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机械效率的理解及相关计算

第2课时　机械效率
定　　义 将_________和 _____的比值叫作机械效率，用符号η表示
计算公式 ________ 说明：W有用表示有用功，是指根据目的做的对人们有用的功。W额表示额外功，是指使用机械时，不需要但又不得不做的功。W总表示总功，是指有用功和额外功之和。
W总＝W有用＋W额
有用功
总功
理　　解 (1)使用任何机械都不能省功，有用功总是小于总功，所以机械效率都_______1。
(2)做功多的机械，其机械效率不一定大
影响因素 与机械自重、摩擦、被提升物体的重力等因素有关
提高机械 效率的 方法 (1)在额外功不变时，增大有用功。例：提升重物时，机械装置一定，在机械强度允许的范围内，增加提升重物的质量。
(2)在有用功不变时，减小额外功。例：提升重物的重力一定时，减小机械的摩擦(加润滑油)或减小动滑轮的重力。
小于
1.(2023·江苏连云港)下列关于机械效率的说法正确的是(　 　)
A．越省力的机械，机械效率越高
B．做功越快的机械，机械效率越高
C．所做有用功越多的机械，机械效率越高
D．有用功与总功的比值越大的机械，机械效率越高
D
2．(2022·潍坊节选)如图所示实验中，斜面倾斜角为30°，物体B重为
4 N。用弹簧测力计沿斜面拉动B时，应使B做 _________运动， 实验中
弹簧测力计示数如图所示，则所测斜面的机械效率为 80% 。
匀速直线
【状元笔记】
用滑轮组提升重物，我们不得不克服动滑轮的重力以及摩擦力而做功，这些多做的功是额外功。
机械效率与机械本身是否省力、功率大小和力的大小无关。
功的原理：任何机械都不能省功。
解机械效率的计算的模板
考法①　竖直方向提升物体

(2023·四川眉山)如图所示，工人用滑轮组提升重物，
已知重物所受重力G物＝1 000 N，动滑轮所受重力G动＝200 N。
在工人用力F作用下，重物匀速上升，30 s达到规定高度6 m
处。不计绳重和机械之间的摩擦。求：
(1)拉力做功的功率；
(2)滑轮组的机械效率；
(3)若用该装置提升另一重物时，机械效率达到90%，则该重物所受的重力是多少？
1．(2023·北京)用如图所示的装置提升重为800 N的物体A，
动滑轮重为200 N。在卷扬机对绳子的拉力F作用下，物体A
在10 s内竖直匀速上升了2 m。在此过程中，不计绳重和摩
擦，下列说法正确的是(　 　)
A．物体A上升的速度为0.4 m/s
B．滑轮组的有用功为2 000 J
C．拉力F的功率为100 W
D．滑轮组的机械效率为80%
D
2．(2023·滨州)(多选)用如图所示的装置匀速提升浸没
在容器底部的正方体物块A，物块A的质量为5 kg，棱长为
10 cm，水的深度为60 cm。物块A露出水面前滑轮组的机
械效率为80%，在水中上升的时间为 5 s。物块A与容器底
部未紧密接触，水对物块A的阻力、绳子的重力、绳子与
滑轮间摩擦都忽略不计，ρ水＝1.0×103 kg/m3，g＝
10 N/kg。下列分析正确的是( )
A．物块A的重力为50 N
B．物块A上升的速度为0.12 m/s
C．物块A露出水面前，拉力所做的有用功为20 J
D．物块A完全露出水面后，滑轮组的机械效率约为83.3%
ACD
考法②　水平方向拉动物体
(2023·济宁)两个滑轮按如图所示的方式组合，用5 N的拉力F拉动
绳端，使物体在5 s内水平向左匀速滑动1 m，物体与地面间的摩擦力为
9 N，则拉力F的功率为____W，滑轮组的机械效率为 ____。
2
90%
3．(2023·湖北荆州)一位同学用如图所示的滑轮组拉着重500 N的物体，
使物体以 0.1 m/s 的速度沿水平地面向右匀速直线运动10 s，已知物体
与地面间的滑动摩擦力为150 N，滑轮组的机械效率为60%，在此过程中
下列选项正确的是(　 　)
A．绳子自由端移动的距离为3 m
B．拉力做的有用功为500 J
C．拉力做的额外功为150 J
D．拉力做功的功率为25 W
D
4．(2023·四川广元)如图所示，某工人利用滑轮组将一个工件沿水平地面匀速拉动到加工点。拉动过程中，工人对绳的拉力始终沿竖直方向，工人双脚始终与水平地面接触且接触面积为300 cm2，工人对地面的压强为2.0×104 Pa；此工人的质量为70 kg，两个动滑轮的质量共为10 kg，绳重、绳与滑轮之间的摩擦均忽略不计，g取10 N/kg。求：
(1)工人的手对绳的拉力大小；
(2)工件移动过程中，地面对工件摩擦力的大小；
(3)滑轮组在此次工作中的机械效率。
考法③　斜面上拉动物体
(2023·湖北荆州)以“‘荆歌’铁马，奔向未来”为主题的2023荆州马拉松3月26日在荆州体育中心鸣枪起跑。在开赛场地建设过程中，工人利用长度L＝3 m的斜面把质量为240 kg 的重物匀速推到h＝1 m高处，如图所示，工人所用推力F＝1 000 N。g取10 N/kg。求：
(1)推力做的有用功；
(2)斜面的机械效率；
(3)工人将另一质量为300 kg的重物匀速推到同一高度，为了省力，换用长度为5 m的斜面，此时重物与斜面间的摩擦力与原来的摩擦力之比为6∶5，共用时20 s，工人推力做功的功率。
5．(2023·江西)如图所示，利用斜面将箱子推进车厢，通常要比把箱子直接从地面搬进车厢省力多了。某同学用100 N的力沿斜面向上匀速推动箱子，已知箱子质量为20 kg，斜面长3 m，斜面高1.2 m，g＝10 N/kg。求：
(1)箱子受到的重力；
(2)箱子受到的摩擦力；
(3)斜面的机械效率；
(4)使用斜面推箱子时有哪些更省力的方法。
测量滑轮组的机械效率
【设计与进行实验】
1．实验原理：________________。
2．实验器材：_______ 、_______ 、滑轮组、细绳、钩码、铁架台等。
3．实验中应测量的物理量有_________________ 、________________、________________、________________。
4．弹簧测力计拉动方式：________ 向上拉动。

