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第8章第5节 机械效率
题型1 机械效率的概念 题型2 机械效率的比较大小
题型3 机械效率的简单计算 题型4 功、功率、机械效率的区别
题型5 测量滑轮组的机械效率的实验 题型6 斜面机械效率的测量实验
题型7 杠杆机械效率的测量实验
▉题型1 机械效率的概念
【知识点的认识】
（1）概念：有用功跟总功的比值叫做机械效率，通常用百分数表示。
（2）计算公式：用W总表示总功，用W有用表示有用功，用η表示机械效率，则：η。
由于额外功不可避免，有用功只是总功的一部分，因而机械效率总小于1。
1．关于热机效率，下列说法中正确的是（　　）
A．热机效率越高，热机做的有用功越多
B．热机效率越高，热机的功率越大
C．提高热机效率和节能减排无关
D．提高热机效率，要减少机械摩擦和热损失
2．关于功率，下列说法正确的是（　　）
A．做功多的机械，功率一定大
B．做功时间短的机械，功率一定大
C．功率大的机械，做功一定快
D．做相同的功，所用时间短的机械，功率一定小
3．机械效率的单位是（　　）
A．牛顿 B．瓦特 C．焦耳 D．无单位
（多选）4．我国是农业大国，取水灌溉是农耕中的重要环节。《农书》中记载了一种叫“高转筒车”的古代农业机械（图甲），中国科技技术馆还原了这种设备（图乙），使用时下方转轮安装在河道中，流水驱动轮子转动，系在传动绳索上的竹筒将水从河里不断输送到上方农田中。下列说法正确的是（　　）
A．竹筒内水量越大，筒车的机械效率越高
B．上、下两个转轮都可看作定滑轮
C．筒车匀速转动输水时，对水做的功为总功
D．上、下两个转轮转速越快，输水做的功越大
（多选）5．如图，这是“遥遥”科创小组的同学们设计的一款无需电池和燃料的无碳小车。在重物下落驱动无碳小车运动的过程中，下列说法正确的是（　　）
A．顶部的定滑轮可以省力
B．机械效率可达到100%
C．顶部的定滑轮可以改变力的方向
D．给车轮轴承加润滑油可以减小摩擦力
（多选）6．如图所示是我国《农书》中记录的槽碓（dui）。大木勺积水较多会下沉，使石锤上升；当大木勺内的水流出变轻后，石锤落下击打石臼内的谷物。该槽碓（　　）
A．机械效率可达100%
B．是杠杆
C．机械效率不可能达到100%
D．是热机
7．因为有用功总　　 （选填“大于”、“等于”或“小于”）总功，所以机械效率总小于1．滑轮组的机械效率越高，说明额外功在总功中所占的比例就　　 （选填“越大”或“越小”）。
▉题型2 机械效率的比较大小
【知识点的认识】
（1）机械效率由有用功和总功两个因素共同决定，不能理解成：“有用功多，机械效率高”或“总功大，机械效率低”．
（2）当总功一定时，机械做的有用功越多（或额外功越少），机械效率就越高；
（3）当有用功一定时，机械所做的总功越少（或额外功越少），机械效率就越高；
（4）当额外功一定时，机械所做的总功越多（或有用功越多），有用功在总功中所占的比例就越大，机械效率就越高．
（多选）8．如图所示，小明分别用甲、乙两个滑轮把同一袋沙子从地面缓慢匀速提到二楼，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，若不计绳重与摩擦，则（　　）
A．η1＜η2 B．η1＞η2 C．W1＜W2 D．W1＞W2
▉题型3 机械效率的简单计算
【知识点的认识】
机械效率的计算公式是：η，其中η代表机械效率， W有用是有用功， W总是总功。 这个公式用于计算任何类型的机械系统， 无论是滑轮组、 斜面、 杠杆还是其他类型的机械装置。
滑轮组：①η
②不计绳重、摩擦，η；
斜面：η
9．如甲图所示是我国古代科学技术著作《天工开物》记载的水碓。水流冲击水轮转动，推动碓尾把碓头的石杵举起、落下，不断舂米，如乙图所示。
（1）如图乙所示水碓可视为不等臂杠杆，它是按照 　　 杠杆来设计的；
（2）碓头的石杵落下是受到 　　 力的作用，落下过程中石杵的惯性 　　 （选填“变大”、“变小”或“不变”）；
（3）水轮一小时可提升质量为3000kg的水升高4m，每分钟流水对水轮做的总功为2400J，忽略摩擦力，水轮旋转一小时提升水所做的有用功为 　 J，机械效率是 　　 （保留一位小数）。
10．早在3000多年前，我们的祖先就设计了汲水工具﹣﹣辘轳（如图所示），辘轳是一种省力的机械。小军用辘轳从井中匀速提上来一桶水，水重200N，桶重20N，用时30s，提升的高度6m，做的总功为1500J，求：
（1）小军所做的有用功？
（2）辘轳的机械效率？
（3）小军提水的总功率？
（4）小军克服绳重和摩擦阻力所做的功？
▉题型4 功、功率、机械效率的区别
【知识点的认识】
功率表示做功的快慢，功率大表示做功快；
功率的大小与功和做功所用的时间都有关，因此做功多，不一定做功快；
机械效率反映机械做功性能的好坏，它与功、功率之间没有直接的大小关系，即机械效率高的机械不代表做的功多，不代表做功快，只能说明机械的有用功和总功的比值大，能量的利用率高。
