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第3節(jié) 機(jī)械效率
雙基過關(guān)
知識(shí)點(diǎn)一、有用功和額外功：
1.實(shí)驗(yàn)探究：使用動(dòng)滑輪是否省功
甲 乙
操作及現(xiàn)象:
(1)如圖甲所示用彈測(cè)力計(jì)將鉤碼緩慢提升20cm，彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)為2.0N。
(2)如圖乙所示用彈簧測(cè)力計(jì)并借助動(dòng)滑輪將同樣的鉤碼緩慢提升20cm，彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)為1.2 N。
實(shí)驗(yàn)分析:
圖甲中拉力做功 0.4J，圖乙中拉力做功0.48 J。
實(shí)驗(yàn)結(jié)論:
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，盡管使用動(dòng)滑輪會(huì)省力，但使用動(dòng)滑輪不能省功。且由于滑輪本身所受的重力以及摩擦等因素的影響，使用動(dòng)滑輪會(huì)多做功。
2.有用功、額外功、總功
(1)有用功:在上面的實(shí)驗(yàn)中,無論是否使用滑輪,鉤碼都被提升了，這部分功是必須要做的，叫作有用功，用W有表示。
(2)額外功:若用滑輪組提升鉤碼,我們還不得不克服動(dòng)滑輪本身所受的重力以及摩擦力等因素的影響而多做一些功,這部分功叫作額外功,用W額表示。
(3)總功:有用功與額外功之和叫作總功,用W總表示。公式:W總＝W有＋W額 ，W總＞W(wǎng)有。
3.功的原理
大量的實(shí)驗(yàn)和理論研究表明:使用機(jī)械時(shí),人們所做的功,都不會(huì)少于直接用手所做的功，也就是使用任何機(jī)械都不能省功，這個(gè)結(jié)論叫功的原理。
基礎(chǔ)自測(cè)：
1．_________________________叫有用功，用表示。即為達(dá)到工作目的做功。如：從井中提水，對(duì)水做的功就是有用功（工作目的提水）。
【答案】使用機(jī)械時(shí)必須要做的功
【解析】使用機(jī)械時(shí)必須要做的功叫做有用功。
2．____________________________，叫額外功，用表示。額外功只能減小，不可避免。
【答案】不得不做的功
【解析】使用簡(jiǎn)單機(jī)械時(shí)，不得不做的功叫做額外功。
3．圖所示，用不同的方法把同一個(gè)重物搬運(yùn)到同樣高度的車廂內(nèi)。從做功的角度分析，兩種方法_____一定相同，_____可能不同。
【答案】有用功 總功
【解析】[1][2]兩種方法中，物體重力G相同、被提高的高度h也相同，由W=Gh可知，兩種方法有用功一定相同，而兩種方法中，人對(duì)物體的作用力大小無法確定，所以所做的總功無法確定，所以總功可能不同。
4．小明把一桶水從一樓提到三樓，有用功是 _______，額外功是_______ ．有用功500J，總功600J，則額外功是______ J．
【答案】 對(duì)水做的功 對(duì)桶做的功 100
【解析】①小明的目的是提水，根據(jù)有用功的定義可知，對(duì)水做的功是有用功；提水的同時(shí)，需要提桶，所以對(duì)桶做的功是額外功；
②額外功是總功與有用功之差，為600J 500J=100J.
故答案為對(duì)水做的功；對(duì)桶做的功；100.
5．小聰用桶從井里打水，小明從井里撈桶帶上部分水，下列說法正確的是
A．二人對(duì)桶做的功都是額外功 B．二人對(duì)水做的共都是有用功
C．小聰對(duì)桶做的功是有用功 D．小明對(duì)桶做的功是有用功
【答案】D
【分析】從兩次做功的目的來分析有用功和額外功；有用功的定義是完成一件事情而不得不做的功，簡(jiǎn)單理解，有用功是與你的目的直接相關(guān)的；其他無實(shí)用價(jià)值而又不得不做的功，叫額外功．
【解析】小聰用水桶打水時(shí)，目的是打水，所以對(duì)水做的功為有用功，但必須把水桶提上來，所以對(duì)桶做的功是額外功；小明撈水桶時(shí)，為了把水桶提上來，所以對(duì)水桶做的功為有用功，但水桶里面有一些水，又不得不對(duì)水做功，所以對(duì)水做的功為額外功；綜上可知，ABC不正確，D正確．故選D.
知識(shí)點(diǎn)二、機(jī)械效率
1.定義：物理學(xué)中，將有用功跟總功的比值叫作機(jī)械效率，用η表示。
2.公式：
3.理解：
（1）機(jī)械效率由有用功和總功決定，它表示的是有用功占總功的比例的大小，不能反映有用功或總功的多少。
（2）機(jī)械效率總是小于1,這是因?yàn)槭褂萌魏螜C(jī)械都不可避免地要做額外功,所以有用功總是小于總功，機(jī)械效率通常用百分?jǐn)?shù)表示。
(3)機(jī)械效率不是固定不變的,機(jī)械效率反映的是機(jī)械在一次做功的過程中有用功跟總功的比值,同一機(jī)械在不同的做功過程中，機(jī)械效率往往會(huì)不同。
(4)機(jī)械效率的高低與是否省力做功多少物體提升的高度等無關(guān)。
(5)機(jī)械效率是表征機(jī)械性能的重要指標(biāo)，機(jī)械效率越高,機(jī)械的性能越好。
3.三種簡(jiǎn)單機(jī)械的機(jī)械效率
基礎(chǔ)自測(cè)
6．下列關(guān)于功、功率和機(jī)械效率的說法，不正確的是（　　）
A．做相同的功，時(shí)間少，做功快 B．相同時(shí)間，功率大的做功多
C．機(jī)械的功率大，機(jī)械效率一定高 D．機(jī)械效率不能達(dá)到100%
【答案】C
【解析】A．功率是做功多少與所用時(shí)間的比值。由公式知，做相同的功，用時(shí)少的功率大，做功快，故A正確，不符合題意；
B．功率反映做功的快慢，由公式知，相同時(shí)間，功率大的機(jī)械做功多，故B正確，不符合題意；
C．機(jī)械效率是有用功與總功的比值，與功率大小做功快慢沒有關(guān)系，故C不正確，符合題意；
D．無論怎樣優(yōu)化機(jī)械設(shè)計(jì)，使用任何機(jī)械都不可避免要做額外功，所以總功一定大于有用功，即有用功與總功的比值一定小于1，也就是機(jī)械效率小于100%，故D正確，不符合題意。
故選C。
7．關(guān)于功、功率、機(jī)械效率的說法中，正確的是（　　）
A．功率大的機(jī)械，機(jī)械效率一定高
B．在相同的時(shí)間內(nèi)做的功越多，功率越大
C．功率大的機(jī)器比功率小的機(jī)器做功多
D．機(jī)械做功時(shí)，做的有用功越多，機(jī)械效率越大
【答案】B
【解析】A．功率越大，表示機(jī)械做功越快，單位時(shí)間內(nèi)做的功越多，但機(jī)械效率不一定就高，故A錯(cuò)誤；
B．根據(jù)功率的定義，在相同的時(shí)間內(nèi)做的功越多，功率越大，故B正確；
C．由W=Pt可知，做功的多少，不僅與功率有關(guān)，還與工作時(shí)間有關(guān)，故C錯(cuò)誤；
D．有用功越多，機(jī)械效率不一定越大，因?yàn)橛煽芍瑱C(jī)械效率的大小還要看總功的大小，故D錯(cuò)誤。
故選B。
8．用圖的裝置勻速吊起一個(gè)重為2N的物體，下列有關(guān)說法正確的是（　　）
A．圖中滑輪的作用是改變用力的方向 B．拉力F的大小一定為1N
C．該裝置的機(jī)械效率可達(dá)到100% D．增大提升的物重，機(jī)械效率會(huì)增大
【答案】D
【解析】A．圖中滑輪是動(dòng)滑輪，不能改變力的方向，故A錯(cuò)誤；
B．如果考慮滑輪的重力，不計(jì)繩重和摩擦，拉力的大小
故B錯(cuò)誤；
C．使用該裝置時(shí)，不僅要克服滑輪本身的重力做功，還要克服摩擦做功，要做額外功，所以總功一定大于有用功，即有用功與總功的比值一定小于1，也就是機(jī)械效率小于100%，所以機(jī)械效率不可能達(dá)到100%，故C錯(cuò)誤；