【分析、评估与交流】
5．控制变量法的应用
(1)同一滑轮组吊起数量不同的钩码，探究η与G的关系；
(2)用重力或数量不同的动滑轮吊起数量相同的钩码，探究η与G动的关系。
6．实验数据的分析及处理
(1)绳子自由端移动的距离s与物体上升高度h的关系：s＝________。
(2)实验中，滑轮组克服物重所做的有用功为W有用＝________，绳子自由端拉力所做的总功为W总＝________。
(3)机械效率的计算
①已知物重和拉力：________________ 。
②已知物重和动滑轮重(不计摩擦)：________________ 。
【实验结论】
7．影响滑轮组机械效率的因素：绳重和摩擦、________ 、________ 。滑轮组机械效率的大小与物体提升的高度、滑轮组的绕线方式及提升物体的速度无关。
(2023·枣庄)提高机械效率可以充分发挥机械设备的作用，对节能减排、提高经济效益有重要的意义。某科技创新小组根据生活经验和客观事实，对影响滑轮组机械效率的因素作出如下猜想：
猜想I：滑轮组的机械效率与物体被提升的高度有关
猜想Ⅱ：滑轮组的机械效率与动滑轮的重力有关
猜想Ⅲ：滑轮组的机械效率与所提物体的重力有关
根据猜想，运用如图甲、乙、丙所示的装置进行了实验探究，测得的实验数据如表所示。
实验 序号 钩码的 重力 G/N 钩码上 升高度 h/m 绳端 拉力 F/N 绳端移 动的距 离s/m 机械
效率
η
1 2 0.1 0.90 0.3 74.1%
2 4 0.1 1.50 0.3 88.9%
3 4 0.1 1.25 0.4
4 4 0.2 1.50 0.6 88.9%
(1)实验时应沿竖直方向_______缓慢向上拉动弹簧测力计。
(2)分析表中数据可知：第3次实验是利用了图_____的装置完成的，它
的机械效率η＝ ____。
(3)比较2、4两次实验数据，可验证猜想Ⅰ是_______(选填“正确”或
“错误”)的。
匀速
丙
80%
错误
(4)通过比较 _____(填实验序号)两次实验数据得出结论：同一滑轮组提
升重物时，物重越大，滑轮组的机械效率越高。
(5)通过比较2、3两次实验数据可得出结论：不同滑轮组提升相同重物
时，动滑轮越重，滑轮组的机械效率 _____。
1、2
越低
【拓展设问】
(6)某同学在实验过程中，没有沿竖直方向拉动弹簧测力计，则测得的滑
轮组机械效率将 _____(选填“偏高”“偏低”或“不变”)。
(7)第1次实验和第2次实验相比，第2次实验的机械效率较高，这是因为
两次实验中所做额外功 _____，而第2次实验所做有用功较_____。
(8)通过实验，请你提出提升滑轮组机械效率的两种方法：
①_____________________；
②_________________。
偏低
相同
多
增加被提升物体的重力
减轻动滑轮的重力

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