第123講機械效率及功率、機械綜合講解知識點1：機械效率有用功、額外功和總功：必須要做的功，叫做有用功，用W有表示。不得不克服動滑輪本身的重力和摩擦力等因素的影響而做功，這部分功叫做額外功，用W額表示。有用功加額外功是總共做的功，叫做總功，用W總表示?？偣?、有用功和額外功之間的關系為W總=W有+W額機械效率：在保證所做有用功一定的情況下，人們總是希望額外功越少越好。即額外功在總功中所占的比例越少越好。物理學中，將有用功跟總功的比值叫做機械效率。如果用η（讀作aita）表示機械效率，那么有使用任何機械都不可避免地要做額外功，有用功總是小于總功，所以機械效率總是小于1的。機械效率通常用百分數(shù)表示。提高機械效率：提高機械效率可以充分地發(fā)揮機械設備的作用，對節(jié)能減排，提高經(jīng)濟效益有重要的意義。提高機械效率的主要辦法是改進結構，使它更合理、更輕巧。在使用中按照技術規(guī)程經(jīng)常保養(yǎng)，使機械處于良好的狀態(tài)，對于保持和提高機械效率也有重要作用?！镜淅骄?】下列說法正確的是（）A．機械效率可以大于100% B．做功越多的機械，其功率一定越大C．我國三峽船閘利用了連通器原理 D．只要有動能和勢能的變化，機械能就一定守恒【解題思路】功率和機械效率有何不同？這兩個物理量是從不同方面反映機械性能的。它們之間沒有必然的聯(lián)系。功率大表示機械做功快；機械效率高表示機械對總功的利用率高。功率大的機械不一定機械效率高，例如內燃機車功率可以達到幾千千瓦，但效率只有30％~40％，反之，機械效率高的機械功率不一定大。例如，安裝在兒童玩具汽車里的電動機效率可達80％，但功率卻只有幾瓦特?！敬鸢浮緾【解析】A．只要使用機械，就要做無用功，因此機械效率不可能達到100%，更不會大于100%，故A錯誤；B．功率是功和時間的比值，做功越多的機械，時間不確定，其功率不一定越大，故B錯誤；C．我國三峽船閘利用了連通器原理，是世界上最大的人造連通器，故C正確；

D．物體的動能和勢能可以相互轉化，如果只有動能和勢能相互轉化，機械能是守恒的，故D錯誤。故選C?！镜淅骄?】用如圖所示的滑輪組拉動物體A，使物體A以0.2m/s的速度水平向左勻速運動10s，已知物體A重500N，物體A受到的摩擦力為120N，拉力F的功率為30W，下列說法正確的是（）A．繩子自由端移動的距離為2mB．克服物體A與地面間摩擦力做的功是額外功C．滑輪組的機械效率為80%D．相同情況下，若用該滑輪組勻速拉動質量更大的物體B，滑輪組的機械效率不變【解題思路】如何理解機械效率具有“可變性”？由公式可知，如果該機械的額外功（W額）一定，有用功（W有）越大，機械效率（η）越高，比如用同一個滑輪組把一塊巨石和一個乒乓球提起相同的高度，前者的機械效率高，由此可見對同一個機械，它的機械效率是可變的，而不是某一確定值。【答案】C【解析】A．由題意可知，物體移動的距離s=vt=0.2m/s×10s=2m動滑輪上有三股繩，繩端移動的距離是物體移動距離的3倍，所以繩端移動的距離為6m，故A錯誤；B．克服物體A與地面的摩擦力所做的功為有用功，不是額外功，故B錯誤；C．由題意及前面分析可知，有用功為總功為拉力所做的功，由功率計算公式變形可知總功為故C正確；D．相同情況下，若用該滑輪組勻速拉動質量更大的物體時，物體與地面的摩擦力增大，有用功增大，而系統(tǒng)的額外功不變，有用功占總功的比值增大，滑輪組的機械效率應該增大，故D錯誤。故選C。【典例探究3】如圖所示，斜面長s為1.2m，高h為0.3m，現(xiàn)將重為16N的物體沿斜面向上從底端勻速拉到頂端用時2s，若拉力所做的功為6J。則下列說法正確的是（）①拉力為5N②拉力的功率為3W④提升物體所做的有用功為5JA．①② B．①③ C．②③ D．①④【解題思路】如何計算有用功？求解有用功的關鍵是明確人們使用機械的目的是什么，為了達到目的所做的那部分“目的功”就是有用功。