資源簡介

1．知道有用功、額外功和總功的含義，以及它們之間的關系
2．理解機械效率，會用機械效率的公式進行簡單的計算，會測算滑輪組的機械效率
3．知道機械效率總小于 1，知道提高機械效率的方法
4．知道斜面機械效率的計算方法
5. 知道杠桿機械效率的計算方法
1. 滑輪組的機械效率的計算
2. 提高機械效率的方法
3. 斜面機械效率的計算
有用功、額外功與總功
沙子重 100N，桶重 20N，人體重 400N，滑輪重 10N
請同學們觀看以上圖片，用三個方案把一桶沙子提到三樓：
（1）在這三個情景中，力對哪些物體做了功？
（2）哪些功是我們為了達到特定目的必須要做的功？
（3）哪些功是我們不需要但又不得不做的功？
物理學中，會學到有用功，額外功和總功：
①有用功：必須做的，對我們有用的功，用 W 有表示；圖中人提升沙子做功為有用功，即W有=Gh．如
果在粗糙的水平面上勻速移動物體時，W有=fs 物
②額外功：沒有實用價值但又不得不做的功，用W額表示．
③總功：有用功與額外功的總和，用W總表示．W總=W有用+W額外
注意：在實際用機械做功時，總功也等于動力對機械做的功，即 W總=Fs．
機械效率
如上圖，當你用水桶提水時，有兩只大小相同的水桶可供選擇，一只是輕質塑料桶，另一只是厚木桶，你選擇哪一只水桶？為什么？同理當你用動滑輪提升一只箱子時，你希望選用什么樣的滑輪？為什么？
使用不同的簡單機械做功，完成相同的有用功時，所做的總功不相同，有用功在總功中占的百
分比不同．我們總希望，有用功占總功中的份額越大越好．
我們把有用功跟總功的比值，叫做機械效率，用符號 η 表示
數學表達： 由于 W 總＞W 有用，所以 η＜100%．
注意：（1）機械效率用百分數表示，η 無單位．
（2）機械效率是反映機械性能的一個重要指標．
（3）某臺機器的機械效率是 60%，它表示有用功在總功中所占的比值為 60%．
（4）功率和效率不是同一個物理量，功率是表示做功快慢的物理量．
常見機械的效率：
測量滑輪組的機械效率
如圖所示：為得出滑輪組的機械效率，需要求出有用功和總功，為此需要測出哪些物理量？每
個量怎樣測量？
實驗原理：
（其中 W有用=G 物 h，要測量物重G和物體上升的高度h；測出繩端的拉力F和拉力移動的距離s，
根據 W總=Fs計算出總功）
2．實驗器材：刻度尺、鉤碼、彈簧測力計、滑輪多個、鐵架臺、長約2m的細繩．
3．實驗步驟：
（1）按圖組裝滑輪組，記下鉤碼和彈簧測力計的位置；
（2）勻速豎直向上拉動彈簧測力計，使鉤碼G升高，讀出彈簧測力計的示數F，用刻度尺測出
鉤碼上升的距離 h 和彈簧測力計移動的距離s，把數據記錄在表格．
（3）改變鉤碼數量和繩子繞線方式，多次測量
4．實驗數據：
5．實驗結論：同一個動滑輪，提升重物越重，機械效率越大；同理，不同的滑輪組，提升相同的物
體，機械效率也不一樣．
6．思考：滑輪組的機械效率跟什么因素有關系呢？
影響滑輪組機械效率的因素
關于功以下說法錯誤的是（ ）
A．有用功有時候比額外功小 B．把碗從水中撈起時有用功等于碗的重力所做的功
C．總功等于有用功與額外功之和 D．用桶把水提起來時額外功等于水的重力所做的功
甲同學用水桶從井里提水，乙同學用繩把掉在井中的桶撈上來，水桶里帶了一些水，關于兩
同學做有用功、額外功的說法正確的是（ ）
