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专项(四)　机械效率的测量及计算
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类型一　机械效率的测量
【规律总结】
机械效率一般有三种:滑轮组的机械效率、斜面的机械效率、杠杆的机械效率。
(1)实验中要匀速拉动弹簧测力计。
(2)提高滑轮组机械效率的方法:①减小额外功,即减小机械自重及摩擦;②在允许范围内增加货物重力,货物越重,η越大。
类型一　机械效率的测量
例1 图Z4-1甲是林红做“测量滑轮组的机械效率”的实验装置。
图Z4-1
(1)实验时林红沿竖直方向　　　　拉动弹簧测力计,使钩码上升10 cm,弹簧测力计的示数如图甲所示,其拉力为　　　　N,若每个钩码重2 N,则滑轮组的机械效率为　　　　(写成百分数的形式,结果保留三位有效数字)。
(2)实验中,钩码上升10 cm所用的时间为1 s,则拉力的功率为　　　　W。
匀速
2.4
83.3%
0.72
类型一　机械效率的测量
(3)林红做完实验,通过和其他小组交流,了解到滑轮组的机械效率η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所示的图像。由图像可知:被提升物体所受的重力相同时,动滑轮越重,滑轮组的机械效率越　　　　。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。
低
3
类型一　机械效率的测量
【变式1】 林红在“探究斜面的机械效率”的实验中,用长度s=0.50 m的木板搭成一个斜面,用弹簧测力计将重力G=5.0 N的物块从斜面底端匀速拉至斜面顶端。
(1)林红在实验中,调整斜面高度为h=0.22 m,将物块从斜面底端匀速拉至顶端的过程中,弹簧测力计的示数F=4.0 N,则有用功为　　　　J。
(2)林红利用上述器材进一步研究发现,木板搭成倾角不同的斜面时,将物块从斜面底端匀速拉至斜面顶端的过程中,额外功W额与斜面的水平长度L(木板在水平面上的正投影长度)的关系如下表。

①通过数据分析,林红得出了结论:W额与L成　　　比。
②当斜面的水平长度L=0.40 m时,斜面的机械效率为　　 。(写成百分数的形式,结果保留三位有效数字)
图Z4-2
L/m 0.45 0.40 0.35 0.30
W额/J 0.90 0.80 0.70 0.60
1.1
正
65.2%
类型一　机械效率的测量
【变式2】 某实验小组利用如图Z4-3所示装置探究杠杆的机械效率。
实验的主要步骤如下:
①用轻绳悬挂杠杆一端的O点作为支点,在A点用轻绳悬挂总重为G的钩码,在B点用轻绳
竖直连接一个弹簧测力计,使杠杆保持水平; 图Z4-3
②竖直向上拉动弹簧测力计　　　　上升(保持O点位置不变),在此过程中弹簧测力计的示数为F,利用刻度尺分别测出A、B两点上升的高度为h1、h2。
完成下列问题:
(1)步骤②中空白处应填上　　　　。
(2)若测得G=2.5 N,F=1.2 N,h1=8 cm,h2=20 cm,则杠杆机械效率为η=　　　　。(写成百分数的形式,小数点后保留一位小数)
(3)本次实验中,若提升的钩码重一定,只将钩码的悬挂点由A移至C,O、B位置不变,仍将钩码提升相同的高度,则有用功　　　　,杠杆的机械效率将　　　　。(均选填“变大”“变小”或“不变”)
匀速
83.3%
不变
变大
类型二　机械效率的计算
例2 图Z4-4所示装置是实验时用轻绳绕成的滑轮组。悬挂的重物G=4.8 N,当重物静止于任意位置时,手对轻绳的拉力均为F1=1.8 N;当重物匀速上升时,手对轻绳的拉力为F2=2.0 N,且物重上升过程中动滑轮恰好转过1圈。已知动滑轮周边凹槽的周长C=0.3 m。求:
(1)动滑轮的重力。
(2)重物上升过程中的有用功、总功以及滑轮组的机械效率。
图Z4-4
类型二　机械效率的计算
【变式1】 如图Z4-5所示,工人用沿斜面向上、大小为500 N的推力,将重800 N的货物从A点匀速推至B点;再用100 N的水平推力使其沿水平台面匀速运动5 s,到达C点。已知AB长3 m,BC长1.2 m,距地面高1.5 m。求:
(1)货物在水平面上运动的速度。
(2)水平推力做功的功率。
(3)斜面的机械效率。
图Z4-5
类型二　机械效率的计算
【变式2】 如图Z4-6所示,林红同学在探究利用杠杆做功的实践活动中,杠杆一端固定,中点处挂有一重力G为20 N的重物,现在竖直提起杠杆的另一端,使物体缓慢匀速提升。(摩擦忽略不计)
(1)若不计杠杆自重,求拉力F的大小。
(2)若杠杆是一根自重为5 N、材料均匀的硬棒,将重物提升的高度h为0.1 m,林红使用杠杆所做的有用功W有为多大 机械效率η是多大
图Z4-6
类型二　机械效率的计算
【变式3】 中国北京成功举办2022年第24届冬季奥林匹克运动会,各项准备工作高效地进行时。如图Z4-7所示是某建筑工地上使用的塔式起重机,它在15 s内把质量为500 kg的货物匀速提升到3 m高的地方。
(1)求起重机对货物做的功。
(2)求起重机对货物做功的功率。
(3)如果起重机的机械效率是60%,求起重机的电动机做的总功。(g取10 N/kg)
图Z4-7

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