資源簡介

12.4機械效率課時練習
一、填空題（本大題共5小題）
1．如圖所示，彈簧測力計的示數為 N，鉤碼的總重為1 N，鉤碼上升的高度h為0.1 m，測力計豎直勻速向上移動的距離s為0.4 m，此時杠桿的機械效率為 。忽略杠桿轉動軸的摩擦，僅將鉤碼的懸掛點從A移到B，若鉤碼被提升的高度相同，額外功與有用功的比值將 (填“增大”“減小”或“不變”，下同)，杠桿的機械效率將 。
2．斜面長5m，高1m，把重為5000N的物體勻速地推向斜面頂端，若斜面是光滑的，則推力為 N；如果斜面不光滑，所用推力為1250N，則斜面的機械效率為 。利用斜面所做的額外功為 J，物體受到斜面對它的摩擦力為 N。
3．用如圖的實驗裝置研究“杠桿的機械效率”實驗時，將總重為G=100N的鉤碼掛在鐵質杠桿上，彈簧測力計作用于P點，現豎直向上勻速拉動彈簧測力計，鉤碼上升的高度為h=0.2m，彈簧測力計的示數為F=50N，其移動的距離為s=0.5m（不計轉軸O處的摩擦，鉤碼重不變），則此時杠桿的機械效率η為 ；若將鉤碼移動到Q點，仍將鉤碼勻速提升h的高度，杠桿的機械效率為η′，η′ η（填“大于”、“小于”或“等于”）。
4．用如圖所示的電動起重機將3 000 N的貨物提高4 m，起重機對貨物做的有用功是 J；它的電動機功率為3 000 W，此過程用時10 s，起重機的機械效率為 %；若減小動滑輪的重力，起重機的機械效率將變 。
5．如圖所示，建筑工人用滑輪組勻速提升重物，已知物重，動滑輪重，不計繩重及摩擦，則拉力大小為 ．若重物勻速上升，則此過程中拉力做的功為 ，機械效率為 ．
二、單選題（本大題共8小題）
6．如圖所示，甲、乙杠桿的質量和長度均相同，機械摩擦不計，分別使用甲、乙杠桿將物體A提升相同的高度，則在工作過程中，甲、乙杠桿的機械效率相比（　　）
A．甲的大 B．乙的大 C．一樣大 D．無法確定
7．如圖斜面長為2m、高為0.4m，現將重為20N的物體沿斜面向上從底端勻速拉到頂端﹐若拉力F為5N，則（　　）
A．拉力所做的功為2J B．斜面的機械效率為80%
C．物體受到的摩擦力為5N D．有用功為40J
8．分別用如圖所示的兩個滑輪組，將同一物體提升到相同高度，若物體受到的重力為100N，動滑輪的重力為20N。在把物體勻速提升1m的過程中（不計繩重和摩擦），下列說法正確的是（　　）
A．甲、乙兩滑輪組所做的有用功都是100J
B．甲滑輪組所做的有用功為200J，乙滑輪組所做的有用功為300J
C．甲、乙滑輪組中繩子的自由端的拉力相等
D．甲滑輪組的機械效率大于乙滑輪組的機械效率
9．工人用如圖所示的甲、乙兩種滑輪把同樣一袋沙提升相同的高度，已知沙和袋總重為100N，滑輪重20N（繩重和摩擦力不計），則下列說法正確的是（　　）
A．甲比乙更省力
B．甲做的總功比乙的多
C．甲做的有用功比乙的多
D．甲的機械效率比乙的高
10．利用圖所示的滑輪組勻速提升一個重為2N的物體，繩子自由端的拉力F，2s內繩子自由端移動了0.6m。在這個過程中，下列說法中正確的是（　　）
A．動滑輪受到的重力就是0.4N B．物體上升的速度為0.3m/s
C．該滑輪組的額外功為0.12J D．該滑輪組的機械效率為55.6%
11．下列物理數值最接近實際的是（　　）
A．標準大氣壓強為1.013×108Pa
B．成人標準體重為600kg
C．滑輪組的機械效率可以達100%
D．人體最適宜的環境溫度約為20℃
12．小波用如圖所示的滑輪組提升300N重物，在繩子自由端施加的拉力為125N，2s內重物勻速上升1m，不計繩重和輪、軸間摩擦。則下列判斷中正確的是（ ）
A．拉力做功的功率為125W B．拉力所做的總功為250J
C．動滑輪的重力為50N D．此過程滑輪組的機械效率為80%
