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专题15 机械效率
一．功率和机械效率有何不同？
【方法技巧】 这两个物理量是从不同方面反映机械性能的。它们之间没有必然的联系。功率大表示机械做功快；机械效率高表示机械对总功的利用率高。功率大的机械不一定机械效率高，例如内燃机车功率可以达到几千千瓦，但效率只有30％~40％，反之，机械效率高的机械功率不一定大。例如，安装在儿童玩具汽车里的电动机效率可达80％，但功率却只有几瓦特。
【典例剖析】下列说法正确的是（　　）
A．机械效率可以大于100% B．做功越多的机械，其功率一定越大
C．我国三峡船闸利用了连通器原理 D．只要有动能和势能的变化，机械能就一定守恒
【答案】C
【解析】
A．只要使用机械，就要做无用功，因此机械效率不可能达到100%，更不会大于100%，故A错误；
B．功率是功和时间的比值，做功越多的机械，时间不确定，其功率不一定越大，故B错误；
C．我国三峡船闸利用了连通器原理，是世界上最大的人造连通器，故C正确；
D．物体的动能和势能可以相互转化，如果只有动能和势能相互转化，机械能是守恒的，故D错误。
故选C。
二．如何理解机械效率具有“可变性”？
【方法技巧】 由公式可知，如果该机械的额外功（W额）一定，有用功（W有）越大，机械效率（η）越高，比如用同一个滑轮组把一块巨石和一个乒乓球提起相同的高度，前者的机械效率高，由此可见对同一个机械，它的机械效率是可变的，而不是某一确定值。
【典例剖析】
用如图所示的滑轮组拉动物体A，使物体A以0.2m/s的速度水平向左匀速运动10s，已知物体A重500N，物体A受到的摩擦力为120N，拉力F的功率为30W，下列说法正确的是（　　）
A．绳子自由端移动的距离为2m
B．克服物体A与地面间摩擦力做的功是额外功
C．滑轮组的机械效率为80%
D．相同情况下，若用该滑轮组匀速拉动质量更大的物体B，滑轮组的机械效率不变
【答案】C
【解析】
A．由题意可知，物体移动的距离
s=vt=0.2m/s×10s=2m
动滑轮上有三股绳，绳端移动的距离是物体移动距离的3倍，所以绳端移动的距离为6m，故A错误；
B．克服物体A与地面的摩擦力所做的功为有用功，不是额外功，故B错误；
C．由题意及前面分析可知，有用功为
总功为拉力所做的功，由功率计算公式变形可知总功为
故C正确；
D．相同情况下，若用该滑轮组匀速拉动质量更大的物体时，物体与地面的摩擦力增大，有用功增大，而系统的额外功不变，有用功占总功的比值增大，滑轮组的机械效率应该增大，故D错误。
故选C。
三．如何计算有用功？
【方法技巧】 求解有用功的关键是明确人们使用机械的目的是什么，为了达到目的所做的那部分“目的功”就是有用功。有用功的大小等效于为了达到目的而直接用手对物体做的功。
甲 乙 丙
如对于图甲、乙两图的目的是提升物体升高h高度。因此，为了达到目的必须克服物重所做的功就是有用功，即W有=Gh。对于图丙图来说，利用滑轮组的目的是水平移动物体一段距离（s）。因此，为了达到目的必须克服摩擦阻力f所做的功就是有用功，即W有=fs。
【典例剖析】
1．如图所示，斜面长s为1.2m，高h为0.3m，现将重为16N的物体沿斜面向上从底端匀速拉到顶端用时2s，若拉力所做的功为6J。则下列说法正确的是（　　）
①拉力为5N
②拉力的功率为3W
③拉力所做的额外功为1.5J
