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專題14機械效率
中考考點分析 本專題中有關機械效率的計算及定性分析，測滑輪組的機械效率的實驗等是各地普遍考查的重點.題型主要有選擇、填空、作圖、實驗探究及計算題等． 縱觀近年全國中考題，有關機械效率的計算題常與功率、壓強、密度、浮力結合在一起考查，難度明顯增大.
【母題1】（真題來源：宜昌）下列有關機械做功、功率、機械效率的說法，正確的是　　
A．效率越高的機械，功率越大
B．做功越多的機械，功率越大
C．做有用功越多的機械，效率越高
D．功率越大的機械，做功越快
【分析】（1）功率是單位時間內做的功，表示的是做功的快慢；
（2）機械效率是指有用功與總功的比值，機械效率高說明有用功與總功的比值大。
【解答】解：、機械做功快慢與機械效率沒有關系。故錯誤；
、由可以看出，功率大小決定于做功多少和所用時間。做功較多，時間不確定，功率大小不能確定。故錯誤；
、機械效率是有用功與總功的比值，有用功較多，總功不確定，機械效率不能確定。故錯誤；
、功率描述的是物體做功的快慢，所以功率越大的物體，做功越快。故正確。
故選：。
【名師點評】 本題考查了我們對機械效率、功率的理解和應用，使用機械時省力情況、功率大小、效率高低之間沒有必然聯系。
【母題2】（真題來源：江西）明代學者宋應星（江西人）著有《天工開物》，如圖所示，是書中描繪古代勞動人民用桔槔汲水的場景。桔槔屬于 　 　（選填“杠桿”“滑輪”或“輪軸” ，使用時，機械效率　　1（選填“”“ ”或“” 。
【分析】（1）根據使用桔槔時動力臂與阻力臂的關系判斷杠桿的類型；
（2）由于存在額外功，機械效率小于1。
【解答】解：使用桔槔時，桔槔能繞懸掛點轉動，桔槔屬于杠桿；
用桔槔汲水時，要提升桔槔、水桶做額外功，使得有用功小于總功，機械效率。
故答案為：杠桿；。
【名師點評】 本題考查了簡單機械的識別及杠桿的機械效率的分析，基礎題目。
【解法技巧】 ①首先要明確機械效率的物理意義：機械效率是機械性能的重要標志之一，它反映機械對總功的利用率；②然后從機械效率的公式入手分析：由公式可知,當額外功一定時,機械做的有用功越多,機械效率越高。當機械所做的有用功一定時,機械做的額外功越少,機械效率越高。可見，機械效率與機械是否省力、做功多少、做功快慢都無關。
1．（真題來源：文登區模擬）甲、乙兩機械的效率分別是、，則下列說法正確的是　　
A．使用甲機械省力
B．乙機械的額外功在總功中占的比例大
C．使用甲機械做功快
D．在相同時間內，使用甲機械完成的功多
【分析】（1）機械效率是指有用功占總功的百分比；
（2）功率是表示做功快慢的物理量。
【解答】解：．機械效率高是指做的功中有用功占的比例高，與是否省力無關，故錯誤；
．乙的機械效率較低，說明有用功占總功的比例小，相應的，額外功占總功的比例就比較大，故正確；
．功率是表示做功的快慢，而功率與機械效率沒有必然的聯系，故錯誤；
．機械效率高是指做的功中有用功占的比例高，與做功的多少無關，故錯誤。
故選：。
2．（真題來源：定遠縣校級模擬）正確理解物理概念是學好物理的關鍵。關于功、功率和機械效率，下列說法正確的是　　
A．功率大的機械，做功一定快
B．做功多的機械，功率一定大
C．做功快的機械，機械效率一定高
D．通過改進機械的性能可以使機械效率達到
【分析】（1）功率是描述物體做功快慢的物理量，它等于單位時間內所做的功，功率大則做功快；
（2）機械效率反映了機械的性能優劣，是有用功與總功的比值，與做功快慢沒有關系；使用任何機械不可避免地做額外功，所以機械效率一定小于。
【解答】解：、功率反映做功的快慢，功率大則做功快，功率小，則做功慢。故正確；
、功率是做功多少與所用時間的比值。做功多，時間不確定，功率大小不能確定。故錯誤；
、機械效率與做功快慢沒有關系。故錯誤；
、使用任何機械都要做額外功，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，也就是機械效率小于．故錯誤。
故選：。