D．該裝置不變，額外功不變，增大提升的物重，增加有用功，有用功在總功中所占的比值增大，機(jī)械效率會(huì)增大，故D正確。
故選D。
9．如圖所示，小明用兩個(gè)不同的滑輪組，在相同時(shí)間內(nèi)分別用大小相等的拉力F將同一物體勻速提高了相同的高度，若兩個(gè)滑輪組的動(dòng)滑輪重分別為G動(dòng)1和G動(dòng)2，機(jī)械效率分別為η1、η2，不計(jì)繩重和摩擦。則（　　）
A．G動(dòng)1＜G動(dòng)2，η1＜η2 B．G動(dòng)1＜G動(dòng)2，η1＞η2
C．G動(dòng)1＞G動(dòng)2，η1＜η2 D．G動(dòng)1＝G動(dòng)2，η1＝η2
【答案】B
【解析】由圖知，兩個(gè)滑輪組承擔(dān)重物繩子的段數(shù)n1＝2，n2＝3，不計(jì)繩重和摩擦，繩端拉力相等，提升同一物體，根據(jù)可知
G動(dòng)1＝2F-G
G動(dòng)2＝3F-G
所以
G動(dòng)1＜G動(dòng)2
將同一物體提升相同高度，由W有＝Gh知有用功相等；G動(dòng)1＜G動(dòng)2，由W額＝G動(dòng)h知，第1個(gè)滑輪組克服動(dòng)滑輪重力所做的額外功較小，總功較小，所以其有用功在總功中所占比例較大，即第1個(gè)滑輪組的機(jī)械效率較大，η1＞η2。
故選B。
10．用相同的滑輪和繩子分別組成如圖所示的甲、乙兩個(gè)滑輪組，相同時(shí)間把相同的重物勻速提升相同的高度。若不計(jì)繩重及摩擦，下列說法正確的是（　　）
A．繩子受的拉力F1和F2大小相等 B．滑輪組的機(jī)械效率相同
C．拉力對(duì)滑輪組所做的功不相等 D．拉力對(duì)滑輪組所做的功的功率不相等
【答案】B
【解析】A．甲滑輪組中動(dòng)滑輪上有2段繩子，則拉力
乙滑輪組中動(dòng)滑輪上有3段繩子，則拉力
F1>F2，故A錯(cuò)誤；
B．不計(jì)繩重及摩擦?xí)r，滑輪組的額外功相等，均等于克服動(dòng)滑輪重力做的功，做的有用功也相等，則滑輪組的機(jī)械效率相等，故B正確；
CD．甲滑輪組中繩端移動(dòng)的距離為物體移動(dòng)距離的2倍，乙滑輪組中繩端移動(dòng)的距離為物體移動(dòng)距離的3倍，由，可知拉力做的功相等，相同時(shí)間內(nèi)拉力對(duì)滑輪組所做的功的功率也相等，故CD錯(cuò)誤。
故選B。
11．______和______的比值稱為機(jī)械效率。使用機(jī)械時(shí)，由于存在額外功，因此所做的有用功必______總功，因此，機(jī)械效率必______。（填：“小于”、“大于”或“等于”）
【答案】有用功 總功 小于 小于
【解析】[1][2]在使用機(jī)械時(shí)，人們?yōu)橥瓿赡稠?xiàng)任務(wù)必須做的功叫有用功；對(duì)完成任務(wù)沒有用但不得不做的功叫額外功；有用功與額外功之和叫總功；有用功與總功的比值叫機(jī)械效率。
[3][4]只要使用機(jī)械，就必然會(huì)在機(jī)械上消耗一部分額外功，也就是說額外功總是存在的，所以有用功總是會(huì)小于總功，所以機(jī)械效率總是小于1的。
12．如圖所示，用力F1直接將物體B勻速提升高度h，F(xiàn)1做功40J。若借助斜面用力F2沿斜面方向把同一物體B勻速推至相同高度，B沿斜面通過距離，若斜面的機(jī)械效率是40%，則F2做功為______J，=______；若，則B與斜面間的摩擦力為______N。
【答案】100 30
【解析】[1]用F1的力直接將物體B勻速提升h，F(xiàn)1做的功為40J，即有用功： ，用斜面把物體B勻速提升相同的高度，F(xiàn)2做的功是總功，由可得，F(xiàn)2做的功為
[2]由
可得
[3] F2做的額外功為
則B與斜面間的摩擦力
13．如圖所示，利用滑輪組把物體勻速提升一定高度，該滑輪組有______段繩子承擔(dān)物重，在繩子承受范圍內(nèi)，不計(jì)繩重和摩擦，若增加所提升的物重，則滑輪組的機(jī)械效率將______（選填“變大”“變小”或“不變”）。
【答案】2 變大
【解析】[1]由圖，提著動(dòng)滑輪的有兩股繩，所以有2段繩子承擔(dān)物重。
[2]當(dāng)增大下面所提物重時(shí)，有用功變大，額外功基本不變，有用功占總功的比例變大，故該滑輪組的機(jī)械效率將變大。
14．用動(dòng)力臂是阻力臂 3倍的杠桿將 600N的貨物抬高 30cm，手向下壓杠桿的力是250N， 手下降的高度是______cm，人做的總功______，有用功是______J，這根杠桿的機(jī)械效率是______。
【答案】 90 225J 180 80%
【解析】[1]動(dòng)力臂是阻力臂的3倍，所以動(dòng)力移動(dòng)的距離就是貨物移動(dòng)距離的3倍，貨物升高30cm，則手下降的高度是90cm。
[2]手對(duì)杠桿做的總功
[3]克服貨物重力所做的有用功
[4]這根杠桿的機(jī)械效率
15．如圖所示，工人沿斜面用30N的推力把一箱重為60N的貨物從斜面底端緩慢勻速推進(jìn)車廂，斜面高1.2m，機(jī)械效率為60%，則此斜面的長(zhǎng)度為______m。
【答案】4
【解析】工人做的有用功
W有用＝Gh＝60N×1.2m＝72J
工人做的總功為
W總＝＝＝120J
則斜面的長(zhǎng)度為
s＝＝＝4m
16．甲吊車比乙吊車的機(jī)械效率高，當(dāng)它們分別把相同質(zhì)量的物體勻速提升相同高度時(shí)，與乙吊車相比，甲吊車做的有用功___________，總功___________。（填“較多”、“較少”或“相同”）
【答案】相同 較少
【解析】[1]根據(jù)公式W有用=Gh=mgh可知甲、乙吊車做的有用功相同。
[2]兩輛吊車做的有用功相同，乙的效率較低，所以乙吊車做總功較多，甲吊車做總功較少。
知識(shí)點(diǎn)三、測(cè)量滑輪組的機(jī)械效率
1.實(shí)驗(yàn)：測(cè)量滑輪組的機(jī)械效率
【實(shí)驗(yàn)原理】
【設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)】
使用滑輪組在豎直方向上勻速提起重力不同的物體，將每次所測(cè)得的數(shù)據(jù)填入實(shí)驗(yàn)記錄表中,計(jì)算并比較每次實(shí)驗(yàn)的機(jī)械效率。
【實(shí)驗(yàn)步驟】
(1)用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)出鉤碼所受的重力G
(2)按照?qǐng)D甲所示安裝滑輪組，并分別記下鉤碼和繩端的位置。
(3)在豎直方向上緩慢拉動(dòng)彈簧測(cè)力計(jì),使鉤碼升高(如圖乙所示),讀出拉力F的值，并用刻度尺測(cè)出鉤碼上升的高度h和繩端移動(dòng)的距離s。
(4)應(yīng)用公式，，分別算出有用功、總功和機(jī)械效率。
(5)改變鉤碼的數(shù)量,重復(fù)前四步的實(shí)驗(yàn)過程，再做2次實(shí)驗(yàn)。
(6)換用如圖丙所示的裝置,重復(fù)前四步的實(shí)驗(yàn)過程。
【實(shí)驗(yàn)記錄】
序號(hào) 鉤碼的重力G/N 提升高度h/m 有用功W有/J 拉力F/N 繩端移動(dòng)距離s/m 總功W總/J 機(jī)械效率η
1 1.5 0.4 0.6 0.7 1.2 0.84 71%
2 3.0 0.4 1.2 1.2 1.2 1.44 83%
3 4.5 0.4 1.8 1.7 1.2 2.04 88%
4 3.0 0.4 1.2 0.9 2.0 1.8 67%
【實(shí)驗(yàn)分析】
(1)用同一實(shí)驗(yàn)裝置提升不同數(shù)量的鉤碼時(shí),數(shù)據(jù)記錄如1.23次實(shí)驗(yàn)，分析數(shù)據(jù)可知:鉤碼的重力增加時(shí)，有用功增加，總功也增加，額外功不變，機(jī)械效率升高。
