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(共37张PPT)
2023年中考物理
一轮考点梳理
模块四 力学部分
机械效率
模块四 力学部分
教材链接
人教:八下第十二章P85-P88　
教科:八下第十一章P86-P89
数据聚焦 考点梳理
概念、公式、特点
机械效率
机械效率
功的分类
提高机械效率的方法
1.功的分类
(1)有用功:无论是否使用机械,必须要做的功,叫做　　 　　,用W有表示。
(2)额外功:使用机械时,并非我们需要而又不得不做的功,叫做　　　 　,用W额表示。
(3)总功:有用功与额外功之和,叫做　　　　,用W总表示,W总=　　　 　。
机械效率
考点
有用功
额外功
总功
W有+ W额
2.机械效率
(1)概念:我们把　　　　跟　　　　的比值叫做机械效率,用符号η表示。
(2)公式:η=　　 　　。
(3)特点:由于使用任何机械都不可避免地要做额外功,总有W有(4)提高机械效率的方法
a.滑轮组:增加物重;减小动滑轮重;减小绳子与滑轮间的摩擦。
b.斜面:增大斜面的倾斜程度;减小摩擦。
有用功
总功
1.用桶把水提起来时额外功等于水的重力所做的功。 (　　)
2.做功越少的机械,机械效率越低。 (　　)
3.做相同的有用功,额外功少的机械,机械效率一定高。 (　　)
4.做功越快的机械,它的机械效率越高。 (　　)
5.越省力的机械,机械效率越高。 (　　)
6.用同一个滑轮组匀速提升不同的物体时,机械效率是不变的。 (　　)
易错速判
×
×
×
√
×
×
数据剖析 题型突破
题型 一 滑轮组的机械效率
题型 二 斜面的机械效率
1.(2022·福建)如图所示,用滑轮组帮助汽车脱困时,滑轮B的作用是　　　　 ；汽车被匀速拉动时,作用在绳子上的拉力F为1000 N,滑轮组的机械效率为80%,则汽车受到的摩擦力为　　　　N。
1
2
题型 一 滑轮组的机械效率
方法总结
计算滑轮组的机械效率:若力竖直向上,则η===;若忽略绳重和摩擦,则η===;若力沿水平方向,则η===。
改变力的方向
1600
2.(2022·荆州)某项目建设中,工人用如图所示的装置将质量为70 kg的建筑材料匀速提升了6 m,用时10 s。电动机的输出功率恒定为600 W,不计绳重和摩擦,g取10 N/kg。求:
(1)建筑材料上升的速度。
(2)10 s内电动机输出的总功。
解：建筑材料上升的速度v物=
解：10s内电动机输出的总功W总=P总t=600W×10s=6000J。
1
2
(3)动滑轮所受的重力。
解：建筑材料所受的重力G物=m物g=70kg×10N/kg=700N，对建筑材料做的有用功W有=G物h=700N×6m=4200J，对动滑轮做的额外功W额=W总-W有=6000J-4200J=1800J，动滑轮所受的重力G动==
1
2
(4)若用此滑轮组匀速提升另一批建筑材料时,机械效率是90%,则该建筑材料上升的速度。
解：由η=得，90%= 解得G物=2700N。另一批建筑材料上升的速度v物==
1
2
3.(2022·河北模拟)(多选)工人师傅搬运货物时,在地面和卡车的车厢间倾斜放置一长木板搭成斜面,将地面上的货物沿斜面匀速拉上车厢用时15s。已知车厢高1.5m,木板长3m,货物质量为60kg,沿斜面所用的拉力为400N,g=10 N/kg,则下列说法正确的是(　　)
A.工人做的总功为900 J
B.工人做的额外功为300 J
C.工人做功的功率为60 W
D.此斜面的机械效率为75%
3
4
题型 二 斜面的机械效率
方法总结
斜面的机械效率问题,知道使用斜面克服摩擦做的功为额外功是解题的关键,首先根据功的计算公式W=Fs可求出拉力做的功,即总功;然后根据W=Gh求出有用功;最后根据机械效率的计算公式可求出斜面的效率。
BD