11．理解物理概念是学好物理的关键，关于功、功率和机械效率，下列说法正确的是（　　）
A．功率越大，做功就越快，机械效率也越大
B．机械效率越高的机械，表明它做的有用功越多
C．物体受力且运动一段距离时，力就对物体做了功
D．两个机械工作时做的额外功相同，有用功也相同，机械效率也一定相同
12．关于功、功率、机械效率，下列说法正确的是（　　）
A．省力的机械也可以省功
B．功率大的机械做功快
C．功率大的机械做功多
D．功率大的机械效率高
13．下列关于功、功率和机械效率的说法中，正确的是（　　）
A．功率大的机械，做功一定多
B．做功快的机械，功率一定大
C．效率高的机械，功率一定大
D．做功多的机械，效率一定高
▉题型5 测量滑轮组的机械效率的实验
【知识点的认识】
实验目的：测量滑轮组的机械效率
实验原理：η
实验器材：滑轮组、相同的钩码若干、铁架台、细绳、弹簧测力计、刻度尺
实验步骤：
（1）用弹簧测力计测量出钩码的重力G；
（2）按装置图把滑轮组和刻度尺安装好，并记下钩码下沿和绳子末端在刻度尺上的位置；
（3）竖直向上匀速拉动弹簧测力计，使钩码上升，读出其示数F，并从刻度尺上读出钩码上升的距离h和绳子末端移动的距离s；
（4）分别算出有用功W有、总功W总和机械效率η，将各项数据填入表格
（5）增加被提升钩码的个数，重复步骤（2）（3）（4）
实验结论：使用同一滑轮组提升不同的重物时，重物越重，滑轮组的机械效率越大
14．如图所示，“测滑轮组的机械效率”的实验数据如表：
（1）实验时，应沿竖直向上的方向　　 拉动弹簧测力计；
（2）第2次实验中弹簧测力计的示数如图所示为　　 N；
（3）第3次实验滑轮组的机械效率是　　 （保留一位小数）；
（4）如果用这个滑轮组提升7N的重物，则它的机械效率可能是　　 。
A.60%
B.70%
C.80%
实验次数 物重G（N） 物体上升高度h（m） 拉力F（N） 绳子自由端移动距离s（m） 机械效率η
1 4 0.1 2.0 0.3 66.7%
2 5 0.1 0.3 69.4%
3 6 0.1 2.6 0.3
15．某实验小组在测滑轮组机械效率的实验中得到的数据如表所示，实验装置如图所示。
实验次数 1 2 3
钩码重G/N 4 4 6
钩码上升高度h/m 0.1 0.1 0.1
绳端拉力F/N 1.8 1.4 2.4
绳端移动距离s/m 0.3 0.5 0.3
机械效率η 74% 57% 83%
（1）从表中数据可分析出实验1是用 　　 图做的实验，实验2是用 　　 图做的实验。
（2）通过实验1和实验2的数据分析可得出结论：使用不同的滑轮组提升相同的重物时，动滑轮的个数越多，滑轮组的机械效率 　　 。
（3）比较实验1和实验3可得结论：使用同一滑轮组，　　 可以提高滑轮组的机械效率。
（4）若甲滑轮组的滑轮重从2N减小到1N，其机械效率将 　　 。
16．在“测滑轮组机械效率”的实验中，小明用如图所示的滑轮组进行了三次实验，实验数据记录如表。
序号 钩码重/N 钩码上升距离/cm 拉力/N 绳端移动距离/cm 机械效率/%
① 2 10 0.8 30 83.3
② 4 10 1.5 30
③ 6 10 2.2 30 90.9
（1）实验中，应竖直向上 　　 拉动弹簧测力计。
（2）第②次实验中，所做的有用功为 　　 J，滑轮组的机械效率为 　　 %。（结果保留一位小数）
（3）小明分析表中数据发现：使用同一滑轮组提升钩码，钩码重力变大，机械效率将 　　 （选填“提高”“降低”或“不变”）。
17．在“探究影响动滑轮机械效率的因素”实验中，小明用同一动滑轮进行了三次实验，实验装置如图所示，实验数据如表所示。
序号 钩码重G/N 物体上升的高度h/m 绳端拉力F/N 绳端移动的距离s/m 机械效率η/%
1 1 0.1 0.80 0.2 62.5
2 2 0.1 1.35 0.2
3 3 0.1 1.95 0.2 76.9
（1）实验时，应沿竖直向上 　　 拉动弹簧测力计，使钩码上升；
（2）第2次实验中，拉力所做的功为 　　 J，动滑轮的机械效率为 　　 %；（结果保留至0.1%）
（3）分析表中数据可知：在用同一动滑轮将物体匀速提升相同的高度时，若仅增加被提升物体的重力，
则动滑轮的机械效率 　　 ，该实验中小明所用动滑轮的重力一定小于 　　 N。
18．用如图所示装置测量滑轮组的机械效率，部分实验数据如下表。
实验次数 钩码重力G/N 钩码上升的高度h/cm 拉力F/N 绳子自由端移动距离s/cm 机械效率η
1 2.0 5 1.0 15 66.7%
2 4.0 5 1.8 15 74.1%
3 4.0 10 1.8 30 74.1%
4 6.0 5 2.5 15
（1）第4次实验时滑轮组的机械效率是 　　 %；
（2）分析1、2、4次实验的数据可知，使用同一滑轮组提升重物时，重物重力越 　 （选填“重”或“轻”），滑轮组的机械效率越高；分析2、3次实验的数据可知，滑轮组的机械效率与钩码上升的高度 　　 （选填“有关”或“无关”）。