13．如右圖所示，某同學使用動滑輪把600N的重物勻速提升了3m，所用的拉力是400N．下列說法正確的是
A．機械效率是80% B．有用功是1800J
C．額外功是300J D．總功是2100J
三、實驗題（本大題共2小題）
14．小明同學用如圖所示的斜面來探究斜面的省力情況、斜面的機械效率與斜面的傾斜程度之間的關系，他首先測出木塊重，然后用彈簧測力計沿斜面拉動木塊，調節斜面傾斜角度的大小多次測量，得到下表所示的數據：
實驗次數 斜面傾角θ 木塊重G/N 斜面高h/m 斜面長s/m 拉力F/N 有用功W有/J 總功W總/J 機械效率η/%
1 15° 10 0.1 0.4 3.6
2 30° 10 0.2 0.4
3 15° 20 0.1 0.4 7.2
（1）實驗中，小明的拉力方向應與斜面 ，拉著木塊做 運動；
（2）當斜面傾斜角為30度時，彈簧測力計的示數如圖所示，則此時拉力F＝ N；
（3）分析表中數據可以得出結論：使用斜面 力，但 距離（選填“省”或“費”），使用機械 （能/不能）省功；
（4）通過對比實驗 的數據（選填實驗次數），可以得出的探究結論是：其他條件相同時，斜面傾斜角度越大，斜面的機械效率越 （選填“高”或“低”）；
（5）若想探究斜面的機械效率與物重的關系，則要保持 不變，斜面的粗糙程度不變，只改變物重。通過對比實驗 的數據（選填實驗次數），得出的結論是對于同一斜面，機械效率與所拉物體的重力 。（有關/無關）
15．在“探究哪些因素影響滑輪組的機械效率”的實驗中,某小組利用如圖A所示裝置測得了四組數據,如下表所示.
(1)前三次實驗中,第 次實驗數據明顯出現錯誤,應當剔除.
(2)第四次實驗中,有用功是 J,滑輪組的機械效率為 ．
(3)根據以上信息,請判斷:該小組設計這四次實驗的目的是為了探究滑輪組的機械效率與 是否有關.
(4)小紅在以上實驗的基礎上多使用一個滑輪也做了實驗,如圖B所示.
① 小紅多使用一個滑輪,目的是為了 ；
②當兩位同學使用各自的滑輪組提升同一重物時,若忽略繩重及摩擦,它們的機械效率 (填“相同”或“不相同”),理由是: ．
四、綜合題（本大題共1小題）
16．圖甲為玩具“跳跳桿”及組成部件（相關信息見下表）．桿內的彈簧可以自由伸縮，人站上踏板后彈簧受拉伸長，隨后收縮將人向上彈起，帶動跳跳桿一起向上運動．由于重力作用，人和跳跳桿在到達最高處后會下落，桿著地后，人繼續往下運動拉長彈簧，接著彈簧又收縮將人向上彈起，……所以人就和桿一起連續跳．
（1）人站在踏板彈簧向下伸長的過程中，下列說法正確的是 ．
A．人的重力勢能減小 B．彈簧的彈性勢能增大 C．人的機械能守恒
（2）玩跳跳桿需要保持身體的平衡和動作的協調，這主要是 （選填“大腦”、“小腦”或“腦干”）的功能．
（3）如圖乙，質量為60kg、雙腳面積為0.04m2的同學在玩跳跳桿，當彈簧的長度為56cm時，踏板與他的雙腳完全接觸，此時彈簧的彈力通過踏板對腳的壓強是多少（踏板的重力忽略不計，彈簧的長度與所受拉力關系如圖丙）？ ．
（4）上題中的同學在水平地面上連續跳了20次，桿每次上升的高度平均為0.2m，則彈簧克服桿本身重力做功 J（假設桿始終豎直），從能量利用角度分析，跳跳桿本身的重量應該 ．
五、計算題（本大題共2小題）
17．如圖所示，工人師傅用150N的拉力，以0.2m/s的速度勻速提升重為 200N的物體。（不計繩重及摩擦）求：
（1）求工人師傅拉力的功率；
（2）求動滑輪的重；
（3）若物重增大到 400 N，則滑輪組的機械效率是多少？
18．如圖1所示，某打撈船打撈水中重物，A是重為600N的動滑輪，B是定滑輪，C是卷揚機，卷楊機拉動鋼絲繩通過滑輪組AB豎直提升水中的重物。如圖2所示，體積為0.3m3的重物浸沒在水中，此時鋼絲繩拉力F的大小1000N。摩擦、鋼絲繩重、重物表面沾水的質量及水對重物的阻力均忽略不計，ρ水＝1.0×103kg/m3，g＝10N/kg。求：