(2)用不同的實(shí)驗(yàn)裝置提升相同數(shù)量的鉤碼時(shí)，數(shù)據(jù)記錄如2.4次實(shí)驗(yàn)，分析數(shù)據(jù)可知:當(dāng)動(dòng)滑輪的個(gè)數(shù)增加時(shí)，有用功不變，總功增大，機(jī)械效率降低。
【實(shí)驗(yàn)結(jié)論】
(1)用同一滑輪組提升不同的重物時(shí),物體重力越大，機(jī)械效率越高。
(2)用不同的滑輪組提升同一重物時(shí),升高相同的高度,動(dòng)滑輪個(gè)數(shù)越多，滑輪組的機(jī)械效率越低。
(3)影響滑輪組機(jī)械效率的因素:被提升物體的重力、動(dòng)滑輪的重力、繩子的繞法以及繩子與滑輪間的摩擦等。
2.提高機(jī)械效率的方法
(1)在機(jī)械能承受的范圍內(nèi),盡量增大物品運(yùn)送量，充分發(fā)揮機(jī)械的作用。
(2)改進(jìn)機(jī)械結(jié)構(gòu),使其更合理、更輕巧。這是生活中的主要方法。
(3)按照技術(shù)規(guī)程操作，定時(shí)保養(yǎng),及時(shí)潤(rùn)滑,使機(jī)械始終處于良好的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。
基礎(chǔ)自測(cè)
17．在“探究影響滑輪組機(jī)械效率的因素”的實(shí)驗(yàn)中，小明用同一滑輪組進(jìn)行了三次實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表：
（1）根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)，在圖甲種畫出滑輪組的繞繩方法_______________．
（2）實(shí)驗(yàn)中，沿________方向_________拉動(dòng)彈簧測(cè)力計(jì)，使物體緩緩上升，在測(cè)量繩端所受的拉力時(shí)，彈簧測(cè)力計(jì)應(yīng)______________（選填“保持靜止”或“勻速上升”）．
（3）第三次試驗(yàn)時(shí)，測(cè)力計(jì)示數(shù)如圖乙所示，此時(shí)繩端受到的拉力為______________N，滑輪組的機(jī)械效率為______________%．
（4）根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)分析可知：
①隨著物重的增大，額外功_____________（選填“變小”、“不變”或“變大”），原因是_____________
②要提高同一滑輪組機(jī)械效率，可以采取__________________________的措施．
【答案】 見解析所示 豎直 勻速 勻速上升 1.8 74.1 變大 克服摩擦做功更多 增加提起的物重或減輕動(dòng)滑輪重
【解析】(1)由表格中數(shù)據(jù)知，物體上升的高度h＝10cm＝0.1m，繩端移動(dòng)的距離s＝30cm＝0.3m，
根據(jù)s＝nh可得繩子的股數(shù)為：n＝sh＝0.3m0.1m＝3，根據(jù)奇動(dòng)偶定原則，繩子先從動(dòng)滑輪連接，如下圖所示：
(2)實(shí)驗(yàn)中，沿豎直方向勻速拉動(dòng)彈簧測(cè)力計(jì)，使物體緩緩上升；在緩慢提升物體時(shí)，還需克服機(jī)械摩擦做功，所以為了測(cè)量滑輪組提升物體時(shí)的機(jī)械效率，需在緩慢勻速上升時(shí)讀數(shù)；
(3)圖中彈簧測(cè)力計(jì)的分度值為0.2N，所以拉力F＝1.8N，第三次試驗(yàn)時(shí)，滑輪組的機(jī)械效率為：η＝×100%＝×100%＝×100%≈74.1%;(4)滑輪組做的額外功為克服動(dòng)滑輪重力和繩子間的摩擦力做的功，隨著物重的增大，動(dòng)滑輪的重力不變，摩擦力越大，所以額外功變大；(5)由表中數(shù)據(jù)知，同一滑輪組，鉤碼重力越大，滑輪組的機(jī)械效率越高，故要提高同一滑輪組機(jī)械效率，可以采取增大提升的物重的措施．
【點(diǎn)睛】（1）由表格數(shù)據(jù)可知物體上升的高度和繩端移動(dòng)的距離，根據(jù)s＝nh確定滑輪組繩子的有效股數(shù)，若n為偶數(shù)繩子固定端在定滑輪上，若n為奇數(shù)繩子固定端在動(dòng)滑輪上；（2）只有勻速豎直拉動(dòng)拉動(dòng)彈簧測(cè)力計(jì)，系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)，拉力等于測(cè)力計(jì)示數(shù)；在使用滑輪組時(shí)，滑輪組還要克服一些機(jī)械摩擦，所以要測(cè)量滑輪組的機(jī)械效率，需使物體上升進(jìn)行讀數(shù)；（3）根據(jù)彈簧測(cè)力計(jì)的分度值讀出圖乙的示數(shù)，由η＝×100%＝×100%求出滑輪組的機(jī)械效率；（4）滑輪組做的額外功為克服動(dòng)滑輪重力和繩子間的摩擦力做的功；（5）分析表中數(shù)據(jù)得出結(jié)論．
18．某實(shí)驗(yàn)小組在測(cè)滑輪組機(jī)械效率的實(shí)驗(yàn)中得到的數(shù)據(jù)如表所示，實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示。
物理量 1 2 3
鉤碼重G/N 4 4 6
鉤碼上升的高度h/m 0.1 0.1 0.1
繩端拉力F/N 1.8 1.4 2.4
繩端移動(dòng)的距離s/m 0.3 0.5 0.3
機(jī)械效率 74% 57%
（1）本實(shí)驗(yàn)原理是______；需要測(cè)量工具有______和______；
（2）實(shí)驗(yàn)中應(yīng)沿豎直方向______拉動(dòng)彈簧測(cè)力計(jì)，使鉤碼上升；
（3）通過表中數(shù)據(jù)可分析出第2次實(shí)驗(yàn)是用______（選填“甲”或“乙”）圖所示裝置的實(shí)驗(yàn)；
（4）通過第1次實(shí)驗(yàn)和第2次實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)分析可得出結(jié)論：使用不同的滑輪組提升相同的重物時(shí)，動(dòng)滑輪的個(gè)數(shù)越多（動(dòng)滑輪的質(zhì)量越大），滑輪組的機(jī)械效率______（選填“越高”、“不變”或“越低”）；
（5）小組同學(xué)再用第1次實(shí)驗(yàn)中使用的裝置做第3次試驗(yàn)，表中第3次實(shí)驗(yàn)的機(jī)械效率為=______。額外功為______ J；
（7）比較第1次實(shí)驗(yàn)和第3次實(shí)驗(yàn)可得出結(jié)論：使用同一滑輪輪輪組______。
【答案】 彈簧測(cè)力計(jì) 刻度尺 勻速 乙 越低 83.3% 0.12 提升的重物越重，滑輪組的機(jī)械效率越高
【解析】（1）[1]測(cè)量機(jī)械效率的公式及測(cè)量原理
[2][3]根據(jù)知，所以要用到彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)量G、F，用刻度尺測(cè)量h、s。
（2）[4]在測(cè)滑輪組機(jī)械效率的實(shí)驗(yàn)中需要沿豎直方向勻速拉動(dòng)彈簧測(cè)力計(jì)。
（3）[5]根據(jù)可知，第2次實(shí)驗(yàn)中，繩子的有效段數(shù)
因此選擇乙裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