19．如图所示为“测量滑轮组机械效率”的实验装置，每个钩码重2N（绳重、摩擦和弹簧测力计自重均不计）；
（1）实验时要竖直向上 　　 拉动弹簧测力计。
（2）弹簧测力计的示数如图所示，则动滑轮的重力是 　　 N。
（3）增加2个钩码，再做实验，此时滑轮组的机械效率将 　　 。
▉题型6 斜面机械效率的测量实验
【知识点的认识】
实验目的：探究斜面的机械效率
实验器材：斜面（高度可调），木块，弹簧测力计，细线，刻度尺．
实验原理：η
20．如图所示是小明“测量斜面的机械效率”的实验装置。
（1）请计算坡度为60°时的斜面机械效率，并请将计算结果填入表格中：
斜面坡度 斜面粗糙程度 物重G（N） 斜面高度h（m） 沿斜面拉力F（N） 斜面长L（m） 有用功W有（J） 总功W总（J） 机械效率η（%）
30° 粗糙 0.5 0.20 0.35 0.4 0.10 0.14 71.4
60° 粗糙 0.5 0.28 0.45 0.4 0.14 0.18 　　
（2）请你根据实验数据得出以下的结论：
结论1：沿粗糙程度相同的斜面的斜面向上匀速拉动同一物体时，斜面坡度 　　 （选填“越大”或“越小”）拉力越小。
结论2：在粗糙程度相同的条件下，斜面坡越大，机械效率 　　 。（选填“越高”或“越低”）
▉题型7 杠杆机械效率的测量实验
【知识点的认识】
实验器材： 将杠杆挂在支架上， 调节杠杆在水平位置平衡。
实验步骤：
（1）加载重物，在杠杆左边距支点一定距离处挂一重物，， 同时在杠杆右边距支点另一距离处用弹簧测力计竖直向下拉住杠杆， 使杠杆平衡， 并记下物体和弹簧测力计的上下对应刻度尺的位置。
（2）记录数据： 通过弹簧测力计匀速向下拉动杠杆到特定位置， 并读出物体和弹簧测力计移动的距离以及弹簧测力计的示数， 记录在表格中。
（3）计算机械效率： 根据公式η计算机械效率， 其中G是物体的重量， h是物体上升的高度， F是弹簧测力计的示数， s是弹簧测力计移动的距离
21．用如图所示的实验装置测量杠杆的机械效率，钩码总重G为1.0N，钩码上升高度h为0.1m，测力计移动距离s为0.3m，实验时，竖直向上匀速拉动弹簧测力计，使挂在较长杠杆A点下面的钩码缓缓上升，实验中，将杠杆拉至图中虚线位置，测力计的示数F为0.5N．若杠杆的本身的重力不计，则下列说法正确的是（　　）
A．拉力对杠杆做的额外功为0.1J
B．匀速竖直拉动过程中弹簧测力计示数先变小后变大
C．若将钩码从A点移到B点，用同样的方式将钩码提升0.1m，则机械效率降低
D．若将钩码从A点移到B点，用同样的方式将钩码提升0.1m，则机械效率升高
22．小明用如图所示的实验装置研究“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，则杠杆的机械效率η＝　　 。
（1）若增加钩码的重量，重复实验，则杠杆的机械效率将　　 （变大/变小/不变）
（2）若不计转轴O处的摩擦，若钩码的重量不变，将弹簧测力计移动到Q点，仍将钩码匀速提升h的高度，设此时弹簧测力计的示数为F，杠杆的机械效率为n'，则：F′　　 F，η′　　 η（＞/＝/＜）第8章第5节 机械效率
题型1 机械效率的概念 题型2 机械效率的比较大小
题型3 机械效率的简单计算 题型4 功、功率、机械效率的区别
题型5 测量滑轮组的机械效率的实验 题型6 斜面机械效率的测量实验
题型7 杠杆机械效率的测量实验
▉题型1 机械效率的概念
【知识点的认识】
（1）概念：有用功跟总功的比值叫做机械效率，通常用百分数表示。
（2）计算公式：用W总表示总功，用W有用表示有用功，用η表示机械效率，则：η。
由于额外功不可避免，有用功只是总功的一部分，因而机械效率总小于1。
1．关于热机效率，下列说法中正确的是（　　）
A．热机效率越高，热机做的有用功越多
B．热机效率越高，热机的功率越大
C．提高热机效率和节能减排无关
D．提高热机效率，要减少机械摩擦和热损失
【答案】D
【解答】解：A．热机效率是指热机用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比。热机效率高，只能说明有用功在燃料完全燃烧放出能量中所占的比例大，但不能直接得出热机做的有用功越多，因为有用功还与燃料燃烧放出的总能量有关，故A错误；
B．功率是表示物体做功快慢的物理量，热机效率是热机性能的一个重要指标，二者没有直接关系，故B错误；
C．提高热机效率，意味着燃料燃烧放出的能量中，有更多的能量被用来做有用功，减少了能量的浪费，也就减少了燃料的消耗和废气等的排放，这与节能减排密切相关，故C错误；
D．热机效率与机械摩擦和热损失有关，减少机械摩擦和热损失可以提高热机的效率，故D正确。
故选：D。
2．关于功率，下列说法正确的是（　　）
A．做功多的机械，功率一定大
B．做功时间短的机械，功率一定大
C．功率大的机械，做功一定快
D．做相同的功，所用时间短的机械，功率一定小
【答案】C
【解答】解：