（1）當重物底部位于水面下5m深處時，水對重物底部的壓強是多少Pa？
（2）物體浸沒在水中時受到的浮力為多少？
（3）物體的密度多大？
（4）重物全部露出水面后再勻速上升了1m，此過程中滑輪組的機械效率是多少？
參考答案
1．【答案】0.5；50%；減小；增大
【詳解】由圖可知，彈簧測力計的分度值是0.1 N，所以示數是0.5 N；在實驗過程中，通過已知條件可知有用功：W有＝Gh＝1 N×0.1 m＝0.1 J，總功：W總＝Fs＝0.5 N×0.4 m＝0.2 J，所以杠桿的機械效率：η＝×100%＝×100%＝50%；用杠桿提升鉤碼時，對鉤碼做的功為有用功，克服杠桿重力做的功為額外功，并且W有＋W額＝W總；設杠桿重心升高的距離為h杠，則有Gh＋G杠h杠＝Fs，將鉤碼的懸掛點從A移到B，G不變，h不變，G杠不變，杠桿重心升高的高度變小，克服杠桿重力所做的額外功變小，所以額外功與有用功的比值減小；因為Gh＋G杠h杠變小，所以Fs也變小，根據：η＝＝×100%可知，機械效率增大。
2．【答案】1000；80%；1250；250
【分析】
【詳解】
[1]所做的有用功為
W有＝Gh＝5000N×1m＝5000J
若斜面光滑，則沒有額外功，即推力做的功
W總＝W有＝5000J
推力的大小
F＝＝1000N
[2]如果斜面不光滑，推力為1250N，則推力的功為
W總′＝Fs＝1250N×5m＝6250J
斜面的機械效率
η＝＝80%
[3]額外功
W額＝W總′﹣W有＝6250J﹣5000J＝1250J
[4]根據W額＝fs可得摩擦力的大小
f＝＝250N
3．【答案】80%；大于
【詳解】
[1]杠桿的機械效率
[2]若將鉤碼移動到Q點，且仍勻速提升h的高度，則有用功不變，當不計轉軸摩擦時，克服杠桿重力做功為額外功，由于杠桿重心移動的距離變小，額外功減小，由
知，當有用功不變，額外功減小時，機械效率變大，所以η′大于η。
4．【答案】1.2×104；40；大
【詳解】起重機對貨物做的有用功W有＝Gh＝3 000 N×4 m＝1.2×104 J；電動機所做的總功W總＝Pt＝3 000 W×10 s＝3×104 J；起重機的機械效率η＝×100%＝×100%＝40%；提升同一物體時，減小動滑輪的重力，則所做的有用功相同，額外功減小，總功減小，由η＝×100%可知，滑輪組的機械效率變大。
5．【答案】； ； ；
【詳解】
(1)由圖知，通過動滑輪繩子的段數n＝2，不計繩重及摩擦，所以拉力為：F＝(G+G動)＝×(270N+30N)＝150N；(2)繩子拉下的長度為：s＝2h＝2×1m＝2m，拉力做的功為：W＝Fs＝150N×2m＝300J；(3)機械效率：η＝＝90%
6．【答案】B
【詳解】
由圖甲可知，動力臂是阻力臂的二倍，所以省力，而乙杠桿是等臂杠桿，不省力；當甲杠桿提升物體時，會提升杠桿，即對杠桿做額外功，機械效率低；乙杠桿支點在中間，杠桿兩側等重，即不需要對杠桿做額外功，不計摩擦時，機械效率100%，所以乙杠桿的機械效率更大，故B符合題意，ACD不符合題意。
故選B。
7．【答案】B
【分析】
【詳解】
A．拉力做的總功
W總=Fs=5N×2m=10J
故A不符合題意；
BD．有用功
W有=Gh=20N×0.4m=8J
斜面的機械效率
故B符合題意，D不符合題意；
C．物體克服摩擦力做的額外功
W額=W總-W有=10J-8J=2J
物體與斜面間的摩擦力
故C不符合題意。
故選B。
8．【答案】A
【詳解】
AB．甲、乙兩滑輪組所提的重物相同、上升的高度相同，根據可知兩滑輪組所做的有用功相同，則
