資源簡(jiǎn)介

第十二章 簡(jiǎn)單機(jī)械
12.3 機(jī)械效率
一、有用功、額外功和總功
有用功 （1）對(duì)人們有用的功，等于直接用手對(duì)重物所做的功（Gh）。 （2）公式：W有用＝Gh（提升重物）=W總－W額=ηW總。
額外功 （1）并非我們需要但又不得不做的功。 （2）公式：W額=W總－W有用=G動(dòng)h（忽略輪軸摩擦的動(dòng)滑輪、滑輪組）。
總功 （1）有用功加額外功或動(dòng)力所做的功。 （2）公式：W總=W有用＋W額=Fs=W有用／η。
功的原理 （1）使用任何機(jī)械時(shí)，人們所做的功，都不會(huì)少于（大于或等于）不用機(jī)械時(shí)所做的功，也就是使用任何機(jī)械都不省功，這個(gè)結(jié)論叫做功的原理。 （2）功的原理是人們經(jīng)過長(zhǎng)期的實(shí)驗(yàn)和研究得到的規(guī)律，是任何機(jī)械（不論是簡(jiǎn)單機(jī)械還是復(fù)雜的機(jī)器）都遵循的原理，它表明使用任何機(jī)械，能省力或省距離或改變力的方向，但都不能省功。
二、認(rèn)識(shí)機(jī)械效率
1．定義：有用功和總功之比，公式η=W有/W總。機(jī)械效率無單位，并且總小于1。
2．機(jī)械效率和功率的區(qū)別
（1）功率和機(jī)械效率是兩個(gè)不同的概念。
（2）功率表示做功的快慢，即單位時(shí)間內(nèi)完成的功，功率越大，做功越快；機(jī)械效率表示機(jī)械做功的效率，即所做的總功中有多大比例的有用功，機(jī)械效率越大，有用功跟總功的比值越大。
3．機(jī)械效率的大小比較
（1）機(jī)械效率由有用功和總功兩個(gè)因素共同決定，不能理解成：“有用功多，機(jī)械效率高”或“總功大，機(jī)械效率低”。
（2）當(dāng)總功一定時(shí)，機(jī)械做的有用功越多（或額外功越少），機(jī)械效率就越高；
（3）當(dāng)有用功一定時(shí)，機(jī)械所做的總功越少（或額外功越少），機(jī)械效率就越高；
（4）當(dāng)額外功一定時(shí)，機(jī)械所做的總功越多（或有用功越多），有用功在總功中所占的比例就越大，機(jī)械效率就越高。
三、機(jī)械效率的計(jì)算
1．機(jī)械的有用功、總功、機(jī)械效率計(jì)算
（1）η= ×100%=
（2）η=×100%=
（3）對(duì)于滑輪組η=×100%（n為在動(dòng)滑輪上的繩子股數(shù)）
（4）動(dòng)滑輪：η=×100%=
（5）斜面：η=×100% =×100%=×100%
2．滑輪組機(jī)械效率的大小判斷：
（1）分析W額產(chǎn)生的原因并比較大小；
（2）分析并利用W有公式比較大小；
（3）利用η==×100%比較。
注意：同一滑輪組的機(jī)械效率隨所提物重的增加而增大。
四、減小或增大機(jī)械效率的方法
根據(jù)機(jī)械效率的公式η==可知：
法一：在有用功一定時(shí)，盡量減小額外功W額。采取減小機(jī)械自重、減小機(jī)件間的摩擦。
法二：當(dāng)額外功W額一定時(shí)，提高有用功W有。在機(jī)械承受范圍內(nèi)盡可能增加每次提起的重物的重力，充分發(fā)揮機(jī)械的作用。
五、測(cè)量滑輪組的機(jī)械效率
1．實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簻y(cè)量滑輪組的機(jī)械效率。
2．實(shí)驗(yàn)原理：η
3．實(shí)驗(yàn)器材：滑輪組、相同的鉤碼若干、鐵架臺(tái)、細(xì)繩、彈簧測(cè)力計(jì)、刻度尺
4．實(shí)驗(yàn)步驟：
（1）用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)量出鉤碼的重力G；
（2）按裝置圖把滑輪組和刻度尺安裝好，并記下鉤碼下沿和繩子末端在刻度尺上的位置；
（3）豎直向上勻速拉動(dòng)彈簧測(cè)力計(jì)，使鉤碼上升，讀出其示數(shù)F，并從刻度尺上讀出鉤碼上升的距離h和繩子末端移動(dòng)的距離s；
（4）分別算出有用功W有、總功W總和機(jī)械效率η，將各項(xiàng)數(shù)據(jù)填入下表
（5）增加被提升鉤碼的個(gè)數(shù)，重復(fù)步驟（2）（3）（4）
5．實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：
6．注意事項(xiàng)：
（1）勻速拉動(dòng)彈簧測(cè)力計(jì)，目的是保證彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)F大小不變；
（2）為了便于讀數(shù)，鉤碼下沿和繩子末端在刻度尺上的位置最好取整數(shù)；
（3）多次測(cè)量的目的是進(jìn)行一些必要的比較，利用不完全歸納法總結(jié)規(guī)律，而不是求平均值．
7．實(shí)驗(yàn)結(jié)論：使用同一滑輪組提升不同的重物時(shí)，重物越重，滑輪組的機(jī)械效率越大。
【題型1】有用功、額外功和總功
方法點(diǎn)撥 要弄清有用功、額外功和總功的概念。針對(duì)不同的情況確定有用功和額外功。舉例來說，用水桶打水，提起水桶自身做功是額外功，提出水做的功是有用功．但把水中的桶撈上來，提起水桶自身做的功是有用功，把桶里的水提出來做的功成了額外功。
