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2023-2024学年人教版八年级物理下册同步训练培优卷：12.3 机械效率
一、选择题
1．（2023九上·罗平月考）如图所示为小艳家新买的一辆小汽车。周末，爸爸开车带着小艳出去游玩，途中，这辆汽车再1h的时间内，在水平路面上匀速行驶了72km，消耗汽油6kg。若已知该汽车发动机的功率（即牵引力的功率）为23kW，汽车（包括车上的人和物品）质量为1.5t，汽油的热值为4.6×107J/kg，g＝10N/kg。则关于上述lh的行驶过程，下列分析正确的是（　　）
A．该汽车对路面的压力大于1.5×104 N
B．该汽车克服阻力做的功是2.3×104 J
C．该汽车的牵引力是1.15×104N
D．该汽车发动机的效率是30%
【答案】D
【知识点】二力平衡的条件及其应用；机械效率的计算；功的计算及应用
【解析】【解答】A.根据题意可知，汽车的总重力G总=m总g=1.5×103kg×10N/kg=1.5×104N。汽车呈流线型，当汽车行驶时，车上方空气流速大，压强小，下方空气流速小，压强大，产生一个向上的压强差，因此会有一个向上的升力产生，从而使汽车对地面的压力小于车自身的重力，故A错误；
B.该汽车克服阻力做的功等于牵引力做的功：W=Pt=23×103W×1×3600s=8.28×107J，故B错误；
C.该汽车的牵引力为：，故C错误；
D.汽油完全燃烧放出的热量为：Q=mq=6kg×4.6×107J/kg=2.76×108J，
该汽车发动机的效率，故D正确。
故选D。
【分析】A.首先根据流体压强和流速的关系分析汽车行驶时受到大气压力的方向，再根据平衡力的知识分析汽车对地面压力大小的变化；
B.在水平方向上牵引力与阻力是一对平衡力，克服阻力做的功等于牵引力做的功。要利用公式W=Pt进行计算。
C.根据公式计算汽车受到的牵引力；
D.首先根据Q=qm计算汽油燃烧放出的热量，再根据计算汽车发动机的热效率。
2．（2023·西安模拟）如图1所示是我国古代科学技术著作《天工开物》记载的水碓图。水流冲击水轮转动，水轮上离支架比较近的板通过碓尾把碓头的石杵举起、落下，不断舂米，如图2所示。水轮一小时可提升质量为2880kg的水升高3.5m，每分钟水对水轮做功为2400J，g取10N/kg，忽略摩擦力，下列说法正确的是（　　）
A．水流冲击水轮的功率为2487W
B．水轮能连续转动是受到惯性的作用
C．水轮旋转一小时提升水的机械效率为70%
D．若考虑木杆的自重，将B向左移动时，杠杆的机械效率不变
【答案】C
【知识点】功率的计算；惯性及其现象；杠杆的机械效率
【解析】【解答】A.由 每分钟水对水轮做功为2400J，可得 水流冲击水轮的功率为 ：，故A错误 ；
B.水轮能连续转动是因为水流不断冲击水轮做功，惯性是物体的性质，不是作用力，故B错误；
C.水轮旋转一小时提升水做的有用功为：
W有 = Gh = mgh = 2880kg x 10N/kgx 3.5m =1.008 x105J；
水轮机一小时做的总功为：W总= 2400Jx 60 = 1.44x105J；
机械效率为：
，故C正确；
D.若考虑木杆的自重，将B向左移动时，额外功不变，有用功变多，有用功与总功的比值变大，杠杆的机械效率变大，故D错误。
故选项为C。
【分析】(1)根据功率公式计算水轮机的功率。
(2)由于有阻力存在，物体由于惯性不能长时间连续转动，所以水轮能连续转动是因为水不断对它做功。
(3)根据效率公式计算。
(4)分析有用功和额外功总功的变化，通过分析有用功占总功的比值得出结论。
3．（2023·张店模拟）如图所示，用F1的力直接将物体A匀速提升h，做功300J；若借助长5m的斜面用F2＝100N的力在3s内把A匀速提升到相同高度，下列说法正确的是（　　）
A．借助斜面做的有用功为500J
B．物体克服斜面摩擦力做的额外功是300J
C．物体A受到斜面的摩擦力是100N
D．斜面的机械效率是60%
【答案】D
【知识点】机械效率的计算；功的计算及应用
【解析】【解答】A.借助斜面做的有用功等于克服物体重力直接做的功，即W有用=300J，故A错误；
B.拉力F2所做的总功：W总=Fs=100N×5m=500J，
物体克服斜面摩擦力做的额外功：W额=W总-W有用=500J-300J=200J，故B错误；
C.物体A受到斜面的摩擦力：，故C错误；
D.斜面的机械效率：，故D正确。
故选D。
【分析】A.斜面克服物体重力做有用功；
B.首先根据W总=Fs计算斜面做的总功，再根据W额=W总-W有用计算斜面做的额外功；
C.根据计算斜面的摩擦力；
D.根据计算斜面的机械效率。