4.(2022·毕节)如图所示,一辆货车匀速从山底A开到山顶B。货车重为5.0×104 N,发动机的功率保持50 kW不变,山坡AB长2000 m,高h为300 m,牵引力保持2.5×104 N不变,不计空气阻力。求:
(1)汽车从山底开到山顶所做的有用功。
解：牵引力做的有用功W=Gh=5.0×104N×
300m=1.5×107J。
3
4
(2)山坡的机械效率。
(3)汽车在山坡上行驶时的摩擦力。
解：汽车从山底开到山顶所做的总功W总=Fs=2.5×104N×2000J=5×107J，山坡的机械效率η==30%。
解：额外功W额=W总-W有=5×107J-1.5×107J=3.5×107J，由W额=fs可得，汽车在山坡上行驶时的摩擦力f==104N。
3
4
数据透视 实验剖析
实验 19 测量滑轮组的机械效率
实验 19 测量滑轮组的机械效率
实验梳理
实验原理 η== 主要实验仪器及作用 (1)弹簧测力计的使用与读数:实验时用弹簧测力计沿竖直方向　　　　 拉动绳子,此时拉力等于弹簧测力计的示数 (2)刻度尺:测量钩码上升的距离和弹簧测力计移动的距离 (3)钩码:改变物重的大小
匀速
实验梳
实验 方法 控制变量法
(1)探究滑轮组的机械效率与绕线方式的关系:采用同一滑轮组,改变其绕线方式,提升相同数量的钩码
(2)探究滑轮组的机械效率与物重的关系:控制同一滑轮组的绕线方式相同,改变滑轮组所吊钩码的数量
(3)探究滑轮组的机械效率与动滑轮自重的大小关系:控制滑轮组所吊钩码的数量相同,改变动滑轮的数量
实验数据分析 (1)功的计算
a.有用功的计算:W有=Gh。b.总功的计算:W总=Fs
(2)机械效率的计算
a.已知物重和拉力:η==。b.已知物重和动滑轮重:η=__________　
(3)绳子自由端移动的距离与物体上升的高度h的关系:s=_______
续表
nh
实验梳
交流与反思 (1)影响滑轮组机械效率的因素：物体的重力、动滑轮的重力、绳子与滑轮之间的摩擦力
(2)可以省略的工具：刻度尺,省略后用η=　　 　计算,反而能够提高精度
(3)机械效率总是小于1的原因：任何机械都不可避免地要做额外功,都不省功
(4)提高滑轮组机械效率的方法：在允许范围内增大提升的物重;减小绳子与滑轮间的摩擦；减小动滑轮的重力等
实验 结论 用同一滑轮组提升不同的重物时,其机械效率不同。提升的重物越重,滑轮组的机械效率越高
续表
实验梳
典型示例
(2022·石家庄桥西区一模)如图所示,小明用几个相同的滑轮组成不同的滑轮组,完成“测滑轮组机械效率的实验”,测得的数据记录在表中。请回答下列问题:
实验 次数 钩码重 G/N 钩码上 升高度 h/m 测力计 拉力 F/N 测力计 移动距 离s/m 机械
效率η
1 4 0.1 2.7 0.2 74%
2 4 0.1 1.8 0.3 74%
3 8 0.1 3.2 0.3 83%
4 8 0.1 2.7 0.4
实验梳
(1)第4次实验的机械效率为　　　　(百分数保留一位小数),并在图丁中画出相应的滑轮组绕线方法。
(2)通过比较　　　　(填实验次数的序号)两次实验数据可得出结论：同一滑轮组提升重物时，物重越重，滑轮组机械效率越高；利用图甲中的滑轮组匀速提升相同的物体时，仅增大提升物体的速度，滑轮组的机械效率　　　　(选填“变大”“变小”或“不变”)。
(3)小明分析实验数据发现,只要滑轮组的结构和绕线方式一定,测滑轮组的机械效率时,实验器材可以不需要　　　 　。
74.1%
2、3
不变
刻度尺
【拓展】若实验中使用的测力计的量程为“0~5 N”,忽略绳重和摩擦,甲、乙两个滑轮组中,甲的最大机械效率　　　　(选填“大于”“小于”或“等于”)乙的最大机械效率。
小于
数据链接 真题试做
命题点 1 滑轮组的机械效率问题
命题点 2 斜面的机械效率问题
1.(2022·河北,18)在老旧小区改造中,工人利用滑轮组将重380 N的建筑材料提升到楼顶,如图所示。已知工人对绳子的拉力为200 N,建筑材料在5 s内匀速上升5 m,不计绳重及摩擦。此过程中,下列说法正确的是(　　)