④提升物体所做的有用功为5J
A．①② B．①③ C．②③ D．①④
【答案】A
【解析】
①由W=Fs可得拉力
故①正确；
②由可得，拉力的功率为
故②正确；
③④由题意可知，有用功为克服重力所做的功，由得
由得
故③④错误。
故选A。
2．如图所示的滑轮组，用F=30N的拉力，拉动水平地面上重为300N的物体，使物体匀速前进了2m.物体和地面之间的摩擦力为45N，在此过程中，下列说法正确的是
①拉力做的功是120J ②绳子自由端移动的距离是2m ③滑轮组的机械效率是75%
④A点受到的拉力为300N
A．①④ B．②③
C．①③ D．③④
【答案】C
【解析】
①②．由图可知，n=2，则绳子自由端移动的距离：
；故②错误；
拉力做的功：
；故①正确；
③．克服物体和地面之间的摩擦力做的功为有用功，则有用功：
W有=fs物=45N×2m=90J，
滑轮组的机械效率：
故③正确；
④．因物体在水平地面上做匀速运动，则此时A处绳子的拉力与物体受到的摩擦力是一对平衡力，所以，A点受到的拉力：FA=f=45N；故④错误；
故ABD错误，C正确。
四．如何进行有关功、功率、机械效率的综合计算？
【方法技巧】（1）首先明晰三者的物理意义与公式关系：
①三者之间的关系：
②三者的公式关系：
③功率与速度、牵引力的关系：
机械中的功率：
审题挖掘隐含条件。
对于滑轮组来说，若已知物体移动的距离或速度，可根据承担物重或承担水平摩擦力的绳子段数n计算出绳子自由端移动的距离或速度。即s绳=nh物；vF=2vG。若不计摩擦或绳重，表明额外功是由于克服动滑轮的重产生的，此时额外功的大小为：W额外=G动h。
选择合适的公式表达出有用功、总功并明晰额外功产生的原因，然后根据已知条件表示出机械效率、功率的公式并进行展开和合理简化消元。
如根据使用机械的目的有用功的表达式有：
①利用滑轮组竖直提升重物时，要克服物重做功，W有=Gh；
②利用滑轮组水平方向匀速移动物体时，要克服水平面的摩擦阻力做功，W有=fs。
③利用滑轮组竖直提升浸没在水中的重物时，要克服物体在水中的重做功，W有=(G-F浮)h。
相应的总功表达式有：
①已知W有、W额时，W总=W有+W额；
②已知F和s时，W总=Fs；
③已知η、W有时，；
④已知P和t时，W总=Pt。在涉及功的题目中，可根据实际情况选用合适的公式做灵活处理。
根据有用功和总功的表达式及已知条件，机械效率表达式有：
①利用滑轮组提升物体时，滑轮组的机械效率可表示为：
Ⅰ万能公式
Ⅱ忽略绳重和摩擦
②利用滑轮组水平匀速移动物体时，滑轮组的机械效率可表示为
③斜面的机械效率可表示为
（4）最后根据已知条件代入公式求出未知量。
【典例剖析】
1．在斜面上将一个质量为5 kg的物体匀速拉到高处,如图所示,沿斜面向上的拉力为40 N,斜面长2 m、高1 m,把重物直接提升h所做的功作为有用功(g取10 N/kg),下列说法正确的是
A．物体只受重力、拉力和摩擦力三个力的作用
B．做的有用功是50 J
C．此斜面的机械效率为83.3%
D．物体受到的摩擦力大小为10 N
【答案】B
【解析】
A.沿斜面向上拉物体时，物体受重力、支持力、摩擦力和拉力四个力的作用，故A错误；
B．所做的有用功：，故B 正确；
C．拉力F对物体做的总功:
斜面的机械效率为：， 所以C选项是正确的；
D．克服摩擦力所做的额外功：
由可得，,物体受到的摩擦力：,故D错误.