（2023 荊州）一位同學(xué)用如圖所示的滑輪組拉著重500N的物體，使物體以0.1m/s的速度沿水平地面向右勻速直線運(yùn)動(dòng)10s，已知物體與地面間的滑動(dòng)摩擦力為150N，滑輪組的機(jī)械效率為60%，在此過程中下列選項(xiàng)正確的是（　　）
A．繩子自由端移動(dòng)的距離為3m
B．拉力做的有用功為500J
C．拉力做的額外功為150J
D．拉力做功的功率為25W
【答案】D
【分析】（1）根據(jù)v求出物體移動(dòng)的距離，由圖可知n＝2，繩子自由端移動(dòng)的距離s＝ns物；（2）利用W有＝fs物求有用功；（3）利用η100%求總功，利用W總＝W有+W額求拉力做的額外功；（4）利用P求拉力做功的功率。
【解答】解：A、由v可知，物體移動(dòng)的距離：s物＝v物t＝0.1m/s×10s＝1m，
由圖可知n＝2，繩子自由端移動(dòng)的距離：s＝ns物＝2×1m＝2m，故A錯(cuò)誤；
B、拉力做的有用功：W有＝fs物＝150N×1m＝150J，故B錯(cuò)誤；
C、由η100%可知，拉力做的總功：W總250J，
拉力做的額外功：W額＝W總﹣W有＝250J﹣150J＝100J，故C錯(cuò)誤；
D、拉力做功的功率：P25W，故D正確。
【點(diǎn)評(píng)】本題考查使用滑輪組時(shí)功、功率和機(jī)械效率公式的應(yīng)用，關(guān)鍵是從圖中得出滑輪組繩子的有效股數(shù)。
【變式1-1】（2023 電白區(qū)期末）著名作家馮驥才在《挑山工》中描述了挑山工用扁擔(dān)將貨物運(yùn)送上山的情景，如圖所示。在這個(gè)過程中，挑山工做的有用功是對(duì)　 做的功，挑山工做的總功是對(duì) 　做的功。挑扁擔(dān)時(shí)，左右兩邊都放上貨物，這是利用了 　的原理。
【答案】貨物；人、扁擔(dān)、貨物；杠桿平衡。
【分析】根據(jù)做功的目的確定有用功和總功，根據(jù)杠桿的平衡條件分析扁擔(dān)工作原理。
【解答】解：挑山工用扁擔(dān)將貨物運(yùn)送上山時(shí)。在這個(gè)過程中，挑山工做的有用功是對(duì)貨物做的功，挑山工做的總功是對(duì)人、扁擔(dān)和貨物做的功。挑扁擔(dān)時(shí)，左右兩邊都放上貨物，即使貨物不等重也能平衡，這是利用了杠桿的平衡的原理。
【點(diǎn)評(píng)】本題考查有用功和總功與杠桿平衡條件，屬于中檔題。
【變式1-2】（2023秋 新沂市校級(jí)月考）如圖甲，A、B是兩個(gè)完全相同的物體，琴琴同學(xué)分別將A、B兩物體拉到斜面頂端，對(duì)物體做功情況如圖乙所示，請(qǐng)問對(duì)物體A做的有用功是 　J，對(duì)物體B做的額外功是 　J。
【答案】2；0.5。
【分析】有用功與額外功的和叫總功。
【解答】解：由圖乙可知，對(duì)物體A做的總功為3J，額外功為1J，故對(duì)物體A做的有用功W有＝WA總﹣WA額＝3J﹣1J＝2J；
A、B是兩個(gè)完全相同的物體，都拉到斜面頂端，故對(duì)物體B做的有用功和對(duì)物體A做的有用功相同；由圖乙可知，對(duì)物體B做的總功為2.5J，故對(duì)物體B做的額外功
WB額＝WB總﹣W有＝2.5J﹣2J＝0.5J。
【點(diǎn)評(píng)】本題考查了學(xué)生對(duì)有用功、額外功和總功的理解和計(jì)算，難度不大。
【變式1-3】（益陽）建筑工地上起重機(jī)把重為1×104N的建筑材料勻速提升了9m，起重機(jī)做的有用功為　　J，若起重機(jī)的機(jī)械效率為45%，做的總功為 　J。
【答案】9×104；2×105。
【分析】（1）利用W有用＝Gh得出有用功；
（2）根據(jù)W總得出總功。
【解答】解：（1）有用功：W有用＝Gh＝1×104N×9m＝9×104J；
（2）由η得總功：W總2×105J。
【點(diǎn)評(píng)】此題主要考查的是對(duì)有用功、效率公式的理解和掌握，難度不大。
【題型2】對(duì)機(jī)械效率的理解
方法點(diǎn)撥 1．要注意理解功、功率和機(jī)械效率的概念，不要誤認(rèn)為功率大的機(jī)械，做功就越多，機(jī)械效率就越高，或者機(jī)械效率高的機(jī)械做功就越多，這是一個(gè)誤區(qū)。 2．判斷機(jī)械效率的大小，主要根據(jù)公式η，比值越大機(jī)械效率越高。
（2023 連云港）下列關(guān)于機(jī)械效率的說法正確的是（　　）
A．越省力的機(jī)械，機(jī)械效率越高
B．做功越快的機(jī)械，機(jī)械效率越高
C．所做有用功越多的機(jī)械，機(jī)械效率越高
D．有用功與總功的比值越大的機(jī)械，機(jī)械效率越高
【答案】D
【分析】根據(jù)功、功率、機(jī)械效率的關(guān)系分析。功率是單位時(shí)間內(nèi)做的功的多少，機(jī)械效率是有用功與總功的比值；
使用機(jī)械可以省力、可以改變力的方向、可以省距離。
【解答】解：A、根據(jù)功的原理可知省力的機(jī)械不能省功，機(jī)械效率是有用功與總功的比值，機(jī)械省力與否與機(jī)械效率大小沒有關(guān)系，因此省力的機(jī)械，機(jī)械效率不一定越高，故A錯(cuò)誤；
B、做功越快的機(jī)械功率越大，功率反映了物體做功的快慢，機(jī)械效率是指有用功與總功的比值，機(jī)械效率與功率大小沒有直接關(guān)系，故B錯(cuò)誤；
C、機(jī)械效率是指有用功與總功的比值，有用功越多的機(jī)械，有用功與總功的比值不一定大，機(jī)械效率不一定高，故C錯(cuò)誤；