4．（2023·包头）在小区改造工程中，工人师傅用滑轮组提升建筑材料，如图所示。滑轮组挂在固定的钢架上，每个滑轮重为150N。绳子自由端受到的拉力F为500N，材料在30s内匀速上升了3m，不计绳重和摩擦，下列说法正确的是（　　）
A．绳子自由端的速度为0.1m/s B．拉力F的功率为50W
C．滑轮组的机械效率为90% D．钢架受到的拉力为1500N
【答案】C
【知识点】功率的计算；机械效率的计算；滑轮组绳子拉力的计算
【解析】【解答】A.根据图可知，承担重力的绳子段数n=3，则自由端移动的距离s=nh=3×3m=9m；
则自由端绳子的速度为：，故A错误；
B.拉力F的功率P=Fv=500N×0.3m/s=150W，故B错误；
C.根据得到：；
解得：G=1350N；
则滑轮组的机械效率：，
故C正确；
D.根据图片可知，定滑轮受到钢架向上的拉力F拉，受到向下绳子的拉力F共2个，根据平衡力的知识得到：F拉=2F=500N×2=1000N。钢架受到的拉力与定滑轮受到的拉力为相互作用力，二者大小相等，即为1000N，故D错误。
故选C。
【分析】（1）根据s=nh计算绳子自由端移动的距离，再根据计算绳子自由端移动的速度；
（2）根据P=Fv计算拉力的功率；
（3）首先根据计算物体的重力，再根据公式计算滑轮组的机械效率；
（4）对定滑轮进行受力分析，根据二力平衡的知识计算它对钢架的拉力。
5．（2023·包头模拟）如图所示，分别用拉力F、F2 将重为20N 的物体匀速提升相同高度，每个滑轮重均为5N，不计绳重及绳与滑轮间的摩擦。下列说法正确的是（　　）
A．拉力F 和F 的大小之比为2：1
B．拉力F 和F2做功的大小之比为4：5
C．物重增大10N，F 和 F 都增大10N
D．增大物重，两个滑轮组的机械效率保持不变
【答案】B
【知识点】滑轮组及其工作特点；滑轮（组）的机械效率；滑轮组绳子拉力的计算；功的计算及应用
【解析】【解答】A.根据图片可知，左侧装置由两个定滑轮组成，不省力不费力，所以拉力F1=G=20N，
右侧装置由一个定滑轮和动滑轮组成，此时承担动滑轮绳子的股数n=2，所以绳子自由端的拉力：F2=（G+G动）=×（20N+5N）=12.5N，
则拉力F1和F2的大小之比：，故A错误；
B.由定滑轮的特点可知，左侧装置绳子自由端移动的距离s1=h，
右侧装置绳子自由端移动的距离：s2=nh=2h，
由W=Fs可知，拉力F1和F2做功的大小之比：，故B正确；
C.物重增大10N时，左侧装置绳子自由端的拉力：F1'=G'=20N+10N=30N，
左侧装置绳子自由端的拉力：F1'=（G'+G动）=×（20N+10N+5N）=17.5N，
则左侧装置绳子自由端拉力的增加量：ΔF1=F1'-F1=30N-20N=10N，
右侧装置绳子自由端拉力的增加量：ΔF2=F2'-F2=17.5N-12.5N=5N，故C错误；
D.因为不计绳重及绳与滑轮间的摩擦，所以左侧装置拉力做的功等于克服物体重力做的功，因此左侧装置的机械效率为100%，增加物重后，机械效率仍然是100%。
右侧装置，由不计绳重及绳与滑轮间的摩擦时，根据机械效率可知，物体的重力增加，机械效率也增加，故D错误。
故选B。
【分析】 A.根据图片确定承担重力的绳子段数n，根据：F=（G+G动）计算绳子自由端的拉力；
B.根据s=nh计算绳子自由端移动的距离，再根据W=Fs计算出做功之比；
C.根据F=（G+G动）分别计算出各自的拉力，然后与原来相减即可；
D.根据比较计算效率的大小。
6．（2023·达州）搬运工人为了将笨重的物体装进汽车车厢，常使用如图所示的装置把物体从斜面底端匀速推上顶端，已知斜面长5m，高2m，物体重1000N，沿斜面向上的推力为500N，则下列判定不正确的是（　　）
A．物体在斜面上运动的过程中受3个力的作用，合力为0
B．推力所做的功是2500J
C．斜面的机械效率为80%
D．物体受到斜面的摩擦力为100N
【答案】A
【知识点】机械效率的计算；功的计算及应用
【解析】【解答】物体在斜面上做匀速直线运动，它受到平衡力，即合力为0。它受到沿斜面向上的拉力，向下的摩擦力，斜面对它的支持力和自身的重力，故A错误符合题意；
推力做的总功：W总=Fs=500N×5m=2500J，故B正确不合题意；
推力做的有用功W有=Gh=1000N×2m=2000J；
斜面的机械效率：，
故C正确不合题意；
克服摩擦做的额外功W额=W总-W有=2500J-2000J=500J；
则摩擦力为：，
故D正确不合题意。
故选A。
【分析】（1）对物体进行受力分析，确定受力的个数，根据物体的运动状态确定合力的数值。
（2）根据W总=Fs计算推力做的总功；
（3）根据W有=Gh计算推力做的有用功，再根据计算斜面的机械效率；
（4）首先根据W额=W总-W有计算克服摩擦做的额外功，然后根据计算摩擦力。