（4）[6]根據(jù)可知，第1次實(shí)驗(yàn)繩子的有效段數(shù)為3，故通過第1次實(shí)驗(yàn)和第2次實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)分析可得出結(jié)論：使用不同的滑輪組提升相同的重物時(shí)，動(dòng)滑輪的個(gè)數(shù)越多動(dòng)滑輪的質(zhì)量越大，滑輪組的機(jī)械效率越低。
（5）[7] 第3次實(shí)驗(yàn)的機(jī)械效率為
[8]額外功為
（6）[9]因第1、3次實(shí)驗(yàn)用同一滑輪組做的實(shí)驗(yàn)，故比較第1次實(shí)驗(yàn)和第3次實(shí)驗(yàn)可得出結(jié)論：使用同一滑輪組，提升物體的重力越大，機(jī)械效率越高。
19．小明在“測(cè)滑輪組機(jī)械效率”的實(shí)驗(yàn)中，用如圖甲所示的滑輪組進(jìn)行了三次實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表。
實(shí)驗(yàn)次數(shù) 物重G/N 物體上升的高度h/cm 彈簧測(cè)力計(jì)的實(shí)數(shù)F/N 彈簧測(cè)力計(jì)移動(dòng)的距離/cm
1 6 3 2.5 9
2 6 5 2.5 15
3 6 8 2.5 26
分析表中數(shù)據(jù)，回答以下問題：
（1）表中有一個(gè)數(shù)據(jù)的記錄是錯(cuò)誤的，錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)是______，改為______；
（2）第2次實(shí)驗(yàn)中滑輪組的機(jī)械效率是______；
（3）滑輪組的機(jī)械效率與______無關(guān)；
（4）小紅在小明實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上多使用了一個(gè)滑輪也做了實(shí)驗(yàn)，如圖乙所示，
①小紅多使用一個(gè)滑輪，目的是______；
②小明和小紅使用各自的滑輪組提升相同的重物時(shí)，若忽略繩重及摩擦，它們的機(jī)械效率______（選填“相同”或“不相同”），理由是_______。
【答案】 26 24 80% 物體上升的高度 改變拉力的方向 相同 有用功和額外功相同
【解析】（1）[1][2]由圖甲所示滑輪組可知，滑輪組承重繩子的有效股數(shù)n＝3，由表中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，第23實(shí)驗(yàn)時(shí)，鉤碼上升高度為8cm，測(cè)力計(jì)移動(dòng)距離
而表中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是測(cè)力計(jì)移動(dòng)距離為26cm，則數(shù)據(jù)26錯(cuò)誤，正確的數(shù)據(jù)為24。
（2）[3]由表中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，第2次實(shí)驗(yàn)時(shí)，滑輪組的機(jī)械效率
（3）[4]由表中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，使用同一滑輪組，提升鉤碼的重力相同而提升的高度不同，滑輪組效率相同，由此可知，滑輪組的機(jī)械效率與物體上升高度無關(guān)。
（4）[5]由實(shí)驗(yàn)裝置可知，小紅多使用一個(gè)定滑輪的作用是改變力的方向。
[6][7]這兩位同學(xué)使用各自的滑輪組提升相同的重物時(shí)，若忽略繩重及摩擦，他們做的有用功相同，額外功也一樣，因此總功相同，也就是機(jī)械效率不變。
考點(diǎn)突破
考點(diǎn)1.對(duì)有用功、額外功和總功的理解
方法：正確認(rèn)識(shí)有用功、額外功和總功
(1)有用功是人們?yōu)榱诉_(dá)到目的,無論采用哪種方法都必須做的功。一般情況下,做功有兩個(gè)目的:一是豎直提升重物,二是水平移動(dòng)物體。
①豎直勻速提升重物：，G、h分別為被提升物體的重力和上升的高度；
② 水平勻速移動(dòng)重物， ，F(xiàn)f、s分別為被移動(dòng)物體與接觸面的摩擦力和移動(dòng)的距離。
(2)為了完成有用功,在使用機(jī)械時(shí),還要克服機(jī)械自重(如動(dòng)滑輪的重力)、摩擦力等因素做功，這些功是額外功,額外功是人們不想要的,但又不得不做的功。
(3)總功等于作用在機(jī)械上的力和移動(dòng)的距離的乘積，即 W=Fs。
例1.（2022·四川德陽·統(tǒng)考中考真題）如圖所示，有一斜面長(zhǎng)L=4m，高h(yuǎn)=2.5m。劉利同學(xué)用平行于斜面向上F=150N的拉力，將200N重的物體從底端勻速拉到斜面頂端。那么劉利同學(xué)對(duì)物體做的總功為___________J；物體沿斜面勻速向上運(yùn)動(dòng)時(shí)所受的摩擦阻力為___________N。
【答案】600 25
【解析】[1]劉利同學(xué)對(duì)物體做的總功為
[2] 劉利同學(xué)對(duì)物體做的有用功為
劉利克服摩擦力做的功就是物體被勻速拉到斜面頂端所做的額外功，額外功
物體沿斜面勻速向上運(yùn)動(dòng)時(shí)所受的摩擦阻力
例2.（2023·全國(guó)·九年級(jí)校聯(lián)考專題練習(xí)）如圖是轱轆取水的裝置，下列說法錯(cuò)誤的是（　　）
A．該裝置能夠省力
B．提水時(shí)克服摩擦做的功是額外功
C．該裝置能夠省功
D．提水時(shí)克服水的重力做的功是有用功
【答案】C
【解析】A．轱轆是一種變形的杠桿，在使用過程中，動(dòng)力臂大于阻力臂，屬于省力杠桿，所以該裝置能夠省力，A正確，故A不符合題意；
B．提水時(shí)，目的是提水，所以對(duì)水做的功是有用功，克服摩擦做的功是無用但又不得不做的功，所以提水時(shí)克服摩擦做的功是額外功，B正確，故B不符合題意；
C．使用任何機(jī)械都不省功，C錯(cuò)誤，故C符合題意；
D．提水時(shí)，目的是提水，所以對(duì)水做的功是有用功，D正確，故D不符合題意。
故選C。
考點(diǎn)2.對(duì)機(jī)械效率的考查
方法：
（1）正確理解滑輪組的機(jī)械效率
①條件：不計(jì)繩重及軸摩擦
②由機(jī)械效率公式可知：
a.當(dāng)額外功一定時(shí)，機(jī)械做的有用功越多，機(jī)械效率越高；
b.當(dāng)有用功一定時(shí)，機(jī)械做的額外功越少，機(jī)械效率越高；
③機(jī)械效率，由此可知：
a.勻速提升重物時(shí)，機(jī)械效率與物體被提升的高度無關(guān)；
b.勻速提升重物時(shí)，同一滑輪組的機(jī)械效率隨物體重力的增大而升高。
（2）計(jì)算機(jī)械效率時(shí)巧抓突破口
計(jì)算滑輪組的機(jī)械效率時(shí)，需緊扣四個(gè)物理量“F”“s”“G”“h”,而它們又被連接動(dòng)滑輪的繩子的段數(shù)n聯(lián)系起來，其關(guān)系是、。因此在解題時(shí)明確這四個(gè)物理量及n的數(shù)值是解決本類問題的突破口，再結(jié)合相應(yīng)公式解答。
例3.（2022·遼寧丹東·統(tǒng)考中考真題）如圖所示，用滑輪組將重為的物體勻速提升，所用時(shí)間為，繩末端施加豎直向上的拉力為，不計(jì)繩重和摩擦，下列說法正確的是（　　）
A．此過程總功為600J B．動(dòng)滑輪的重力為80N
C．拉力的功率為24W D．該滑輪組機(jī)械效率約為70%
【答案】C
【解析】．繩端移動(dòng)的距離為
此過程總功為
故A錯(cuò)誤；
B．因?yàn)椴挥?jì)繩重和摩擦，繩端拉力為
所以動(dòng)滑輪的重力為
故B錯(cuò)誤；
C．拉力的功率
故C正確；
D．有用功為
該滑輪組機(jī)械效率為
故D錯(cuò)誤。
故選C。