D、機(jī)械效率是有用功與總功的比值，有用功與總功的比值越大的機(jī)械，機(jī)械效率就越高，故D正確。
【點(diǎn)評(píng)】此題考查了學(xué)生對(duì)于功、功率和機(jī)械效率的理解和掌握，深刻理解功率和機(jī)械效率的概念是解答此題的關(guān)鍵。
【變式2-1】（2023秋 海州區(qū)期中）下列關(guān)于機(jī)械效率的說法中正確的是（　　）
A．機(jī)械效率可以提高到100%
B．機(jī)械效率越大，表明它做的額外功越少
C．做功越快的機(jī)械，機(jī)械效率越高
D．機(jī)械效率越大，有用功與總功的比值越大
【答案】D
【分析】機(jī)械效率等于有用功與總功的比值，機(jī)械效率越大，說明有用功與總功的比值越大；使用任何機(jī)械都會(huì)做額外功，有用功始終小于總功，則機(jī)械效率始終小于100%；
功率是表示物體做功快慢的物理量，功率與機(jī)械效率沒有必然關(guān)系。
【解答】解：A、使用任何機(jī)械都不可避免地要做額外功，所以機(jī)械效率總是小于100%，故A錯(cuò)誤；BD、機(jī)械效率是有用功與總功的比值，機(jī)械效率越大，表明有用功與總功的比值越大，而額外功與總功的比值越小，但無法判斷所做額外功的多少，故B錯(cuò)誤，D正確；C、做功越快的機(jī)械，功率越高，因機(jī)械效率與功率沒有必然關(guān)系，所以無法判斷機(jī)械效率的高低，故C錯(cuò)誤。
【點(diǎn)評(píng)】本題考查了學(xué)生對(duì)機(jī)械效率、功率概念的理解，屬于基礎(chǔ)題。
【變式2-2】（2023 古浪縣期末）下面關(guān)于功、功率、機(jī)械效率說法正確的是（　　）
A．功率小的機(jī)械做功一定快
B．做功時(shí)間越少，機(jī)器的功率越大
C．機(jī)械做功少，功率一定小，機(jī)械效率一定低
D．有用功一定時(shí)，額外功少的機(jī)械，機(jī)械效率一定高
【答案】D
【分析】功率是單位時(shí)間內(nèi)做的功，表示的是做功的快慢；機(jī)械效率是有用功與總功的比值。據(jù)此分析判斷。
【解答】解：A、功率大的機(jī)械，做功快，故A錯(cuò)誤；
B、由公式P，功率由功和時(shí)間共同決定，故B錯(cuò)誤；
C、機(jī)械做功少，做功不一定慢，功率不一定小，與機(jī)械效率無關(guān)，故C錯(cuò)誤；
D、有用功一定時(shí)，額外功少、總功少，有用功與總功的比值大，機(jī)械效率一定高，故D正確。
【點(diǎn)評(píng)】本題考查了功、功率、機(jī)械效率的關(guān)系。功率由功和時(shí)間共同決定，機(jī)械效率由有用功和總功共同決定。
【變式2-3】（2023秋 長(zhǎng)治月考）前一段時(shí)間我市針對(duì)老舊小區(qū)進(jìn)行了外墻修復(fù)和粉刷，圖中的吊車正在輔助工人師傅進(jìn)行施工，關(guān)于吊車的功、功率和效率說法正確的是（　　）
A．做功越快時(shí)吊車的機(jī)械效率越高
B．吊車越省力時(shí)，機(jī)械效率越高
C．吊車做的額外功越少，機(jī)械效率就越低
D．吊車的有用功與總功比值越大，機(jī)械效率越高
【答案】D
【分析】（1）物體在單位時(shí)間完成的功叫功率，功率是描述物體做功快慢的物理量，等于功和做功時(shí)間的比值；（2）有用功跟總功的比值叫做機(jī)械效率。
【解答】解：A、機(jī)械效率是有用功跟總功的比值，物體做功快慢表示功率的大小，而功率的大小與機(jī)械效率的高低無關(guān)，故A錯(cuò)誤；B、機(jī)械效率是有用功跟總功的比值，這個(gè)比值越大機(jī)械效率越高，與機(jī)械是否省力無關(guān)，故B錯(cuò)誤；C、機(jī)械效率是有用功跟總功的比值，同一臺(tái)機(jī)械工作時(shí)有用功一定，額外功越少，總功越少，機(jī)械效率越高，故C錯(cuò)誤；D、機(jī)械效率是有用功跟總功的比值，這個(gè)比值越大機(jī)械效率越高，故D正確。
【點(diǎn)評(píng)】該題考查學(xué)生對(duì)功、功率和機(jī)械效率的理解，特別要注意功率與機(jī)械效率是兩個(gè)不同的物理量，它們之間沒有任何關(guān)系。
【題型3】機(jī)械效率的計(jì)算
方法點(diǎn)撥 機(jī)械效率的計(jì)算往往結(jié)合功和功率、簡(jiǎn)單機(jī)械等知識(shí)，綜合性較強(qiáng)。 1．在分析計(jì)算解決問題的過程中，要認(rèn)真審題，看題中是否給出“不計(jì)摩擦”這一條件。 2．根據(jù)滑輪組裝形式，確定承擔(dān)物重的繩子股數(shù)，求出物體上升高度，然后利用公式W總＝Fs計(jì)算總功、W有用＝Gh計(jì)算有用功，最后用有用功除以總功得出滑輪組的機(jī)械效率。 3．滑輪的機(jī)械效率取決于動(dòng)滑輪的質(zhì)量和物體的質(zhì)量，如果動(dòng)滑輪質(zhì)量越小，物體質(zhì)量越大，則效率越高。
（2023 北京）用如圖所示的裝置提升重為800N的物體A，動(dòng)滑輪重為200N。在卷揚(yáng)機(jī)對(duì)繩子的拉力F作用下，物體A在10s內(nèi)豎直勻速上升了2m。在此過程中，不計(jì)繩重和摩擦，下列說法正確的是（　　）
A．物體A上升的速度為0.4m/s
B．滑輪組的有用功為2000J
C．拉力F的功率為100W