A.动滑轮所受重力为10 N
B.滑轮组所做的有用功为2 000 J
C.工人所用拉力的功率为380 W
D.滑轮组的机械效率为95%
命题点 1 滑轮组的机械效率问题
D
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2
3
4
5
6
7
2.(多选)用四只完全相同的滑轮和两根相同的绳子组成如图所示的甲、乙两个滑轮组,在绳自由端用大小分别为F1和F2的拉力,将相同的物体匀速提升相同的高度。若不计绳重及摩擦,下列说法正确的是(　 　)
A.F1大于F2
B.F1和F2做的功一定相等
C.甲、乙的机械效率不相等
D.绳子自由端移动的距离不相等,物体运动的时间可能相等
ABD
1
2
3
4
5
6
7
3.(多选)如图所示,重为G的物体在拉力F的作用下,以v的速度匀速运动了s,已知物体在水平桌面上运动时受到的摩擦阻力为物重的n分之一,不计绳重、轮与轴间的摩擦。下列说法正确的是(　　)
A.使用该滑轮组一定省力
B.拉力的功率为2Fv
C.额外功为(2nF-G)s
D.滑轮组的机械效率为
BC
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4.(多选)用五个相同质量的滑轮和绳子组成如图所示的甲、乙两个滑轮组,在绳子自由端分别用力将重力为G的物体匀速提升,乙滑轮组的效率为η乙,不计摩擦、绳和木板的重,下列说法正确的是(　　 )
A.两个滑轮组的机械效率可能相等
B.F1一定大于F2
C.每个滑轮重为
D.甲、乙将重物提升相同的高度,F1与F2的功率可能相等
BCD
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7
5.一台起重机在10 s内将重为3 600 N的货物匀速提高了4 m,起重机做的有用功是　　　　 J。若起重机做的额外功是9 600 J,则机械效率是　　　　,起重机的总功率是　　　　W。
1.44×104
2400
60%
1
2
3
4
5
6
7
6.图甲是一辆起重车的图片,起重车的质量
为9.6t,有四个支撑脚,每个支撑脚的面积为0.3m2,起重时汽
车轮胎离开地面。如图乙所示,起重车吊臂上的滑轮组在某
次作业中将质量为1200 kg的货物匀速提升,滑轮组上钢丝
绳的拉力F为5000N,货物上升过程中的s-t图象如图丙所示。
(不考虑绳重,g取10 N/kg)求:
(1)提升货物过程中起重车对水平地面的压强。
解：提升货物过程中起重车的总重G总=G车+G物=（m车+m物）g=（9.6×103kg+1.2×103kg）×10N/kg=1.08×105N，提升重物时，受力面积为S车=4S轮=4×0.3m2=1.2m2，提升货物过程中起重车对水平地地面的压强p车= =104Pa。
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(2)拉力F 的功率。
(3)提升货物过程中滑轮组的机械效率。
解：物体的速度v物=绳自由端的速度v绳=3v物=3×0.25m/s=0.75m/s，拉力F的功率P=Fv绳=5000N×0.75m/s=3750W。
解：提升货物过程中滑轮组的机械效率η== 80%。
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7.如图所示,重为1140 N的物体,它与水平地面的接触面积为1.5×103 cm2。工人师傅用600 N的力匀速提升物体,物体的速度为0.2 m/s。(不计摩擦及绳重)求:
(1)工人师傅拉绳的功率。
解：拉力的功率P拉= = =Fv绳=600N×2×0.2m/s=240W。
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(2)滑轮组的机械效率。
