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12.4 机械效率
作业目标 对应题号 答错题号 自我评价
1.能结合实例分析什么是有用功、额外功和总功 1~4 很棒□ 及格□ 加油□
2.能说出机械效率的含义,知道机械效率是小于1的。能利用机械效率的公式进行简单的计算 5~13、16、17
3.通过实验测量某种简单机械的机械效率 14、15、18
【练基础】
1 有用功、额外功和总功
1.当你用桶从井中提水的时候,你对桶所做的功是　　　　;如果桶掉进井里,从井里捞桶的时候,桶里带着一些水,这时你对桶做的功是　　　　。(均选填“总功”“有用功”或“额外功”)
2.用定滑轮匀速提升质量为20 kg的物体,所用的拉力为220 N,物体升高的高度为1 m,此过程中的有用功为　　　　J,总功为　　　　J。(g取10 N/kg)
3.将一个重为4.5 N的物体沿斜面从底端匀速拉到顶端(如图所示)。已知斜面长1.2 m,高为0.4 m,斜面对物体的摩擦力为0.3 N(物体的大小可忽略不计)。则在上述过程中,有用功为　　　　J,额外功为　　　　J,总功为　　　　J。
4.如图所示,小明用桶把一些沙子运上三楼。在此过程中 (　　)
A.小明克服自身受到的重力所做的功是总功
B.小明克服沙子受到的重力所做的功是有用功
C.小明克服沙子受到的重力所做的功是额外功
D.小明克服桶受到的重力所做的功是有用功
2 机械效率
5.下列关于机械效率的说法正确的 (　　)
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
6.如图所示的滑轮组,将一重510 N的箱子在10 s内匀速提升5 m,拉力F为200 N,动滑轮重50 N。拉力F的功率为　　　　W,滑轮组的机械效率为　　　　。
7. 两个滑轮按如图所示的方式组合,用8 N的拉力F拉动绳端,使物体在10 s内水平向左匀速滑动1 m,滑轮A通过绳子对物体的拉力为12 N,则拉力F做功的功率为　　　　W,滑轮组的机械效率为　　　　。
8.用一个定滑轮和一个动滑轮组成的滑轮组把重力为150 N的物体匀速提升1 m,不计摩擦和绳重,滑轮组的机械效率为60%,则下列选项正确的是 (　　)
A.总功一定是300 J
B.有用功一定是150 J
C.动滑轮重一定是90 N
D.拉力大小一定是75 N
9.如图所示,利用斜面提升重物时,能够提高斜面机械效率的是 (　　)
A.斜面不变,增大物体的质量
B.减小物体与斜面间的粗糙程度
C.斜面倾角不变,增大斜面高度
D.斜面倾角不变,增大斜面长度
【练能力】
1 理解机械效率
10.关于功、功率和机械效率,下列说法中正确的是 (　　)
A.功率大的机械做功一定多
B.额外功与总功之比越小,机械效率一定越大
C.机械做功少,机械效率一定低
D.做有用功多的机械,机械效率一定高
11.某实验小组分别用如图甲、乙所示的两个滑轮组(每个滑轮等重),在相同时间内把重物G提升相同高度。若F1和F2大小相等,不计绳重及摩擦,下列说法正确的是 (　　)
A.力F1和F2做功的功率相同
B.力F1和F2做的总功相同
C.两个滑轮组的机械效率一样大
D.甲滑轮组的机械效率比乙滑轮组的高
2 机械效率的计算
12.如图所示的是一种小型千斤顶的示意图,往下压动摇臂时,能把重物抬高一段较小的距离,工人在2 s时间内用100 N的力竖直向下压动摇臂1 m,把1 000 N的重物匀速抬高8 cm。则物体上升的速度是　　　　m/s,工人做的功为　　　　J,千斤顶的效率是　　　　。
13.如图所示,汽车通过滑轮组将物体吊起。已知汽车的质量为3×103 kg,牵引力F1为4 000 N,对绳子的拉力F2为2 500 N;物体受到的重力为6 000 N,物体匀速上升的速度始终为0.5 m/s,汽车受到的摩擦力为汽车重力的,g取10 N/kg。下列说法中 (　　)
①滑轮组的机械效率为80%
②汽车受到的摩擦力为150 N
③汽车牵引力在4 s内做的功为8×103 J
④汽车牵引力的功率为6 000 W
A.只有①正确　 B.只有①④正确
C.只有①②正确 D.只有③④正确