D．滑輪組的機(jī)械效率為80%
【答案】D
【分析】（1）已知物體上升的時(shí)間和距離，利用速度公式求物體A上升的速度；（2）利用W＝Gh求拉力做的有用功；
（3）由圖知，滑輪組承擔(dān)物重的繩子有效股數(shù)n＝2，不計(jì)繩重和輪與軸間的摩擦，拉力F（G物+G動(dòng)）；拉力端移動(dòng)距離s＝2h，利用W＝Fs求拉力做的總功，再利用P求拉力F做功的功率；
（4）滑輪組的機(jī)械效率等于有用功與總功之比。
【解答】解：A、物體A上升的速度為：v0.2m/s，故A錯(cuò)誤；
B、拉力做的有用功：W有用＝Gh＝800N×2m＝1600J，故B錯(cuò)誤；
C、由圖知，n＝2，不計(jì)繩重和輪與軸間的摩擦，拉力：F（G物+G動(dòng)）（800N+200N）＝500N；拉力端移動(dòng)距離：s＝2h＝2×2m＝4m，拉力做總功：W總＝Fs＝500N×4m＝2000J；拉力做功功率：P200W，故C錯(cuò)誤；
D、動(dòng)滑輪提升物體A的機(jī)械效率：η100%100%＝80%。
【點(diǎn)評(píng)】本題考查了使用滑輪組時(shí)速度、有用功、總功、功率、機(jī)械效率的計(jì)算，要利用好關(guān)系式：不計(jì)繩重和輪與軸間的摩擦?xí)r，拉力F（G物+G動(dòng)）。
【變式3-1】（2023 四川）如圖所示，小茗同學(xué)將重120N的物體勻速提起，已知滑輪的重力均為30N，不計(jì)繩重和摩擦，此過程中人對(duì)繩子的拉力為　　N，滑輪組的機(jī)械效率為　 　。
【答案】75；80%。
【分析】（1）從圖中可知n＝2，不計(jì)繩重和摩擦，根據(jù)F（G+G動(dòng)）求此過程中人對(duì)繩子的拉力；（2）根據(jù)η得出該滑輪組的機(jī)械效率。
【解答】解：（1）從圖中可知n＝2，不計(jì)繩重和摩擦，此過程中人對(duì)繩子的拉力為：F（G+G動(dòng)）（120N+30N）＝75N；
（2）該滑輪組的機(jī)械效率為：η100%＝80%。
【點(diǎn)評(píng)】本題考查拉力和機(jī)械效率的有關(guān)計(jì)算，綜合性強(qiáng)，難度適中。
【變式3-2】（2023 達(dá)州）搬運(yùn)工人為了將笨重的物體裝進(jìn)汽車車廂，常使用如圖所示的裝置把物體從斜面底端勻速推上頂端，已知斜面 長(zhǎng)5m，高2m，物體重1000N，沿斜面向上的推力為500N，則下列判定不正確的是（　　）
A．物體在斜面上運(yùn)動(dòng)的過程中受3個(gè)力的作用，合力為0
B．推力所做的功是2500J
C．斜面的機(jī)械效率為80%
D．物體受到斜面的摩擦力為100N
【答案】A
【分析】（1）根據(jù)物體運(yùn)動(dòng)情況分析受力；
（2）根據(jù)W總＝Fs得出總功；
（3）根據(jù)W有＝Gh得出有用功，根據(jù)η得出機(jī)械效率；
（4）根據(jù)W額＝W總﹣W有得出額外功，根據(jù)f得出貨物受到斜面對(duì)它的摩擦阻力。
【解答】解：A、把物體從斜面底端勻速推上頂端，物體受到沿斜面向下的摩擦力，受重力、支持力、推力和摩擦力4個(gè)力作用，合力為0，故A錯(cuò)誤；
B、總功為：W總＝Fs＝500N×5m＝2500J，故B正確；
C、有用功：W有＝Gh＝1000N×2m＝2000J；
機(jī)械效率為：η100%100%＝80%，故C正確；
D、額外功W額＝W總﹣W有＝2500J﹣2000J＝500J，
貨物受到斜面對(duì)它的摩擦阻力f100N，故D正確。
【點(diǎn)評(píng)】熟練運(yùn)用計(jì)算功、機(jī)械效率的公式，明確斜面能夠省力的特點(diǎn)，是解答此題的關(guān)鍵。
【變式3-3】（2023春 萊蕪區(qū)期末）2022年12月30日10時(shí)38分，全國(guó)首條市域高鐵——濟(jì)南至萊蕪高速鐵路正式開通運(yùn)營(yíng)。濟(jì)南至萊蕪最快運(yùn)行時(shí)間42分鐘，濟(jì)南市菜蕪區(qū)、鋼城區(qū)結(jié)束不通高鐵的歷史。如圖所示是在萊蕪北某工地施工時(shí)，用吊車將重為2×104N的鋼構(gòu)件勻速提升6m，用時(shí)1min。請(qǐng)通過計(jì)算回答：
（1）吊車對(duì)鋼構(gòu)件所做的功；
（2）吊車對(duì)鋼構(gòu)件做功的功率；
（3）若吊車在此過程中牽引力做的總功W總＝4×105J，該吊車的機(jī)械效率。
【答案】（1）吊車對(duì)鋼構(gòu)件所做的功為1.2×105J；
（2）吊車對(duì)鋼構(gòu)件做功的功率為2×103W；
（3）該吊車的機(jī)械效率為30%。
【分析】（1）構(gòu)件勻速提升，F(xiàn)＝G，由W＝Gh可求得吊車對(duì)鋼構(gòu)件所做的功；
（2）利用P可求得吊車對(duì)鋼構(gòu)件做功的功率；
（3）滑輪組的機(jī)械效率等于有用功與總功之比。
【解答】解： （1）因?yàn)闃?gòu)件勻速提升，所以牽引力F＝G＝2×104N，
吊車對(duì)鋼構(gòu)件所做的功W＝Gh＝2×104N×6m＝1.2×105J；
（2）吊車對(duì)鋼構(gòu)件做功的功率：P2×103W；
（3）滑輪組的機(jī)械效率：η100%100%＝30%。
答：（1）吊車對(duì)鋼構(gòu)件所做的功為1.2×105J；（2）吊車對(duì)鋼構(gòu)件做功的功率為2×103W；（3）該吊車的機(jī)械效率為30%。