7．（2021八下·昂昂溪期末）下列关于功、功率和机械效率的说法中正确的是（　　）
A．物体对外做功越多，功率就越大
B．物体做功时功率越大，机械效率越高
C．有力作用在物体上，力—定对物体做功
D．在做功过程中有用功占得比例越大机械效率越高
【答案】D
【知识点】功率的概念；机械效率；功
【解析】【解答】A.功率的大小考虑做功多少和时间长短，做功多，不一定功率大，故A错误。
B.做功的功率是做功的快慢，机械效率是有用功占总功的比例，二者无关，故B错误。
C. 有力作用在物体上，在这个力的方向上移动距离，该力才对物体做功，故C错误。
D.在做功过程中，机械效率是有用功占总功的比例，有用功占的比例越大，机械效率越高，故D正确。
故答案为：D
【分析】有力作用在物体上，在这个力的方向上移动距离，该力才对物体做功；功率指做功的快慢，受做功多少和所需时间长短有关；机械效率是有用功占总功的比例。
8．（2021八下·荆门期末）如图甲所示，虛线框内是由两个相同的滑轮装配成的滑轮组。利用该滑轮组提升质量为27kg的物体所用的拉力为100N，物体和绳子自由端的运动情况如图乙所示，不计绳重和摩擦。（　　）
A．拉力的功率为50W
B．滑轮组中动滑轮重10N
C．该滑轮组的机械效率为90%
D．绳子自由端移动的速度为0.5 m/s
【答案】C
【知识点】滑轮（组）的机械效率
【解析】【解答】由图乙可知，在t=4s内，物体上升高度h=2m，绳子自由端移动距离s=6m，则滑轮组承担物重的绳子股数；
拉力F=100N，则4s内拉力做的功为W=Fs=100N×6m=600J，功率为，故选项A错误；
物体质量为27kg，物重为，不计绳重和摩擦，拉力，则，故选项B错误；
滑轮组的机械效率，故选项C正确；
绳子自由端移动的速度，故选项D错误。
【分析】由图乙判断出承担物重的绳子股数n；
（1）已知拉力和绳端移动的距离，根据功的计算公式求出拉力做的功，再根据功率的计算公式求出拉力的功率；
（2）先求出物重，再根据求出动滑轮重；
（3）根据机械效率公式求出滑轮组的机械效率；
（4）由绳子自由端移动的距离和时间，根据速度计算公式求出绳子自由端移动的速度。
二、填空题
9．（2023九上·天河期中）如图所示，工人师傅利用斜面将货物装上汽车，已知货物重为2000N，师傅用沿斜面向上1000N的推力将货物从斜面底端匀速推至斜面顶端，斜面长4m、高1.5m，则推力对货物做的功为　 　J，物体与斜面间的摩擦力是　 　N，斜面的机械效率是　 　。
【答案】4000；250；75%
【知识点】机械效率的计算；功的计算及应用
【解析】【解答】根据题意可知，推力做的总功W总=Fs=1000N×4m=4000J；
推力做的有用功为：W有=Gh=2000N×1.5m=3000J；
则克服摩擦做的额外功为：W额=W总-W有=4000J-3000J=1000J；
物体受到的摩擦力：；
斜面的机械效率为：。
【分析】根据W总=Fs计算推力做的总功，根据W有=Gh计算推力做的有用功，根据W额=W总-W有计算克服摩擦做的额外功，根据计算物体受到的摩擦力，根据计算斜面的机械效率。
10．（2023九上·吴江月考）如图所示，一根均匀的细木棒OC，OC=4OA，B为OC的中点。在C点施力将挂在A点的重为180N的物体匀速提升0.2m，木棒的机械效率为90%，不计摩擦，提升该物体做的有用功是　 　J，总功　 　J，木棒重为　 　N。
【答案】36；40；10
【知识点】机械效率的计算；功的计算及应用
【解析】【解答】杠杆做的有用功为：W有=Gh=180N×0.2m=36J；
滑轮组做的总功：；
滑轮组做的额外功：W额=W总-W有=40J-36J=4J；
根据图片可知，OB是OA的2倍，则杠杆重心上升高度是物体上升高度的2倍，
即h'=2h=2×0.2m=0.4m；
则木棒的重力为：。
【分析】根据W有=Gh计算杠杆做的有用功，根据计算杠杆做的总功，根据W额=W总-W有计算克服杠杆重力做的额外功，最后根据计算木棒的重力。
11．（2023八下·临潼期末） 如图所示，工人师傅用平行于斜面的推拉力，将质量为的物体从斜面底端匀速拉上斜面，物体移动的距离为，上升的高度为，在此过程斜面的机械效率是，则在斜面上匀速运动过程中推力做的功为　 　，物体所受摩擦力为　 　。若斜面倾斜程度不变，只将斜面长度改为，仍以同样的方式将此木箱匀速推到斜面顶端，此时斜面的机械效率将　 　 。选填“增大”“不变”或“减小”
【答案】3000；60；不变
【知识点】机械效率的计算；功的计算及应用
【解析】【解答】（1）工人师傅做的有用功为：W有=Gh=80kg×10N/kg×3m=2400J，
在斜面上匀速运动过程中推做的功为：；
摩擦力所做的功为额外功，额外功为：W额=W总-W有=3000J-2400J=600J，
则摩擦力为：；