3 测量滑轮组的机械效率
14.如图所示,这是测量滑轮组机械效率的实验装置,钩码总重6 N。
(1)实验时要竖直向上　　　　拉动弹簧测力计,由图可知拉力大小为　　　　N,将弹簧测力计向上移动15 cm,则钩码上升的高度为　　　　cm,该滑轮组的机械效率为　　　　。
(2)取下2个钩码,再做实验,此时滑轮组的机械效率将　　　　(选填“增大”“减小”或“不变”)。
15.在“探究影响滑轮组机械效率的因素”实验中,小明用如图所示的同一滑轮组提升不同钩码的方法,分别做了甲、乙、丙3组实验,实验数据记录如表:
次数 钩码重 G/N 钩码上升 的距离h/cm 弹簧测力计 的示数F/N 弹簧测力计 上升的距离s/cm 机械 效率η
1 2 5 1 15 66.7%
2 4 5 1.7 15 78.4%
3 6 5 15
(1)在实验操作中，应该沿竖直方向　　　　拉动弹簧测力计。同组的小华发现实验过程中边拉动边读数时，弹簧测力计的示数不稳定，如果能在弹簧测力计静止时读数会更准确，小明认为如果这样，测量的结果将比真正的滑轮组机械效率
　　　　(选填“偏大”或“偏小”),其原因是忽略了　　　　对滑轮组机械效率的影响;
(2)第三次实验中,弹簧测力计的示数为　　　　N,其机械效率为　　　　;
(3)通过上面的实验数据可得出,对同一个滑轮组,其提升的物体越重,滑轮组的机械效率越　　　　;如果在图甲的实验探究过程中,小明在不改变其他条件的情况下把动滑轮换为一个质量更大的动滑轮,所测得的机械效率将比原来　　　　。(均选填“高”或“低”)
【练素养】
16.(2022·河北中考) 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 (　　)
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%
17.(2024·河南中考) 如图,甲、乙两人用不同的装置,在相同时间内把质量相等的货物匀速提升到同一平台,不计绳重及滑轮的摩擦。下列说法正确的是 (　　)
A.甲做的有用功多
B.乙做的总功多
C.甲做总功的功率大
D.乙所用装置的机械效率小
18. 在“探究斜面的机械效率”实验中,小明猜想斜面的机械效率可能跟斜面的粗糙程度有关,小聪猜想可能跟斜面的倾斜程度有关。如图所示,这是他们设计的实验装置,下表是其中一位同学在其他条件一定时的实验数据。
实验 序号 斜面的 倾斜程度 物块 的重力G/N 斜面 高度h/m 沿斜面 的拉力F/N 斜面 长s/m 机械 效率η
1 较缓 10 0.2 5.5 1 36.4%
2 较陡 10 0.4 7.0 1 57.1%
3 最陡 10 0.6 8.5 1
(1)表格中第三次实验的机械效率为　　　 (结果保留一位小数),分析表中信息可知该实验是探究　　　　 (选填“小明”或“小聪”)的猜想,结论是在其他条件一定时,斜面　　　　,机械效率越高;
(2)小明同学为探究自己的猜想,设计了如下步骤。
①把一块长木板的一端垫高,构成一个斜面;
②用弹簧测力计沿斜面把一木块　　　拉上去,进行相关测量,计算出斜面的机械效率;
③保持斜面的　　　　不变,改变斜面的　　　　,再进行相关测量,并计算出斜面的机械效率;
④比较两次　　　　的大小,即可初步验证猜想是否正确。
【参考答案】
练基础
1.额外功　有用功
2.200　220
【解析】用定滑轮提升物体的过程中,克服物体重力做的功为有用功,绳端拉力做的功为总功。有用功为W有=Gh=mgh=20 kg×10 N/kg×1 m=200 J;使用定滑轮时,绳端移动距离s=h=1 m,总功为W总=Fs=220 N×1 m=220 J。
3.1.8　0.36　2.16
4.B
5.D　【解析】根据功的原理可知省力的机械不能省功,机械效率是有用功与总功的比值,机械省力与否与机械效率大小没有关系,因此越省力的机械,机械效率不一定越高,故A错误;做功越快的机械,功率越大,功率反映了物体做功的快慢,机械效率是指有用功与总功的比值,机械效率与功率大小没有直接关系,故B错误;机械效率是指有用功与总功的比值,有用功越多的机械,有用功与总功的比值不一定大,机械效率不一定高,故C错误;机械效率是有用功与总功的比值,有用功与总功的比值越大的机械,机械效率就越高,故D正确。
