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12.3 机械效率
知识点回顾
1．有用功：对人们有用的功，等于直接用手对重物所做的功（Gh）。
公式：W有用＝Gh（提升重物）=W总－W额=ηW总。
2．额外功：并非我们需要但又不得不做的功。
公式：W额=W总－W有用=G动h（忽略轮轴摩擦的动滑轮、滑轮组）。
3．总功：有用功加额外功或动力所做的功。
公式：W总=W有用＋W额=Fs=W有用／η。
4．机械效率和功率的区别
功率和机械效率是两个不同的概念。功率表示做功的_________，即单位时间内完成的功功率越大，做功越快；机械效率表示机械做功的效率，即所做的总功中有多大比例的有用功，机械效率越大，有用功跟总功的比值_________。有用功总________总功，所以机械效率总__________。通常用百分数表示。某滑轮机械效率为60%表示有用功占总功的60%。
提高机械效率的方法：减小机械自重、减小机件间的摩擦等。
5.滑轮组的机械效率：
（1）概念：
（2）计算：
（3）提高滑轮组机械效率的方法：
①增加物重（增加有用功占比）
②减轻动滑轮重
③减少摩擦
（4）特殊滑轮的机械效率：
练习题
一、选择题
1．关于功、功率和机械效率下列说法正确的是（　　）
A．做功多的机械，功率一定大 B．功率大的机械，做功一定快
C．功率大的机械，机械效率一定高 D．改进机械的性能可以使机械效率达到100%
2．两台机械，甲机械效率为80%，乙机械效率为60%，下列说法正确的是（　　）
A．甲机械一定比乙机械省力 B．甲机械一定比乙机械做功快
C．甲机械做的有用功一定比乙机械的多 D．有用功相同时，乙机械所做的总功多
3．如图所示，用沿斜面向上的力拉着物体从斜面底端匀速运动到斜面顶端，下列做法中能提高此过程中斜面机械效率的是（　　）
A．增大斜面的倾斜程度 B．在斜面上铺较粗糙的棉布
C．将垫斜面的木块向右移动一些 D．把物体换成底面粗糙程度相同但更重一些的
4．如图所示，小明分别用甲、乙两滑轮把同一桶沙从一楼地面提到二楼地面，用甲滑轮所做的总功为W1，机械效率为η1；用乙滑轮所做的总功为W2，机械效率为η2（不计绳重与摩擦）。则（　　）
A．W1＜W2，η1＞η2 B．W1＜W2，η1＜η2
C．W1＞W2，η1＞η2 D．W1＞W2，η1＜η2
5．如图所示，利用轻质滑轮组匀速拉动水平地面上重为G的物体。若拉力的大小为F，物体和地面之间的摩擦力大小为f，A点的拉力FA，则下列滑轮组的机械效率表达式正确的是（　　）
A． B． C． D．
6．在老旧小区改造中，工人利用滑轮组将重380N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200N，建筑材料在5s内匀速上升5m，不计绳重及摩擦。此过程中，下列说法正确的是（　　）
A．工人所拉绳子移动了15m B．动滑轮所受重力为10N
C．滑轮组所做的有用功为2000J D．滑轮组的机械效率为95%
7．某型号挖掘机在6s内将装满铲斗的质量为0.75t的泥土送到10m外的岸边，挖掘深度（如图乙所示）发动机的总功率是20kW，（取）则（　　）
A．挖掘机每挖一次泥土并水平移送到岸边，挖掘机对泥土做功为
B．挖掘机每挖一次泥土并水平移送到岸边，挖掘机对泥土做功为
C．挖泥过程中挖掘机的机械效率为12.5%
D．挖泥过程中挖掘机的额外功为
8．如图所示，小明用滑轮组将一桶重为200N的水在10s内匀速提升6m，拉力F为150N。忽略绳重、桶重及摩擦，下列说法正确的是（　　）
A．使用滑轮组既能省力又能省功
B．该滑轮组的机械效率为80%
C．该滑轮组的动滑轮重为100N
D．若提升过程中，有部分水洒出，滑轮组的机械效率不变
二、填空题
9．如图所示是两个工人分别用滑轮按甲、乙两种方式把质量相同的两袋沙子从地面提到二楼，两种方式所做的总功W甲、W乙，机械效率为η甲、η乙．若不计绳重及摩擦，则有下列关系：W甲　 　W乙，η甲　 　η乙。（选填“＞”、“=”或“＜”）
10． 如图所示，小华用5N的拉力在10s内将重12N的木块从斜面底部匀速拉到顶部。斜面长为1m，高度为0.3m，拉力F的功率为　 　W，使用该斜面的额外功为　 　J，机械效率为　 　。
11．如题图所示，工人师傅用一个动滑轮提升一个重为40N的物体，所用的竖直拉力为25N，在10s内物体向上移动了1.6m，在此过程中，工人师傅拉绳子的力做功为　 　J，拉力的功率为　 　W，该动滑轮的机械效率为　 　。