所以B选项是正确的。
【点睛】（1）分析受力（2）已知物体的重力和提升的高度(斜面高)，根据公式
可求重力做功，即提升物体所做的有用功。
2．如图所示，斜面长5m，高1m，把重为5000N的物体匀速地推向斜面顶端，若斜面是光滑的，则推力为_____N；如果斜面不光滑，其斜面的机械效率为80%，则所用推力为_____N，物体受到的摩擦力为_____N．
【答案】 1000 1250 250
【解析】
物体的有用功为：W有=Gh=5000N×1m=5000J
若斜面光滑，则没有额外功，即推力的功W总=5000J
推力F= W总/L = 5000J/ 5m =1000N．
效率为：η= W有/W1
有用功为W总==W总/η=5000J/80%=6250J
推力F= W总/L = 6250J/ 5m =1250N
额外功：W额=W总-W有=6250J-5000J=1250J
摩擦力：f=W额/s=1250J/5m=250N专题15 机械效率
一．功率和机械效率有何不同？
【方法技巧】 这两个物理量是从不同方面反映机械性能的。它们之间没有必然的联系。功率大表示机械做功快；机械效率高表示机械对总功的利用率高。功率大的机械不一定机械效率高，例如内燃机车功率可以达到几千千瓦，但效率只有30％~40％，反之，机械效率高的机械功率不一定大。例如，安装在儿童玩具汽车里的电动机效率可达80％，但功率却只有几瓦特。
【典例剖析】下列说法正确的是（　　）
A．机械效率可以大于100% B．做功越多的机械，其功率一定越大
C．我国三峡船闸利用了连通器原理 D．只要有动能和势能的变化，机械能就一定守恒
二．如何理解机械效率具有“可变性”？
【方法技巧】 由公式可知，如果该机械的额外功（W额）一定，有用功（W有）越大，机械效率（η）越高，比如用同一个滑轮组把一块巨石和一个乒乓球提起相同的高度，前者的机械效率高，由此可见对同一个机械，它的机械效率是可变的，而不是某一确定值。
【典例剖析】用如图所示的滑轮组拉动物体A，使物体A以0.2m/s的速度水平向左匀速运动10s，已知物体A重500N，物体A受到的摩擦力为120N，拉力F的功率为30W，下列说法正确的是（　　）
A．绳子自由端移动的距离为2m
B．克服物体A与地面间摩擦力做的功是额外功
C．滑轮组的机械效率为80%
D．相同情况下，若用该滑轮组匀速拉动质量更大的物体B，滑轮组的机械效率不变
三．如何计算有用功？
【方法技巧】 求解有用功的关键是明确人们使用机械的目的是什么，为了达到目的所做的那部分“目的功”就是有用功。有用功的大小等效于为了达到目的而直接用手对物体做的功。
甲 乙 丙
如对于图甲、乙两图的目的是提升物体升高h高度。因此，为了达到目的必须克服物重所做的功就是有用功，即W有=Gh。对于图丙图来说，利用滑轮组的目的是水平移动物体一段距离（s）。因此，为了达到目的必须克服摩擦阻力f所做的功就是有用功，即W有=fs。
【典例剖析】
1．如图所示，斜面长s为1.2m，高h为0.3m，现将重为16N的物体沿斜面向上从底端匀速拉到顶端用时2s，若拉力所做的功为6J。则下列说法正确的是（　　）
①拉力为5N
②拉力的功率为3W
③拉力所做的额外功为1.5J
④提升物体所做的有用功为5J
A．①② B．①③ C．②③ D．①④
2．如图所示的滑轮组，用F=30N的拉力，拉动水平地面上重为300N的物体，使物体匀速前进了2m.物体和地面之间的摩擦力为45N，在此过程中，下列说法正确的是
①拉力做的功是120J ②绳子自由端移动的距离是2m ③滑轮组的机械效率是75%
④A点受到的拉力为300N
A．①④ B．②③
C．①③ D．③④
四．如何进行有关功、功率、机械效率的综合计算？
【方法技巧】（1）首先明晰三者的物理意义与公式关系：
①三者之间的关系：
②三者的公式关系：
③功率与速度、牵引力的关系：
机械中的功率：
审题挖掘隐含条件。
对于滑轮组来说，若已知物体移动的距离或速度，可根据承担物重或承担水平摩擦力的绳子段数n计算出绳子自由端移动的距离或速度。即s绳=nh物；vF=2vG。若不计摩擦或绳重，表明额外功是由于克服动滑轮的重产生的，此时额外功的大小为：W额外=G动h。