A、功率的大小不但和做功的多少有关，还跟所用时间的长短有关，所以做功多的机械，功率不一定大，故A错误；
B、功率的大小不但和做功的时间长短有关，还跟做功的多少有关，所以做功时间短的机械，功率不一定大，故B错误；
C、功率表示物体做功的快慢，功率越大表示物体做功越快，故C正确；
D、根据公式P可知，做相同的功时，功率和所用时间的长短成反比，所用时间短的机械，功率一定大，故D错误。
故选：C。
3．机械效率的单位是（　　）
A．牛顿 B．瓦特 C．焦耳 D．无单位
【答案】D
【解答】解：A、力的单位是牛顿，故A错误；
B、功率的单位是瓦特，故B错误；
C、焦耳是功和能的单位，故C错误；
D、机械效率等于有用功与总功之比，机械效率没有单位，故D正确。
故选：D。
（多选）4．我国是农业大国，取水灌溉是农耕中的重要环节。《农书》中记载了一种叫“高转筒车”的古代农业机械（图甲），中国科技技术馆还原了这种设备（图乙），使用时下方转轮安装在河道中，流水驱动轮子转动，系在传动绳索上的竹筒将水从河里不断输送到上方农田中。下列说法正确的是（　　）
A．竹筒内水量越大，筒车的机械效率越高
B．上、下两个转轮都可看作定滑轮
C．筒车匀速转动输水时，对水做的功为总功
D．上、下两个转轮转速越快，输水做的功越大
【答案】AB
【解答】解：A、筒车在提升水的过程中，额外功主要是克服摩擦力等做的功，可认为额外功基本不变。竹筒内水量越大，提升相同高度时，根据W＝Gh＝mgh，对水做的有用功越大，则有用功在总功中所占的比例越大，机械效率越高，故A正确。
B、定滑轮是轴的位置固定不动的滑轮，而动滑轮是轴的位置随被拉物体一起运动的滑轮。高转筒车的上、下两个转轮在转动时，轴的位置都固定不动，看作定滑轮，故B正确。
C、筒车匀速转动输水时，目的是把水提升到高处，对水做的功是有用功；水流冲击筒车，水流做的功为总功，故C错误。
D、根据W＝Gh＝mgh，输水做功的大小取决于水的质量和提升的高度，与转轮转速无关。转轮转速越快，只能说明输水的速度越快，即单位时间内做的功越多，功率越大，但输水做的总功不一定越大，故D错误。
故选：AB。
（多选）5．如图，这是“遥遥”科创小组的同学们设计的一款无需电池和燃料的无碳小车。在重物下落驱动无碳小车运动的过程中，下列说法正确的是（　　）
A．顶部的定滑轮可以省力
B．机械效率可达到100%
C．顶部的定滑轮可以改变力的方向
D．给车轮轴承加润滑油可以减小摩擦力
【答案】CD
【解答】解：AC、顶部的定滑轮不省力，也不省距离，但可以改变力的方向，故A错误，C正确；
B、由于摩擦力的存在，机械效率不可达到100%，故B错误；
D、给车轮轴承加润滑油可以使接触面脱离，可以减小摩擦力，故D正确。
故选：CD。
（多选）6．如图所示是我国《农书》中记录的槽碓（dui）。大木勺积水较多会下沉，使石锤上升；当大木勺内的水流出变轻后，石锤落下击打石臼内的谷物。该槽碓（　　）
A．机械效率可达100%
B．是杠杆
C．机械效率不可能达到100%
D．是热机
【答案】BC
【解答】解：AC、任何机械使用时，不可避免地做额外功，任何机械的效率都不可能达到或超过100%，故A错误、C正确；
B、结合图片和生活经验，槽碓在使用过程中，绕着固定点转动的硬棒，属于杠杆，故B正确；
D、槽碓使用时将水的机械能转化为石锤的机械能，没有将内能转化为机械能，不属于热机，故D错误。
故选：BC。
7．因为有用功总　小于　 （选填“大于”、“等于”或“小于”）总功，所以机械效率总小于1．滑轮组的机械效率越高，说明额外功在总功中所占的比例就　越小　 （选填“越大”或“越小”）。
【答案】小于；越小
【解答】解：因为使用任何机械都要做额外功，且有用功与额外功之和等于总功，所以有用功一定小于总功，而机械效率等于有用功与总功的比值，所以机械效率总小于1；
滑轮组的机械效率越高，说明有用功在总功中占的比例越大，则额外功在总功中占的比例就越小。
故答案为：小于；越小。
▉题型2 机械效率的比较大小
【知识点的认识】
（1）机械效率由有用功和总功两个因素共同决定，不能理解成：“有用功多，机械效率高”或“总功大，机械效率低”．
（2）当总功一定时，机械做的有用功越多（或额外功越少），机械效率就越高；
（3）当有用功一定时，机械所做的总功越少（或额外功越少），机械效率就越高；
（4）当额外功一定时，机械所做的总功越多（或有用功越多），有用功在总功中所占的比例就越大，机械效率就越高．
（多选）8．如图所示，小明分别用甲、乙两个滑轮把同一袋沙子从地面缓慢匀速提到二楼，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，若不计绳重与摩擦，则（　　）
A．η1＜η2 B．η1＞η2 C．W1＜W2 D．W1＞W2
【答案】BC
【解答】解：
AB、因为小明分别用甲、乙两滑轮把同一袋沙从一楼地面提到二楼地面，所以两种情况的有用功相同；