12．工人用如图所示的装置搬运石块A。已知A重1200N，在20s内沿水平方向匀速移动3m，工人所用拉力F为120N，那么A移动过程中拉力F做功为　 　 J；如果此装置机械效率为，则石块A受到的摩擦力为　 　 N。
13．如图所示是一台汽车起重机吊装货物的滑轮组，若某次作业中，起重机在内将的货物由地面提升到的高度，钢丝绳的拉力为，拉力做的有用功为　 　，起重机起吊货物的机械效率为　 　。
三、实验探究题
14．学习了滑轮组的机械效率之后，小明用同样的滑轮，组装成两个滑轮组，分别如图甲、乙所示，实验的部分数据如表格所示。
次数 物体重G/N 提升高度h/cm 拉力F/N 绳端移动距离s/cm 机械效率η
1 2 10 1.5 20 　
2 2 10 1.0 　 　
（1）第一次实验的机械效率为　 　；
（2）第二次实验如图乙所示，则弹簧测力计移动的距离是　 　cm，分析比较两次机械效率，发现第二次实验测得滑轮组的机械效率　 　（选填“大于”“小于”或“等于”）第一次实验测得滑轮组的机械效率；
（3）想提高此滑轮组的机械效率，以下措施中可行的是　 　（填序号）。
①选用轻质动滑轮
②给滑轮的轴心加润滑油
③增加物体被提升的高度
④增大被提升的物体的重力
15．在“测量滑轮组的机械效率”实验中，小刚用如图所示滑轮组进行了三次实验，实验数据如表所示。
实验序号 物重 物体上升的高度 拉力 绳端移动距离 机械效率
　
（1）本实验中用到的测量工具有　 　 和　 　。
（2）在第次实验中，做的有用功是　 　，额外功是　 　。
（3）第次实验中滑轮组的机械效率是　 　结果保留至。
（4）通过分析实验数据可以得出：同一滑轮组提升的物重增大，机械效率将　 　均选填“增大”、“减小”或“不变”。
四、计算题
16． 一个边长为40cm的正方体放在水平地面上时，对地面的压强为6000Pa，如图所示用滑轮组匀速竖直提升该重物，若重物以0.1m/s的速度匀速上升，人对绳子的拉力F的功率为120W，不计绳重和摩擦。（g取10N/kg）
（1）求重物的质量。
（2）求滑轮组的机械效率。
（3）若用此滑轮组匀速提升另一物体B时，滑轮组的机械效率是75%，求物体B所受的重力。
17． 小明用如图甲所示的滑轮组提升物体，物体的重力为500N，所用动滑轮的重力为40N，不计绳重和摩擦，绳子自由端竖直移动的距离随时间变化的关系如图乙中a所示，物体上升的高度随时间变化的关系如图乙中b所示。
（1）求0-30s内物体上升的速度；
（2）求0-20s内拉力做功的功率；
（3）求滑轮组提升物体的机械效率。
18．如图所示每个滑轮均重50N、拉着重450N的物体以0.1m/s的速度上升了4m，拉力F的功率是60W（不计绳重），求：
（1）对重物做的有用功；
（2）拉力做的总功；
（3）滑轮组的机械效率；
（4）货物上升4m过程中，克服摩擦力做的功。
参考答案
1．B
2．D
3．A
4．A
5．C
6．D
7．C
8．C
9．＜；＞
10．0.5；1.4；72%
11．80；8；80
12．1080；270
13．4800；80%
14．（1）66.7%
（2）30；等于
（3）①②④
15．（1）弹簧测力计；刻度尺
（2）1.8；0.54
（3）80.8%
（4）增大
16．（1）解：重物是边长为40cm的正方体，即边长为0.4m，重物对地面的压强为6000Pa，则重物对地面的压力
重物静止在地面上，重物对地面的压力与地面对重物的支持力是一对相互作用力，大小相等，重物受到的重力与地面对重物的支持力是一对平衡力，大小相等，则重物的重力为960N，重物的质量
答：重物的质量是96kg；
（2）解：由图可知，动滑轮上的绳子段数n=2，重物以0.1m/s的速度匀速上升，绳端移动的速度
绳子的拉力F的功率为120W，则绳端拉力
滑轮组的机械效率
答：滑轮组的机械效率是80%。
（3）解：根据可知，动滑轮的重力
滑轮组的机械效率
即
解得。
答：物体B所受的重力是720N。
17．（1）解：根据图像可知，物体上升的高度和绳子自由端竖直移动的距离的关系可知，当绳子自由端移动9m时，物体上升的高度是3m，说明承担物重绳子的股数为
根据题意可知，0~30s内，物体上升的高度s物=3m，物体上升的速度
（2）解：由题意可得，不计绳重和摩擦，0~20s内，物体匀速上升，绳子的拉力为
绳子自由端移动的速度为
根据
可得，拉力做功的功率为
P=Fv绳=180N×0.3m/s=54W
（3）解：滑轮组提升物体的机械效率
18．（1）1800J；（2）2400J；（3）75%；（4）400J

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