(3)体重为450 N的小明用此滑轮组提升物体,但物体没有被拉动,物体对地面的最小压强为多大。
解：滑轮组的机械效率η=====95%。
解：由于忽略摩擦及绳重,2F=G+G动,动滑轮重G动=2F-G=2×600N-1140N=60N,绳端最大拉力等于人体重力,则物体对滑轮组的拉力F拉=2G人-G动,滑轮组提升物体的拉力F拉'=G-F支,物体受到的支持力F支=G+G动-2G人=1140N+60N-2×450N=300N,物体对地面的最小压强p====2×103Pa。
1
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命题点 2 斜面的机械效率问题
8
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8.斜面是一种简单机械,在生活和生产中使用斜面的好处是可以省力,如:　　　 　　 。那么斜面的省力情况与哪些因素有关呢 (使用斜面的省力情况可以通过比较沿斜面拉力F与物体重力G的比值大小米判定,比值越小,越省力)
小明提出了如下猜想:
猜想1:与斜面的表面材料有关。
猜想2:与斜面的倾斜程度有关。
猜想3:与物体受到的重力大小有关。
盘山公路
小明为验证上述猜想,利用如图所示的装置进行了实验。实验中
所用的物块材料及其表面粗糙程度相同,在沿斜面拉力的作用下,
在斜面上做匀速直线运动。实验中相关的记录如下表。
实验次数 1 2 3 4 5 6
斜面倾角 θ　　　 θ θ θ θ1 （θ1＞θ2） θ2
（θ2＞θ1）
斜面的表面材料 木板 毛巾 木板 木板 木板 木板
物块重G/N 2.0 2.0 4.0 6.0 2.0 2.0
沿斜面拉力F/N 1.35 1.52 2.70 4.05 1.52 1.70
8
9
回答下列问题:
(1)通过对比实验　　　　中的数据可知,使用斜面省力的情况与斜面的表面材料有关。
(2)通过对比实验1、5、6中数据,得出的结论是在其他条件相同时,　　 　　 。
(3)为验证猜想3,小明做了实验　　　 　 (填写实验序号),分析实验数据后,小明认为这几次实验省力情况相同,依据是　　　　　　　　　　　　　　　 。
【拓展】完成实验后,小明沿斜面用1.8 N的拉力,将重为4.5 N的物体从斜面底端匀速拉到了顶端。已知斜面长1.2 m、高0.3 m,则斜面的机械效率是　　　　%。(把重物直接提升0.3 m所做的功作为有用功)
1、2
斜面倾角越小，越省力
1、3、4
实验中沿斜面拉力F与物体重力G的比值大小相等
62.5
8
9
9.如图所示,某建筑工地用电动机、定滑轮和斜面组成的装置,将重为1600N的建材从斜面底端匀速拉到顶端。已知斜面倾角为30°,斜面高为4.5m,建材移动的速度为0.4m/s,电动机的输出功率为400W,斜面的效率与整个装置的效率之比η1：η2=10：9。(忽略定滑轮处摩擦及绳重)求:
(1)对建材做的有用功。
解：对建材做的有用功W=Gh=1600N×4.5m=
7 200 J。
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(2)斜面的效率。
(3)电动机消耗的电能。
解：由数学知识可知,斜面长s=2×4.5m=9m,根据P===Fv可得,拉力F===1000N,拉力做的总功W总=Fs=1000N×9m=9 000J,斜面的效率η1===80%。
解：(3)根据v=可得,建材移动的时间t===22.5s,根据P=可得,电能转化的机械能为W机=Pt=400W×22.5s=9000J,因为斜面的效率与整个装置的效率之比η1：η2=10：9,η1=80%,则η2=η1=×80%=72%,根据η=可得,电动机消耗的电能W电===10000J。
8
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