当有用功一定时，甲中所做的总功为对一袋沙所做的功，利用机械时做的额外功越少，则总功就越少，机械效率就越高，η1＞η2，故A错误，B正确；
CD、又因为乙是动滑轮，乙中所做的总功还要加上对动滑轮所做的功，利用乙滑轮做的额外功多，则总功越多，机械效率越低。即W1 小于W2，故C正确，D错误。
故选：BC。
▉题型3 机械效率的简单计算
【知识点的认识】
机械效率的计算公式是：η，其中η代表机械效率， W有用是有用功， W总是总功。 这个公式用于计算任何类型的机械系统， 无论是滑轮组、 斜面、 杠杆还是其他类型的机械装置。
滑轮组：①η
②不计绳重、摩擦，η；
斜面：η
9．如甲图所示是我国古代科学技术著作《天工开物》记载的水碓。水流冲击水轮转动，推动碓尾把碓头的石杵举起、落下，不断舂米，如乙图所示。
（1）如图乙所示水碓可视为不等臂杠杆，它是按照 　费力　 杠杆来设计的；
（2）碓头的石杵落下是受到 　重　 力的作用，落下过程中石杵的惯性 　不变　 （选填“变大”、“变小”或“不变”）；
（3）水轮一小时可提升质量为3000kg的水升高4m，每分钟流水对水轮做的总功为2400J，忽略摩擦力，水轮旋转一小时提升水所做的有用功为 　1.2×105 J，机械效率是 　83.3%　 （保留一位小数）。
【答案】（1）费力；（2）重；不变；（3）1.2×105；83.3%。
【解答】解：
（1）由题知，水流冲击水轮转动，推动碓尾把碓头的石杵举起、落下，则图乙中的O点为支点，动力作用在碓尾，阻力作用在B点，动力臂小于阻力臂，因此水碓是按照费力杠杆来设计的；
（2）碓头的石杵落下是因为石杵受到重力的作用；
惯性大小只与物体的质量有关，落下过程中石杵的质量不变，其惯性不变；
（3）水轮旋转一小时提升水所做的有用功为：W有＝Gh＝mgh＝3000kg×10N/kg×4m＝1.2×105J，
每分钟流水对水轮做的总功为2400J，则一小时做的总功为：W＝60×2400J＝1.44×105J，
其机械效率为：η100%≈83.3%。
故答案为：（1）费力；（2）重；不变；（3）1.2×105；83.3%。
10．早在3000多年前，我们的祖先就设计了汲水工具﹣﹣辘轳（如图所示），辘轳是一种省力的机械。小军用辘轳从井中匀速提上来一桶水，水重200N，桶重20N，用时30s，提升的高度6m，做的总功为1500J，求：
（1）小军所做的有用功？
（2）辘轳的机械效率？
（3）小军提水的总功率？
（4）小军克服绳重和摩擦阻力所做的功？
【答案】（1）小军所做的有用功是1200J；
（2）辘轳的机械效率是80%；
（3）小军提水的总功率是50W；
（4）小军克服绳重和摩擦阻力所做的功是180J。
【解答】解：（1）水重200N，小军所做的有用功
W有＝G水h＝200N×6m＝1200J；
（2）做的总功为1500J，辘轳的机械效率
；
（3）小军提水的总功率
；
（4）小军对桶做的功
W桶＝G桶h＝20N×6m＝120J，
小军克服绳重和摩擦阻力所做的功
W余＝W总﹣W有﹣W桶＝1500J﹣1200J﹣120J＝180J。
答：（1）小军所做的有用功是1200J；
（2）辘轳的机械效率是80%；
（3）小军提水的总功率是50W；
（4）小军克服绳重和摩擦阻力所做的功是180J。
▉题型4 功、功率、机械效率的区别
【知识点的认识】
功率表示做功的快慢，功率大表示做功快；
功率的大小与功和做功所用的时间都有关，因此做功多，不一定做功快；
机械效率反映机械做功性能的好坏，它与功、功率之间没有直接的大小关系，即机械效率高的机械不代表做的功多，不代表做功快，只能说明机械的有用功和总功的比值大，能量的利用率高。
11．理解物理概念是学好物理的关键，关于功、功率和机械效率，下列说法正确的是（　　）
A．功率越大，做功就越快，机械效率也越大
B．机械效率越高的机械，表明它做的有用功越多
C．物体受力且运动一段距离时，力就对物体做了功
D．两个机械工作时做的额外功相同，有用功也相同，机械效率也一定相同
【答案】D
【解答】解：A、功率是表示物体做功快慢的物理量，机械效率是有用功与总功的比值，机械效率与功率无关，故A错误；
B、机械效率越高的机械，有用功在总功中所占的比值越大，但有用功不一定多，故B错误；
C、若物体运动的方向与受力方向垂直，则力对物体没有做功，故C错误；
D、两个机械工作时做的额外功相同，有用功也相同，则总功一定相同，机械效率也一定相同，故D正确。
故选：D。
12．关于功、功率、机械效率，下列说法正确的是（　　）
A．省力的机械也可以省功
B．功率大的机械做功快
C．功率大的机械做功多
D．功率大的机械效率高
【答案】B
【解答】解：A.借助机械都要有额外功，所以可以省力但是不能省功，A选项错误；
B.功率表示的是做功的快慢，所以功率大的机械做功快，B选项正确；
C.做功多少与功率大小和做功时间有关，由于做功时间不知道，所以功率大的机械做功不一定多；
D.功率表示的是做功的快慢，而机械效率表示的是借助机械时有用功占总功的比例，所以两者没有必然的关系，所以D选项错误。
故选：B。