A．甲提水桶做的功都是有用功 B．乙提水桶做的功都是有用功
C．甲提水桶對桶做的功是額外功 D．乙提水桶對桶做的功是額外功
利用如圖所示的滑輪，在粗糙水平面上勻速拉動物體，下列敘述正確的是（ ）
A．克服物體重力做的功是有用功
B．克服物體受地面摩擦力做的功是有用功
C．繩子自由端的拉力 F 做的功是有用功
D．克服物體受地面摩擦力做的功是額外功
2020年1月25日到2020年2月2日，從相關方案的設計完成，到正式投入使用，僅用了8天時間就建成的武漢火神山醫院，彰顯的不僅是中國速度，更是戰勝疫情的堅強決心。為了在最短的時間完成地面基礎建設，上百臺挖掘機同時工作，其目的是增大所有挖掘機總的（　?。?br/>A．機械效率 B．功 C．功率 D．有用功
下列分析和判斷中，正確的是（ ）
①功率越大的機械，做功越快，機械效率越高
②機械效率越高，有用功在總功中占的比值越大
③做功時間越長的機械所做的功越多，機械效率不一定高
④功率相等的兩個機械，所做的有用功相同，機械效率就相同
⑤兩個機械效率相同的機械，功率大的機械所做的總功多
A．只有②是正確的 B．①③⑤是錯誤的，其他正確
C．②和⑤是正確的 D．①④是正確的，③不能確定
如圖所示，在大小為 400N 的拉力 F 作用下，滑輪組將 600N 的重物提升了 0.6m，在此過程
中（ ）
A．做的有用功是 500J B．做的總功是 800J
C．滑輪組的機械效率是 62.5% D．滑輪組的機械效率是 75%
如圖所示滑輪組中，滑輪重均為10N，物體重為90N，繩重和摩擦不計．現拉動繩子
自由端，使物體在10s內勻速上升4m．則下列選項中正確的是（ ）
A．作用在繩自由端的拉力大小為 45N B．拉力所做的有用功為180J
C．拉力的功率為 40W D．滑輪組的機械效率為 80%
如圖所示，利用輕質滑輪組勻速拉動水平地面上重為300N的物體，拉力F的大小為30N．若
物體和地面之間的摩擦力大小為45N，則A處的拉力大小和滑輪組的機械效率分別為（ ）
A．45N 50% B．45N 75% C．60N 50% D．60N 75%
小明在測量滑輪組機械效率的實驗中，所用裝置如圖所示，實驗中每個鉤碼重2N，測得的數
據如表：
（1）測繩端拉力F時，應盡量豎直向上________拉動彈簧測力計．
（2）第1次實驗測得的機械效率為________ ．（結果保留兩位有效數字）
（3）分析表中數據可知：第2次實驗是用______圖做的；第4次實驗是用_______圖做的．（選填“a”、“b”或“c”）
（4）由 1、2 次實驗數據可知：使用同一滑輪組，物體越重，機械效率越________；由 1、3 次實驗數據可知：使用不同的滑輪組， 提升相同的重物，動滑輪個數越多（即動滑輪總重越重），滑輪組的機械效率 ________（填 “越高”、“越低”或“不變”）
在測滑輪組機械效率的實驗中得到的數據如下表所示，裝置如圖所示
（1）實驗中應沿 方向勻速緩慢拉動彈簧測力計，使鉤碼上升；
（2）小組同學用第1次實驗中使用的裝置做第3次實驗，表中第3次實驗中空缺的數據應為繩端移動距離S= m，機械效率η= %；
