资源简介

12.4机械效率课时练习
一、填空题（本大题共5小题）
1．如图所示，弹簧测力计的示数为 N，钩码的总重为1 N，钩码上升的高度h为0.1 m，测力计竖直匀速向上移动的距离s为0.4 m，此时杠杆的机械效率为 。忽略杠杆转动轴的摩擦，仅将钩码的悬挂点从A移到B，若钩码被提升的高度相同，额外功与有用功的比值将 (填“增大”“减小”或“不变”，下同)，杠杆的机械效率将 。
2．斜面长5m，高1m，把重为5000N的物体匀速地推向斜面顶端，若斜面是光滑的，则推力为 N；如果斜面不光滑，所用推力为1250N，则斜面的机械效率为 。利用斜面所做的额外功为 J，物体受到斜面对它的摩擦力为 N。
3．用如图的实验装置研究“杠杆的机械效率”实验时，将总重为G=100N的钩码挂在铁质杠杆上，弹簧测力计作用于P点，现竖直向上匀速拉动弹簧测力计，钩码上升的高度为h=0.2m，弹簧测力计的示数为F=50N，其移动的距离为s=0.5m（不计转轴O处的摩擦，钩码重不变），则此时杠杆的机械效率η为 ；若将钩码移动到Q点，仍将钩码匀速提升h的高度，杠杆的机械效率为η′，η′ η（填“大于”、“小于”或“等于”）。
4．用如图所示的电动起重机将3 000 N的货物提高4 m，起重机对货物做的有用功是 J；它的电动机功率为3 000 W，此过程用时10 s，起重机的机械效率为 %；若减小动滑轮的重力，起重机的机械效率将变 。
5．如图所示，建筑工人用滑轮组匀速提升重物，已知物重，动滑轮重，不计绳重及摩擦，则拉力大小为 ．若重物匀速上升，则此过程中拉力做的功为 ，机械效率为 ．
二、单选题（本大题共8小题）
6．如图所示，甲、乙杠杆的质量和长度均相同，机械摩擦不计，分别使用甲、乙杠杆将物体A提升相同的高度，则在工作过程中，甲、乙杠杆的机械效率相比（　　）
A．甲的大 B．乙的大 C．一样大 D．无法确定
7．如图斜面长为2m、高为0.4m，现将重为20N的物体沿斜面向上从底端匀速拉到顶端﹐若拉力F为5N，则（　　）
A．拉力所做的功为2J B．斜面的机械效率为80%
C．物体受到的摩擦力为5N D．有用功为40J
8．分别用如图所示的两个滑轮组，将同一物体提升到相同高度，若物体受到的重力为100N，动滑轮的重力为20N。在把物体匀速提升1m的过程中（不计绳重和摩擦），下列说法正确的是（　　）
A．甲、乙两滑轮组所做的有用功都是100J
B．甲滑轮组所做的有用功为200J，乙滑轮组所做的有用功为300J
C．甲、乙滑轮组中绳子的自由端的拉力相等
D．甲滑轮组的机械效率大于乙滑轮组的机械效率
9．工人用如图所示的甲、乙两种滑轮把同样一袋沙提升相同的高度，已知沙和袋总重为100N，滑轮重20N（绳重和摩擦力不计），则下列说法正确的是（　　）
A．甲比乙更省力
B．甲做的总功比乙的多
C．甲做的有用功比乙的多
D．甲的机械效率比乙的高
10．利用图所示的滑轮组匀速提升一个重为2N的物体，绳子自由端的拉力F，2s内绳子自由端移动了0.6m。在这个过程中，下列说法中正确的是（　　）
A．动滑轮受到的重力就是0.4N B．物体上升的速度为0.3m/s
C．该滑轮组的额外功为0.12J D．该滑轮组的机械效率为55.6%
11．下列物理数值最接近实际的是（　　）
A．标准大气压强为1.013×108Pa
B．成人标准体重为600kg
C．滑轮组的机械效率可以达100%
D．人体最适宜的环境温度约为20℃
12．小波用如图所示的滑轮组提升300N重物，在绳子自由端施加的拉力为125N，2s内重物匀速上升1m，不计绳重和轮、轴间摩擦。则下列判断中正确的是（ ）
A．拉力做功的功率为125W B．拉力所做的总功为250J
C．动滑轮的重力为50N D．此过程滑轮组的机械效率为80%