13．下列关于功、功率和机械效率的说法中，正确的是（　　）
A．功率大的机械，做功一定多
B．做功快的机械，功率一定大
C．效率高的机械，功率一定大
D．做功多的机械，效率一定高
【答案】B
【解答】解：A、机械做功的多少与功率和时间有关，不知道做功时间，无法确定做功的多少，故A错误；
B、功率是表示做功快慢的物理量，故做功快的机械，功率一定大，故B正确；
C、机械效率是指有用功占总功的比值，效率高的机械，功率不一定大，故C错误；
D、机械效率是指有用功占总功的比值，与做功的多少无关，故D错误。
故选：B。
▉题型5 测量滑轮组的机械效率的实验
【知识点的认识】
实验目的：测量滑轮组的机械效率
实验原理：η
实验器材：滑轮组、相同的钩码若干、铁架台、细绳、弹簧测力计、刻度尺
实验步骤：
（1）用弹簧测力计测量出钩码的重力G；
（2）按装置图把滑轮组和刻度尺安装好，并记下钩码下沿和绳子末端在刻度尺上的位置；
（3）竖直向上匀速拉动弹簧测力计，使钩码上升，读出其示数F，并从刻度尺上读出钩码上升的距离h和绳子末端移动的距离s；
（4）分别算出有用功W有、总功W总和机械效率η，将各项数据填入表格
（5）增加被提升钩码的个数，重复步骤（2）（3）（4）
实验结论：使用同一滑轮组提升不同的重物时，重物越重，滑轮组的机械效率越大
14．如图所示，“测滑轮组的机械效率”的实验数据如表：
（1）实验时，应沿竖直向上的方向　匀速缓慢　 拉动弹簧测力计；
（2）第2次实验中弹簧测力计的示数如图所示为　2.4　 N；
（3）第3次实验滑轮组的机械效率是　76.9%　 （保留一位小数）；
（4）如果用这个滑轮组提升7N的重物，则它的机械效率可能是　C　 。
A.60%
B.70%
C.80%
实验次数 物重G（N） 物体上升高度h（m） 拉力F（N） 绳子自由端移动距离s（m） 机械效率η
1 4 0.1 2.0 0.3 66.7%
2 5 0.1 0.3 69.4%
3 6 0.1 2.6 0.3
【答案】（1）匀速缓慢；（2）2.4；（3）76.9%；（4）C。
【解答】解：
（1）实验时，应沿竖直向上的方向匀速缓慢拉动弹簧测力计，根据二力平衡原理，拉力大小才等于测力计示数；
（2）第2次实验中弹簧测力计的示数如图所示，测力计分度值为0.2N，示数为2.4N；
（3）第3次实验滑轮组的机械效率是：
η76.9%；
（4）由表中数据知，提升物体的重力越大，机械效率越高，故如果用这个滑轮组提升7N的重物，则它的机械效率要大于76.9%，故可能是80%，选C。
故答案为：（1）匀速缓慢；（2）2.4；（3）76.9%；（4）C。
15．某实验小组在测滑轮组机械效率的实验中得到的数据如表所示，实验装置如图所示。
实验次数 1 2 3
钩码重G/N 4 4 6
钩码上升高度h/m 0.1 0.1 0.1
绳端拉力F/N 1.8 1.4 2.4
绳端移动距离s/m 0.3 0.5 0.3
机械效率η 74% 57% 83%
（1）从表中数据可分析出实验1是用 　甲　 图做的实验，实验2是用 　乙　 图做的实验。
（2）通过实验1和实验2的数据分析可得出结论：使用不同的滑轮组提升相同的重物时，动滑轮的个数越多，滑轮组的机械效率 　越小　 。
（3）比较实验1和实验3可得结论：使用同一滑轮组，　增加钩码的重　 可以提高滑轮组的机械效率。
（4）若甲滑轮组的滑轮重从2N减小到1N，其机械效率将 　增大　 。
【答案】（1）甲；乙；（2）越小；（3）增加钩码的重；（4）增大。
【解答】解：（1）实验1中钩码升高0.1m，绳端移动0.3m，绳的段数n段＝3段。
实验2中钩码升高0.1m，绳端移动0.5m，绳的段数n段＝5段，
所以实验1是用题图甲中的滑轮组进行实验的，同理，实验2是用题图乙中的滑轮组做的；
（2）在实验1、实验2的数据中可以看出，在提升的钩码重相同时，由两个动滑轮组成的滑轮组的机械效率比同一个动滑轮组成滑轮组的机械效率小；
（3）从实验1和实验3中得出，同样的滑轮组，提升4N物体的机械效率比提升6N物体的机械效率小。
所以使用同一滑轮组，增加所提升物体的重力，可以提高滑轮组的机械效率。
（4）结合η可知，减小滑轮重，相当于额外功减小，有用功不变，机械效率增大。
故答案为：（1）甲；乙；（2）越小；（3）增加钩码的重；（4）增大。
16．在“测滑轮组机械效率”的实验中，小明用如图所示的滑轮组进行了三次实验，实验数据记录如表。
序号 钩码重/N 钩码上升距离/cm 拉力/N 绳端移动距离/cm 机械效率/%
① 2 10 0.8 30 83.3
② 4 10 1.5 30
③ 6 10 2.2 30 90.9
（1）实验中，应竖直向上 　匀速　 拉动弹簧测力计。
（2）第②次实验中，所做的有用功为 　0.4　 J，滑轮组的机械效率为 　88.9　 %。（结果保留一位小数）
（3）小明分析表中数据发现：使用同一滑轮组提升钩码，钩码重力变大，机械效率将 　提高　 （选填“提高”“降低”或“不变”）。
