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11.4机械效率
一、知识梳理
（一）有用功和额外功
1．三种功
（1）有用功：使用机械时，为完成工作目的必须做的功叫做____________．
（2）额外功：使用机械时，并非我们需要但又不得不做的功叫做____________．
（3）总功：______加上______是总共做的功，叫做总功．总功、有用功、额外功的关系是______．
2．三种功的关系：W总＝____________．
4677410935355003．如图所示是小明利用动滑轮和水桶将沙子提升高度为h的情景，已知沙子、动滑轮、水桶的重力分别为G沙、G动、G桶，绳端的拉力为F，绳端移动的距离为s．若不计绳子的重力和摩擦，则W有用＝______，W额外＝______，W总＝____________或W总＝______；若考虑绳子的重力和摩擦，则W总＝______，W额外＝____________．
（二）机械效率
1．定义：物理学中把______与______的比值叫机械效率．
2．定义式：______．
3．理解机械效率：（1）机械效率常用______来表示，没有单位；
（2）因为存在额外功，有用功总______总功，所以机械效率总______1；
（3）机械效率的意义：机械效率是反映机械性能优劣的__________，用来表示机械对总功的______．效率越高，机械对总功的利用率就越高，做相同的有用功，需要的总功______，越节约能源，机械的性能就越好；
（4）提高机械效率的方法：________________________；________________________；
4．滑轮组的机械效率可表示为η＝______或η＝______；若有n段绳子吊着动滑轮，则η＝______；若不计绳重和摩擦，则nF＝____________，η＝____________．
5．测量滑轮组的机械效率：（1）测量原理：____________；
（2）需要测量的物理量：______、______、（______、______）；
（3）需要的测量工具：______、（______）；
（4）提升钩码时应使弹簧测力计沿______方向做____________运动；
（5）影响滑轮组效率高低的因素：①物体重力，物体越重效率越______；②动滑轮重力，动滑轮越重效率越______；③绳重和摩擦，绳重和摩擦越大，效率越______．
二、易错分析
1．物体越重，滑轮越轻，效率越大．效率的高低与滑轮组省多少力、绕线方式、重物被提升的高度无关；
2．滑轮组不同用法时的功和机械效率：（如表所示）
做功
目的
有用功
（W有用）
总功
（W总）
额外功
（W额外）
机械
效率（η）
提升物体
G物h
Fs
Fs－G物h
或
平移物体
fs1
Fs2
Fs2－fs1
或
三、达标训练
1．卖茶杯的人，从货架上拿起茶杯；喝茶水的人，从桌面上端起盛茶水的茶杯，就两人克服茶杯重力做功的下列说法中正确的是（ ）
A．都是有用功 B．都是额外功
C．对喝茶的人而言是有用功 D．对卖茶杯的人而言是有用功
2．已知甲、乙两种机械在做功过程中，甲的机械效率比乙的机械效率大，这表明（ ）
A．甲做功比乙做功快 B．甲做的有用功比乙做的有用功多
C．甲做的额外功比乙做的额外功少 D．甲做的有用功，与总功的比值比乙大
3．下列说法正确的是（ ）
A．效率高的机械，功率一定大 B．做功时间长的机械，功率一定大
C．所有机械的机械效率都小于1 D．功率大的机械做的功一定多
4．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．做功越少的机械，机械效率越低
C．做功越慢的机械，机械效率越低 D．总功相同，有用功越大的机械，机械效率越高
5．在“测定滑轮组的机械效率”的实验中，如果被提升的物体物重相同，则（ ）
A．动滑轮的个数越多就越省力，且效率越高 B．动滑轮的个数越多就越省力，且效率越低
C．动滑轮的个数越少就越省力，且效率越高 D．动滑轮的个数越少就越省力，且效率越低
6．亮亮和体重较大的爸爸帮助邻居各扛一袋质量为5kg的大米，从一楼爬到三楼，爸爸用时较短，则亮亮与爸爸所做的（ ）
A．有用功相等 B．总功相等 C．总功率相等 D．有用功和总功的比值相等
7．一位建筑工人用了如图所示的装置把建筑材料运送到楼上，已知吊篮的质量为m1，建筑材料的质量m2，人对绳子的拉力为F，吊篮在拉力的作用下匀速上升了h，不计绳重及摩擦．下列表述正确的是（ ）