选择合适的公式表达出有用功、总功并明晰额外功产生的原因，然后根据已知条件表示出机械效率、功率的公式并进行展开和合理简化消元。
如根据使用机械的目的有用功的表达式有：
①利用滑轮组竖直提升重物时，要克服物重做功，W有=Gh；
②利用滑轮组水平方向匀速移动物体时，要克服水平面的摩擦阻力做功，W有=fs。
③利用滑轮组竖直提升浸没在水中的重物时，要克服物体在水中的重做功，W有=(G-F浮)h。
相应的总功表达式有：
①已知W有、W额时，W总=W有+W额；
②已知F和s时，W总=Fs；
③已知η、W有时，；
④已知P和t时，W总=Pt。在涉及功的题目中，可根据实际情况选用合适的公式做灵活处理。
根据有用功和总功的表达式及已知条件，机械效率表达式有：
①利用滑轮组提升物体时，滑轮组的机械效率可表示为：
Ⅰ万能公式
Ⅱ忽略绳重和摩擦
②利用滑轮组水平匀速移动物体时，滑轮组的机械效率可表示为
③斜面的机械效率可表示为
（4）最后根据已知条件代入公式求出未知量。
【典例剖析】
1．在斜面上将一个质量为5 kg的物体匀速拉到高处,如图所示,沿斜面向上的拉力为40 N,斜面长2 m、高1 m,把重物直接提升h所做的功作为有用功(g取10 N/kg),下列说法正确的是
A．物体只受重力、拉力和摩擦力三个力的作用
B．做的有用功是50 J
C．此斜面的机械效率为83.3%
D．物体受到的摩擦力大小为10 N
2．如图所示，斜面长5m，高1m，把重为5000N的物体匀速地推向斜面顶端，若斜面是光滑的，则推力为_____N；如果斜面不光滑，其斜面的机械效率为80%，则所用推力为_____N，物体受到的摩擦力为_____N．专题15 机械效率
一、单选题
1．重为30N的物体在大小为20N的拉力F的作用下分别在水平面和斜面上进行了两段运动，所用时间均为10s，斜面高2m。拉力F的方向始终沿着物体运动方向，物体在水平面上运动的速度-时间图像如图甲所示，物体在斜面上运动的路程-时间图像如图乙所示，下列说法正确的是（　　）
A．两次运动物体所受的摩擦力均为20N
B．斜面上拉力F的功率为0W
C．斜面上拉力F所做的功为60J
D．斜面的机械效率为60%
【答案】D
【解析】
A．由甲图可知物体在水平面上做匀速直线运动，此时物体处于平衡状态，受水平方向拉力和水平面对物体的摩擦力作用，可知拉力和摩擦力为平衡力，由二力平衡可知，拉力和摩擦力大小相等、方向相反、作用在同一直线上，可知摩擦力大小等于拉力等于20N；由乙图可知物体在斜面上做匀速直线运动，此时物体处于平衡状态，沿斜面方向上，物体受到拉力、滑动摩擦力，还受到重力沿斜面方向向下的分力，所以拉力大于物体受到的滑动摩擦力，物体受到的滑动摩擦力小于20N，故A错误；
BC．由乙图可知物体运动t=10s时物体运动的路程为s=5m，拉力F=20N，可知拉力做功的总功为
W总=Fs=20N5m=100J
拉力做功的功率为
故B错误，C错误；
D．物体的重力G=30N，斜面对物体提升的高度h=2m，可知拉力对物体做的有用功为
W有=Gh=30N2m=60J
则斜面的机械效率为

故D正确。
故选D。
2．如图是一幢高层建筑内的垂直升降电梯工作示意图，某次运行时，承载的15人平均每人质量为60kg，已知电梯厢体和动滑轮的质量共计600kg，不计钢丝绳重和摩擦，且钢丝绳不伸长，电梯在20s内匀速上升了100m，则下列说法正确的是（g＝10N/kg）（　　）
A．钢丝绳端的拉力为3000N
B．钢丝绳端上升的高度为200m
C．本次上升过程中，升降电梯的机械效率为60%
D．在不超重的情况下，承载人的总重越大，该装置越省功
【答案】C
【解析】
A．电梯厢体和动滑轮的质量m梯=600kg，承载的15人平均每人质量为60kg可知人的总质量为
m人=60kg15=900kg
则人和电梯总重为
G=G梯+G人=m梯g+m人g=600kg10N/kg+900kg10N/kg=15000N
由图可知滑轮组的绳子段数为3，可知拉力大小为
故A错误；
B．物体上升的高度为h=100m，可知绳子自由端移动的距离为
s=3h=100m3=300m
故B错误；
C．滑轮组做的有用功为
W有=G人h=m人gh=900kg10N/kg100m=9105J