【答案】（1）匀速；（2）0.4；88.9；（3）提高。
【解答】解：
（1）实验中应该匀速竖直向上拉动弹簧测力计，此时系统处于平衡状态，测力计示数才等于拉力大小。
（2）由表格第②次实验数据，
有用功：W有＝Gh＝4N×0.1m＝0.4J，
机械效率：η100%≈88.9%；
（3）由表格数据，使用同一滑轮组提升钩码，钩码重力变大，滑轮组的机械效率将提高。
故答案为：（1）匀速；（2）0.4；88.9；（3）提高。
17．在“探究影响动滑轮机械效率的因素”实验中，小明用同一动滑轮进行了三次实验，实验装置如图所示，实验数据如表所示。
序号 钩码重G/N 物体上升的高度h/m 绳端拉力F/N 绳端移动的距离s/m 机械效率η/%
1 1 0.1 0.80 0.2 62.5
2 2 0.1 1.35 0.2
3 3 0.1 1.95 0.2 76.9
（1）实验时，应沿竖直向上 　匀速　 拉动弹簧测力计，使钩码上升；
（2）第2次实验中，拉力所做的功为 　0.27　 J，动滑轮的机械效率为 　74.1　 %；（结果保留至0.1%）
（3）分析表中数据可知：在用同一动滑轮将物体匀速提升相同的高度时，若仅增加被提升物体的重力，
则动滑轮的机械效率 　增大　 ，该实验中小明所用动滑轮的重力一定小于 　0.6　 N。
【答案】（1）匀速；（2）0.27；74.1；（3）增大；0.6。
【解答】解：
（1）实验中要竖直向上匀速拉动弹簧测力计，弹簧测力计示数不变，便于读数；
（2）第2次实验中，滑轮对钩码所做的功为W有＝Gh＝2N×0.1m＝0.2J，
拉力做的总功W总＝Fs＝1.35N×0.2m＝0.27J，
动滑轮的机械效率η100%100%≈74.1%；
（3）在用同一动滑轮将物体匀速提升相同的高度时，由表格数据最后一列可知，动滑轮的机械效率增大。
由表格数据可知：
第一次拉力所做的额外功W额1＝W总1﹣W有1＝F1s﹣G1h＝0.8N×0.2m﹣1N×0.1m＝0.06J，
第二次拉力所做的额外功W额2＝W总2﹣W有2＝F2s﹣G2h＝1.35N×0.2m﹣2N×0.1m＝0.07J，
第三次拉力所做的额外功W额3＝W总3﹣W有3＝F3s﹣G3h＝1.95N×0.2m﹣3N×0.1m＝0.09J，
综上可知，若仅增加被提升物体的物重，则拉力所做的额外功增大，
实验中，额外功的来源为克服动滑轮自重和机械摩擦做功，假设不计摩擦，根据作用在绳子自由端的拉力：F（G+G动），由表中第1组数据，
G轮＝2F1﹣G1＝2×0.8N﹣1N＝0.6N，
由于摩擦力存在，故实验中小明所用动滑轮的重力一定小于 0.6N；
故答案为：（1）匀速；（2）0.27；74.1；（3）增大；0.6。
18．用如图所示装置测量滑轮组的机械效率，部分实验数据如下表。
实验次数 钩码重力G/N 钩码上升的高度h/cm 拉力F/N 绳子自由端移动距离s/cm 机械效率η
1 2.0 5 1.0 15 66.7%
2 4.0 5 1.8 15 74.1%
3 4.0 10 1.8 30 74.1%
4 6.0 5 2.5 15
（1）第4次实验时滑轮组的机械效率是 　80　 %；
（2）分析1、2、4次实验的数据可知，使用同一滑轮组提升重物时，重物重力越 　重　 （选填“重”或“轻”），滑轮组的机械效率越高；分析2、3次实验的数据可知，滑轮组的机械效率与钩码上升的高度 　无关　 （选填“有关”或“无关”）。
【答案】（1）80；（2）重；无关。
【解答】解：（1）第4次实验时滑轮组的机械效率η100%80%；
（2）分析1、2、4次实验的数据可知，钩码上升的高度不变，物体的重力逐渐增大，机械效率增大，故使用同一滑轮组提升重物时，重物重力越重，滑轮组的机械效率越高；分析2、3次实验的数据可知，高度改变，机械效率不变，滑轮组的机械效率与钩码上升的高度无关。
故答案为：（1）80；（2）重；无关。
19．如图所示为“测量滑轮组机械效率”的实验装置，每个钩码重2N（绳重、摩擦和弹簧测力计自重均不计）；
（1）实验时要竖直向上 　匀速　 拉动弹簧测力计。
（2）弹簧测力计的示数如图所示，则动滑轮的重力是 　1.2　 N。
（3）增加2个钩码，再做实验，此时滑轮组的机械效率将 　变大　 。
【答案】（1）匀速；（2）1.2；（3）变大。
【解答】解：
（1）实验中要竖直向上匀速缓慢拉动弹簧测力计，使钩码升高，此时系统处于平衡状态，测力计示数才等于拉力大小，且测力计示数稳定便于读数；
（2）由图知，测力计分度值为0.2N，则第3次的拉力为2.4N，不计摩擦及绳重，绳子的有效段数为3，作用在绳子自由端的力：
F，
动滑轮的重力：
G动＝3F﹣G物＝3×2.4N﹣3×2N＝1.2N；
（3）不计摩擦及绳重，额外功为克服动滑轮重做的功，滑轮组的机械效率：
η①，
增加2个钩码，提升物体的重力G变大，因动滑轮重G动不变，故①式分母变小，所以滑轮组的机械效率变大。
故答案为：（1）匀速；（2）1.2；（3）变大。
▉题型6 斜面机械效率的测量实验
【知识点的认识】