（2）斜面的机械效率与斜面的倾斜角度有关，若斜面倾斜程度不变，以同样的方式将此木箱匀速拉到斜面顶端，此时斜面的机械效率不变。
【分析】（1）根据W有=Gh计算对物体做的有用功，根据计算推力做的总功，根据W额=W总-W有计算克服摩擦做的额外功，最后根据计算物体受到的摩擦力；
（2）根据影响斜面机械效率的因素分析。
12．（2023八下·青秀期末）小明用如图甲所示的装置将物体匀速提升，绳子与相连和绳子能承受的最大拉力分别为和，动滑轮重力为，小明施加的拉力随时间变化关系图象如图乙所示，上升的速度随时间变化关系图象如图丙所示。若不计绳重和摩擦，内拉力的功率为　 　；若在绳子不断裂的情况下，此装置的机械效率的最大值为　 　。
【答案】40；80%
【知识点】功率的计算；滑轮组及其工作特点；滑轮（组）的机械效率；滑轮组绳子拉力的计算
【解析】【解答】1~2s内物体A上升的速度为2m/s，由图甲可知拉力的速度为，1~2s内拉力为10N，所以拉力功率为；
重物越大，机械效率越大，当绳子B拉力为100N时，机械效率最大，此时绳子自由端拉力为，所以绳子C的拉力为50N时机械效率最大。，所以机械效率最大时重物重力为，最大机械效率为
【分析】由图甲丙求出拉力移动的速度，由P=Fv求出拉力的功率；根据绳子能承受的最大拉力，先确定是绳子B还是绳子C最先达到最大值，以最先达到最大值的拉力求出提升的重物A的重力，最后由计算机械效率。
三、实验探究题
13．（2023九上·清新期中）某兴趣小组对滑轮和杠杆的机械效率进行了实验探究。
（1）如图分别用甲、乙两相同滑轮把同一桶沙从一楼地面提到二楼地面，滑轮重力小于沙和桶的总重力。甲图中施加的拉力为F1，做的总功为W1，机械效率为η1； 乙图中施加的拉力为F2，所做的总功为W2，机械效率为η2，若不计摩擦和绳重，则：F1　 　F2（选填“>”“<”或“=”），W1　 　W2（选填“>”“<”或“=”），η1　 　η2（选填“>”“<”或“=”）。
（2）如图丙所示，用竖直向上的力匀速拉动质量分布均匀的杠杆，杠杆转动过程中，拉力F的大小将　 　（选填“变大”“变小”或“不变”）。现用竖直向上的拉力将重为36N的物体缓慢升高10cm，拉力大小F为16N，拉力移动的距离为25cm，此时杠杆的机械效率为　 　。若将重物的悬挂点由A点（为第1次）向右移至B点（为第2次），将重物提升相同的高度，两次有用功　 　（选填“相等”或“不等”） 。
【答案】（1）>；<；>
（2）不变；90%；相等
【知识点】滑轮（组）的机械效率；杠杆的机械效率
【解析】【解答】（1）用相同滑轮把同一桶沙从一楼地面提到二楼地面，图甲使用的是定滑轮不省力，图乙使用的是动滑轮可以省力，所以F1>F2；
用相同滑轮把同一桶沙从一楼地面提到二楼地面，克服沙子重力做的有用功相同，甲图中的额外功为克服桶的重力做功，乙图中额外功为克服桶和动滑轮的重力做功，所以甲图中的总功小于乙图中的总功，故 W1η2；
（2） 如图丙所示，用竖直向上的力匀速拉动质量分布均匀的杠杆，杠杆转动过程中， 物体的重力不变，动力臂与阻力臂的比值不变，根据杠杆平衡条件可知，拉力大小不变；
有用功为：，总功为：，机械效率为：；
若将重物的悬挂点由A点（为第1次）向右移至B点（为第2次），将重物提升相同的高度，根据W=GH可知两次有用功相等。
【分析】（1）使用定滑轮不省力，但可以改变力的方向；使用动滑轮可以省力，但不能改变力的方向，且费距离；
有用功相同时，额外功越小，机械效率越高；
（2）根据杠杆平衡条件分析；
根据计算有用功，根据计算总功，根据计算机械效率。
四、计算题
14．（2024九上·北海期末）汽车总质量为，车轮与地面的总接触面积为，当汽车以的速度在平直路面上匀速行驶时，汽车发动机牵引力为，效率为，汽油的热值为 假设汽油完全燃烧，取 求：
（1）汽车静止时对路面的压强．
（2）汽车以的速度匀速行驶时，牵引力的功率．
（3）若汽车按这种方式行驶，某次全程往返，牵引力做的功是多少？至少要加多少质量的汽油？
【答案】（1）解：汽车静止时对地面的压力：，
汽车静止时对地面的压强：；答：汽车静止时对地面的压强；
（2）解：；
答：汽车以的速度匀速行驶时，牵引力的功率2.5×104W
（3）解：，
由可得，汽油放出的热量：
，
由可得，需要汽油的质量：
．
答：若汽车按这种方式行驶，某次全程往返，牵引力做的功是，至少要加的汽油．
【知识点】燃料的热值；压强的大小及其计算；机械效率的计算；功的计算及应用
【解析】【分析】（1）汽车静止时对地面的压力等于自身重力，即F=G=mg，再根据 计算汽车静止时对地面的压强；
（2）根据P=F牵引v计算汽车牵引力的功率；
（3）首先根据 计算牵引力做的功，再根据 计算汽油放出的热量，最后根据 计算需要汽油的质量。
1 / 12023-2024学年人教版八年级物理下册同步训练培优卷：12.3 机械效率