例4.（2022·遼寧·統(tǒng)考中考真題）使用如圖所示的滑輪組，沿水平方向勻速拉動(dòng)質(zhì)量為300kg的物體，彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)為200N，物體在10s內(nèi)移動(dòng)1m。物體所受的摩擦力為物重的0.1倍。不計(jì)繩重和滑輪組內(nèi)的摩擦，下列說法正確的是（　　）
A．滑輪組的機(jī)械效率為50% B．動(dòng)滑輪重為100N
C．繩子自由端拉力的功率為20W D．增大物重機(jī)械效率不變
【答案】B
【解析】A．物體的重力
G=mg=300kg×10N/kg=3000N
物體受到的摩擦力
f=0.1G=0.1×3000N=300N
則拉力F克服物體摩擦力做的有用功
W有=fL=300N×1m=300J
由圖可知，動(dòng)滑輪用2段繩子拉物體，且彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)為200N，則拉力F=200N，繩子自由端移動(dòng)的距離s=2m，拉力做的總功
W總=Fs=200N×2m=400J
滑輪組的效率
故A錯(cuò)誤；
B．由可知，動(dòng)滑輪重
G動(dòng)=nF-f=2×200N-300N=100N
故B正確；
C．拉力的功率
故C錯(cuò)誤；
D．若增大物重，則物體受到的摩擦力變大，物體移動(dòng)相同的距離，滑輪組所做的有用功變大，而額外功不變，有用功在總功中所占的比例變大，因此機(jī)械效率會(huì)變大，故D錯(cuò)誤。
故選B。
例5.（2022·甘肅蘭州·統(tǒng)考中考真題）如圖所示，斜面長(zhǎng)10m，高4m。用平行于斜面F=50N的拉力，將重100N的物體，從斜面的底端勻速拉到頂端。在此過程中，下列說法正確的是（　　）
A．利用此裝置既可以省力，也可以省功 B．物體受到的摩擦力為50N
C．對(duì)物體所做的有用功為500J D．該斜面的機(jī)械效率為
【答案】D
【解析】A．使用任何機(jī)械都不省功，所以利用此裝置不能省功，故A錯(cuò)誤；
BC．由題意知，將物體從斜面底端勻速拉到頂端所做的有用功
W有=Gh=100N×4m=400J
所做的總功
W總=Fs=50N×10m=500J
額外功
W額=W總-W有=500J-400J=100J
物體所受的摩擦力
故BC錯(cuò)誤；
D．該斜面的機(jī)械效率
故D正確。
故選D。
考點(diǎn)3.實(shí)驗(yàn)探究：測(cè)量滑輪組的機(jī)械效率
方法：圖解測(cè)量滑輪組的機(jī)械效率
例6.（2022·江蘇南通·統(tǒng)考中考真題）用圖甲滑輪組做“探究動(dòng)滑輪的重對(duì)滑輪組機(jī)械效率的影響”實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中把不同的磁鐵吸附在動(dòng)滑輪邊框上以改變滑輪的重，每次實(shí)驗(yàn)都勻速拉動(dòng)繩端使物體上升10cm。不計(jì)繩重，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表。
次數(shù) G物/N G動(dòng)/N F/N η/%
1 6.0 0.3 2.2 90.9
2 6.0 1.0
3 6.0 1.9 2.9 69.0
4 6.0 3.2 3.4 58.8
（1）每次實(shí)驗(yàn)繩端移動(dòng)距離為______cm；
（2）第2次實(shí)驗(yàn)中拉力F的示數(shù)如圖乙，讀數(shù)為______N，第2次實(shí)驗(yàn)滑輪組的機(jī)械效率為______%。分析數(shù)據(jù)可知：在物重不變的情況下，動(dòng)滑輪越重滑輪組的機(jī)械效率越______；
（3）實(shí)驗(yàn)中若僅增大繩端移動(dòng)的距離，則滑輪組的機(jī)械效率將______；
（4）本實(shí)驗(yàn)中，在物重不變的情況下，動(dòng)滑輪變重時(shí)，由摩擦引起的額外功占總額外功的比例______（選填“變大”“變小”或“不變”）。
【答案】 30 2.5 80 低 不變 變小
【解析】（1）[1]從圖甲可以看出，繩子承重股數(shù)為n=3，因此繩端移動(dòng)距離為
（2）[2]測(cè)力計(jì)的分度值為0.1N，從圖乙看出，其讀數(shù)為2.5N。
[3]第2次實(shí)驗(yàn)中，滑輪組的機(jī)械效率為
[4]分析數(shù)據(jù)可知，在物重不變的情況下，從實(shí)驗(yàn)1至實(shí)驗(yàn)4，動(dòng)滑輪的重力逐漸變大，滑輪組的機(jī)械效率逐漸變小，故動(dòng)滑輪越重滑輪組的機(jī)械效率越低。
（3）[5]實(shí)驗(yàn)中若僅增大繩端移動(dòng)的距離，根據(jù)
可知，滑輪組的機(jī)械效率將不變。
（4）[6]四次實(shí)驗(yàn)中，物體上升的高度為
有用功為
第1次實(shí)驗(yàn)中，克服動(dòng)滑輪的重力所做的額外功
總功為
摩擦引起的額外功為
摩擦引起的額外功占總額外功的比例為
第3次實(shí)驗(yàn)中，克服動(dòng)滑輪的重力所做的額外功
總功為
摩擦引起的額外功為
摩擦引起的額外功占總額外功的比例為
第4次實(shí)驗(yàn)中，克服動(dòng)滑輪的重力所做的額外功
總功為
摩擦引起的額外功為
摩擦引起的額外功占總額外功的比例為
由此可知，在物重不變的情況下，動(dòng)滑輪變重時(shí)，由摩擦引起的額外功占總額外功的比例變小。
例7.（2022·貴州銅仁·統(tǒng)考中考真題）課后延時(shí)服務(wù)社團(tuán)活動(dòng)中，“勇創(chuàng)”興趣小組計(jì)劃探究“影響滑輪組機(jī)械效率的因素”的實(shí)踐活動(dòng)，提出如下科學(xué)猜想；
猜想一：滑輪組機(jī)械效率可能與被提升物體的重力大小有關(guān)
猜想二：滑輪組機(jī)械效率可能與被提升物體的高度有關(guān)
現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)器材支架、細(xì)繩、輕質(zhì)滑輪2個(gè)、彈簧測(cè)力計(jì)（量程合適）、規(guī)格2N的鉤碼多個(gè)，實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示；請(qǐng)你協(xié)助“勇創(chuàng)”興趣小組完成實(shí)驗(yàn)；
（1）除上述實(shí)驗(yàn)器材，完成該實(shí)驗(yàn)還需要的測(cè)量工具是______；
（2）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄如下表：
次數(shù) 物體重力（N） 物體上升的高度（cm） 彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)（N） 繩子自由端移動(dòng)的距離（cm） 機(jī)械效率
1 2 10 1.0 30 66.75
2 4 10 1.7 30
3 6 10 2.4 30 83.3%
①根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)，第二次實(shí)驗(yàn)時(shí)滑輪組的機(jī)械效率為______；
②分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可得出結(jié)論同一滑輪組，物體提升相同高度，______，機(jī)械效率越高；
③若要驗(yàn)證猜想二，你的關(guān)鍵操作是______。
【答案】 刻度尺 78.4％ 物體的重力越大 控制物體的重力和動(dòng)滑輪的個(gè)數(shù)不變，改變物體上升的高度
【解析】（1）[1]在探究影響滑輪組機(jī)械效率的因素的實(shí)驗(yàn)中，需要測(cè)量物體和繩子端移動(dòng)的距離，故還需要刻度尺。
