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第十讲 机械效率
一、知识精讲
1、三种功
有用功：我们需要的，必须要做的功叫做有用功，用 W有 表示
额外功：不需要又不得不多做的功叫做额外功，用W额 表示
总功：有用功与额外功之和是总共做的功，叫做总功，用W总表示，
W总=
定义：物理学中，将 跟 的比值叫做机械效率，用 表示
计算公式∶
2、机械效率：
【注意】（1）机械效率是一个比值，通常用百分数表示，由于有用功总 总功，故机械效率总 ;机械效率的高低与使用机械是省力还是费力 （2）使用任何机械都不省功
高机械效率的方法：
（1）改进结构，使它更合理轻巧;（2）同一机械，增大物重;（3）在使用中按照技术规程经常保养，使机械处于良好的状态
实验——测量滑轮组的机械效率
【常考命题点】
（1）实验原理（）
（2）测量器材（弹簧测力计和刻度尺）
（3）弹簧测力计的使用和读数
（4）弹簧测力计拉动方式
（匀速竖直向上运动，保证拉力等于弹簧测力计的示数）
控制变量法的应用：①探究滑轮组的机械效率与物重的关系（使用同一滑轮组，将不同数量的钩码提升相同的高度）②探究滑轮组的机械效率与动滑轮重的关系（控制滑轮组所吊钩码的数量相同，改变动滑轮的数量或换用重力不同的动滑轮）
（6）实验中分别记下钩码和弹簧测力计的起始位置的目的（测量钩码和弹簧测力计移动的距离）
（7）绳子自由端移动的距离和物体上升高度的关系（看有几段绳子吊着重物，那么，拉力移动的距离就是物体上升高度的几倍，即：s=nh）
（8）有用功、总功、机械效率的计算（W有用 = Gh， W总=Fs，）
（9）实验数据分析与处理
（10）滑轮组机械效率的影响因素（与所挂物重、动滑轮自身重、机械摩擦有关，与物体被提升的高度无关）
例1：小明在"测量滑轮组的机械效率"的实验中，利用如图所示的滑轮组进行了4 次测量，测得数据如下表所示：
次数 钩码所受得重力G/N 钩码提升得高度h/m 拉力F/N 绳端移动得距离s/m 机械效率
1 1.0 0.1 0.8 0.4 31.25%
2 1.0 0.2 0.8 0.8 31.25%
3 2.0 0.1 1.2 0.4 41.67%
4 3.0 0.1 1.5
根据表中的数据计算得出第 4 次实验时绳端移动的距离s= ，
机械效率=
通过比较1、3 和 4 三次实验数据得出：同一滑轮组，物重越大，
滑轮组的机械效率
（3）在忽略摩擦力和绳重的前提下，通过第1次数据可算出动滑轮的
重力为 N.
（4）以下选项中不影响滑轮组机械效率的因素是 （ ）
A.动滑轮的重力
B. 绳子与滑轮之间的摩擦
C.物体上升的高度
（5）在测拉力时，某同学觉得很难使测力计做匀;速直线运动，不便于读数，就让弹簧测力计处于静止状态时才读数，该同学的读数与实际相比 （选填"偏大""偏小"或"不变"），测得机械效率 （选填"偏高""偏低"或"不变"），说明滑轮;组的机械效率还与 有关.
重难点——机械效率的相关计算
【考情分析】主要以滑轮（组）、交通工具等为载体考查功、功率、机械效率的相关计算，经常结合速度、压强、浮力等知识综合考查，多在选择题和计算应用题中呈现.
突破关键
计算机械效率的公式=
滑轮、滑轮组
①竖直提升重物
已知拉力F和提升重物的重力G：
有用功 W有= Gh；
总功 W总= Fs = Fnh；
机械效率;
已知提升重物的重力G，动滑轮的重力 G，动滑轮的重力G动：
有用功W有= Gh；
总功W总=Gh+G动h=（G+G动）h；
机械效率
②水平匀速拉动重物
已知重物与水平地面的摩擦力 f，拉力F：
有用功 W有=fs物；
总功W总= Fs= Fns物；
机械效率：
斜面
【真题训练】
1．小红用铁桶从井中打水；小军把不小心掉进井中的铁桶打捞上来。在这两个情形中水桶中都有水。那么下列分析中正确的是（　　）
A．两个情形中，两人对水做的功都是有用功
B．两个情形中，两人对水做的功都是总功
C．两个情形中，两人对水做的功都是额外功
D．小红对水做的功是有用功，小军对水做的功是额外功
2．下列说法中正确的是（　　）
A．机械效率越大的机械，则其功率就越大，做功就越快
B．某机械工作时功率为70W，表示该机械每秒钟做功大小为70J
C．越省力的机械，其功率就越小
D．减小了额外功，就能提高机械效率
3．下列关于功、功率和机械效率的说法中，正确的是（　　）
A．功率大的机械，做功一定多 B．做功多的机械，效率一定高
C．功率大的机械，效率一定高 D．做功快的机械，功率一定大
4．利用四个相同的滑轮，组成如图所示的甲、乙两个滑轮组，用同样的时间，把质量不等的重物G甲、G乙（G甲＜G乙）提升了相同的高度，所用的拉力分别为F甲、F乙，拉力的功率分别为P甲、P乙，机械效率分别是η甲、η乙（忽略绳重与摩擦），下列关系式正确的是（　　）
A．F甲＜F乙，η甲＝η乙 B．F甲＜F乙，η甲＞η乙
C．F甲＜F乙，P甲＜P乙 D．η甲＝η乙，P甲＝P乙