一、选择题
1．（2023九上·罗平月考）如图所示为小艳家新买的一辆小汽车。周末，爸爸开车带着小艳出去游玩，途中，这辆汽车再1h的时间内，在水平路面上匀速行驶了72km，消耗汽油6kg。若已知该汽车发动机的功率（即牵引力的功率）为23kW，汽车（包括车上的人和物品）质量为1.5t，汽油的热值为4.6×107J/kg，g＝10N/kg。则关于上述lh的行驶过程，下列分析正确的是（　　）
A．该汽车对路面的压力大于1.5×104 N
B．该汽车克服阻力做的功是2.3×104 J
C．该汽车的牵引力是1.15×104N
D．该汽车发动机的效率是30%
2．（2023·西安模拟）如图1所示是我国古代科学技术著作《天工开物》记载的水碓图。水流冲击水轮转动，水轮上离支架比较近的板通过碓尾把碓头的石杵举起、落下，不断舂米，如图2所示。水轮一小时可提升质量为2880kg的水升高3.5m，每分钟水对水轮做功为2400J，g取10N/kg，忽略摩擦力，下列说法正确的是（　　）
A．水流冲击水轮的功率为2487W
B．水轮能连续转动是受到惯性的作用
C．水轮旋转一小时提升水的机械效率为70%
D．若考虑木杆的自重，将B向左移动时，杠杆的机械效率不变
3．（2023·张店模拟）如图所示，用F1的力直接将物体A匀速提升h，做功300J；若借助长5m的斜面用F2＝100N的力在3s内把A匀速提升到相同高度，下列说法正确的是（　　）
A．借助斜面做的有用功为500J
B．物体克服斜面摩擦力做的额外功是300J
C．物体A受到斜面的摩擦力是100N
D．斜面的机械效率是60%
4．（2023·包头）在小区改造工程中，工人师傅用滑轮组提升建筑材料，如图所示。滑轮组挂在固定的钢架上，每个滑轮重为150N。绳子自由端受到的拉力F为500N，材料在30s内匀速上升了3m，不计绳重和摩擦，下列说法正确的是（　　）
A．绳子自由端的速度为0.1m/s B．拉力F的功率为50W
C．滑轮组的机械效率为90% D．钢架受到的拉力为1500N
5．（2023·包头模拟）如图所示，分别用拉力F、F2 将重为20N 的物体匀速提升相同高度，每个滑轮重均为5N，不计绳重及绳与滑轮间的摩擦。下列说法正确的是（　　）
A．拉力F 和F 的大小之比为2：1
B．拉力F 和F2做功的大小之比为4：5
C．物重增大10N，F 和 F 都增大10N
D．增大物重，两个滑轮组的机械效率保持不变
6．（2023·达州）搬运工人为了将笨重的物体装进汽车车厢，常使用如图所示的装置把物体从斜面底端匀速推上顶端，已知斜面长5m，高2m，物体重1000N，沿斜面向上的推力为500N，则下列判定不正确的是（　　）
A．物体在斜面上运动的过程中受3个力的作用，合力为0
B．推力所做的功是2500J
C．斜面的机械效率为80%
D．物体受到斜面的摩擦力为100N
7．（2021八下·昂昂溪期末）下列关于功、功率和机械效率的说法中正确的是（　　）
A．物体对外做功越多，功率就越大
B．物体做功时功率越大，机械效率越高
C．有力作用在物体上，力—定对物体做功
D．在做功过程中有用功占得比例越大机械效率越高
8．（2021八下·荆门期末）如图甲所示，虛线框内是由两个相同的滑轮装配成的滑轮组。利用该滑轮组提升质量为27kg的物体所用的拉力为100N，物体和绳子自由端的运动情况如图乙所示，不计绳重和摩擦。（　　）
A．拉力的功率为50W
B．滑轮组中动滑轮重10N
C．该滑轮组的机械效率为90%
D．绳子自由端移动的速度为0.5 m/s
二、填空题
9．（2023九上·天河期中）如图所示，工人师傅利用斜面将货物装上汽车，已知货物重为2000N，师傅用沿斜面向上1000N的推力将货物从斜面底端匀速推至斜面顶端，斜面长4m、高1.5m，则推力对货物做的功为　 　J，物体与斜面间的摩擦力是　 　N，斜面的机械效率是　 　。
10．（2023九上·吴江月考）如图所示，一根均匀的细木棒OC，OC=4OA，B为OC的中点。在C点施力将挂在A点的重为180N的物体匀速提升0.2m，木棒的机械效率为90%，不计摩擦，提升该物体做的有用功是　 　J，总功　 　J，木棒重为　 　N。
11．（2023八下·临潼期末） 如图所示，工人师傅用平行于斜面的推拉力，将质量为的物体从斜面底端匀速拉上斜面，物体移动的距离为，上升的高度为，在此过程斜面的机械效率是，则在斜面上匀速运动过程中推力做的功为　 　，物体所受摩擦力为　 　。若斜面倾斜程度不变，只将斜面长度改为，仍以同样的方式将此木箱匀速推到斜面顶端，此时斜面的机械效率将　 　 。选填“增大”“不变”或“减小”