3．（真題來源：越秀區二模）如圖顯示的是甲、乙兩機械的參數。甲、乙相比，甲的　　
A．總功較大 B．有用功較小 C．額外功較大 D．機械效率較低
【分析】；。
【解答】解：由圖可知，，，，，
由可得，，，故錯誤；
由可得，，，故正確、錯誤。
故選：。
【母題1】（真題來源：遵義）《天工開物》是我國古代的科學著作，書中記載著大量的古代農業機械。其中這樣寫道：“凡河濱有制筒車者，堰陂障流繞于車下，激輪使轉，挽水入筒，一一頃于枧內，流入畝中，晝夜不息，百畝無憂。”該段文字描述了筒車這樣一種以水流作動力，用來取水的機械，如圖所示。若接水槽離取水處高，水輪上有12個取水筒，一個取水筒每次可取水，筒車旋轉一周所用時間為。（接水槽離倒水處的高度忽略不計，取
（1）請從能量轉化的角度，簡要分析筒車的工作原理；
（2）求該筒車旋轉一周對進入接水槽的水所做的功；
（3）若水流沖擊筒車的功率為，求筒車旋轉一周取水的機械效率。
【分析】（1）動能的大小與質量、速度有關，重力勢能的大小與質量、高度有關，機械能為動能和勢能的和；
（2）根據求出該筒車旋轉一周對進入接水槽的水所做的功；
（3）根據求出水流所做的功，然后根據機械效率的定義求出機械效率的大小。
【解答】解：（1）水流具有一定的質量和速度，具有一定的動能，水流通過做功使水的高度增大，重力勢能增大，是動能轉化為重力勢能；
（2）該筒車旋轉一周提升的水的質量為：；
對水所做的功為：；
（3）水流沖擊筒車的功率為，水流所做的功為：；
筒車旋轉一周取水的機械效率為：。
答：（1）水的動能轉化為重力勢能；
（2）該筒車旋轉一周對進入接水槽的水所做的功為；
（3）筒車旋轉一周取水的機械效率為。
【名師點評】 本題考查了動能和勢能的轉化、功的計算、機械效率的計算，難度不大。
【母題2】（真題來源：宜賓）在抗擊新型冠狀病毒肺炎疫情的特殊時期，小馬同學設計了如圖所示的裝置進行“無接觸傳送”物品。現有質量的木箱，長，高的固定斜面，他用的力拉繩，使木箱以的速度沿斜面勻速地由底端上升到頂端，此過程因繩和滑輪間的摩擦而做的額外功。已知動滑輪質量，連接動滑輪的繩子拉直且與斜面平行，不計繩的質量、木箱大小和木箱到動滑輪間的繩長，取。求：
（1）木箱由斜面底端上升到頂端所用的時間；
（2）小馬同學拉力的功率；
（3）整個裝置的機械效率；
（4）斜面對木箱的摩擦力大小。
【分析】（1）已知斜面長和木箱的運動速度，根據公式可得運動的時間；
（2）先判斷動滑輪上繩子的股數，又知繩子自由端移動的速度是物體移動的倍，利用公式可得功率；
（3）利用公式求得有用功，求得總功，根據公式求得機械效率；
（4）利用公式可以求得克服動滑輪重力所做的功，克服摩擦力做的功等于總功減去有用功、克服動滑輪重力所做的功以及因繩和滑輪間的摩擦而做的額外功，再根據公式可得摩擦力大小。
【解答】解：（1）木箱移動的距離：
，
木箱由斜面底端上升到頂端所用的時間：
；
（2）由圖知，動滑輪上繩子的股數，
繩子自由端移動的速度：
，
拉力的功率：
；
（3）物體的重力：
，
機械做的有用功：
，
繩子自由端移動的距離：
，
機械做的總功：
，
整個裝置的機械效率：
；
（4）動滑輪的重力：
，
克服動滑輪重力所做的功：
，
克服摩擦力做的功：
，
斜面對木箱的摩擦力為：
。
答：（1）木箱由斜面底端上升到頂端所用的時間為；
（2）小馬同學拉力的功率為；
（3）整個裝置的機械效率為；
（4）斜面對木箱的摩擦力為。
【名師點評】 本題主要考查了機械效率及功的計算公式的應用，應注意分析額外功的產生原因，并能靈活應用功的公式求解。
【解法技巧】 ①審題：明確已知量和待求量；進而分析額外功產生的原因；②然后根據已知量選擇合理的公式分別表達出；③最后利用 注意：對于滑輪組來說，若已知物體移動的距離或速度，可根據承擔物重或承擔水平摩擦力的繩子段數n計算出繩子自由端移動的距離或速度.即s繩=nh物；vF=2vG.若不計摩擦或繩重，表明額外功是由于克服動滑輪的重產生的，此時額外功的大小為：
1．（真題來源：榆林模擬）如圖是液壓起重車的示意圖。使用時液壓桿將起重臂頂起，同時通過與鋼索連接的電動機工作，可將重物吊起到需要的地方。