13．如右图所示，某同学使用动滑轮把600N的重物匀速提升了3m，所用的拉力是400N．下列说法正确的是
A．机械效率是80% B．有用功是1800J
C．额外功是300J D．总功是2100J
三、实验题（本大题共2小题）
14．小明同学用如图所示的斜面来探究斜面的省力情况、斜面的机械效率与斜面的倾斜程度之间的关系，他首先测出木块重，然后用弹簧测力计沿斜面拉动木块，调节斜面倾斜角度的大小多次测量，得到下表所示的数据：
实验次数 斜面倾角θ 木块重G/N 斜面高h/m 斜面长s/m 拉力F/N 有用功W有/J 总功W总/J 机械效率η/%
1 15° 10 0.1 0.4 3.6
2 30° 10 0.2 0.4
3 15° 20 0.1 0.4 7.2
（1）实验中，小明的拉力方向应与斜面 ，拉着木块做 运动；
（2）当斜面倾斜角为30度时，弹簧测力计的示数如图所示，则此时拉力F＝ N；
（3）分析表中数据可以得出结论：使用斜面 力，但 距离（选填“省”或“费”），使用机械 （能/不能）省功；
（4）通过对比实验 的数据（选填实验次数），可以得出的探究结论是：其他条件相同时，斜面倾斜角度越大，斜面的机械效率越 （选填“高”或“低”）；
（5）若想探究斜面的机械效率与物重的关系，则要保持 不变，斜面的粗糙程度不变，只改变物重。通过对比实验 的数据（选填实验次数），得出的结论是对于同一斜面，机械效率与所拉物体的重力 。（有关/无关）
15．在“探究哪些因素影响滑轮组的机械效率”的实验中,某小组利用如图A所示装置测得了四组数据,如下表所示.
(1)前三次实验中,第 次实验数据明显出现错误,应当剔除.
(2)第四次实验中,有用功是 J,滑轮组的机械效率为 ．
(3)根据以上信息,请判断:该小组设计这四次实验的目的是为了探究滑轮组的机械效率与 是否有关.
(4)小红在以上实验的基础上多使用一个滑轮也做了实验,如图B所示.
① 小红多使用一个滑轮,目的是为了 ；
②当两位同学使用各自的滑轮组提升同一重物时,若忽略绳重及摩擦,它们的机械效率 (填“相同”或“不相同”),理由是: ．
四、综合题（本大题共1小题）
16．图甲为玩具“跳跳杆”及组成部件（相关信息见下表）．杆内的弹簧可以自由伸缩，人站上踏板后弹簧受拉伸长，随后收缩将人向上弹起，带动跳跳杆一起向上运动．由于重力作用，人和跳跳杆在到达最高处后会下落，杆着地后，人继续往下运动拉长弹簧，接着弹簧又收缩将人向上弹起，……所以人就和杆一起连续跳．
（1）人站在踏板弹簧向下伸长的过程中，下列说法正确的是 ．
A．人的重力势能减小 B．弹簧的弹性势能增大 C．人的机械能守恒
（2）玩跳跳杆需要保持身体的平衡和动作的协调，这主要是 （选填“大脑”、“小脑”或“脑干”）的功能．
（3）如图乙，质量为60kg、双脚面积为0.04m2的同学在玩跳跳杆，当弹簧的长度为56cm时，踏板与他的双脚完全接触，此时弹簧的弹力通过踏板对脚的压强是多少（踏板的重力忽略不计，弹簧的长度与所受拉力关系如图丙）？ ．
（4）上题中的同学在水平地面上连续跳了20次，杆每次上升的高度平均为0.2m，则弹簧克服杆本身重力做功 J（假设杆始终竖直），从能量利用角度分析，跳跳杆本身的重量应该 ．
五、计算题（本大题共2小题）
17．如图所示，工人师傅用150N的拉力，以0.2m/s的速度匀速提升重为 200N的物体。（不计绳重及摩擦）求：
（1）求工人师傅拉力的功率；
（2）求动滑轮的重；
（3）若物重增大到 400 N，则滑轮组的机械效率是多少？
18．如图1所示，某打捞船打捞水中重物，A是重为600N的动滑轮，B是定滑轮，C是卷扬机，卷杨机拉动钢丝绳通过滑轮组AB竖直提升水中的重物。如图2所示，体积为0.3m3的重物浸没在水中，此时钢丝绳拉力F的大小1000N。摩擦、钢丝绳重、重物表面沾水的质量及水对重物的阻力均忽略不计，ρ水＝1.0×103kg/m3，g＝10N/kg。求：