（2）[2]由表格中的數(shù)據(jù)可知，物體上升的高度h=10cm=0.1m，繩子自由端移動(dòng)的距離s=30cm=0.3m，則第二次實(shí)驗(yàn)時(shí)滑輪組的機(jī)械效率為
[3]分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可得，同一滑輪組，物體提升相同高度時(shí)，物體的重力越大，有用功越大，機(jī)械效率就越高。
[4]要驗(yàn)證滑輪組機(jī)械效率可能與被提升物體的高度有關(guān)，需要控制物體的重力和動(dòng)滑輪的個(gè)數(shù)不變，改變物體上升的高度從而探究機(jī)械效率的變化情況。第3節(jié) 機(jī)械效率
雙基過關(guān)
知識(shí)點(diǎn)一、有用功和額外功：
1.實(shí)驗(yàn)探究：使用動(dòng)滑輪是否省功
甲 乙
操作及現(xiàn)象:
(1)如圖甲所示用彈測(cè)力計(jì)將鉤碼緩慢提升20cm，彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)為2.0N。
(2)如圖乙所示用彈簧測(cè)力計(jì)并借助動(dòng)滑輪將同樣的鉤碼緩慢提升20cm，彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)為1.2 N。
實(shí)驗(yàn)分析:
圖甲中拉力做功 0.4J，圖乙中拉力做功0.48 J。
實(shí)驗(yàn)結(jié)論:
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，盡管使用動(dòng)滑輪會(huì)省力，但使用動(dòng)滑輪不能省功。且由于滑輪本身所受的重力以及摩擦等因素的影響，使用動(dòng)滑輪會(huì)多做功。
2.有用功、額外功、總功
(1)有用功:在上面的實(shí)驗(yàn)中,無論是否使用滑輪,鉤碼都被提升了，這部分功是必須要做的，叫作有用功，用W有表示。
(2)額外功:若用滑輪組提升鉤碼,我們還不得不克服動(dòng)滑輪本身所受的重力以及摩擦力等因素的影響而多做一些功,這部分功叫作額外功,用W額表示。
(3)總功:有用功與額外功之和叫作總功,用W總表示。公式:W總＝W有＋W額 ，W總＞W(wǎng)有。
3.功的原理
大量的實(shí)驗(yàn)和理論研究表明:使用機(jī)械時(shí),人們所做的功,都不會(huì)少于直接用手所做的功，也就是使用任何機(jī)械都不能省功，這個(gè)結(jié)論叫功的原理。
基礎(chǔ)自測(cè)：
1．_________________________叫有用功，用表示。即為達(dá)到工作目的做功。如：從井中提水，對(duì)水做的功就是有用功（工作目的提水）。
2．____________________________，叫額外功，用表示。額外功只能減小，不可避免。
3．圖所示，用不同的方法把同一個(gè)重物搬運(yùn)到同樣高度的車廂內(nèi)。從做功的角度分析，兩種方法_____一定相同，_____可能不同。
4．小明把一桶水從一樓提到三樓，有用功是 _______，額外功是_______ ．有用功500J，總功600J，則額外功是______ J．
5．小聰用桶從井里打水，小明從井里撈桶帶上部分水，下列說法正確的是
A．二人對(duì)桶做的功都是額外功 B．二人對(duì)水做的共都是有用功
C．小聰對(duì)桶做的功是有用功 D．小明對(duì)桶做的功是有用功
知識(shí)點(diǎn)二、機(jī)械效率
1.定義：物理學(xué)中，將有用功跟總功的比值叫作機(jī)械效率，用η表示。
2.公式：
3.理解：
（1）機(jī)械效率由有用功和總功決定，它表示的是有用功占總功的比例的大小，不能反映有用功或總功的多少。
（2）機(jī)械效率總是小于1,這是因?yàn)槭褂萌魏螜C(jī)械都不可避免地要做額外功,所以有用功總是小于總功，機(jī)械效率通常用百分?jǐn)?shù)表示。
(3)機(jī)械效率不是固定不變的,機(jī)械效率反映的是機(jī)械在一次做功的過程中有用功跟總功的比值,同一機(jī)械在不同的做功過程中，機(jī)械效率往往會(huì)不同。
(4)機(jī)械效率的高低與是否省力做功多少物體提升的高度等無關(guān)。
(5)機(jī)械效率是表征機(jī)械性能的重要指標(biāo)，機(jī)械效率越高,機(jī)械的性能越好。
3.三種簡(jiǎn)單機(jī)械的機(jī)械效率
基礎(chǔ)自測(cè)
6．下列關(guān)于功、功率和機(jī)械效率的說法，不正確的是（　　）
A．做相同的功，時(shí)間少，做功快 B．相同時(shí)間，功率大的做功多
C．機(jī)械的功率大，機(jī)械效率一定高 D．機(jī)械效率不能達(dá)到100%
7．關(guān)于功、功率、機(jī)械效率的說法中，正確的是（　　）
A．功率大的機(jī)械，機(jī)械效率一定高
B．在相同的時(shí)間內(nèi)做的功越多，功率越大
C．功率大的機(jī)器比功率小的機(jī)器做功多
D．機(jī)械做功時(shí)，做的有用功越多，機(jī)械效率越大
8．用圖的裝置勻速吊起一個(gè)重為2N的物體，下列有關(guān)說法正確的是（　　）
A．圖中滑輪的作用是改變用力的方向 B．拉力F的大小一定為1N
C．該裝置的機(jī)械效率可達(dá)到100% D．增大提升的物重，機(jī)械效率會(huì)增大
9．如圖所示，小明用兩個(gè)不同的滑輪組，在相同時(shí)間內(nèi)分別用大小相等的拉力F將同一物體勻速提高了相同的高度，若兩個(gè)滑輪組的動(dòng)滑輪重分別為G動(dòng)1和G動(dòng)2，機(jī)械效率分別為η1、η2，不計(jì)繩重和摩擦。則（　　）
A．G動(dòng)1＜G動(dòng)2，η1＜η2 B．G動(dòng)1＜G動(dòng)2，η1＞η2
C．G動(dòng)1＞G動(dòng)2，η1＜η2 D．G動(dòng)1＝G動(dòng)2，η1＝η2
10．用相同的滑輪和繩子分別組成如圖所示的甲、乙兩個(gè)滑輪組，相同時(shí)間把相同的重物勻速提升相同的高度。若不計(jì)繩重及摩擦，下列說法正確的是（　　）
A．繩子受的拉力F1和F2大小相等 B．滑輪組的機(jī)械效率相同
C．拉力對(duì)滑輪組所做的功不相等 D．拉力對(duì)滑輪組所做的功的功率不相等
11．______和______的比值稱為機(jī)械效率。使用機(jī)械時(shí)，由于存在額外功，因此所做的有用功必______總功，因此，機(jī)械效率必______。（填：“小于”、“大于”或“等于”）
12．如圖所示，用力F1直接將物體B勻速提升高度h，F(xiàn)1做功40J。若借助斜面用力F2沿斜面方向把同一物體B勻速推至相同高度，B沿斜面通過距離，若斜面的機(jī)械效率是40%，則F2做功為______J，=______；若，則B與斜面間的摩擦力為______N。
13．如圖所示，利用滑輪組把物體勻速提升一定高度，該滑輪組有______段繩子承擔(dān)物重，在繩子承受范圍內(nèi)，不計(jì)繩重和摩擦，若增加所提升的物重，則滑輪組的機(jī)械效率將______（選填“變大”“變小”或“不變”）。
14．用動(dòng)力臂是阻力臂 3倍的杠桿將 600N的貨物抬高 30cm，手向下壓杠桿的力是250N， 手下降的高度是______cm，人做的總功______，有用功是______J，這根杠桿的機(jī)械效率是______。
15．如圖所示，工人沿斜面用30N的推力把一箱重為60N的貨物從斜面底端緩慢勻速推進(jìn)車廂，斜面高1.2m，機(jī)械效率為60%，則此斜面的長(zhǎng)度為______m。
16．甲吊車比乙吊車的機(jī)械效率高，當(dāng)它們分別把相同質(zhì)量的物體勻速提升相同高度時(shí)，與乙吊車相比，甲吊車做的有用功___________，總功___________。（填“較多”、“較少”或“相同”）
知識(shí)點(diǎn)三、測(cè)量滑輪組的機(jī)械效率
1.實(shí)驗(yàn)：測(cè)量滑輪組的機(jī)械效率