实验目的：探究斜面的机械效率
实验器材：斜面（高度可调），木块，弹簧测力计，细线，刻度尺．
实验原理：η
20．如图所示是小明“测量斜面的机械效率”的实验装置。
（1）请计算坡度为60°时的斜面机械效率，并请将计算结果填入表格中：
斜面坡度 斜面粗糙程度 物重G（N） 斜面高度h（m） 沿斜面拉力F（N） 斜面长L（m） 有用功W有（J） 总功W总（J） 机械效率η（%）
30° 粗糙 0.5 0.20 0.35 0.4 0.10 0.14 71.4
60° 粗糙 0.5 0.28 0.45 0.4 0.14 0.18 　77.8　
（2）请你根据实验数据得出以下的结论：
结论1：沿粗糙程度相同的斜面的斜面向上匀速拉动同一物体时，斜面坡度 　越小　 （选填“越大”或“越小”）拉力越小。
结论2：在粗糙程度相同的条件下，斜面坡越大，机械效率 　越高　 。（选填“越高”或“越低”）
【答案】（1）77.8；（2）越小；越高
【解答】解：（1）有用功为：W有＝Gh＝0.5N×0.28m＝0.14J；
总功为：W总＝Fs＝0.45N×0.4m＝0.18J；
机械效率为：η77.8%；
（2）由表中数据知，斜面的粗糙程度、物重、斜面长不变，斜面越缓，拉力越小，机械效率越低；反之，拉力越大，机械效率越高。
故答案为：（1）77.8；（2）越小；越高。
▉题型7 杠杆机械效率的测量实验
【知识点的认识】
实验器材： 将杠杆挂在支架上， 调节杠杆在水平位置平衡。
实验步骤：
（1）加载重物，在杠杆左边距支点一定距离处挂一重物，， 同时在杠杆右边距支点另一距离处用弹簧测力计竖直向下拉住杠杆， 使杠杆平衡， 并记下物体和弹簧测力计的上下对应刻度尺的位置。
（2）记录数据： 通过弹簧测力计匀速向下拉动杠杆到特定位置， 并读出物体和弹簧测力计移动的距离以及弹簧测力计的示数， 记录在表格中。
（3）计算机械效率： 根据公式η计算机械效率， 其中G是物体的重量， h是物体上升的高度， F是弹簧测力计的示数， s是弹簧测力计移动的距离
21．用如图所示的实验装置测量杠杆的机械效率，钩码总重G为1.0N，钩码上升高度h为0.1m，测力计移动距离s为0.3m，实验时，竖直向上匀速拉动弹簧测力计，使挂在较长杠杆A点下面的钩码缓缓上升，实验中，将杠杆拉至图中虚线位置，测力计的示数F为0.5N．若杠杆的本身的重力不计，则下列说法正确的是（　　）
A．拉力对杠杆做的额外功为0.1J
B．匀速竖直拉动过程中弹簧测力计示数先变小后变大
C．若将钩码从A点移到B点，用同样的方式将钩码提升0.1m，则机械效率降低
D．若将钩码从A点移到B点，用同样的方式将钩码提升0.1m，则机械效率升高
【答案】D
【解答】解：（1）由图可知，OC为钩码G的力臂，OD为弹簧测力计拉力的力臂，
由ΔOCA∽ΔODE可得：，
由杠杆的平衡条件可得：G×OC＝F×OD，
则，
由和G不变可知，F不变，即匀速竖直拉动过程中弹簧测力计示数不变，故B错误；
拉力做的总功：
W总＝Fs＝0.5N×0.3m＝0.15J，
拉力做的有用功：
W有＝Gh＝1.0N×0.1m＝0.1J，
拉力对杠杆做的额外功：
W额＝W总﹣W有＝0.15J﹣0.1J＝0.05J，故A错误；
（2）若将钩码从A点移到B点，用同样的方式将钩码提升0.1m时，有用功不变，
此时杠杆上旋的角度减小，杠杆升高的距离变小，克服杆与O点的摩擦力做功变小，则额外功变小，
由η100%可知，机械效率升高，故C错误、D正确。
故选：D。
22．小明用如图所示的实验装置研究“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，则杠杆的机械效率η＝　80%　 。
（1）若增加钩码的重量，重复实验，则杠杆的机械效率将　变大　 （变大/变小/不变）
（2）若不计转轴O处的摩擦，若钩码的重量不变，将弹簧测力计移动到Q点，仍将钩码匀速提升h的高度，设此时弹簧测力计的示数为F，杠杆的机械效率为n'，则：F′　＞　 F，η′　＝　 η（＞/＝/＜）
【答案】见试题解答内容
【解答】解：G＝100N的钩码挂在铁质杠杆上，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，
杠杆的机械效率：
η100%＝80%；
（1）若增加钩码的重量，重复实验，因不计转轴O处的摩擦，克服铁质杠杆重力做的功为额外功，则有用功增大，额外功不变，根据η100%，则杠杆的机械效率将变大；
（2）根据原图示可知，若钩码的重量不变，将弹簧测力计移动到Q点时，阻力和阻力臂都不变，动力臂减小，由F1L1＝F2L2可知，动力将增大，即F′＞F；
不计转轴O处的摩擦，克服铁质杠杆重力做的功为额外功，仍将钩码匀速提升h的高度，由于有用功和额外功均不变，则总功也不变，根据η100%，故机械效率不变，即η′＝η。
故答案为：80%；（1）变大；（2）＞；＝。

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