（1）如圖所示的滑輪是 　 　滑輪，液壓桿頂起起重臂的過程中，該起重臂可看做一個 　　杠桿。
（2）當起重臂在如圖位置穩定后，電動機將重為的物體以0.5 的速度勻速吊起，此時滑輪組的機械效率是，若此過程中不計繩重和摩擦，則電動機對鋼索的拉力為 　　；在不超過鋼索的承受范圍，被提升的重物越重，滑輪組的機械效率越 　　（選填“小”或“大” 。
【分析】（1）根據軸心是否隨圓輪的轉動而移動來判斷滑輪的類型；由圖可知，液壓桿對起重臂的力是動力，物體對起重臂末端的拉力是阻力，根據動力臂和阻力臂的大小可判斷起重臂的類型；
（2）根據不計繩重和摩擦，可求出電動機對鋼索的拉力；根據不計繩重和摩擦，
可得出被提升的重物越重，滑輪組的機械效率的變化。
【解答】解：（1）由圖可知，滑輪的軸心隨圓輪的轉動而移動，所以該滑輪是動滑輪；
由圖可知，液壓桿對起重臂的力是動力，物體對起重臂末端的拉力是阻力，支點在點，動力臂是支點到動力作用線的垂直距離，阻力臂是支點到阻力作用線的垂直距離，且阻力臂大于動力臂，所以起重臂是費力杠桿；
（2）由于不計繩重和摩擦，根據可知，電動機對鋼索的拉力；
根據不計繩重和摩擦，
可知，被提升的重物越重，滑輪組的機械效率越大。
故答案為：（1）動；費力；（2）；大
2．（真題來源：歷下區模擬）電動汽車是正在大力推廣的新型交通工具，它具有節能、環保的特點。一輛電動汽車滿載時整車對地面的壓力為，輪胎和地面的總接觸面積為，若該車滿載時在平直路面勻速行駛了，車受到的阻力為，這個過程共消耗電能。取，通過計算回答，該車滿載時：
①對地面的壓強是多少？
②勻速行駛，牽引力做的功多少？
③此過程中電動機的效率是多少？
【分析】（1）已知車滿載時對水平地面的壓力，利用計算該車滿載時對水平地面的壓強；
（3）此過程中，汽車處于平衡狀態，牽引力與阻力大小相等，利用計算汽車發動機做的有用功；
（3）利用計算汽車發動機的機械效率。
【解答】解：（1）車滿載時整車對地面的壓力，
對地面的壓強；
（2）車滿載時在平直路面勻速行駛，汽車處于平衡狀態，
牽引力做的有用功，
機械效率。
答：（1）該車滿載時對水平地面的壓強為；
（2）牽引力做的功；
（3）此過程中，電動機的機械效率為。
3．（真題來源：蘄春縣校級模擬）我國將于2035年全面禁售燃油汽車，用電動汽車替代傳統燃油汽車成為趨勢。表格中是某公司最新型水陸兩用電動汽車（如圖）的部分參數，假設車上只有司機一人，質量為，請回答下列問題：
（1）電動汽車在地面上時對水平地面的壓強是多大？
（2）若電動汽車在水面上勻速行駛，其排開水的體積多大？
（3）若電動汽車的電能轉化為機械能的效率為，汽車在水上與陸地上勻速行駛時速度為，電動汽車在時間消耗的電能為時，求電動汽車勻速行駛所受阻力為多少？（用已知量的字母表示）
空車質量 輪胎與地面總接觸面積 電池容量 最高時速 最大功率
【分析】（1）已知電動汽車本身和司機的質量，根據得出整車的總重力，電動車對地面的壓力等于總重力，根據求出電動汽車在地面上時對水平地面的壓強；
（2）在水面勻速行駛時，該車處于漂浮狀態，根據浮力等于重力和阿基米德原理得出排開水的體積；
（3）電動汽車消耗的電能時，根據電動汽車的電能轉化為機械能的效率為得出電能轉化為的機械能，根據二力平衡條件結合計算出電動汽車勻速行駛所受阻力。
【解答】解：（1）電動汽車載司機一人時，則整車的總重力：
；
電動車對地面的壓強：
；
（2）在水面勻速行駛時，該車處于漂浮狀態，浮力等于重力，即，
由可得，其排開水的體積：
；
（3）電動汽車消耗的電能為時，電動汽車的電能轉化為機械能的效率為，
則電能轉化為的機械能：，
因為汽車勻速行駛，所以汽車受到的阻力等于牽引力等于，即，由可得，電動汽車勻速行駛所受阻力：。
答：（1）電動汽車在地面上時對水平地面的壓強是；
（2）電動汽車在水面上勻速行駛，其排開水的體積是；
（3）電動汽車勻速行駛所受阻力為。

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