（3）如采用圖丙裝置，改變動滑輪重，提升同一物體進行多次實驗，獲得數據并繪制出如圖丁的圖像，分析可知：被提升物體所受的重力相同時，動滑輪越重，滑輪組的機械效率 （選填“越高”、“不變”或“越低”）；分析圖像中A點可知，被提升物體所受的重力為 N（忽略繩重和摩擦）；
（4）物理學中把機械對重物施加的力與人對機械施加的力的比值叫作機械效益MA，用于比較不同機械的省力程度?，F用圖甲所示滑輪組勻速提升重物，不計繩重和摩擦。則下列描述滑輪組的機械效率η與機械效益MA、機械效益MA與物體重力G的關系圖線中，可能正確的是（ ）
如圖所示，使用滑輪組提升重物時（不計繩重和摩擦），能提高機械效率的是（ ）
A．減小提升重物的高度 B．減小被提升物的質量
C．減小定滑輪的重力 D．減小動滑輪的重力
如圖所示的每個滑輪質量相同，用它們提起同一重物，機械效率最高的是（ ）
斜面
斜面的機械效率
（1）W 有= Gh ； W 總= Fs；
杠桿
用杠桿提升物體的機械效率(右圖)
W 有=Gh； W 總= Fs；
（其中 h 為物體上升高度，s 為動力作用點移動的距離）
杠桿的額外功是指克服杠桿自身重力、摩擦力做的功．
如圖所示，斜面長為 3m，高為 lm，工人用 400N 沿斜面方向的力將重為 960N 的箱子推到車
上．在這過程中（ ）
A．有用功是 400J，總功是 960J
B．有用功是 960J，額外功是 400J
C．總功是 1200J，機械效率是 80%
D．有用功是 400J，機械效率是 80%
如圖所示的斜面提升物體可以省力，用平行于斜面的拉力，將重為5N的物體從斜面底端勻速拉上斜面，物體移動的距離為1m，上升的高度為0.2m．已知斜面的機械效率為50%，則拉力大小為________N，物體受到斜面的摩擦力為________ N．
如圖所示，物體重150N，掛在杠桿中點，人用100N的豎直向上將物體提高0.5m，在此過程
中，下列說法不正確的是（ ）
A．人用的拉力所做的功為 100J B．用杠桿提升貨物所做的有用功為 50J
C．額外功為 25J D．杠桿的機械效率為75%
小明在探究利用杠桿做功的實踐活動中，將重G為15N的物體的掛在一粗細相同、質量均勻
的長硬棒的中點，手豎直提起棒的另一端，用10N的拉力使物體在2s內緩慢勻速提升了 0.lm．如圖所示（不計摩擦）．
（1）重物上升的速度；
（2）小明利用杠桿所做的有用功，做功的功率，杠桿的機械效率；
（3）長硬棒自身的重力。
如圖所示，在測定杠桿機械效率的實驗中，豎直向上勻速拉動彈簧測力計，使掛在杠桿OB下面的物塊緩慢上升至虛線位置，測力計的示數F為____N，測力計上升的高度s為0.2m．物塊G為1.5N，物塊上升的高度h為0.3m，則杠桿的機械效率為_______%，使用該杠桿所做額外功是_______J，產生額外功的原因是________________________．
某實驗小組利用圖示裝置探究杠桿的機械效率，實驗的主要步驟如下：
①將質地均勻的杠桿O點懸掛，能自由轉動，在A點懸掛總重為9N的鉤碼，在B點用彈簧測力計豎直向上拉，使杠桿保持水平靜止，其中AO＝10cm，AB＝20cm。
②豎直向上拉動彈簧測力計緩慢勻速上升使物體上升5cm（保持O點位置不變），在此過程中彈簧測力計的讀數為4N，回答下列問題：
(1)在步驟①中，若杠桿自重和摩擦不計，彈簧測力計示數應為 ；
(2)杠桿機械效率為 %。