（1）当重物底部位于水面下5m深处时，水对重物底部的压强是多少Pa？
（2）物体浸没在水中时受到的浮力为多少？
（3）物体的密度多大？
（4）重物全部露出水面后再匀速上升了1m，此过程中滑轮组的机械效率是多少？
参考答案
1．【答案】0.5；50%；减小；增大
【详解】由图可知，弹簧测力计的分度值是0.1 N，所以示数是0.5 N；在实验过程中，通过已知条件可知有用功：W有＝Gh＝1 N×0.1 m＝0.1 J，总功：W总＝Fs＝0.5 N×0.4 m＝0.2 J，所以杠杆的机械效率：η＝×100%＝×100%＝50%；用杠杆提升钩码时，对钩码做的功为有用功，克服杠杆重力做的功为额外功，并且W有＋W额＝W总；设杠杆重心升高的距离为h杠，则有Gh＋G杠h杠＝Fs，将钩码的悬挂点从A移到B，G不变，h不变，G杠不变，杠杆重心升高的高度变小，克服杠杆重力所做的额外功变小，所以额外功与有用功的比值减小；因为Gh＋G杠h杠变小，所以Fs也变小，根据：η＝＝×100%可知，机械效率增大。
2．【答案】1000；80%；1250；250
【分析】
【详解】
[1]所做的有用功为
W有＝Gh＝5000N×1m＝5000J
若斜面光滑，则没有额外功，即推力做的功
W总＝W有＝5000J
推力的大小
F＝＝1000N
[2]如果斜面不光滑，推力为1250N，则推力的功为
W总′＝Fs＝1250N×5m＝6250J
斜面的机械效率
η＝＝80%
[3]额外功
W额＝W总′﹣W有＝6250J﹣5000J＝1250J
[4]根据W额＝fs可得摩擦力的大小
f＝＝250N
3．【答案】80%；大于
【详解】
[1]杠杆的机械效率
[2]若将钩码移动到Q点，且仍匀速提升h的高度，则有用功不变，当不计转轴摩擦时，克服杠杆重力做功为额外功，由于杠杆重心移动的距离变小，额外功减小，由
知，当有用功不变，额外功减小时，机械效率变大，所以η′大于η。
4．【答案】1.2×104；40；大
【详解】起重机对货物做的有用功W有＝Gh＝3 000 N×4 m＝1.2×104 J；电动机所做的总功W总＝Pt＝3 000 W×10 s＝3×104 J；起重机的机械效率η＝×100%＝×100%＝40%；提升同一物体时，减小动滑轮的重力，则所做的有用功相同，额外功减小，总功减小，由η＝×100%可知，滑轮组的机械效率变大。
5．【答案】； ； ；
【详解】
(1)由图知，通过动滑轮绳子的段数n＝2，不计绳重及摩擦，所以拉力为：F＝(G+G动)＝×(270N+30N)＝150N；(2)绳子拉下的长度为：s＝2h＝2×1m＝2m，拉力做的功为：W＝Fs＝150N×2m＝300J；(3)机械效率：η＝＝90%
6．【答案】B
【详解】
由图甲可知，动力臂是阻力臂的二倍，所以省力，而乙杠杆是等臂杠杆，不省力；当甲杠杆提升物体时，会提升杠杆，即对杠杆做额外功，机械效率低；乙杠杆支点在中间，杠杆两侧等重，即不需要对杠杆做额外功，不计摩擦时，机械效率100%，所以乙杠杆的机械效率更大，故B符合题意，ACD不符合题意。
故选B。
7．【答案】B
【分析】
【详解】
A．拉力做的总功
W总=Fs=5N×2m=10J
故A不符合题意；
BD．有用功
W有=Gh=20N×0.4m=8J
斜面的机械效率
故B符合题意，D不符合题意；
C．物体克服摩擦力做的额外功
W额=W总-W有=10J-8J=2J
物体与斜面间的摩擦力
故C不符合题意。
故选B。
8．【答案】A
【详解】
AB．甲、乙两滑轮组所提的重物相同、上升的高度相同，根据可知两滑轮组所做的有用功相同，则