【點(diǎn)評(píng)】本題考查了使用滑輪組時(shí)有用功、功率、機(jī)械效率的計(jì)算，明確有用功、總功的含義是關(guān)鍵。
【題型4】減小或增大機(jī)械效率的方法
方法點(diǎn)撥 在物理學(xué)中，我們把有用功與總功的比值稱為機(jī)械效率，即機(jī)械效率的高低與有用功的大小、總功的大小或額外功的大小有關(guān)，故利用控制變量的方法分析判斷即可。
（2023春 長(zhǎng)樂區(qū)校級(jí)期末）奧體中心體育場(chǎng)施工現(xiàn)場(chǎng)的履帶式起重機(jī)的吊臂前端是滑輪組，下列措施，不能提高滑輪組機(jī)械效率的是（　　）
A．轉(zhuǎn)軸處加潤(rùn)滑油 B．減小動(dòng)滑輪的質(zhì)量
C．增大物體的重力 D．增大提升的速度
【答案】D
【分析】對(duì)于改變滑輪組機(jī)械效率的方法，有兩種情況：一是減輕動(dòng)滑輪質(zhì)量、加潤(rùn)滑油減小摩擦，這些方法可以減少額外功，提高機(jī)械效率；二是增加提升物體的重，在額外功不變的情況下，增大有用功，從而提高機(jī)械效率，據(jù)此分析。
【解答】解：A、在軸上加潤(rùn)滑油，可以減小克服摩擦所做的額外功，在有用功相同的情況下，總功減小，由η可知，能提高滑輪組的機(jī)械效率，故A不符合題意；
B、減小動(dòng)滑輪的質(zhì)量，也就是減少了動(dòng)滑輪的重力，可以減小克服動(dòng)滑輪重力所做的額外功，在有用功相同的情況下，總功減小，由η可知，能提高滑輪組的機(jī)械效率，故B不符合題意；
C、增大物體的重力，在提升高度不變時(shí)，有用功增大；在額外功不變的情況下，有用功增大，有用功在總功中所占的比例增大，能提高滑輪組的機(jī)械效率，故C不符合題意；
D、根據(jù)由η可知，滑輪組的機(jī)械效率與物體運(yùn)動(dòng)的速度無關(guān)，故D符合題意。
【點(diǎn)評(píng)】本題考查了影響滑輪組機(jī)械效率的因素，屬于基礎(chǔ)知識(shí)。
【變式4-1】（2023 盤錦）如圖所示滑輪組中定滑輪的作用是　 　。小銘用該滑輪組將重80N的物體勻速提高，動(dòng)滑輪重為20N，不計(jì)繩重和摩擦，則小銘所用拉力F＝　 　N；若物重增大，該滑輪組機(jī)械效率將　 　（選填“變大”、“變小”或“不變”）。
【答案】改變力的方向；50；變大。
【分析】定滑輪在使用時(shí)，只改變力的方向不改變力的大小；
根據(jù)圖可知，由2股繩子承擔(dān)總重，則拉力F（G+G動(dòng)）；
不計(jì)繩重和摩擦，滑輪組的機(jī)械效率η，動(dòng)滑輪重不變時(shí)，物重增大，機(jī)械效率增大。
【解答】解：定滑輪的作用是改變力的方向；圖中所示承擔(dān)總重的繩子股數(shù)n＝2，拉力F（G+G動(dòng)）（80N+20N）＝50N；
不計(jì)繩重和摩擦，滑輪組的機(jī)械效率η，動(dòng)滑輪重不變時(shí)，物重增大，機(jī)械效率將變大。
【點(diǎn)評(píng)】本題考查了動(dòng)滑輪的作用和工作特點(diǎn)、機(jī)械效率的影響因素，屬于基礎(chǔ)題，要求掌握。
【變式4-2】（2023秋 東莞市期末）《物原》記載：“史佚始作轆轤。”如圖，人們借助轆轤從井中汲水時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)搖把，使繩子在軸筒上不斷疊繞，從而將水桶從井中提出。下列說法正確的是（　　）
A．該裝置能夠省功
B．取水時(shí)克服水重和桶重做的功是有用功
C．使用更輕的桶能提高機(jī)械效率
D．人提水桶水平運(yùn)動(dòng)時(shí)，拉力對(duì)水桶做了功
【答案】C
【分析】（1）輪子和軸固定在一起轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)械，叫做輪軸，在輪上用力帶動(dòng)軸運(yùn)動(dòng)時(shí)可以省力；使用任何機(jī)械都不能省功；
（2）為實(shí)現(xiàn)工作目的而做的功是有用功；
（3）在其他條件相同時(shí)，減輕機(jī)械自身的重力，可以提高機(jī)械效率；
（4）做功的兩個(gè)必要因素：一是作用在物體上的力，二是物體在力的方向上通過的距離，二者缺一不可。
【解答】解：A、轆轤從井中汲水時(shí)相當(dāng)于一個(gè)輪軸，可以省力，但不能省功，故A錯(cuò)誤；B、取水時(shí)克服水重做的功是有用功，克服桶重做的功是額外功，故B錯(cuò)誤；C、使用更輕的桶可以減少額外功，能提高機(jī)械效率，故C正確；D、人提水桶水平運(yùn)動(dòng)時(shí)，拉力豎直向上，而水桶水平移動(dòng)，因此拉力對(duì)水桶不做功，故D錯(cuò)誤。
【點(diǎn)評(píng)】該題以汲水的“轆轤”為內(nèi)容，考查了對(duì)輪軸的認(rèn)識(shí)，對(duì)做功的理解和機(jī)械效率的分析，有一定綜合性。
【變式4-3】（2023 二道區(qū)期末）如圖所示，用沿斜面向上的力拉著物體從斜面底端勻速運(yùn)動(dòng)到斜面頂端，下列做法中能提高此過程中斜面機(jī)械效率的是（　　）
A．增大斜面的傾斜程度
B．在斜面上鋪較粗糙的棉布
C．將墊斜面的木塊向右移動(dòng)一些
D．把物體換成底面粗糙程度相同但更重一些的
【答案】A
【分析】使用斜面時(shí)，克服重力做的功是有用功，克服摩擦力做的功是額外功，根據(jù)有用功或額外功在總功中占得比例分析機(jī)械效率的高低。