(3)若將測力計的懸掛點由B移至C，O、A位置不變，仍將鉤碼提升相同的高度，則杠桿的機械效率將
（變大/變小/不變）。
(4)若只將鉤碼的懸掛點由A移至C點，O和B位置不變，仍將鉤碼提升相同的高度（不計摩擦阻力），則杠桿的機械效率將 （變大/變小/不變）
玻璃裝運車間常用“低壓吸盤吊車”進行吊運玻璃，如圖甲所示，先將6個吸盤壓在玻璃上，然后啟動抽氣機抽出吸盤內空氣使吸盤內的氣壓減小，在大氣壓作用下吸盤將玻璃“吸住”，再通過電動機牽引滑輪組自由端的繩子就可以將玻璃吊起．圖乙為“低壓吸盤吊車”結構示意圖，若吸盤及支架的總質量為45kg，每個滑輪的質量為15kg，不計抽氣管和繩重，不計繩子與滑輪的摩擦，在某次吊裝過程中，吊車將一塊重為90kg的玻璃以0.4m/s的速度吊高2m。求：
（1）本次吊裝過程中所做的有用功是多少？
（2）本次吊裝過程中，電動機拉繩子自由端的拉力做功時的功率為多大？
本次吊裝過程中，該裝置的機械效率是多少？
學完杠桿平衡條件后，同學們從書中看到《杭州日報》中的一篇報道：在杭州動物園，一位物理老師用彈簧“稱”出一頭大象，如圖所示，他動用了吊車、鐵籠和一根長10m的槽鋼．
（1）長的槽鋼實質是一個______杠桿．
（2）整個稱象過程運用了物理學中的______原理．
（3）吊車、槽鋼、鐵籠和彈簧秤的組合其實就是一把巨型桿秤，彈簧秤起了______的作用．
（4）測力計的拉力為動力F1，請你在圖中畫出動力臂 L1 及阻力 F2 的示意圖．
（5）吊車的吊鉤在棒上的固定處距測力計一端的距離為9m，距系鐵籠處的距離為6cm，當棒處于水平平衡時彈簧秤的示數為200N，若不計棒及鐵籠的重，則該大象質量約為多少t？
（6）用刻度尺測量出了在“稱”象的過程中，彈簧秤向下移動了大約是50cm，鐵籠離地距離大約是2mm，則利用該裝置做的額外功是多少？該裝置的機械效率是多少？
閱讀短文，回答問題：
電梯
電梯與摩天大樓是哪一個先問世的？如果你認為是后者，那就錯了，事實上，正是電梯的發明引起了建筑師們的注意，從而想到利用電梯可使人們自由地出入高樓的每一層，免于爬樓之苦，因此他們認為，建造摩天大樓是可行的，據報道，安裝在我國上海中心大廈的“火箭”電梯，其攀升速度創造了20.5m/s 的世界紀錄，從1樓到118樓只需短短55s.
電梯的典型結構包括滑輪、轎廂、鋼絲繩、配重、電動機、安全裝置和信號操縱系統等，如圖甲所示，是某種升降電梯工作原理圖，電動機和配重通過鋼絲繩分別給轎廂施加拉力，連接轎廂的兩根鋼絲繩非?？拷I廂與配重的運動方向始終相反，電動機通過切換轉軸的轉動方向，使轎廂升降自如.
(1)圖甲中A滑輪是 (定/動)滑輪，B輪滑 (能/不能)省力；
(2)電梯在勻速上升過程中，轎廂的動能 ，配重的重力勢能 (增大/減小/不變)
(3)上海中心大廈內的電梯是目前世界上最快的電梯，在載重一定的情況下，下列最能體現該電梯運行特點的是 ；
A．做功多 B．安全可靠 C．功率大 D． 機械效率高
(4)如圖乙所示是某次電梯滿載上升時的 v—t 圖像，若配重的質量為450kg，空轎廂的質量是550kg，額定載荷是1100kg，電梯勻速運行階段，配重的重力做功 J；(g取 10N/kg)
(5)不計鋼絲繩重和一切摩擦，其他條件同第(4)小問，該電梯滿載勻速運行時，電動機鋼絲繩對轎廂拉力的功率為 W.