A．绳子自由端移动的距离为3h B．工人做的有用功为m2gh
C．工人做的额外功为2Fh－（m1＋m2）gh D．动滑轮重为3F－（m1＋m2）g
8．工人用滑轮组把一箱箱货物从一楼提升到五楼，在滑轮组上加润滑油后，机械效率提高了，则加润滑油后工人提升同样的重物时，做功的（ ）
A．有用功减小，总功不变 B．有用功增加，总功增加
C．有用功减小，总功减小 D．有用功不变，总功减小
2958465312420009．在探究“影响滑轮组机械效率的因素”时，小明同学用图所示甲、乙两个相同的滑轮组来验证的猜想是：滑轮组的机械效率可能与（ ）
A．被提升物体重力有关
B．动滑轮重力有关
C．物体被提升的高度有关
D．承重绳子的段数有关
44742104946650010．某同学想通过实验来探究“影响滑轮组的机械效率的因素”．他做了如图所示的实验，并测算了各次实验装置的机械效率．关于他的实验过程，下列说法中不正确的是（ ）
A．根据①、②两次实验可知：滑轮组的机械效率与绳子的绕法无关
B．根据②、③两次实验可知：同一滑轮组提起物重越大，机械效率越低
C．根据该同学的探究结论可知，通过适当增大物重可以提高滑轮组的机械效率
D．为使实验的结论更具可靠性，应换用不同的装置进行多次实验归纳得出普遍规律
11．工人师傅用如图所示的滑轮组，将重为800N的重物缓慢匀速竖直提升3m，人对绳的拉力F为500N，不计绳重和滑轮转轴处的摩擦，则（ ）
A．绳子自由端移动的距离为9m B．动滑轮的重力为200N
C．人通过滑轮组做的有用功为1500J D．滑轮组的机械效率为53.3%
12．建筑工人用如图所示的滑轮组，在4s内将重为1500N的物体沿水平方向匀速移动2m的过程中，所用的拉力大小为375N，物体受到水平地面的摩擦力为物重的0.4倍．在此过程中下列说法正确的是（ ）
A．绳子自由端沿水平方向移动了6m B．物体受到的拉力为750N
C．拉力F的功率为750W D．滑轮组的机械效率为80%
13．用图示滑轮组提升100N重物时，机械效率为50%；用同一滑轮组提起300N重物，重物以2m/s速度匀速上升5s时（不计绳重与摩擦），下列说法不正确的是（ ）
A．动滑轮自重为100N B．拉力做功4000J
C．拉力做功功率为400W D．机械效率为75%
14．用如图所示的装置研究滑轮组机械效率，下列说法不正确的是（ ）
A．弹簧测力计通常要竖直向上匀速拉动
B．测量机械效率的原理：η＝（W有用/W总）×100%
C．机械效率与动滑轮重力的大小有关
D．提高机械效率可以通过减小钩码的重力来实现
15．某人用如图所示的滑轮组提升重为800N的重物，在拉力F作用下，30s时间内，物体向上移动了12m，若滑轮组的机械效率为80%，绳重、摩擦阻力不计，则（ ）
A．拉力做的功为12000J B．拉力的功率为50W
C．绳子自由端被拉下距离为36m D．动滑轮重力大小为100N
16．（多选）如图所示，重300N的物体在20N的水平拉力F的作用下，以0.2m/s的速度沿水平地面向左匀速直线运动了10s，滑轮组的机械效率为80%，则在此过程中，下列说法正确的是（ ）
A．绳子自由端移动的距离为2m
B．物体与地面间的滑动摩擦力为48N
C．拉力F的功率为12W
D．有用功为120J
17．用如图所示的滑轮组将重为G的物体提升高度h，已知绳端所需拉力为F，动滑轮自重为G，绳端移动的距离为s，则下列表示该滑轮组的机械效率的表达式中错误的是（绳重与各种摩擦均忽略不计）（ ）
A． B．
C． D．
18．如图甲所示，力F1水平拉动重为G的物体A在水平路面匀速移动了s．改用滑轮组拉动A在同一路面匀速移动了s，拉力F2为（如图乙）．此过程滑轮组（ ）

A．总功为F2s B．额外功为F1s C．机械效率为 D．额外功为3F2s－F1s
19．如图所示，用力F拉着重为G的物体竖直匀速上升，在时间t内物体上升的高度为h（物体未拉出水面），若物体的体积为V，水的密度为ρ，则下列算式正确的是（ ）
A． B． C．W有＝Gh D．
20．分别使用定滑轮、动滑轮、两个定滑轮和两个动滑轮组成的滑轮组，匀速提升同一物体到同一高度处，其机械效率分别为η定、η动、η组（不计绳重和摩擦，设每个滑轮质量相等），则选项中正确的是（ ）
A．η组＜η动＜η定 B．η动＜η定＜η组 C．η定＜η动＜η组 D．η定＜η组＜η动
50863502952750021．如图所示，用甲、乙两种方式在相同时间内将同一物体匀速提升相同高度时，拉力做功的功率为P甲、P乙，机械效率分别为η甲、η乙（不计绳重与摩擦）．下列判断正确的是（ ）