【解答】解：A、增大斜面的傾斜程度，物體對(duì)斜面的壓力減小，接觸面粗糙程度一定，則滑動(dòng)摩擦力變小，克服摩擦力做的額外功在總功中占的比例減小，機(jī)械效率增大，故A符合題意。
B、在斜面上鋪較粗糙的棉布，增大了滑動(dòng)摩擦力，則克服摩擦力做的額外功在總功中占的比例增大，機(jī)械效率減小，故B不符合題意。
C、將墊斜面的木塊向右移動(dòng)一些，物塊升高相同高度時(shí)，在斜面上滑動(dòng)的更遠(yuǎn)，且由于壓力增大導(dǎo)致滑動(dòng)摩擦力變大，則克服摩擦力做的額外功在總功中占的比例增大，機(jī)械效率減小，故C不符合題意。
D、換成底面粗糙程度相同但更重一些的物體時(shí)，物體受到的摩擦力增大，則有用功和額外功都增大，且有用功和額外功增大的比例相同，由可知，斜面的機(jī)械效率不變，即斜面的機(jī)械效率與物重?zé)o關(guān)，故D不符合題意。
【點(diǎn)評(píng)】本題考查增大和減小斜面的機(jī)械效率，從有用功或是額外功在總功中所占比例的角度進(jìn)行分析。
【題型5】測(cè)量滑輪組的機(jī)械效率
方法點(diǎn)撥 1．當(dāng)動(dòng)滑輪自重、摩擦及物重變化時(shí)，滑輪組的機(jī)械效率也會(huì)發(fā)生變化。 （1）若用不同的滑輪組提升相同的重物到同一高度，由于有用功相同，動(dòng)滑輪越重，做的額外功就越多，有用功在總功中占的比例就小，機(jī)械效率就越低。 （2）若用同一滑輪組提起不同的重物，由于動(dòng)滑輪重和摩擦一定，則提起的物體越重，有用功在總功中占的比例就越大，機(jī)械效率就越大。 2．提高滑輪組機(jī)械效率的方法： （1）減小額外功，即減小機(jī)械自重及摩擦。如減小動(dòng)滑輪重、定時(shí)潤(rùn)滑等。 （2）在允許范圍內(nèi)增加貨物重力。由η可知，W有一定，W額越小，η越大；W額一定，貨物越重，W有越大，η越大。
（2023 懷化）提高機(jī)械效率能夠充分發(fā)揮機(jī)械設(shè)備的作用，一組同學(xué)在“測(cè)量滑輪組的機(jī)械效率”實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)如表所示。
次數(shù) 物體的重力G/N 提升的高度h/m 拉力F/N 繩端移動(dòng)的距離s/m 機(jī)械效率η
1 2 0.1 1 0.3 66.7%
2 3 0.1 1.4 0.3 71.4%
3 4 0.1 1.8 0.3
4 4 0.2 1.8 0.6 74.1%
（1）實(shí)驗(yàn)中應(yīng)盡量豎直向上　 　 （選填“勻速”或“加速”）拉動(dòng)彈簧測(cè)力計(jì)。
（2）計(jì)算出第3組實(shí)驗(yàn)的有用功　 　J，機(jī)械效率是　 　（結(jié)果精確到0.1%）。
（3）分析比較第1、2、3次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以判定，使用同一個(gè)滑輪組提升物體時(shí)，被提升的物體越重，滑輪組的機(jī)械效率　 　（選填“越高”或“越低”或“不變”）；分析比較第3、4次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可得，機(jī)械效率與物體上升的高度 　 　（選填“有關(guān)”或“無關(guān)”）。
【答案】（1）勻速；（2）0.4；74.1%；（3）越高；無關(guān)
【分析】（1）實(shí)驗(yàn)中應(yīng)沿豎直方向勻速緩慢拉動(dòng)彈簧測(cè)力計(jì)，系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)，拉力大小才等于測(cè)力計(jì)示數(shù)；
（2）根據(jù)W有＝Gh和W總＝Fs求出有用功和總功，根據(jù)η求出第3次實(shí)驗(yàn)的機(jī)械效率；
（3）根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)，利用控制變量法得出結(jié)論。
【解答】解：（1）實(shí)驗(yàn)中應(yīng)沿豎直方向勻速緩慢拉動(dòng)彈簧測(cè)力計(jì)，系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)，拉力大小才等于測(cè)力計(jì)示數(shù)；
（2）根據(jù)第3次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，有用功為：W有＝Gh＝4N×0.1m＝0.4J；
總功為：W總＝Fs＝1.8N×0.3m＝0.54J；
第3次實(shí)驗(yàn)的機(jī)械效率：η74.1%；
（3）比較第1、2、3次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，提升高度相同，繩子自由端移動(dòng)的距離相同，說明使用的是同一滑輪組，但物重不同，且物重越大，滑輪組的機(jī)械效率越高；
分析比較第3、4次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，使用相同的滑輪組提升相同的物體，物體上升的高度不同，機(jī)械效率相同，這說明機(jī)械效率與物體上升的高度無關(guān)。