故A正确，B错误；
C．由图可知滑轮组绳子的有效股数，，动滑轮的个数和重力以及物体的重力相同，根据可知，两滑轮组绳子自由端的拉力不相等，故C错误；
D．不计绳重和摩擦时，滑轮组的额外功是由克服动滑轮重力所做的功，根据可知，动滑轮重和上升高度相同时，两者的额外功相等，即
由于
则两滑轮组的总功相同，即
有用功相同，总功相同，根据可知，两滑轮组的机械效率相等；故D错误。
故选A。
9．【答案】D
【详解】
A．由图可知，甲滑轮是定滑轮，绳重和摩擦不计，使用该滑轮不省力，所以拉力等于物体的重力，为100N；乙滑轮是动滑轮，绳重和摩擦不计，使用该滑轮可以省一半的力，即拉力等于物体和滑轮总重力的一半，则
所以
F甲＞F乙
故A错误；
BCD．把同样一袋沙提升相同的高度，由W有=Gh可知有用功是相同的，绳重和摩擦不计，甲做的总功等于有用功，乙做的总功等于有用功和克服动滑轮的重力做功之和，乙做的总功较多，由可知，有用功相同时，总功越大的，机械效率越小，所以
η甲＞η乙
故BC错误，D正确。
故选D。
10．【答案】C
【分析】
【详解】
A．没有说是否忽略摩擦，所以无法计算动滑轮自重，故A错误；
B．有两股绳，物体上升距离
物体上升的速度为
故B错误；
C．有用功
W有=Gh=2N×0.3m=0.6J
总功
W总=Fs=1.2N×0.6m=0.72J
额外功
W额= W总- W有=0.72J-0.6J=0.12J
故C正确；
D．该滑轮组的机械效率为
故D错误。
故选C。
11．【答案】D
【详解】
A．标准大气压强为1.013×103Pa，故A不符合题意；
B．成人标准体重约为60kg，故B不符合题意；
C．通过滑轮组做功，不可避免要做额外功，则它的机械效率不会达到100%，故C不符合题意；
D．20摄氏度是人体最适宜的环境温度，故D符合题意。
故选D。
12．【答案】D
【详解】
AB．由图可知，3段绳子提升动滑轮，重物上升1米，绳子移动3米，拉力所做的总功为
拉力功率为
故AB错误；
C．物重300N，绳子拉力125N，3段绳子提升动滑轮，则
动滑轮的重力为
故C错误；
D．此过程滑轮组的机械效率为
故D正确。
故选D。
13．【答案】B
【详解】
分析：已知物体的重力和升高的高度，根据公式可求有用功；已知物体上升的高度和动滑轮上绳子的段数以及拉力的大小，根据公式可求拉力做的总功；有用功与总功的比值就是滑轮组的机械效率．
解答：有用功；故B正确；拉力做的总功为
故D错误；，故C错误；动滑轮的机械效率故A错误．
故选B．
14．【答案】；平行；匀速直线；6；省；费；不能；1、2；高；斜面倾斜角度；1、3；无关
【分析】
【详解】
（1）[1][2]测拉力时要用弹簧测力计平行于斜面拉着木块做匀速直线运动，并读出弹簧测力计的示数。
（2）[3]当斜面倾斜角为30度时，弹簧测力计的示数如图所示，分度值为0.2N，则此时拉力F=6N。
（3）[4][5][6]由数据分析可知，使用斜面时，拉力小于重力，拉力移动的距离大于物体上升的高度，使用斜面费距离，三次实验的有用功和总功
W有1=G1h1=10N×0.1m=1J
W总1=F1s1=3.6N×0.4m=1.44J
W有2=G2h2=10N×0.2m=2J
W总2=F2s2=6N×0.4m=2.4J
W有3=G3h3=20N×0.1m=2J
W总3=F3s3=7.2N×0.4m=2.88J
总功大于有用功，即使用斜面可以省力，但不可以省功。
（4）[7][8]三次实验的机械效率
由实验1和2可知，其他条件相同时，斜面倾斜角度越大，斜面的机械效率越高。
（5）[9]探究斜面的机械效率与物重的关系，保持斜面的倾斜角度相同，只改变物重，探究斜面的机械效率与物重的关系。