故A正確，B錯誤；
C．由圖可知滑輪組繩子的有效股數，，動滑輪的個數和重力以及物體的重力相同，根據可知，兩滑輪組繩子自由端的拉力不相等，故C錯誤；
D．不計繩重和摩擦時，滑輪組的額外功是由克服動滑輪重力所做的功，根據可知，動滑輪重和上升高度相同時，兩者的額外功相等，即
由于
則兩滑輪組的總功相同，即
有用功相同，總功相同，根據可知，兩滑輪組的機械效率相等；故D錯誤。
故選A。
9．【答案】D
【詳解】
A．由圖可知，甲滑輪是定滑輪，繩重和摩擦不計，使用該滑輪不省力，所以拉力等于物體的重力，為100N；乙滑輪是動滑輪，繩重和摩擦不計，使用該滑輪可以省一半的力，即拉力等于物體和滑輪總重力的一半，則
所以
F甲＞F乙
故A錯誤；
BCD．把同樣一袋沙提升相同的高度，由W有=Gh可知有用功是相同的，繩重和摩擦不計，甲做的總功等于有用功，乙做的總功等于有用功和克服動滑輪的重力做功之和，乙做的總功較多，由可知，有用功相同時，總功越大的，機械效率越小，所以
η甲＞η乙
故BC錯誤，D正確。
故選D。
10．【答案】C
【分析】
【詳解】
A．沒有說是否忽略摩擦，所以無法計算動滑輪自重，故A錯誤；
B．有兩股繩，物體上升距離
物體上升的速度為
故B錯誤；
C．有用功
W有=Gh=2N×0.3m=0.6J
總功
W總=Fs=1.2N×0.6m=0.72J
額外功
W額= W總- W有=0.72J-0.6J=0.12J
故C正確；
D．該滑輪組的機械效率為
故D錯誤。
故選C。
11．【答案】D
【詳解】
A．標準大氣壓強為1.013×103Pa，故A不符合題意；
B．成人標準體重約為60kg，故B不符合題意；
C．通過滑輪組做功，不可避免要做額外功，則它的機械效率不會達到100%，故C不符合題意；
D．20攝氏度是人體最適宜的環境溫度，故D符合題意。
故選D。
12．【答案】D
【詳解】
AB．由圖可知，3段繩子提升動滑輪，重物上升1米，繩子移動3米，拉力所做的總功為
拉力功率為
故AB錯誤；
C．物重300N，繩子拉力125N，3段繩子提升動滑輪，則
動滑輪的重力為
故C錯誤；
D．此過程滑輪組的機械效率為
故D正確。
故選D。
13．【答案】B
【詳解】
分析：已知物體的重力和升高的高度，根據公式可求有用功；已知物體上升的高度和動滑輪上繩子的段數以及拉力的大小，根據公式可求拉力做的總功；有用功與總功的比值就是滑輪組的機械效率．
解答：有用功；故B正確；拉力做的總功為
故D錯誤；，故C錯誤；動滑輪的機械效率故A錯誤．
故選B．
14．【答案】；平行；勻速直線；6；省；費；不能；1、2；高；斜面傾斜角度；1、3；無關
【分析】
【詳解】
（1）[1][2]測拉力時要用彈簧測力計平行于斜面拉著木塊做勻速直線運動，并讀出彈簧測力計的示數。
（2）[3]當斜面傾斜角為30度時，彈簧測力計的示數如圖所示，分度值為0.2N，則此時拉力F=6N。
（3）[4][5][6]由數據分析可知，使用斜面時，拉力小于重力，拉力移動的距離大于物體上升的高度，使用斜面費距離，三次實驗的有用功和總功
W有1=G1h1=10N×0.1m=1J
W總1=F1s1=3.6N×0.4m=1.44J
W有2=G2h2=10N×0.2m=2J
W總2=F2s2=6N×0.4m=2.4J
W有3=G3h3=20N×0.1m=2J
W總3=F3s3=7.2N×0.4m=2.88J
總功大于有用功，即使用斜面可以省力，但不可以省功。
（4）[7][8]三次實驗的機械效率
由實驗1和2可知，其他條件相同時，斜面傾斜角度越大，斜面的機械效率越高。
（5）[9]探究斜面的機械效率與物重的關系，保持斜面的傾斜角度相同，只改變物重，探究斜面的機械效率與物重的關系。