A．P甲＝P乙 η甲＝η乙 B．P甲＜P乙 η甲＞η乙
C．P甲＜P乙 η甲＜η乙 D．P甲＞P乙 η甲＞η乙
22．用四个完全相同的滑轮，组装成两套滑轮组，用它们匀速提升同一物体时，其拉力分别为F1、F2，滑轮组的机械效率分别为η1、η2，如图所示，不计绳重和摩擦，下列选项中正确的是（ ）
A．F1＞F2 η1＞η2 B．F1＝F2 η1＝η2
C．F1＜F2 η1＞η2 D．F1＜F2 η1＝η2
23．用如图所示的滑轮组在5s内将重G＝240N的物体匀速向上提起3m，拉力F＝150N，这个滑轮组的机械效率是______．如果忽略绳重和摩擦，动滑轮自重为______N．
24．如图，小明用动滑轮在10s内将重400N的物体匀速提高了5m，若这一过程中动滑轮的机械效率是80%，则小明的拉力为______N，小明做的额外功为______J，小明做功的功率为______W，若用该装置提升500N的重物，此时滑轮组的机械效率将______(填“变大”、“变小”或“不变”）．
第23题图
第24题图
第25题图
第26题图
25．如图，是塔式起重机上的滑轮组．在将210N的重物匀速提高2m的过程中，作用在绳端的拉力为100N，则有用功是______J，该滑轮组的机械效率是______．
26．如图所示是一种小型千斤顶的示意图，当手往下压动摇臂时，能把重物抬高一段较小的距离，工人在4s时间内用100N的力竖直向下压动摇臂1m，把1000N的重物匀速抬高8cm．则重物上升的速度为______m/s，人做的功为______J，千斤顶的效率是______%．
27．如图所示，重为100N的物体A在拉力F＝5N作用下沿水平面做匀速直线运动．已知滑轮组机械效率为60%，物体A运动的速度为0.5m/s，则物体A在20s内通过的路程为____m，该机械所做的有用功的功率为______W．（忽略绳子和滑轮的重力）
28．在“测量滑轮组的机械效率”实验中，小丽用同一滑轮组提升不同的物体，如图甲、乙所示，实验数据记录如下：
实验
次数
物体
重力/N
提升
高度/m
拉力
/N
绳端移动
的距离/m
机械
效率η
1
3
0.1
2.0
0.3
50%
2
6
0.1
①
0.3
②
（1）实验中要竖直向上_______拉动弹簧测力计，使物体升高．
（2）图乙中弹簧测力计的示数为___N，表格中②处数据应为___%．
（3）如图丙所示，将滑轮组换一种绕绳方法，不计摩擦及绳重，提升相同的物体时，滑轮组的机械效率_______（选填“变大”、“不变”或“变小”）．
29．如图所示，A物体受到的重力是100N，在拉力F的作用下，能以0.2m/s的速度在水平地面上向左匀速直线运动．已知拉力F＝5N，滑轮组的机械效率为80%，试问：
（1）5s内拉力F所做功的大小是多少？
（2）物体A受到水平地面的摩擦力大小是多少？
四、能力提升
30．如图所示，用相同的滑轮安装成甲、乙两种装置，分别用FA、FB匀速提升重力为GA、GB的A、B两物体，不计绳重和摩擦．若GA＞GB，则η甲______η乙；若FA＝FB，则GA______GB．（选填“＞”、“＜”或“＝”）
31．用如图甲中所示的滑轮组提升浸没在水中的实心圆柱形物体，己知物体的高度为1m，底面积为0.12m2，质量为200kg．物体始终以0.5m/s的速度匀速上升，物体浸没在水中匀速上升时，作用在绳端的拉力F所做的功随时间的变化关系如图乙所示．（不计绳重、摩擦及水的阻力．ρ＝1.0×103kg/m3；g＝10N/kg）求：（1）当物体的上表面刚好与水面相平时，其底部受到水的压强；（2）物体浸没在水中时受到的浮力；（3）物体浸没在水中匀速上升时绳端受到的拉力；（4）物体浸没在水中匀速上升时，滑轮组的机械效率：（5）物体出水后绳端拉力的功率．
11.4
1．D2．D3．C4．D5．B6．A7．B8．D9．A10．B
11．B12．D13．C14．D15．A16．BC17．D18．D19．D20．A
21．B22．D
23．80%、60；
24．250、500、250、变大；
25．420、70%；
26．0.02、100、80%；
27．10、4.5；
28．（1）匀速；（2）3.2、62.5%；（3）不变；
29．（1）15J；（2）12N；
30．＞、＜；
31．（1）1×104Pa；（2）1.2×103N；（3）300N；（4）66.7%；（5）1.2×103W；

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