拉力做的总功为
W总=Fs=5000N300m=1.5106J
可知电梯的机械效率为
故C正确；
D．不计钢丝绳重和摩擦，总功大小为
可知当G人变大时W总变大，即承载人的总重越大，则该装置做的总功越大，根据功的原理，任何机械都不能省功，故D错误。
故选C。
二、多选题
3．某同学用滑轮组提升物体，绳子自由端竖直移动的距离随时间变化的关系如图中图线a所示，物体上升的高度随时间变化的关系如图中图线b所示，已知物体的质量为，所用动滑轮的质量为，绳子自由端的拉力F为。g取。在的过程中，下列说法中正确的是（ ）
A．绳子自由端移动的速度为 B．拉力F的功率为
C．有用功为 D．滑轮组的机械效率为90%
【答案】AB
【解析】
A．绳子自由端竖直移动的距离随时间变化的关系如图中图线a所示，绳子自由端移动的速度为
故A正确；
B．拉力F的功率
故B正确；
C．由图可知，在0~2s的过程中，物体升高高度
h=10cm=0.1m
拉力做的有用功
W有=Gh=mgh=0.9kg×10N/kg×0.1m=0.9J
故C错误；
D．由图线ab所示分析可得动滑轮绕绳子的段数
滑轮组的机械效率为
故D错误。
故选AB。
4．质量为60kg的工人站在水平地面上，利用如图滑轮组竖直向下拉动绳子自由端，将一质量为80kg的重物A以0.1m/s的速度匀速上升1m，此时该滑轮组的机械效率为80%（g取10N/kg）。对此工作过程及装置以下说法正确的是（　　）
A．动滑轮重为200N B．工人对绳的拉力做功1000J
C．拉力F的功率为50W D．工人对地面的压力为100N
【答案】BD
【解析】
B．重物的质量为80kg，则重物的重力
G=mg=80kg×10N/kg=800N
重物上升1m，则有用功
W=Gh=800N×1m=800J
由图可知，动滑轮上的绳子段数是2段，该滑轮组的机械效率为80%，由可知，滑轮组做的总功是
即工人对绳的拉力做功1000J，故B正确；
C．绳子自由端移动的距离
s=nh=2×1m=2m
则绳子自由端的拉力
绳子自由端移动的速度
v=nv物=2×0.1m/s=0.2m/s
拉力F的功率
P=Fv=500N×0.2m/s=100W
故C错误；
A．若不计摩擦和绳重，由可得，动滑轮的重力
G动=2F-G=2×500N-800N=200N
由于实际上绳重和摩擦是存在的，则动滑轮重不等于200N，故A错误；
D．因工人受到竖直向上的支持力和拉力以及竖直向下的重力而处于平衡状态，所以工人受到地面的支持力
F支持=G人-F=mg-F=60kg×10N/kg-500N=600N-500N=100N
又因工人对地面的压力和地面对人的支持力是一对相互作用力，所以工人对地面的压力等于地面对人的支持力，即100N，故D正确。
故选BD。
三、填空题
5．如图所示，物重G为480N，用滑轮组将重物匀速提升2m，所用拉力F为200N，则滑轮组的机械效率为______；如果要提高滑轮组的机械效率，你的做法是______（答出一条即可）。
【答案】 80% 增大物体的重力
【解析】
[1]克服重力所做的有用功为
由图可知，承担重物的绳子股数n=3，绳端通过的距离为
拉力所做的总功为
滑轮组的机械效率为
[2]用该滑轮组提升重物时，滑轮组的机械效率为
由上面的表达式可知，要提高滑轮组的机械效率可以增大物体的重力。当然减小动滑轮重力、减小摩擦和绳重，也可以提高机械效率。
6．如图所示，用弹箦测力计沿粗糙斜面匀速向上拉动木块，已知木块受到的摩擦力为1N，由图中数据可知，弹簧测力计示数为________N。
【答案】6
【解析】
由题意知，拉动木块所做的有用功
W有=Gh=10N×0.2m=2J
克服摩擦所做的额外功
W额=fs=1N×0.4m=0.4J
则此过程所做的总功
W总=W有+W额=2J+0.4J=2.4J
则拉力
所以弹簧测力计示数为6N。
7．某同学用所学滑轮知识在家里阳台上安装了如图所示的升降装置，他用此装置将重480N的物体匀速拉高10m，所用拉力为300N，则拉力做的功是______J；该装置的机械效率为______。
【答案】 6000 80%
【解析】
[1]由图可知，承担物重绳子的股数为n=2，物体匀速拉高10m，所用拉力为300N，则拉力做的功是