[10][11]比較1和3數據，對于同一斜面，物體的重力不同，斜面的機械效率相同，機械效率與所拉物體的重力無關。
15．【答案】； 3； 0.3； 83.3%； 鉤碼上升的高度； 改變力的方向； 相同； 若將物體提升相同的高度所做的有用功和額外功都相同
【詳解】
（1）前三次實驗中，1、2兩次實驗繩端移動距離都是物體上升高度的3倍，可知此滑輪組由3段繩子承擔物重，而第三次繩端移動距離與鉤碼上升高度的關系錯誤，所以應當剔除．
（2）第四次實驗的鉤碼重G＝3N，鉤碼上升高度h＝10cm＝0.1m．所以有用功為：W有用＝Gh＝3N×0.1m＝0.3J；測力計示數即拉力為F＝1.2N，繩端移動距離為s＝30cm＝0.3m
所以總功為：W總＝Fs＝1.2N×0.3m＝0.36J；所以機械效率為：η＝≈83.3%．
（3）由表格中數據可以看出，在4次實驗中鉤碼上升的高度不斷發生變化，所以是探究滑輪組機械效率與鉤碼上升的高度是否有關．（4）①小紅多使用一個滑輪，目的是為了改變力的方向；②在忽略繩重及摩擦的前提下，滑輪組的機械效率與提升物體的重力和動滑輪的重力有關，因此當兩位同學使用各自的滑輪組提升同一重物時，機械效率是相同的．
16．【答案】（1）A B；（2）小腦；（3）當彈簧長度56 cmm時，彈簧的彈力F=800N，受力面積S=0.004m2×2＝0.008 m2，P＝F/S="800N" /0.008 m2=1×105Pa；（4）100；小一點（或輕一點）
【詳解】試題分析：（1）人站在踏板彈簧向下伸長的過程中，人的高度下降，人的重力勢能與高度有關，高度越低重力勢能越小，所以人的重力勢能減小，A正確；彈簧的長度增加，彈簧的彈性勢能與彈簧的伸長量有關，彈簧伸長的越長，彈簧的彈性勢能越大，所以彈簧的彈性勢能增大，B正確；由A可得人的重力勢能減小，而人的動能不變，所以人的機械能減小，C錯誤．故答案選AB．（2）人身體的平衡和動作的協調，主要是小腦來調節的．（3）由丙圖可以看出當彈簧的長度為56cm時，彈簧的彈力通過踏板對腳的壓力為800N；單個踏板面積為0.004m2，所以受力面積為0.004m2×2=0.008m2，所以彈簧的彈力通過踏板對腳的壓強是P＝F/S="800N" /0.008 m2=1×105Pa；（4）桿的重力G=mg=2.5kg×10N/kg=25N；彈簧克服桿本身重力做功W=Gh=25N×20×0.2m=100J；從能量利用角度分析，跳桿的重力越小，彈簧克服桿本身重力做功就越少，彈簧對人做功就越多，所以跳跳桿本身的重量應該小一些．
17．【答案】（1）90W；（2）250N；（3）
【詳解】
解：（1）如圖，滑輪組有三股繩承擔物重，繩子自由端移動的速度是物體移動速度的3倍，繩子自由端移動的速度
工人師傅拉力的功率
（2）動滑輪的機械效率
解得
（3）若物重增大到 400 N，則滑輪組的機械效率
（1）求工人師傅拉力的功率90W；
（2）求動滑輪的重250N；
（3）若物重增大到 400 N，則滑輪組的機械效率是。
18．【答案】（1）（2）（3）（4）
【詳解】
解：（1）由圖乙可知，此滑輪組承重繩股數為，動滑輪重為，鋼絲繩拉力，物體的體積，重物底部位于水面下深處時,根據液體壓強公式
（2）物體浸沒在水中時，，根據阿基米德原理
（3）根據滑輪組承重繩股數和動滑輪重物重以及自由端拉力的關系
由此可得物重
由上式可得物體質量為
再根據密度公式
（4）物體全部露出水面后，，
答：（1）當重物底部位于水面下5m深處時，水對重物底部的壓強是。
（2）物體浸沒在水中時受到的浮力為。
（3）物體的密度。
（4）重物全部露出水面后再勻速上升了1m，此過程中滑輪組的機械效率是。
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