12．（2023八下·青秀期末）小明用如图甲所示的装置将物体匀速提升，绳子与相连和绳子能承受的最大拉力分别为和，动滑轮重力为，小明施加的拉力随时间变化关系图象如图乙所示，上升的速度随时间变化关系图象如图丙所示。若不计绳重和摩擦，内拉力的功率为　 　；若在绳子不断裂的情况下，此装置的机械效率的最大值为　 　。
三、实验探究题
13．（2023九上·清新期中）某兴趣小组对滑轮和杠杆的机械效率进行了实验探究。
（1）如图分别用甲、乙两相同滑轮把同一桶沙从一楼地面提到二楼地面，滑轮重力小于沙和桶的总重力。甲图中施加的拉力为F1，做的总功为W1，机械效率为η1； 乙图中施加的拉力为F2，所做的总功为W2，机械效率为η2，若不计摩擦和绳重，则：F1　 　F2（选填“>”“<”或“=”），W1　 　W2（选填“>”“<”或“=”），η1　 　η2（选填“>”“<”或“=”）。
（2）如图丙所示，用竖直向上的力匀速拉动质量分布均匀的杠杆，杠杆转动过程中，拉力F的大小将　 　（选填“变大”“变小”或“不变”）。现用竖直向上的拉力将重为36N的物体缓慢升高10cm，拉力大小F为16N，拉力移动的距离为25cm，此时杠杆的机械效率为　 　。若将重物的悬挂点由A点（为第1次）向右移至B点（为第2次），将重物提升相同的高度，两次有用功　 　（选填“相等”或“不等”） 。
四、计算题
14．（2024九上·北海期末）汽车总质量为，车轮与地面的总接触面积为，当汽车以的速度在平直路面上匀速行驶时，汽车发动机牵引力为，效率为，汽油的热值为 假设汽油完全燃烧，取 求：
（1）汽车静止时对路面的压强．
（2）汽车以的速度匀速行驶时，牵引力的功率．
（3）若汽车按这种方式行驶，某次全程往返，牵引力做的功是多少？至少要加多少质量的汽油？
答案解析部分
1．【答案】D
【知识点】二力平衡的条件及其应用；机械效率的计算；功的计算及应用
【解析】【解答】A.根据题意可知，汽车的总重力G总=m总g=1.5×103kg×10N/kg=1.5×104N。汽车呈流线型，当汽车行驶时，车上方空气流速大，压强小，下方空气流速小，压强大，产生一个向上的压强差，因此会有一个向上的升力产生，从而使汽车对地面的压力小于车自身的重力，故A错误；
B.该汽车克服阻力做的功等于牵引力做的功：W=Pt=23×103W×1×3600s=8.28×107J，故B错误；
C.该汽车的牵引力为：，故C错误；
D.汽油完全燃烧放出的热量为：Q=mq=6kg×4.6×107J/kg=2.76×108J，
该汽车发动机的效率，故D正确。
故选D。
【分析】A.首先根据流体压强和流速的关系分析汽车行驶时受到大气压力的方向，再根据平衡力的知识分析汽车对地面压力大小的变化；
B.在水平方向上牵引力与阻力是一对平衡力，克服阻力做的功等于牵引力做的功。要利用公式W=Pt进行计算。
C.根据公式计算汽车受到的牵引力；
D.首先根据Q=qm计算汽油燃烧放出的热量，再根据计算汽车发动机的热效率。
2．【答案】C
【知识点】功率的计算；惯性及其现象；杠杆的机械效率
【解析】【解答】A.由 每分钟水对水轮做功为2400J，可得 水流冲击水轮的功率为 ：，故A错误 ；
B.水轮能连续转动是因为水流不断冲击水轮做功，惯性是物体的性质，不是作用力，故B错误；
C.水轮旋转一小时提升水做的有用功为：
W有 = Gh = mgh = 2880kg x 10N/kgx 3.5m =1.008 x105J；
水轮机一小时做的总功为：W总= 2400Jx 60 = 1.44x105J；
机械效率为：
，故C正确；
D.若考虑木杆的自重，将B向左移动时，额外功不变，有用功变多，有用功与总功的比值变大，杠杆的机械效率变大，故D错误。
故选项为C。
【分析】(1)根据功率公式计算水轮机的功率。
(2)由于有阻力存在，物体由于惯性不能长时间连续转动，所以水轮能连续转动是因为水不断对它做功。
(3)根据效率公式计算。
(4)分析有用功和额外功总功的变化，通过分析有用功占总功的比值得出结论。
3．【答案】D
【知识点】机械效率的计算；功的计算及应用
【解析】【解答】A.借助斜面做的有用功等于克服物体重力直接做的功，即W有用=300J，故A错误；
B.拉力F2所做的总功：W总=Fs=100N×5m=500J，
物体克服斜面摩擦力做的额外功：W额=W总-W有用=500J-300J=200J，故B错误；
C.物体A受到斜面的摩擦力：，故C错误；
D.斜面的机械效率：，故D正确。
故选D。
【分析】A.斜面克服物体重力做有用功；
B.首先根据W总=Fs计算斜面做的总功，再根据W额=W总-W有用计算斜面做的额外功；
C.根据计算斜面的摩擦力；
D.根据计算斜面的机械效率。
4．【答案】C
【知识点】功率的计算；机械效率的计算；滑轮组绳子拉力的计算
【解析】【解答】A.根据图可知，承担重力的绳子段数n=3，则自由端移动的距离s=nh=3×3m=9m；
则自由端绳子的速度为：，故A错误；