【實(shí)驗(yàn)原理】
【設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)】
使用滑輪組在豎直方向上勻速提起重力不同的物體，將每次所測(cè)得的數(shù)據(jù)填入實(shí)驗(yàn)記錄表中,計(jì)算并比較每次實(shí)驗(yàn)的機(jī)械效率。
【實(shí)驗(yàn)步驟】
(1)用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)出鉤碼所受的重力G
(2)按照?qǐng)D甲所示安裝滑輪組，并分別記下鉤碼和繩端的位置。
(3)在豎直方向上緩慢拉動(dòng)彈簧測(cè)力計(jì),使鉤碼升高(如圖乙所示),讀出拉力F的值，并用刻度尺測(cè)出鉤碼上升的高度h和繩端移動(dòng)的距離s。
(4)應(yīng)用公式，，分別算出有用功、總功和機(jī)械效率。
(5)改變鉤碼的數(shù)量,重復(fù)前四步的實(shí)驗(yàn)過程，再做2次實(shí)驗(yàn)。
(6)換用如圖丙所示的裝置,重復(fù)前四步的實(shí)驗(yàn)過程。
【實(shí)驗(yàn)記錄】
序號(hào) 鉤碼的重力G/N 提升高度h/m 有用功W有/J 拉力F/N 繩端移動(dòng)距離s/m 總功W總/J 機(jī)械效率η
1 1.5 0.4 0.6 0.7 1.2 0.84 71%
2 3.0 0.4 1.2 1.2 1.2 1.44 83%
3 4.5 0.4 1.8 1.7 1.2 2.04 88%
4 3.0 0.4 1.2 0.9 2.0 1.8 67%
【實(shí)驗(yàn)分析】
(1)用同一實(shí)驗(yàn)裝置提升不同數(shù)量的鉤碼時(shí),數(shù)據(jù)記錄如1.23次實(shí)驗(yàn)，分析數(shù)據(jù)可知:鉤碼的重力增加時(shí)，有用功增加，總功也增加，額外功不變，機(jī)械效率升高。
(2)用不同的實(shí)驗(yàn)裝置提升相同數(shù)量的鉤碼時(shí)，數(shù)據(jù)記錄如2.4次實(shí)驗(yàn)，分析數(shù)據(jù)可知:當(dāng)動(dòng)滑輪的個(gè)數(shù)增加時(shí)，有用功不變，總功增大，機(jī)械效率降低。
【實(shí)驗(yàn)結(jié)論】
(1)用同一滑輪組提升不同的重物時(shí),物體重力越大，機(jī)械效率越高。
(2)用不同的滑輪組提升同一重物時(shí),升高相同的高度,動(dòng)滑輪個(gè)數(shù)越多，滑輪組的機(jī)械效率越低。
(3)影響滑輪組機(jī)械效率的因素:被提升物體的重力、動(dòng)滑輪的重力、繩子的繞法以及繩子與滑輪間的摩擦等。
2.提高機(jī)械效率的方法
(1)在機(jī)械能承受的范圍內(nèi),盡量增大物品運(yùn)送量，充分發(fā)揮機(jī)械的作用。
(2)改進(jìn)機(jī)械結(jié)構(gòu),使其更合理、更輕巧。這是生活中的主要方法。
(3)按照技術(shù)規(guī)程操作，定時(shí)保養(yǎng),及時(shí)潤(rùn)滑,使機(jī)械始終處于良好的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。
基礎(chǔ)自測(cè)
17．在“探究影響滑輪組機(jī)械效率的因素”的實(shí)驗(yàn)中，小明用同一滑輪組進(jìn)行了三次實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表：
（1）根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)，在圖甲種畫出滑輪組的繞繩方法_______________．
（2）實(shí)驗(yàn)中，沿________方向_________拉動(dòng)彈簧測(cè)力計(jì)，使物體緩緩上升，在測(cè)量繩端所受的拉力時(shí)，彈簧測(cè)力計(jì)應(yīng)______________（選填“保持靜止”或“勻速上升”）．
（3）第三次試驗(yàn)時(shí)，測(cè)力計(jì)示數(shù)如圖乙所示，此時(shí)繩端受到的拉力為______________N，滑輪組的機(jī)械效率為______________%．
（4）根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)分析可知：
①隨著物重的增大，額外功_____________（選填“變小”、“不變”或“變大”），原因是_____________
②要提高同一滑輪組機(jī)械效率，可以采取__________________________的措施．
18．某實(shí)驗(yàn)小組在測(cè)滑輪組機(jī)械效率的實(shí)驗(yàn)中得到的數(shù)據(jù)如表所示，實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示。
物理量 1 2 3
鉤碼重G/N 4 4 6
鉤碼上升的高度h/m 0.1 0.1 0.1
繩端拉力F/N 1.8 1.4 2.4
繩端移動(dòng)的距離s/m 0.3 0.5 0.3
機(jī)械效率 74% 57%
（1）本實(shí)驗(yàn)原理是______；需要測(cè)量工具有______和______；
（2）實(shí)驗(yàn)中應(yīng)沿豎直方向______拉動(dòng)彈簧測(cè)力計(jì)，使鉤碼上升；
（3）通過表中數(shù)據(jù)可分析出第2次實(shí)驗(yàn)是用______（選填“甲”或“乙”）圖所示裝置的實(shí)驗(yàn)；
（4）通過第1次實(shí)驗(yàn)和第2次實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)分析可得出結(jié)論：使用不同的滑輪組提升相同的重物時(shí)，動(dòng)滑輪的個(gè)數(shù)越多（動(dòng)滑輪的質(zhì)量越大），滑輪組的機(jī)械效率______（選填“越高”、“不變”或“越低”）；
（5）小組同學(xué)再用第1次實(shí)驗(yàn)中使用的裝置做第3次試驗(yàn)，表中第3次實(shí)驗(yàn)的機(jī)械效率為=______。額外功為______ J；
（7）比較第1次實(shí)驗(yàn)和第3次實(shí)驗(yàn)可得出結(jié)論：使用同一滑輪輪輪組______。
19．小明在“測(cè)滑輪組機(jī)械效率”的實(shí)驗(yàn)中，用如圖甲所示的滑輪組進(jìn)行了三次實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表。
實(shí)驗(yàn)次數(shù) 物重G/N 物體上升的高度h/cm 彈簧測(cè)力計(jì)的實(shí)數(shù)F/N 彈簧測(cè)力計(jì)移動(dòng)的距離/cm
1 6 3 2.5 9
2 6 5 2.5 15
3 6 8 2.5 26
分析表中數(shù)據(jù)，回答以下問題：
（1）表中有一個(gè)數(shù)據(jù)的記錄是錯(cuò)誤的，錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)是______，改為______；
（2）第2次實(shí)驗(yàn)中滑輪組的機(jī)械效率是______；
（3）滑輪組的機(jī)械效率與______無關(guān)；
（4）小紅在小明實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上多使用了一個(gè)滑輪也做了實(shí)驗(yàn)，如圖乙所示，
①小紅多使用一個(gè)滑輪，目的是______；
②小明和小紅使用各自的滑輪組提升相同的重物時(shí)，若忽略繩重及摩擦，它們的機(jī)械效率______（選填“相同”或“不相同”），理由是_______。