5．用如图所示的滑轮或滑轮组将同一重物G匀速提高h高度，每个滑轮的重相同，不计摩擦和绳重，四种方法中，拉力大小和机械效率都相同的是（　　）
A．A和B B．C和D C．B和C D．B和C和D
6．总功是300J，额外功是30J，则有用功和机械效率分别是（　　）
A．270J，10% B．330J，90% C．270J，90% D．330J，10%
7．如图所示，用F1的力直接将物体B匀速提高h，若借助滑轮组把B匀速提升相同高度，绳子自由端拉力为F2；关于滑轮组把B匀速提升的过程中，下列说法正确的是（　　）
A．滑轮组绳子自由端要移动2h
B．总功为F2h
C．额外功为F1h﹣F2h
D．机械效率
8．如图所示，用400N的力将重为1000N的物体匀速提升2m，共用了10s，在此过程中（不计绳重与摩擦），下列说法正确的是（　　）
A．绳子自由端移动的速度大小为0.4m/s
B．以动滑轮为参照物，物体是运动的
C．滑轮组的机械效率大小约为40%
D．当所提重物的质量增大时，该滑轮组的机械效率将增大
9．如图，在斜面上将一个重为25N的物体匀速从斜面底端拉到顶端，沿斜面向上的拉力F＝9N，斜面长s＝2m、斜面高h＝0.5m。下列说法正确的是（　　）
A．克服物体重力做功50J
B．额外功为18J
C．物体受到的摩擦力为2.75N
D．斜面的机械效率为67.5%
10．如图所示，工人师傅要将重为1000N的木箱拉到1.5m高的车厢里，他将一块5m长的木板搁在地面与车厢之间构成斜面，然后站在车上用400N的拉力将物体从斜面底端匀速拉到车厢里，则下列说法中正确的是（　　）
A．工人所做的总功为5000J
B．物体和斜面之间的摩擦力为400N
C．斜面的机械效率为75%
D．若工人将木箱加速拉到车厢，所做的总功不变
11．如图所示，平行于斜面的拉力将重为400N的物块由斜面底端匀速拉到顶端，已知拉力为250N，物体沿斜面移动了2m，升高了1m。下列说法中正确的是（　　）
A．此过程中拉力所做的总功为400J
B．此过程中拉力所做的额外功为250J
C．斜面的机械效率62.5%
D．此过程物块所受的阻力为50N
12．以下哪种方法不能提高滑轮组的机械效率（　　）
A．在滑轮的转动轴中加润滑油，以减小摩擦力 B．减小滑轮的自重
C．尽量增大所提升物体的重力 D．尽量使物体移动的距离增大
13．通过测量滑轮组机械效率的实验，可得出下列各措施中能提高机械效率的是（　　）
A．增加提升重物的重力 B．改用质量小的定滑轮
C．减少提升高度，减少做功 D．增加动滑轮，减小拉力
14．工人用如图所示的滑轮组运送建材，每次运送量如图所示，利用滑轮组装置匀速拉动水平面上的物体B，不计绳的重以及绳与滑轮间的摩擦，且物体在水平面上受到的滑动摩擦力为重力的0.1倍。物体B为45kg，底面积为0.04m2，人拉绳子的力为25N，物体B被匀速拉动的距离为2m。（g＝10N/kg）求
（1）动滑轮的重力；
（2）匀速拉动B物体时，滑轮组的机械效率；
（3）为了使滑轮组的机械效率提高10%，将物体A叠放在物体B上，人拉绳子使物体AB一起做匀速运动，则求物体A的质量。
15．某施工队利用图1所示海上打捞平台装置打捞物体，使用电动机和滑轮组将物体从海底竖直匀速吊起。图2所示，物体到水面的距离为15m，A、B、C、D四个点是物体从海底竖直向上匀速吊起过程经过的4个位置。图3是物体所受拉力F随时间t变化的图象。
（1）请在图3物体所受拉力F随时间t变化的图象上标出对应的A、B、C、D四个点。
（2）图1物体旁边的“●”表示该物体，请在上面画出物体此时的受力示意图，并在图上标出各个力的大小。
（3）求物体从A到B起吊过程中的速度。
（4）物体离开水面后从C被匀速提升到D，若电动机此时提供给滑轮组绳子自由端的动力为2×104N，且已知10s内绳子自由端移动的距离是10m，求滑轮组的机械效率。
16．如图所示，斜面长度为4m，高度为1.5m，用大小为50N的拉力F沿斜面方向将重为100N的物体由斜面的底端匀速拉到顶端，在该过程中，求：
（1）拉力对物体做的功W；
（2）该斜面的机械效率η；
（3）物体受到的摩擦力f。
17．如图所示，某人用滑轮组将重600N的金属块从水中匀速提起，金属块在水面下20秒上升了5m，金属块的体积为0.02m3，此时作用在绳自由端的拉力F是120N，不计绳重和滑轮组机械内部的摩擦及金属块在水中受到的阻力。求：
（1）金属块在水中所受浮力的大小；
（2）金属块未露出水面的过程中，拉力F做的功；
（3）求金属块出水前滑轮组的机械效率；
（4）金属块出水前滑轮组的机械效率η前　 　出水后滑轮组的机械效率η后（选填“大于”“小于”或“等于”）。
18．如图所示，在大小为50N的拉力F作用下，重800N的物体沿水平地面做匀速直线运动了12m，物体与地面之间的摩擦力为120N，求：
（1）有用功多大？
（2）该滑轮组的机械效率多大？
（3）若物体沿水平地面匀速运动的速度为0.2m/s，则拉力的功率是多少？

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