第4节机械效率

第十二章简单机械第4节机械效率知识梳理导学园地1.有用功、额外功和总功(1)在实验中,将钩码提升一定的高度是我们的工作目的,动滑轮对钩码的

所做的功,叫作有用功,用

表示。

(2)用动滑轮提升钩码时,我们还不可避免地要克服动滑轮本身所受的

以及

等因素的影响而多做一些功,这部分功叫作额外功,用

表示。

(3)有用功与

功之

是总共做的功,叫作总功,用W总=

来表示。

2.机械效率(1)定义:

跟

的比值,即η=

。

(2)规律:有用功总是

总功,因此η总是小于

。

1.机械效率是一个比值,本身没有单位。2.机械效率不是固定不变的,它由总功和有用功两个因素共同决定,它反映的是有用功在总功中所占的比例,与具体做功多少、是否省力无关。拉力W有用重力摩擦力W额外额外和W有用+W额外有用功总功

小于1知识点一:有用功、额外功和总功【典题1】工人师傅使用如图所示的滑轮组提起10N的重物,使它上升0.2m,拉力是4N,拉力的作用点上升了0.6m,拉力所做的功为

J,这个功叫

功;克服物体重力所做的功为

J,这个功叫

功。用来克服滑轮重力、绳重和滑轮间摩擦所做的功为

J,这个功叫

功。

名师点睛有用功和额外功(1)有用功相当于不用机械直接用手对物体所做的功,总功是利用机械所做的功。(2)有用功和额外功并不是绝对的,对某一情况是有用功,对另一种情况可能就是额外功。2.4总2有用0.4额外【变式1-1】小明的体重为500N,用重10N的水桶提着重100N的水,登上5m高的教室,在这一过程中,他做的有用功和额外功分别是(

)。A.500J,50J

B.500J,2550JC.550J,2500J

D.3000J,50JB知识点二:机械效率【典题2】在小区改造工程中,工人师傅用滑轮组提升建筑材料,如图所示。滑轮组挂在固定的钢架上,每个滑轮重为150N。绳子自由端受到的拉力F为500N,材料在30s内匀速上升了3m,不计绳重和摩擦,下列说法正确的是(

)。A.绳子自由端的速度为0.1m/sB.拉力F的功率为50WC.滑轮组的机械效率为90%D.钢架受到的拉力为1500NC

【变式2-1】如图所示,斜面长s=10m,高h=4m。用沿斜面向上的拉力F,将一个重为150N的物体由斜面底端A匀速推到顶端B,若斜面的机械效率为80%,则此过程中拉力F=

N。75知识点三:测量滑轮组的机械效率【典题3】在探究“影响滑轮组机械效率的因素”时,小明提出如下猜想。猜想一:滑轮组机械效率与被提升物体所受的重力有关。猜想二:滑轮组机械效率与动滑轮所受的重力有关。为了验证猜想,准备的器材如下:两个相同的滑轮、一根细绳、钩码若干、刻度尺和弹簧测力计;小明把两个滑轮分别作为定滑轮和动滑轮组装成滑轮组,用该滑轮组提升不同数量的钩码进行了三次实验,数据见下表。实验序号钩码所受的重力G/N提升高度h/m拉力F/N绳端移动的距离s/m机械效率η12.00.11.00.366.7%24.00.11.80.374.1%36.00.12.50.3

请回答下列问题:(1)表中第3次实验时滑轮组的机械效率为

;根据表中数据在图中画出该滑轮组的绕线方式。

(2)分析表中数据可知:用同一滑轮组提升不同的物体,物体越重,滑轮组的机械效率

(选填“越高”“越低”或“不变”)。

(3)为了验证猜想二,还需增加的实验器材是

。

名师点睛实验应明确的两个问题(1)在实验测量的过程中,为了使弹簧测力计的示数是一个定值,应该让弹簧测力计在竖直方向上匀速运动。(2)控制变量法的应用:要想探究不同装置滑轮组的机械效率,应控制滑轮组提升的钩码和上升的高度都不变,再记录每一次弹簧测力计的示数,计算出机械效率的大小。80.0%越高自重不同的动滑轮答案：如图所示【变式3-1】用如图所示的滑轮组提升重物,将质量为36kg的重物5s内匀速提升1m,作用在绳自由端的拉力为200N。不计绳重和摩擦,则动滑轮受到的重力为

N,该滑轮组的机械效率为

。g取10N/kg。

4090%【易错专攻】易错点:机械效率的概念1.下列关于机械效率的说法正确的是(

)。A.机械效率高的机械省力B.机械效率低的机械,有用功在总功中占的比例小C.机械效率高的机械,有用功做得多D.机械效率可以高达100%B2.下列关于功、功率、机械效率的说法正确的是(

)。A.功率越大,做功越快,机械效率越大B.做功越少,功率越小,机械效率越小C.功率越大,反映做功越快,与机械效率无关D.机械效率越大,表明它做的功越多易错提醒由于对机械效率的概念理解不深,常常把机械效率与功率、是否省力以及有用功的多少相混淆。C【基础达标练】1.下列关于机械效率的说法正确的是(

)。A.越省力的机械,机械效率越高B.做功越少的机械,机械效率越低C.做功越慢的机械,机械效率越低D.总功相同,有用功越大的机械,机械效率越高2.如图所示,小明利用动滑轮匀速提升木箱。下列做法可以提高动滑轮机械效率的是(

)。A.适当增加木箱重力B.增大木箱上升高度C.增大提升木箱的速度D.换用质量更大的动滑轮DA3.用滑轮组进行“一瓶水提升一个人”活动,如图所示,水瓶匀速直线下降10m,使人匀速升高0.5m,水瓶对绳a的拉力F1=30N,绳b对人的拉力F2=480N。此过程(

)。A.有用功为300JB.F1做功与F2做功一样快C.F1做的功小于F2做的功D.滑轮组的机械效率为80%4.用四个完全相同的滑轮组成如图所示的甲、乙两个滑轮组,把相同的物体匀速提升相同的高度。若用η甲、η乙分别表示甲、乙两滑轮组的机械效率,W甲、W乙分别表示拉力所做的功(不计绳重与摩擦),则()。A.η甲=η乙,W甲=W乙B.η甲>η乙,W甲>W乙C.η甲<η乙,W甲<W乙D.η甲>η乙,W甲<W乙DA

B6.在“使用动滑轮”活动中,小科利用如图所示的装置,用竖直向上的大小为10N的拉力F使物体A匀速提升了0.1m。如果该装置的机械效率为70%,则这一过程中,克服物体A的重力所做的功为

J,这个值也是物体A增加的机械能。7.如图所示,用沿斜面向上大小为4N的拉力,将一个重5N的物体从斜面底端匀速拉至顶端。已知物体沿斜面上滑的距离为5m,上升的高度为3m,则物体受到的摩擦力为

N,斜面的机械效率为

。

1.4175%【能力提升练】8.《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,一一顷于枧内,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。g取10N/kg。(接水槽离倒水处的高度忽略不计。)(1)请从能量转化的角度,简要分析筒车的工作原理。解：水流具有一定的质量和速度,具有一定的动能,水流通过做功使水的高度增大,重力势能增大,是动能转化为重力势能。(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。解:该筒车旋转一周提升的水的质量为m=12×4kg=48kg;对水所做的功为W=Gh=mgh=48kg×10N/kg×4m=1920J。

9.(2024江苏苏州中考)某起重机的滑轮组结构示意如图所示,其最大