B.拉力F的功率P=Fv=500N×0.3m/s=150W，故B错误；
C.根据得到：；
解得：G=1350N；
则滑轮组的机械效率：，
故C正确；
D.根据图片可知，定滑轮受到钢架向上的拉力F拉，受到向下绳子的拉力F共2个，根据平衡力的知识得到：F拉=2F=500N×2=1000N。钢架受到的拉力与定滑轮受到的拉力为相互作用力，二者大小相等，即为1000N，故D错误。
故选C。
【分析】（1）根据s=nh计算绳子自由端移动的距离，再根据计算绳子自由端移动的速度；
（2）根据P=Fv计算拉力的功率；
（3）首先根据计算物体的重力，再根据公式计算滑轮组的机械效率；
（4）对定滑轮进行受力分析，根据二力平衡的知识计算它对钢架的拉力。
5．【答案】B
【知识点】滑轮组及其工作特点；滑轮（组）的机械效率；滑轮组绳子拉力的计算；功的计算及应用
【解析】【解答】A.根据图片可知，左侧装置由两个定滑轮组成，不省力不费力，所以拉力F1=G=20N，
右侧装置由一个定滑轮和动滑轮组成，此时承担动滑轮绳子的股数n=2，所以绳子自由端的拉力：F2=（G+G动）=×（20N+5N）=12.5N，
则拉力F1和F2的大小之比：，故A错误；
B.由定滑轮的特点可知，左侧装置绳子自由端移动的距离s1=h，
右侧装置绳子自由端移动的距离：s2=nh=2h，
由W=Fs可知，拉力F1和F2做功的大小之比：，故B正确；
C.物重增大10N时，左侧装置绳子自由端的拉力：F1'=G'=20N+10N=30N，
左侧装置绳子自由端的拉力：F1'=（G'+G动）=×（20N+10N+5N）=17.5N，
则左侧装置绳子自由端拉力的增加量：ΔF1=F1'-F1=30N-20N=10N，
右侧装置绳子自由端拉力的增加量：ΔF2=F2'-F2=17.5N-12.5N=5N，故C错误；
D.因为不计绳重及绳与滑轮间的摩擦，所以左侧装置拉力做的功等于克服物体重力做的功，因此左侧装置的机械效率为100%，增加物重后，机械效率仍然是100%。
右侧装置，由不计绳重及绳与滑轮间的摩擦时，根据机械效率可知，物体的重力增加，机械效率也增加，故D错误。
故选B。
【分析】 A.根据图片确定承担重力的绳子段数n，根据：F=（G+G动）计算绳子自由端的拉力；
B.根据s=nh计算绳子自由端移动的距离，再根据W=Fs计算出做功之比；
C.根据F=（G+G动）分别计算出各自的拉力，然后与原来相减即可；
D.根据比较计算效率的大小。
6．【答案】A
【知识点】机械效率的计算；功的计算及应用
【解析】【解答】物体在斜面上做匀速直线运动，它受到平衡力，即合力为0。它受到沿斜面向上的拉力，向下的摩擦力，斜面对它的支持力和自身的重力，故A错误符合题意；
推力做的总功：W总=Fs=500N×5m=2500J，故B正确不合题意；
推力做的有用功W有=Gh=1000N×2m=2000J；
斜面的机械效率：，
故C正确不合题意；
克服摩擦做的额外功W额=W总-W有=2500J-2000J=500J；
则摩擦力为：，
故D正确不合题意。
故选A。
【分析】（1）对物体进行受力分析，确定受力的个数，根据物体的运动状态确定合力的数值。
（2）根据W总=Fs计算推力做的总功；
（3）根据W有=Gh计算推力做的有用功，再根据计算斜面的机械效率；
（4）首先根据W额=W总-W有计算克服摩擦做的额外功，然后根据计算摩擦力。
7．【答案】D
【知识点】功率的概念；机械效率；功
【解析】【解答】A.功率的大小考虑做功多少和时间长短，做功多，不一定功率大，故A错误。
B.做功的功率是做功的快慢，机械效率是有用功占总功的比例，二者无关，故B错误。
C. 有力作用在物体上，在这个力的方向上移动距离，该力才对物体做功，故C错误。
D.在做功过程中，机械效率是有用功占总功的比例，有用功占的比例越大，机械效率越高，故D正确。
故答案为：D
【分析】有力作用在物体上，在这个力的方向上移动距离，该力才对物体做功；功率指做功的快慢，受做功多少和所需时间长短有关；机械效率是有用功占总功的比例。
8．【答案】C
【知识点】滑轮（组）的机械效率
【解析】【解答】由图乙可知，在t=4s内，物体上升高度h=2m，绳子自由端移动距离s=6m，则滑轮组承担物重的绳子股数；
拉力F=100N，则4s内拉力做的功为W=Fs=100N×6m=600J，功率为，故选项A错误；
物体质量为27kg，物重为，不计绳重和摩擦，拉力，则，故选项B错误；
滑轮组的机械效率，故选项C正确；
绳子自由端移动的速度，故选项D错误。
【分析】由图乙判断出承担物重的绳子股数n；
（1）已知拉力和绳端移动的距离，根据功的计算公式求出拉力做的功，再根据功率的计算公式求出拉力的功率；
（2）先求出物重，再根据求出动滑轮重；
（3）根据机械效率公式求出滑轮组的机械效率；