[10][11]比较1和3数据，对于同一斜面，物体的重力不同，斜面的机械效率相同，机械效率与所拉物体的重力无关。
15．【答案】； 3； 0.3； 83.3%； 钩码上升的高度； 改变力的方向； 相同； 若将物体提升相同的高度所做的有用功和额外功都相同
【详解】
（1）前三次实验中，1、2两次实验绳端移动距离都是物体上升高度的3倍，可知此滑轮组由3段绳子承担物重，而第三次绳端移动距离与钩码上升高度的关系错误，所以应当剔除．
（2）第四次实验的钩码重G＝3N，钩码上升高度h＝10cm＝0.1m．所以有用功为：W有用＝Gh＝3N×0.1m＝0.3J；测力计示数即拉力为F＝1.2N，绳端移动距离为s＝30cm＝0.3m
所以总功为：W总＝Fs＝1.2N×0.3m＝0.36J；所以机械效率为：η＝≈83.3%．
（3）由表格中数据可以看出，在4次实验中钩码上升的高度不断发生变化，所以是探究滑轮组机械效率与钩码上升的高度是否有关．（4）①小红多使用一个滑轮，目的是为了改变力的方向；②在忽略绳重及摩擦的前提下，滑轮组的机械效率与提升物体的重力和动滑轮的重力有关，因此当两位同学使用各自的滑轮组提升同一重物时，机械效率是相同的．
16．【答案】（1）A B；（2）小脑；（3）当弹簧长度56 cmm时，弹簧的弹力F=800N，受力面积S=0.004m2×2＝0.008 m2，P＝F/S="800N" /0.008 m2=1×105Pa；（4）100；小一点（或轻一点）
【详解】试题分析：（1）人站在踏板弹簧向下伸长的过程中，人的高度下降，人的重力势能与高度有关，高度越低重力势能越小，所以人的重力势能减小，A正确；弹簧的长度增加，弹簧的弹性势能与弹簧的伸长量有关，弹簧伸长的越长，弹簧的弹性势能越大，所以弹簧的弹性势能增大，B正确；由A可得人的重力势能减小，而人的动能不变，所以人的机械能减小，C错误．故答案选AB．（2）人身体的平衡和动作的协调，主要是小脑来调节的．（3）由丙图可以看出当弹簧的长度为56cm时，弹簧的弹力通过踏板对脚的压力为800N；单个踏板面积为0.004m2，所以受力面积为0.004m2×2=0.008m2，所以弹簧的弹力通过踏板对脚的压强是P＝F/S="800N" /0.008 m2=1×105Pa；（4）杆的重力G=mg=2.5kg×10N/kg=25N；弹簧克服杆本身重力做功W=Gh=25N×20×0.2m=100J；从能量利用角度分析，跳杆的重力越小，弹簧克服杆本身重力做功就越少，弹簧对人做功就越多，所以跳跳杆本身的重量应该小一些．
17．【答案】（1）90W；（2）250N；（3）
【详解】
解：（1）如图，滑轮组有三股绳承担物重，绳子自由端移动的速度是物体移动速度的3倍，绳子自由端移动的速度
工人师傅拉力的功率
（2）动滑轮的机械效率
解得
（3）若物重增大到 400 N，则滑轮组的机械效率
（1）求工人师傅拉力的功率90W；
（2）求动滑轮的重250N；
（3）若物重增大到 400 N，则滑轮组的机械效率是。
18．【答案】（1）（2）（3）（4）
【详解】
解：（1）由图乙可知，此滑轮组承重绳股数为，动滑轮重为，钢丝绳拉力，物体的体积，重物底部位于水面下深处时,根据液体压强公式
（2）物体浸没在水中时，，根据阿基米德原理
（3）根据滑轮组承重绳股数和动滑轮重物重以及自由端拉力的关系
由此可得物重
由上式可得物体质量为
再根据密度公式
（4）物体全部露出水面后，，
答：（1）当重物底部位于水面下5m深处时，水对重物底部的压强是。
（2）物体浸没在水中时受到的浮力为。
（3）物体的密度。
（4）重物全部露出水面后再匀速上升了1m，此过程中滑轮组的机械效率是。
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