W总=Fs=Fnh=300N×2×10m=6000J
[2]所做的有用功为
W有=Gh=480N×10m=4800J
该装置的机械效率为
8．左图是2022北京冬奥会的滑雪大跳台，右图是小明制作大跳台的模型。
　　
（1）把跳台滑道上段简化成图1的杠杆，是支点，A是这段滑道的重心，若模型支架对滑道的力作用在点，沿线。
①画出的力臂______；
②根据公式______判断，______滑道上段所受的重力（选填“大于”“等于”“小于”）。
（2）用图2装置模拟建造滑道，被匀速提升的模型部件重4N，拉力为2.5N，此过程的机械效率为______。
【答案】 小于
【解析】
（1）①[1]模型支架对滑道的力作用在点，沿线，过支点做的力的作用线的垂线，如图所示：
②[2][3]滑道上段所受的重力的力臂如图所示：
重力的力臂要小于的力臂，根据杠杆的平衡条件可知，小于滑道上段所受的重力。
（2）[4]由图可知，有两段绳子拉着动滑轮，此过程的机械效率为
四、实验题
9．如图甲所示是“测量滑轮组的机械效率”的实验装置。
（1）实验时沿竖直方向______拉动弹簧测力计，使钩码上升10cm，弹簧测力计的示数如图甲所示，若每个钩码重2N，则滑轮组的机械效率为______；
（2）小红做完实验，通过和其他小组交流，了解到滑轮组的机械效率与动滑轮重G动有关系，接着她改变动滑轮重，提升同一物体进行多次实验，获得数据并绘制出如图乙的图像。若不计绳重和摩擦，分析图像中的A点可知，被提升物体所受的重力为______N。
【答案】 匀速 83.3% 3
【解析】
（1）[1]匀速拉动弹簧测力计时，绳子自由端和钩码均处于匀速直线运动状态，处于平衡状态，此时由二力平衡可知，弹簧测力计示数与绳子的拉力大小相等。
[2]钩码提升的高度
h=10cm=0.1m
如图共计三个钩码，钩码总重力G=6N，弹簧测力计示数为F=2.4N，动滑轮上有三段绳子，绳子自由端移动的距离为
s=3h=0.1m×3=0.3m
机械效率有
（2）[3]图乙中机械效率η=75%，G动=1N，若提升的物体重力为G2，则有
代入数据整理得
10．胶州湾大桥建筑工地上矗立的塔吊，是用电动机来带动滑轮组提升重物的设备。如何提高滑轮组机械效率，节约电能呢？为此同学们进行了“影响滑轮组机械效率因素”的实验探究，用到的装置如图所示，实验数据记录如表所示。
实验次数 钩码重力 钩码上升高度 绳端拉力 绳端移动距离 机械效率
1 2 0.1 1.2 0.3 55.6%
2 2 0.2 1.2 0.6 55.6%
3 4 0.1 1.9 0.3 61.5%
4 4 0.1 1.3 0.5 机械效率
（1）实验中应沿竖直方向______拉动弹簧测力计；
（2）分析表中数据可知：第4次实验是用图______所示装置来完成的；
（3）表格中第4次实验计算出的机械效率是______；
（4）为提高滑轮组机械效率、节约电能，根据表格中数据得到结论和生活经验，你建议可采取的措施有______。
A．减轻动滑轮重
B．增加所提物体重
C．机械加润滑油
D．增加重物上升高度
【答案】 匀速 乙 70.1% ABC
【解析】
（1）[1]实验中应沿竖直方向匀速拉动弹簧测力计，弹簧测力计匀速运动时处于平衡状态，受平衡力作用，此时弹簧测力计拉力和绳子对弹簧测力计的拉力大小相等、方向相反且在同一直线上，可知此时弹簧测力计示数即为绳子拉力的大小。
（2）[2]1、2次实验中钩码重力为2G，3、4次实验中钩码重力为4G
，由图可知甲图中为1个砝码，乙图中两个砝码，乙图中砝码重力为甲图中的两倍，可知第四次实验用图乙的装置来完成的。
（3）[3]第3次实验时钩码总重力为4G，提升的高度为h=0.1m，绳子自由端移动的距离为s=0.3m，拉力F=1.9N，机械效率=61.5%，满足关系
……①
第4次实验时钩码总重力为4G，提升的高度为h4=0.1m，绳子自由端移动的距离为s4=0.5m，拉力F4=1.3N，机械效率为4时满足关系
……②
整理①②可得