【點(diǎn)評(píng)】本題是“測(cè)滑輪組機(jī)械效率的實(shí)驗(yàn)”，考查了注意事項(xiàng)、功和機(jī)械效率的計(jì)算、控制變量法的應(yīng)用以及分析數(shù)據(jù)歸納結(jié)論的能力。
【變式5-1】（2023 泗縣校級(jí)一模）某實(shí)驗(yàn)小組利用圖示裝置研究杠桿的機(jī)械效率。保持O點(diǎn)位置不變，豎直向上拉動(dòng)彈簧測(cè)力計(jì)使重為G的鉤碼緩慢勻速上升，在此過程中彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)為F，利用刻度尺分別測(cè)出C、B兩點(diǎn)上升的高度為h1、h2．則下列說法正確的是（　　）
A．杠桿機(jī)械效率的表達(dá)式為
B．杠桿機(jī)械效率的表達(dá)式為
C．在如圖水平位置拉升時(shí)F×OB＝G×OA
D．若彈簧測(cè)力計(jì)始終豎直向上拉，則測(cè)力計(jì)示數(shù)不斷變化
【答案】B
【分析】（1）使用杠桿克服鉤碼的重力做功，有用功等于克服鉤碼重力做的功，總功等于彈簧測(cè)力計(jì)的拉力做的功，機(jī)械效率等于有用功和總功的比值；
（2）根據(jù)圖示應(yīng)用杠桿平衡條件分析答題。
【解答】解：（1）有用功為W有＝Gh1，總功W總＝Fh2，則機(jī)械效率的表達(dá)式η100%100%，故A錯(cuò)誤，B正確。（2）由圖示根據(jù)杠桿平衡條件可知，在水平位置拉升時(shí)：F×OB＝G×OC，故C錯(cuò)誤；（3）若彈簧測(cè)力計(jì)始終豎直向上拉，動(dòng)力臂與阻力臂的比值不變，阻力不變，由杠桿平衡條件可知，測(cè)力計(jì)示數(shù)不變，故D錯(cuò)誤。
【點(diǎn)評(píng)】本題考查杠桿機(jī)械效率的測(cè)量，把握有用功、總功的計(jì)算方式，明確機(jī)械效率的表達(dá)式，應(yīng)用杠桿平衡條件即可正確解題。
【變式5-2】（2023秋 海安市期末）如圖，小明在“測(cè)量滑輪組的機(jī)械效率”實(shí)驗(yàn)中，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表所示。
實(shí)驗(yàn)次數(shù) 鉤碼重G/N 鉤碼上升高度h/m 繩端拉力F/N 繩端移動(dòng)距離s/m 機(jī)械效率η
1 2 0.1 1.1 0.3 60.6%
2 2 0.2 1.1
3 4 0.1 1.4 0.3 76.9%
（1）根據(jù)表中的數(shù)據(jù)計(jì)算得出：第2次實(shí)驗(yàn)時(shí)繩端移動(dòng)的距離s＝　 　m，機(jī)械效率η＝　 　%。
（2）比較1、2兩次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)初步得出：用同一滑輪組提升相同重物，滑輪組的機(jī)械效率與重物上升高度 　 　（選填“有關(guān)”或“無關(guān)”）。
（3）比較 　（填實(shí)驗(yàn)次數(shù)的序號(hào)）兩次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)初步得出：滑輪組機(jī)械效率與被提的重物大小有關(guān)。
（4）小明第4次提升的鉤碼重為3N，則測(cè)得滑輪組的機(jī)械效率最接近于 　。
A．58.4% B．60.6% C．70.6% D．80.2%
（5）若小明實(shí)驗(yàn)過程中是加速拉動(dòng)繩子并讀出彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)，則測(cè)得的機(jī)械效率將 　（選填“偏大”、“不變”或“偏小”）。
【答案】（1）0.6；60.6%；（2）無關(guān)；（3）1、3；（4）C；（5）偏小。
【分析】（1）根據(jù)s＝nh求出繩端移動(dòng)的距離，由η100%求機(jī)械效率；
（2）（3）分析表格中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，確定承擔(dān)物重的繩子股數(shù)n的值，找出相同量、不同量，以及機(jī)械效率是否變化，據(jù)此得出相應(yīng)的結(jié)論；
（4）同一滑輪組提起物體越重效率越高，由此判斷第4次的機(jī)械效率范圍；
（5）要準(zhǔn)確的測(cè)量對(duì)繩端的拉力，應(yīng)勻速拉動(dòng)測(cè)力計(jì)；若加速，則所測(cè)拉力偏大。
【解答】解：（1）由圖知第1、2次實(shí)驗(yàn)中物體的重力為2N，第3次實(shí)驗(yàn)物體的重力為4N，說明第1、2次實(shí)驗(yàn)是由甲圖完成的，第3次實(shí)驗(yàn)是由乙圖完成的，實(shí)驗(yàn)中由三段繩子承擔(dān)物重，所以第2次實(shí)驗(yàn)中繩子移動(dòng)的距離：s＝3h＝3×0.2m＝0.6m，
第2次實(shí)驗(yàn)測(cè)得機(jī)械效率為：η100%60.6%；
（2）比較1、2兩次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，n的值相同，提升的物體重力相同，改變了物體被提升的高度，機(jī)械效率不變。可得出結(jié)論：使用同一滑輪組提升相同重物，滑輪組的機(jī)械效率與重物上升高度無關(guān)；