很多同學喜歡用“思維導圖”梳理章節知識，如圖是小明同學用“思維導圖”總結的第十一章知識要點，其中第二點內容空缺，請在下列選項中選出合理一項，把圖補充完整（　 ?。?br/>A.滑輪 B.杠桿的平衡條件
C.慣性 D.探究動滑輪的機械效率與哪些因素有關
姚同學進入初三后非常努力，也非常愛思考，一次他研究水桶的構造時，不小心將水桶弄掉
進水里，在他打撈時桶里帶些水．下列所述中屬于有用功的是（ ）
A．把桶中水提高所做的功 B．把桶提高做的動
C．提桶和桶中的水做的功 D．手對繩子拉力做的功
工人用滑輪組把一箱貨物從一樓提升到五樓，在滑輪組上加潤滑油后，機械效率提高了，則加潤滑油后工人提升同樣的重物時，做功的（ ）
A．有用功不變，總功減小 B．有用功增加，總功增加
C．有用功減小，總功減小 D．有用功減小，總功不變
如圖所示，滑輪組的每個滑輪質量相同，用它們將重為 G1、G2 的貨物提高相同的高度（不計繩重和摩擦），下列說法正確的是（ ）
A．用同一個滑輪組提起不同的重物，機械效率不變
B．若 G1＝G2，則甲的機械效率大于乙的機械效率
C．若 G1＝G2，則拉力 F1 與 F2 所做的總功相等
D．若 G1＝G2，則甲、乙滑輪組所做的額外功相等
如圖所示，工人師傅用 250N 的力 F 將重為 400N 的物體在 20s 內勻速提升 2m，若不計繩重和摩擦，以下說法錯誤的是（ ）
A．動滑輪重力為 100N
B．工人做功的功率為 50W
C．滑輪組的機械效率為 53.3%
D．若提升物重變為 500N，則拉力 F 為 300N
用如圖所示的滑輪組將重80N的物體勻速提升2m，拉力F為50N．此過程中拉力F做的有用功為_______J，滑輪組機械效率為_______ ，若勻速提升重為50N的物體，則這個滑輪組的機械效率將_______（選填“增大”“減小”或“不變”）．
如圖所示的滑輪組，用F＝30N的拉力，拉動水平地面上重為300N的物體，使物體勻速前進
了2m．物體和地面之間的摩擦力為45N，在此過程中，下列說法正確的是（ ）
①拉力做的功是 120J ②繩子自由端移動的距離是 2m
③滑輪組的機械效率是 75% ④A 點受到的拉力為 300N
A．①④ B．②③ C．①③ D．③④
如圖所示，在斜面上將一個重 9N 的物體勻速拉到高處，沿斜面向上的拉力為 5N，斜面長 3m，
高 1m．則下列說法中不正確的是（ ）
A．該過程中做的有用功為 9J
B．這個斜面的機械效率為 60%
C．物體所受到的摩擦力是 5N
D．減小斜面與物體間的摩擦可以提高斜面的機械效率
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21世紀教育網(www.21cnjy.com)講
(1)按圖班秋n
(2)勻速豎直向上拉動彈簧測刀1，~·
鉤碼上升的距離h和彈簧測力計移動的距離s,把數幫一
(3)改變鉤碼數量和繩子繞線方式，多次測量
4.實驗數據：
鉤碼重
彈簧測力計讀數
鉤碼上升的高度
彈簧測力計移動的距離
滑輪組的機械效率
G/N
F/N
h/m
s/m
2
1.1
0.
0.2
4
2.1
0.1
0.2
5.實驗結論：同一個動滑輪，提升重物越重，機械效率越大；同理，不同的滑輪組，提升相同的物
體，機械效率也不一樣」
6.思考：滑輪組的機械效率跟什么因素有關系呢？
影響滑輪組機械效率的因素
影響因素
探究結論
改進措施、提高效率
同一個動滑輪，提升重物越重，
在安全許可的情況下，盡可能多
與提升重物的重有關
機械效率越大
提貨物
不同的動滑輪，提升相同的重物，
改進機械結構，使它更合理，輕
與動滑輪自重有關
動滑輪自重越小，機械效率越高
巧
對機械進行保養，保持良好的潤
滑輪組自身部件的摩擦
機械自身摩擦越大，效率越低
滑，減少摩擦
典例精練
例1
關于功以下說法錯誤的是
A.有用功有時候比額外功小B.把碗從水中撈起時有用功等于碗的重力所做的功
C.總功等于有用功與額外功之和D,用桶把水提起來時額外功等于水的重力所做的功
例2甲同學用水桶從井里提水，乙同學用繩把掉在井中的桶撈上來，水桶里帶了一些水，關于兩
同學做有用功、額外功的說法正確的是《個
A.甲提水桶做的功都是有用功B.乙提水桶做的功都是有用功
C.甲提水桶對桶做的功是額外功D.乙提水桶對桶做的功是額外功
例3
利用如圖所示的滑輪，在粗糙水平面上勻速拉動物體，下列敘述正確的是
A.
