑轮组提升相同重物，动滑轮重不同，机械效率不同，可得出结论：不同滑轮组提升相同重物时，动滑轮越重，滑轮组的机械效率越低。（4）由表中数据可知，第二次实验中，有用功总功为动滑轮的重力则克服动滑轮重力做的功不计绳重，由和可得，克服摩擦做的额外功为12．（24-25九年级上·陕西咸阳·期中）在“测滑轮组机械效率的实验”中得到的数据如表所示，实验装置如图所示。实验次数钩码重钩码上升高度绳端拉力绳端移动距离机械效率140.12.70.274%240.11.80.374%380.13.10.386%480.12.5(1)实验中应沿竖直方向缓慢拉动弹簧测力计。(2)小组某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，应该静止读数。他的想法是不正确的，因为他没有考虑到对滑轮组机械效率的影响。(3)用丁图装置进行实验，得出表中第4次实验数据，请将表中空白的两个数据填写完整。、(4)通过比较1、2两次实验数据可得出结论：使用同一滑轮组提升同一重物时，滑轮组的机械效率与绳子段数（选填“有关”或“无关”）。(5)通过比较两次实验数据可得出结论：同一滑轮组提升重物时，物重越大，滑轮组的机械效率越高。（填实验次数的序号）(6)通过比较3、4两次实验数据可得出结论：不同滑轮组提升相同重物时，动滑轮越重，滑轮组的机械效率越（填“高”或“低”）。【答案】(1)匀速(2)摩擦力(3)0.480%(4)无关(5)2、3(6)低【详解】（1）实验中应沿竖直方向匀速缓慢拉动弹簧测力计，系统处于平衡状态，拉力的大小才等于测力计的示数。（2）若静止时读数，测力计没有测量出机械之间的摩擦力，故测量出的拉力偏小，他的想法不正确；根据，求出的总功偏小，而有用功不变，根据，故这样测出的机械效率偏大，即他没有考虑到摩擦力对滑轮组机械效率的影响。（3）[1]丁图装置绳子的有效段数为4，故绳子自由端移动的距离为[2]第4次实验的机械效率为（4）根据可知，第1、2、3次实验绳子的有效段数分别为2、3、3；结合图示和钩码的重力，第1、2、3次分别是用甲乙丙装置完成的，通过比较1、2两次实验数据可知，钩码的重力相同，提升的高度相同，连接动滑轮绳子的段数不同，机械效率相同，故可得出结论：使用同一滑轮组提升同一重物时，滑轮组的机械效率与绳子段数无关。（5）通过比较2、3两次实验数据可知，滑轮组相同，连接动滑轮的绳子段数相同，提升的高度相同，物体的重力不同，物体重力越大，机械效率越大，故可得出结论：同一滑轮组提升重物时，物重越大，滑轮组机械效率越高。（6）通过比较3、4两次实验是分别用丙丁装置完成的，丁装置中有2个动滑轮，动滑轮重力大于丙中动滑轮的重力，而实验提起物体的重力相同，第4次实验的机械效率小于第3次实验的机械效率，故得出的结论是：不同滑轮组提升相同重物时，动滑轮越重，滑轮组机械效率越低。题型七测量斜面的机械效率13．（24-25九年级上·江苏宿迁·期中）小明用如图所示的实验装置测斜面的机械效率，表格中是他收集的部分数据。实验序号斜面的倾斜程度物块的重力G/N斜面高