（4）由绳子自由端移动的距离和时间，根据速度计算公式求出绳子自由端移动的速度。
9．【答案】4000；250；75%
【知识点】机械效率的计算；功的计算及应用
【解析】【解答】根据题意可知，推力做的总功W总=Fs=1000N×4m=4000J；
推力做的有用功为：W有=Gh=2000N×1.5m=3000J；
则克服摩擦做的额外功为：W额=W总-W有=4000J-3000J=1000J；
物体受到的摩擦力：；
斜面的机械效率为：。
【分析】根据W总=Fs计算推力做的总功，根据W有=Gh计算推力做的有用功，根据W额=W总-W有计算克服摩擦做的额外功，根据计算物体受到的摩擦力，根据计算斜面的机械效率。
10．【答案】36；40；10
【知识点】机械效率的计算；功的计算及应用
【解析】【解答】杠杆做的有用功为：W有=Gh=180N×0.2m=36J；
滑轮组做的总功：；
滑轮组做的额外功：W额=W总-W有=40J-36J=4J；
根据图片可知，OB是OA的2倍，则杠杆重心上升高度是物体上升高度的2倍，
即h'=2h=2×0.2m=0.4m；
则木棒的重力为：。
【分析】根据W有=Gh计算杠杆做的有用功，根据计算杠杆做的总功，根据W额=W总-W有计算克服杠杆重力做的额外功，最后根据计算木棒的重力。
11．【答案】3000；60；不变
【知识点】机械效率的计算；功的计算及应用
【解析】【解答】（1）工人师傅做的有用功为：W有=Gh=80kg×10N/kg×3m=2400J，
在斜面上匀速运动过程中推做的功为：；
摩擦力所做的功为额外功，额外功为：W额=W总-W有=3000J-2400J=600J，
则摩擦力为：；
（2）斜面的机械效率与斜面的倾斜角度有关，若斜面倾斜程度不变，以同样的方式将此木箱匀速拉到斜面顶端，此时斜面的机械效率不变。
【分析】（1）根据W有=Gh计算对物体做的有用功，根据计算推力做的总功，根据W额=W总-W有计算克服摩擦做的额外功，最后根据计算物体受到的摩擦力；
（2）根据影响斜面机械效率的因素分析。
12．【答案】40；80%
【知识点】功率的计算；滑轮组及其工作特点；滑轮（组）的机械效率；滑轮组绳子拉力的计算
【解析】【解答】1~2s内物体A上升的速度为2m/s，由图甲可知拉力的速度为，1~2s内拉力为10N，所以拉力功率为；
重物越大，机械效率越大，当绳子B拉力为100N时，机械效率最大，此时绳子自由端拉力为，所以绳子C的拉力为50N时机械效率最大。，所以机械效率最大时重物重力为，最大机械效率为
【分析】由图甲丙求出拉力移动的速度，由P=Fv求出拉力的功率；根据绳子能承受的最大拉力，先确定是绳子B还是绳子C最先达到最大值，以最先达到最大值的拉力求出提升的重物A的重力，最后由计算机械效率。
13．【答案】（1）>；<；>
（2）不变；90%；相等
【知识点】滑轮（组）的机械效率；杠杆的机械效率
【解析】【解答】（1）用相同滑轮把同一桶沙从一楼地面提到二楼地面，图甲使用的是定滑轮不省力，图乙使用的是动滑轮可以省力，所以F1>F2；
用相同滑轮把同一桶沙从一楼地面提到二楼地面，克服沙子重力做的有用功相同，甲图中的额外功为克服桶的重力做功，乙图中额外功为克服桶和动滑轮的重力做功，所以甲图中的总功小于乙图中的总功，故 W1η2；
（2） 如图丙所示，用竖直向上的力匀速拉动质量分布均匀的杠杆，杠杆转动过程中， 物体的重力不变，动力臂与阻力臂的比值不变，根据杠杆平衡条件可知，拉力大小不变；
有用功为：，总功为：，机械效率为：；
若将重物的悬挂点由A点（为第1次）向右移至B点（为第2次），将重物提升相同的高度，根据W=GH可知两次有用功相等。
【分析】（1）使用定滑轮不省力，但可以改变力的方向；使用动滑轮可以省力，但不能改变力的方向，且费距离；
有用功相同时，额外功越小，机械效率越高；
（2）根据杠杆平衡条件分析；
根据计算有用功，根据计算总功，根据计算机械效率。
14．【答案】（1）解：汽车静止时对地面的压力：，
汽车静止时对地面的压强：；答：汽车静止时对地面的压强；
（2）解：；
答：汽车以的速度匀速行驶时，牵引力的功率2.5×104W
（3）解：，
由可得，汽油放出的热量：
，
由可得，需要汽油的质量：
．
答：若汽车按这种方式行驶，某次全程往返，牵引力做的功是，至少要加的汽油．
【知识点】燃料的热值；压强的大小及其计算；机械效率的计算；功的计算及应用
【解析】【分析】（1）汽车静止时对地面的压力等于自身重力，即F=G=mg，再根据 计算汽车静止时对地面的压强；
（2）根据P=F牵引v计算汽车牵引力的功率；
（3）首先根据 计算牵引力做的功，再根据 计算汽油放出的热量，最后根据 计算需要汽油的质量。
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