6.300　85%
7.1.6　75%
【解析】由图可知n=2,绳子自由端移动的距离s=ns物=2×1 m=2 m,拉力F做的总功W总=Fs=8 N×2 m=16 J,拉力F做功的功率P===1.6 W;拉力F做的有用功W有=FAs物=12 N×1 m=12 J,滑轮组的机械效率η=×100%=×100%=75%。
8.B　9.B
练能力
10.B　【解析】做功多少决定于功率和时间,功率大,时间不确定,做功多少不能确定,故A不正确;总功包括有用功和额外功,额外功在总功中占比例越小,则有用功在总功中占比例越大,机械效率越高,故B正确;机械效率是指有用功占总功的百分比,与做功多少没有必然的联系,故C不正确;有用功与总功之比是机械效率,有用功较多,总功不确定,机械效率不能确定,故D不正确。
11.D
12.0.04　100　80%
【解析】由题知,2 s时间内重物被匀速抬高h=8 cm,所以重物上升的速度v===0.04 m/s;所做的有用功为W有用=Gh=1 000 N×0.08 m=80 J,工人做的功是总功,W总=Fs=100 N×1 m=100 J,所以千斤顶的机械效率η===0.8=80%。
13.B　【解析】①由图可知,n=3,滑轮组的机械效率η= = = = ×100%=80%,故①正确;②汽车受到的摩擦力为汽车重力的,则汽车受到的摩擦力f=G车=m车g=×3×103 kg×10 N/kg=1.5×103 N,故②错误;③汽车牵引力在4 s内做的功W=F1s=F1nvt=4 000 N×3×0.5 m/s×4 s=24 000 J,故③错误;④汽车牵引力的功率P= = =6 000 W,故④正确。
14.(1)匀速　2.4　5　83.3%　(2)减小
15.(1)匀速　偏大　摩擦　(2)2.4　83.3%
(3)高　低
练素养
16.D　【解析】由图可知,有2段绳子拉着动滑轮,不计绳重及摩擦,根据F=(G+G动)可知,动滑轮的重力为G动=nF-G=2×200 N-380 N=20 N,故A错误;有用功为W有用=Gh=380 N×5 m=1 900 J,故B错误;绳端移动的距离s=2h=2×5 m=10 m,拉力做的总功W总=Fs=200 N×10 m=2 000 J,拉力的功率P===400 W,故C错误;该滑轮组的机械效率η==×100%=95%,故D正确。
17.C　【解析】提升物体的重力相等,在相同的时间内物体升高了相同的距离,由W有用=Gh可知两次提升物体所做的有用功相等,故A错误;图甲使用的是动滑轮,拉力端移动距离s甲=2h,不计绳重和摩擦;使用甲动滑轮时,拉力F甲=(G+G动);所以拉力做功W甲=F甲s甲=(G+G动)×2h=(G+G动)h>Gh;使用乙定滑轮时,拉力F乙=G,拉力做功W乙=F乙s乙=Gh,所以乙装置中拉力F做的总功少,由P= 知乙装置中拉力F做的总功率小,甲做总功的功率大,故B错误,C正确;不计绳重和摩擦,使用定滑轮时,额外功为0 J,机械效率为100%;使用动滑轮时,要提升动滑轮做额外功,机械效率小于100%;所以两种装置的机械效率η乙>η甲,故D错误。
18.(1)70.6%　小聪　越陡
(2)匀速　倾斜程度　粗糙程度　机械效率
【解析】(1)第三次实验的机械效率η===×100%≈70.6%。由表中实验数据可知,斜面的粗糙程度相同而斜面的倾斜程度不同,因此该实验探究的是机械效率与斜面倾斜程度的关系,验证的是小聪的猜想;由表中实验数据可知,在其他条件不变的情况下,斜面越陡,斜面的机械效率越高,斜面越陡越费力。(2)小明要做验证他的猜想——机械效率与粗糙程度的关系,就应控制物块重力和斜面倾斜程度不变而改变斜面的粗糙程度;实验步骤:①把一块长木板的一端垫高,构成一个斜面;②用弹簧测力计沿斜面把一木块匀速拉上去,进行相关测量,计算出斜面的机械效率;③保持斜面的倾斜程度不变,改变斜面的粗糙程度,再进行相关测量,并计算出斜面的机械效率;④根据记录的数值,计算出机械效率的大小,即可验证猜想是否正确。

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