（4）[4]根据表格中数据可知绳子段数为3，物重为2G时机械效率为55.6%，物重为4G时机械效率为61.5%，绳子段数为5时机械效率为70.1%，可知增加所提物体重量可提高机械效率，结合生活经验，减轻动滑轮重和机械加润滑油时可减少额外功，从而提高机械效率，比较1、2次实验可知，增加重物上升高度机械效率不变，为55.6%，故ABC符合题意，D不符合题意。
故选ABC。
五、计算题
11．如图所示是一辆无人驾驶迷你巴士，它依靠激光雷达、摄像头以及5G网络等设备来实现自动驾驶，该巴士使用电池作动力源。为了安全，巴士设计的最大速度是27km/h。某次测试中，满载的巴士以最大速度行驶10min，耗电3.0kW·h，满载巴士总质量为3000kg。（g=10N/kg）
（1）5G网络传递信息的媒介是______（选填“光纤”“超声波”或“电磁波”）；
（2）测试中，巴士轮胎与水平地面的总接触面积为600cm2，则它对水平地面的压强为多少______？
（3）若巴士受到的阻力是车总重力的0.05倍，则测试过程中牵引力做功的功率为多少______？
（4）测试过程中该巴士的机械效率为多少______？
【答案】 电磁波 5×105Pa 11250W 62.5%
【解析】
解：（1）5G通信主要是无线通信，靠电磁波传递信息。
（2）由题意可知，满载的巴士质量m=3000kg，巴士与地面的总接触面面积为
S=600cm2=0.06m2
巴士对地面的压力大小等于其重力大小，由压力公式可得
（3）由题意可知汽车行驶时的阻力为
f=0.05G=0.05mg=0.05×3000kg×10N/kg=1500N
汽车以最大速度27km/h=7.5m/s行驶10min，在这期间汽车做匀速直线运动，在水平方向牵引力等于汽车所收到的阻力，即牵引力F=1500N，由功率公式可得
（4）由题意可知，克服阻力所做的功为有用功
汽车耗电量为总功，则
机械效率为
答：（1）5G网络传递信息的媒介是电磁波；
（2）对地面压强为5×105Pa；
（3）牵引力做功功率为11250W；
（4）机械效率为62.5%。
12．一辆质量为3.5×103kg的汽车不慎陷入泥泞地面，汽车司机组织人们用如图所示的滑轮组将汽车拖出。已知整个过程中，水平拉力F=2×103N，汽车沿水平方向匀速移动了6m，滑轮组的机械效率是90%。求：
（1）拉力F做的总功；
（2）汽车受到的阻力大小。
【答案】（1）3.6×104J；（2）5.4×103N
【解析】
解：（1）由图像可知滑轮组动滑轮上绳子的段数为3，拉力F移动的距离
s=3×6m=18m
拉力做的总功为
W总=Fs=2×103N×18m=3.6×104J
（2）若汽车受到的阻力为f，汽车移动的距离s0，整个过程的机械效率有

整理得
f=3Fη=3×2×103N×90%=5.4×103N
答：（1）拉力F做的总功为3.6×104J；
（2）汽车受到的阻力大小为5.4×103N。专题15 机械效率
一、单选题
1．重为30N的物体在大小为20N的拉力F的作用下分别在水平面和斜面上进行了两段运动，所用时间均为10s，斜面高2m。拉力F的方向始终沿着物体运动方向，物体在水平面上运动的速度-时间图像如图甲所示，物体在斜面上运动的路程-时间图像如图乙所示，下列说法正确的是（　　）
A．两次运动物体所受的摩擦力均为20N
B．斜面上拉力F的功率为0W
C．斜面上拉力F所做的功为60J
D．斜面的机械效率为60%
2．如图是一幢高层建筑内的垂直升降电梯工作示意图，某次运行时，承载的15人平均每人质量为60kg，已知电梯厢体和动滑轮的质量共计600kg，不计钢丝绳重和摩擦，且钢丝绳不伸长，电梯在20s内匀速上升了100m，则下列说法正确的是（g＝10N/kg）（　　）
A．钢丝绳端的拉力为3000N
B．钢丝绳端上升的高度为200m
C．本次上升过程中，升降电梯的机械效率为60%
D．在不超重的情况下，承载人的总重越大，该装置越省功
二、多选题
3．某同学用滑轮组提升物体，绳子自由端竖直移动的距离随时间变化的关系如图中图线a所示，物体上升的高度随时间变化的关系如图中图线b所示，已知物体的质量为，所用动滑轮的质量为，绳子自由端的拉力F为。g取。在的过程中，下列说法中正确的是（ ）
A．绳子自由端移动的速度为 B．拉力F的功率为
C．有用功为 D．滑轮组的机械效率为90%