考點(diǎn)突破
考點(diǎn)1.對(duì)有用功、額外功和總功的理解
方法：正確認(rèn)識(shí)有用功、額外功和總功
(1)有用功是人們?yōu)榱诉_(dá)到目的,無論采用哪種方法都必須做的功。一般情況下,做功有兩個(gè)目的:一是豎直提升重物,二是水平移動(dòng)物體。
①豎直勻速提升重物：，G、h分別為被提升物體的重力和上升的高度；
② 水平勻速移動(dòng)重物， ，F(xiàn)f、s分別為被移動(dòng)物體與接觸面的摩擦力和移動(dòng)的距離。
(2)為了完成有用功,在使用機(jī)械時(shí),還要克服機(jī)械自重(如動(dòng)滑輪的重力)、摩擦力等因素做功，這些功是額外功,額外功是人們不想要的,但又不得不做的功。
(3)總功等于作用在機(jī)械上的力和移動(dòng)的距離的乘積，即 W=Fs。
例1.（2022·四川德陽·統(tǒng)考中考真題）如圖所示，有一斜面長(zhǎng)L=4m，高h(yuǎn)=2.5m。劉利同學(xué)用平行于斜面向上F=150N的拉力，將200N重的物體從底端勻速拉到斜面頂端。那么劉利同學(xué)對(duì)物體做的總功為___________J；物體沿斜面勻速向上運(yùn)動(dòng)時(shí)所受的摩擦阻力為___________N。
例2.（2023·全國(guó)·九年級(jí)校聯(lián)考專題練習(xí)）如圖是轱轆取水的裝置，下列說法錯(cuò)誤的是（　　）
A．該裝置能夠省力
B．提水時(shí)克服摩擦做的功是額外功
C．該裝置能夠省功
D．提水時(shí)克服水的重力做的功是有用功
考點(diǎn)2.對(duì)機(jī)械效率的考查
方法：
（1）正確理解滑輪組的機(jī)械效率
①條件：不計(jì)繩重及軸摩擦
②由機(jī)械效率公式可知：
a.當(dāng)額外功一定時(shí)，機(jī)械做的有用功越多，機(jī)械效率越高；
b.當(dāng)有用功一定時(shí)，機(jī)械做的額外功越少，機(jī)械效率越高；
③機(jī)械效率，由此可知：
a.勻速提升重物時(shí)，機(jī)械效率與物體被提升的高度無關(guān)；
b.勻速提升重物時(shí)，同一滑輪組的機(jī)械效率隨物體重力的增大而升高。
（2）計(jì)算機(jī)械效率時(shí)巧抓突破口
計(jì)算滑輪組的機(jī)械效率時(shí)，需緊扣四個(gè)物理量“F”“s”“G”“h”,而它們又被連接動(dòng)滑輪的繩子的段數(shù)n聯(lián)系起來，其關(guān)系是、。因此在解題時(shí)明確這四個(gè)物理量及n的數(shù)值是解決本類問題的突破口，再結(jié)合相應(yīng)公式解答。
例3.（2022·遼寧丹東·統(tǒng)考中考真題）如圖所示，用滑輪組將重為的物體勻速提升，所用時(shí)間為，繩末端施加豎直向上的拉力為，不計(jì)繩重和摩擦，下列說法正確的是（　　）
A．此過程總功為600J B．動(dòng)滑輪的重力為80N
C．拉力的功率為24W D．該滑輪組機(jī)械效率約為70%
例4.（2022·遼寧·統(tǒng)考中考真題）使用如圖所示的滑輪組，沿水平方向勻速拉動(dòng)質(zhì)量為300kg的物體，彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)為200N，物體在10s內(nèi)移動(dòng)1m。物體所受的摩擦力為物重的0.1倍。不計(jì)繩重和滑輪組內(nèi)的摩擦，下列說法正確的是（　　）
A．滑輪組的機(jī)械效率為50% B．動(dòng)滑輪重為100N
C．繩子自由端拉力的功率為20W D．增大物重機(jī)械效率不變
例5.（2022·甘肅蘭州·統(tǒng)考中考真題）如圖所示，斜面長(zhǎng)10m，高4m。用平行于斜面F=50N的拉力，將重100N的物體，從斜面的底端勻速拉到頂端。在此過程中，下列說法正確的是（　　）
A．利用此裝置既可以省力，也可以省功 B．物體受到的摩擦力為50N
C．對(duì)物體所做的有用功為500J D．該斜面的機(jī)械效率為
考點(diǎn)3.實(shí)驗(yàn)探究：測(cè)量滑輪組的機(jī)械效率
方法：圖解測(cè)量滑輪組的機(jī)械效率
例6.（2022·江蘇南通·統(tǒng)考中考真題）用圖甲滑輪組做“探究動(dòng)滑輪的重對(duì)滑輪組機(jī)械效率的影響”實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中把不同的磁鐵吸附在動(dòng)滑輪邊框上以改變滑輪的重，每次實(shí)驗(yàn)都勻速拉動(dòng)繩端使物體上升10cm。不計(jì)繩重，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表。
次數(shù) G物/N G動(dòng)/N F/N η/%
1 6.0 0.3 2.2 90.9
2 6.0 1.0
3 6.0 1.9 2.9 69.0
4 6.0 3.2 3.4 58.8
（1）每次實(shí)驗(yàn)繩端移動(dòng)距離為______cm；
（2）第2次實(shí)驗(yàn)中拉力F的示數(shù)如圖乙，讀數(shù)為______N，第2次實(shí)驗(yàn)滑輪組的機(jī)械效率為______%。分析數(shù)據(jù)可知：在物重不變的情況下，動(dòng)滑輪越重滑輪組的機(jī)械效率越______；
（3）實(shí)驗(yàn)中若僅增大繩端移動(dòng)的距離，則滑輪組的機(jī)械效率將______；
（4）本實(shí)驗(yàn)中，在物重不變的情況下，動(dòng)滑輪變重時(shí)，由摩擦引起的額外功占總額外功的比例______（選填“變大”“變小”或“不變”）。
例7.（2022·貴州銅仁·統(tǒng)考中考真題）課后延時(shí)服務(wù)社團(tuán)活動(dòng)中，“勇創(chuàng)”興趣小組計(jì)劃探究“影響滑輪組機(jī)械效率的因素”的實(shí)踐活動(dòng)，提出如下科學(xué)猜想；
猜想一：滑輪組機(jī)械效率可能與被提升物體的重力大小有關(guān)
猜想二：滑輪組機(jī)械效率可能與被提升物體的高度有關(guān)
現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)器材支架、細(xì)繩、輕質(zhì)滑輪2個(gè)、彈簧測(cè)力計(jì)（量程合適）、規(guī)格2N的鉤碼多個(gè)，實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示；請(qǐng)你協(xié)助“勇創(chuàng)”興趣小組完成實(shí)驗(yàn)；
（1）除上述實(shí)驗(yàn)器材，完成該實(shí)驗(yàn)還需要的測(cè)量工具是______；
（2）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄如下表：
次數(shù) 物體重力（N） 物體上升的高度（cm） 彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)（N） 繩子自由端移動(dòng)的距離（cm） 機(jī)械效率
1 2 10 1.0 30 66.75
2 4 10 1.7 30
3 6 10 2.4 30 83.3%
①根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)，第二次實(shí)驗(yàn)時(shí)滑輪組的機(jī)械效率為______；
②分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可得出結(jié)論同一滑輪組，物體提升相同高度，______，機(jī)械效率越高；
③若要驗(yàn)證猜想二，你的關(guān)鍵操作是______。

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