克服物體重力做的功是有用功
B.克服物體受地面摩擦力做的功是有用功
第
C,蠅子自由端的拉力F做的功是有用功
四
D.克服物體受地面摩擦力做的功是額外功
777
777777777777777777
例42020年1月25日到2020年2月2日，從相關方案的設計完成，到正式投入使用，僅用了8天
時間就建成的武漢火神山醫院，彰顯的不僅是中國速度，更是戰勝疫情的堅強決心，為了在最短的時間
完成地面基礎建設，上百臺挖掘機同時工作，其目的是增大所有挖掘機總的
A.機械效率
B.功
C.功率
D.有用功
例5
下列分析和判斷中，正確的是
①功率越大的機械，做功越快，機械效率越高
②機械效率越高，有用功在總功中占的比位越大
③做功時間越長的機械所做的功越多，機械效率不一定高
④功率相等的兩個機械，所做的有用功相同，機械效率就相同
⑤兩個機械效率相同的機械，功率大的機械所做的總功多
A.只有②是正啼的B.①③⑤是錯誤的，其他正確
C.②和⑤是正確的D.①④是正確的，③不能確定
G
例6如圖所示，在大小為400N的拉力F作用下，滑輪組將600N的重物提升了0.6m,在此過程
中(
A.做的有用功是500JB.做的總功是800J
C.滑輪組的機械效率是62.5%D.滑輪組的機械效率是75%
到7
如圖所示滑輪組中，滑輪重均為10N,物體重為90N,繩重和摩擦不計.現拉動繩子
自由端，使物體在10s內勻速上升4m.則下列選項中正確的是y
A.作用在繩自由端的拉力大小為45N
B.拉力所做的有用功為180J
C.拉力的功率為40W
D.滑輪組的機械效率為80%
例8如圖所示，利用輕質滑輪組勻速拉動水平地面上重為30N的物體，拉力F的大小為30N.若
物體和地面之間的摩擦力大小為45N,則A處的拉力大小和滑輪組的機械效率分別為
A.45N50%B.45N75%C.60N50%
D.60N75%
例9小明在測量滑輪組機械效率的實驗中，所用裝置如圖所示，實驗中每個鉤碼重2八，測得的數
據如表：一個滑輪組經改裝后提高了機械效率，用它把同一物體勻速提升同樣的高度，改進后與改進前相比較（ ）
A．總功減少，額外功增多 B．總功不變，有用功增多
C．總功減少，有用功增多 D．總功減少，有用功不變
關于機械效率，下面說法正確的是（ ）
A．功率越大的機械，機械效率越高 B．機械效率越高的機械越省力
C．機械效率越低的機械，做的功就越少 D．功率大的機器做功一定快
一臺機器的機械效率為 80%，當它完成 1000J 的總功時，所做的有用功為（ ）
A．1000J B．800J C．400J D．200J
如圖所示的滑輪組中，動滑輪重 1N，小強用 6N 的拉力 F 通過該滑輪組勻速拉起重 10N的物體，物體沿豎直方向上升 0.4m。此過程中，額外功和機械效率分別是（ ）
A．0.4J 83.3% B．0.8J 91.7% C．0.8J 83.3% D．0.4J 91.7%
用圖甲、乙兩種方式勻速將同一物體提升相同的高度，繩重和摩擦力不計。則拉力 F 對重物做的功 W 甲______W 乙，機械效率：η甲______ η乙．若乙圖中再掛一物體，機械效率將______ 。
如圖所示,一根均勻的細木棒OC，OA=14OC，B為OC的中點。在C點用始終豎直向上的50N的拉力將掛在A點的重為180N的物體勻速提升0.1m,不計摩擦。木棒的機械效率為________;桿重為__________
如圖所示，把重力為600N的物體勻速推到斜面頂端，斜面長為2m，高為1m，實際推力為400N，所花時間為5s。推力的功率是______ W，物體與斜面間的摩擦力是______ N，整個裝置的機械效率是 ______。
在一次車輛故障處理過程中，拖車所用裝置簡化如圖。為了盡快疏通道路，交警只用了30s 的時間，指揮拖車在水平路面上將質量為1.5t的故障車勻速拖離了現場。若故障車被拖離的速度是6m/s，繩子自由端的拉力F是500N，故障車勻速拖離時受到的阻力是車重的0.08倍。（g取 10N/kg）
求：
（1）拉力 F 在 30s 內所做的功；
（2）該裝置的機械效率。
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