（3）比較1、3兩次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，n的值相同，提升的物體重力變大，物體被提升的高度相同，機(jī)械效率變大，可得出結(jié)論：同一滑輪組提升的物體越重，滑輪組機(jī)械效率越高；
（4）第4次提升的鉤碼重為3N，因?yàn)橥换喗M提起物體越重機(jī)械效率越高，且G1＜G4＜G3，所以η1＜η4＜η3，所以第4次提升的鉤碼重為3N，滑輪組機(jī)械效率范圍為60.6%～76.9%，故C符合題意；
（5）若該同學(xué)加速拉起測(cè)力計(jì)，所以所測(cè)拉力偏大，總功偏大，所以機(jī)械效率偏小。
【點(diǎn)評(píng)】本題考查了測(cè)量滑輪組機(jī)械效率的實(shí)驗(yàn)，涉及到控制變量法、滑輪組機(jī)械效率的計(jì)算和分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出結(jié)論的能力及影響滑輪組機(jī)械效率大小的因素。
【變式5-3】（2023 綏化）如圖所示，在“測(cè)量滑輪組機(jī)械效率”的實(shí)驗(yàn)中，利用圖2甲、乙、丙三個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，測(cè)得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表。（鉤碼規(guī)格相同、動(dòng)滑輪個(gè)數(shù)越多重力越大）
實(shí)驗(yàn)次數(shù) 鉤碼重力G/N 提升高度h/m 繩端拉力F/N 繩端移動(dòng)距離s/m 機(jī)械效率η
1 4 0.1 0.3
2 8 0.1 3.2 0.3 83.3%
3 8 0.1 2.0 0.5 80.0%
（1）在實(shí)驗(yàn)中，應(yīng)沿豎直方向　 　拉動(dòng)彈簧測(cè)力計(jì)。
（2）第一次實(shí)驗(yàn)中，如圖1所示，彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)是　 　N，機(jī)械效率是　 　（精確到0.1%）。
（3）由1、2兩次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可得出結(jié)論：　 　。
（4）由　 　兩次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可得出結(jié)論：使用不同滑輪組提升相同重物，動(dòng)滑輪越重，機(jī)械效率越低。
（5）在第三次實(shí)驗(yàn)操作的基礎(chǔ)上，如圖2丁所示改變繩端拉力方向，測(cè)得的滑輪組機(jī)械效率將　 　。（選填“偏高”、“偏低”或“不變”）
【答案】（1）勻速；（2）1.8；74.1%；（3）使用同一滑輪組，物重越大，機(jī)械效率越高；（4）2、3；（5）偏低。
【分析】（1）實(shí)驗(yàn)過程中要?jiǎng)蛩僦本€拉動(dòng)彈簧測(cè)力計(jì)，彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)不變，便于讀數(shù)；
（2）彈簧測(cè)力計(jì)使用前要觀察它的量程和分度值，再根據(jù)指針?biāo)甘镜目潭热プx數(shù)；根據(jù)表中數(shù)據(jù)利用η100%求第一次實(shí)驗(yàn)機(jī)械效率；
（3）根據(jù)表中數(shù)據(jù)分析得出結(jié)論；
（4）不考慮繩重和摩擦?xí)r，滑輪組的機(jī)械效率跟提起的物重、動(dòng)滑輪的重有關(guān)，在提起的物重一定時(shí)，動(dòng)滑輪越重，機(jī)械效率越低；在動(dòng)滑輪重相同時(shí)，提起的物體越重，機(jī)械效率越高；
（5）分析拉力F向右傾斜時(shí)大小的變化，得出機(jī)械效率的變化。
【解答】解：（1）實(shí)驗(yàn)中要沿豎直方向勻速拉動(dòng)彈簧測(cè)力計(jì)，彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)不變，便于讀數(shù)；
（2）圖示彈簧測(cè)力計(jì)的1N之間平均分成5等份，所以其分度值為0.2N；指針?biāo)甘镜目潭戎禐?.8N；
第一次實(shí)驗(yàn)機(jī)械效率：η100%100%100%≈74.1%；
（3）由1、2兩次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，使用同一滑輪組，物重越大，機(jī)械效率越高；
（4）比較第2、3次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)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)滑輪越重，滑輪組的機(jī)械效率越低；
（5）在丁圖中，若拉力F向右傾斜，則拉力變大，總功變大，有用功不變，故測(cè)出的機(jī)械效率將偏低。
【點(diǎn)評(píng)】此題是“探究滑輪組的機(jī)械效率”實(shí)驗(yàn)，考查了滑輪組機(jī)械效率的計(jì)算，根據(jù)數(shù)據(jù)分析影響滑輪組效率的因素，同時(shí)考查了測(cè)力計(jì)的讀數(shù)問題，要細(xì)心分析每一個(gè)問題。

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