4．质量为60kg的工人站在水平地面上，利用如图滑轮组竖直向下拉动绳子自由端，将一质量为80kg的重物A以0.1m/s的速度匀速上升1m，此时该滑轮组的机械效率为80%（g取10N/kg）。对此工作过程及装置以下说法正确的是（　　）
A．动滑轮重为200N B．工人对绳的拉力做功1000J
C．拉力F的功率为50W D．工人对地面的压力为100N
三、填空题
5．如图所示，物重G为480N，用滑轮组将重物匀速提升2m，所用拉力F为200N，则滑轮组的机械效率为______；如果要提高滑轮组的机械效率，你的做法是______（答出一条即可）。
6．如图所示，用弹箦测力计沿粗糙斜面匀速向上拉动木块，已知木块受到的摩擦力为1N，由图中数据可知，弹簧测力计示数为________N。
7．某同学用所学滑轮知识在家里阳台上安装了如图所示的升降装置，他用此装置将重480N的物体匀速拉高10m，所用拉力为300N，则拉力做的功是______J；该装置的机械效率为______。
8．左图是2022北京冬奥会的滑雪大跳台，右图是小明制作大跳台的模型。
　　
（1）把跳台滑道上段简化成图1的杠杆，是支点，A是这段滑道的重心，若模型支架对滑道的力作用在点，沿线。
①画出的力臂______；
②根据公式______判断，______滑道上段所受的重力（选填“大于”“等于”“小于”）。
（2）用图2装置模拟建造滑道，被匀速提升的模型部件重4N，拉力为2.5N，此过程的机械效率为______。
四、实验题
9．如图甲所示是“测量滑轮组的机械效率”的实验装置。
（1）实验时沿竖直方向______拉动弹簧测力计，使钩码上升10cm，弹簧测力计的示数如图甲所示，若每个钩码重2N，则滑轮组的机械效率为______；
（2）小红做完实验，通过和其他小组交流，了解到滑轮组的机械效率与动滑轮重G动有关系，接着她改变动滑轮重，提升同一物体进行多次实验，获得数据并绘制出如图乙的图像。若不计绳重和摩擦，分析图像中的A点可知，被提升物体所受的重力为______N。
10．胶州湾大桥建筑工地上矗立的塔吊，是用电动机来带动滑轮组提升重物的设备。如何提高滑轮组机械效率，节约电能呢？为此同学们进行了“影响滑轮组机械效率因素”的实验探究，用到的装置如图所示，实验数据记录如表所示。
实验次数 钩码重力 钩码上升高度 绳端拉力 绳端移动距离 机械效率
1 2 0.1 1.2 0.3 55.6%
2 2 0.2 1.2 0.6 55.6%
3 4 0.1 1.9 0.3 61.5%
4 4 0.1 1.3 0.5 机械效率
（1）实验中应沿竖直方向______拉动弹簧测力计；
（2）分析表中数据可知：第4次实验是用图______所示装置来完成的；
（3）表格中第4次实验计算出的机械效率是______；
（4）为提高滑轮组机械效率、节约电能，根据表格中数据得到结论和生活经验，你建议可采取的措施有______。
A．减轻动滑轮重
B．增加所提物体重
C．机械加润滑油
D．增加重物上升高度
五、计算题
11．如图所示是一辆无人驾驶迷你巴士，它依靠激光雷达、摄像头以及5G网络等设备来实现自动驾驶，该巴士使用电池作动力源。为了安全，巴士设计的最大速度是27km/h。某次测试中，满载的巴士以最大速度行驶10min，耗电3.0kW·h，满载巴士总质量为3000kg。（g=10N/kg）
（1）5G网络传递信息的媒介是______（选填“光纤”“超声波”或“电磁波”）；
（2）测试中，巴士轮胎与水平地面的总接触面积为600cm2，则它对水平地面的压强为多少______？
（3）若巴士受到的阻力是车总重力的0.05倍，则测试过程中牵引力做功的功率为多少______？
（4）测试过程中该巴士的机械效率为多少______？
12．一辆质量为3.5×103kg的汽车不慎陷入泥泞地面，汽车司机组织人们用如图所示的滑轮组将汽车拖出。已知整个过程中，水平拉力F=2×103N，汽车沿水平方向匀速移动了6m，滑轮组的机械效率是90%。求：
（1）拉力F做的总功；
（2）汽车受到的阻力大小。

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