有用功的大小等效于為了達到目的而直接用手對物體做的功。甲乙丙如對于圖甲、乙兩圖的目的是提升物體升高h高度。因此，為了達到目的必須克服物重所做的功就是有用功，即W有=Gh。對于圖丙圖來說，利用滑輪組的目的是水平移動物體一段距離（s）。因此，為了達到目的必須克服摩擦阻力f所做的功就是有用功，即W有=fs?！敬鸢浮緼【解析】①由W=Fs可得拉力故①正確；②由可得，拉力的功率為故②正確；③④由題意可知，有用功為克服重力所做的功，由得由得故③④錯誤。故選A?！镜淅骄?】在斜面上將一個質量為5kg的物體勻速拉到高處,如圖所示,沿斜面向上的拉力為40N,斜面長2m、高1m,把重物直接提升h所做的功作為有用功(g取10N/kg),下列說法正確的是A．物體只受重力、拉力和摩擦力三個力的作用B．做的有用功是50JC．此斜面的機械效率為83.3%D．物體受到的摩擦力大小為10N【解題思路】如何進行有關功、功率、機械效率的綜合計算？（1）首先明晰三者的物理意義與公式關系：①三者之間的關系：②三者的公式關系：③功率與速度、牽引力的關系：機械中的功率：審題挖掘隱含條件。對于滑輪組來說，若已知物體移動的距離或速度，可根據(jù)承擔物重或承擔水平摩擦力的繩子段數(shù)n計算出繩子自由端移動的距離或速度。即s繩=nh物；vF=2vG。若不計摩擦或繩重，表明額外功是由于克服動滑輪的重產(chǎn)生的，此時額外功的大小為：W額外=G動h。選擇合適的公式表達出有用功、總功并明晰額外功產(chǎn)生的原因，然后根據(jù)已知條件表示出機械效率、功率的公式并進行展開和合理簡化消元。如根據(jù)使用機械的目的有用功的表達式有：①利用滑輪組豎直提升重物時，要克服物重做功，W有=Gh；②利用滑輪組水平方向勻速移動物體時，要克服水平面的摩擦阻力做功，W有=fs。③利用滑輪組豎直提升浸沒在水中的重物時，要克服物體在水中的重做功，W有=(GF浮)h。相應的總功表達式有：①已知W有、W額時，W總=W有+W額；②已知F和s時，W總=Fs；③已知η、W有時，；④已知P和t時，W總=Pt。在涉及功的題目中，可根據(jù)實際情況選用合適的公式做靈活處理。根據(jù)有用功和總功的表達式及已知條件，機械效率表達式有：①利用滑輪組提升物體時，滑輪組的機械效率可表示為：Ⅰ萬能公式Ⅱ忽略繩重和摩擦②利用滑輪組水平勻速移動物體時，滑輪組的機械效率可表示為③斜面的機械效率可表示為（4）最后根據(jù)已知條件代入公式求出未知量。【答案】B【解析】A.沿斜面向上拉物體時，物體受重力、支持力、摩擦力和拉力四個力的作用，故A錯誤；B．所做的有用功：，故B正確；C．拉力F對物體做的總功:斜面的機械效率為：，所以C選項是正確的；D．克服摩擦力所做的額外功：由可得，,物體受到的摩擦力：,故D錯誤.所以B選項是正確的。一、單選題1．（2023·湖北鄂州·統(tǒng)考中考真題）小剛用如圖所示的滑輪組，將重為10N的物體勻速提升0.5m，已知動滑輪重2N，不計繩重和摩擦，下列說法正確的是（）A．拉力F為5NB．有用功為10JD．該滑輪組的機械效率為83.3%2．（2023·江蘇連云港·統(tǒng)考中考真題）下列關于機械效率的說法正確的是（

）A．越省力的機械，機械效率越高B．做功越快的機械，機械效率越高C．所做有用功越多的機械，機械效率越高D．有用功與總功的比值越大的機械，機械效率越高3．（2023·四川廣安·統(tǒng)考中考真題）學習了簡單機械知識后，某同學自制了如圖所示的晾衣架。他將50N的衣物掛在橫桿上，拉繩使其勻速上升1.6m，用時5s（上升過程中，橫桿保持水平），此過程該裝置的機械效率為80%（不計繩重及摩擦）。下列分析正確的是（）A．拉力做功80J B．拉力的功率為20W D．若增大衣物的質量，機械效率將減小二、填空題4．（2023·江蘇連云港·統(tǒng)考中考真題）重450N的箱子，在20N水平推力的作用下，沿水平路面做勻速直線運動，地面對箱子的支持力大小為N，箱子受到的阻力大小為N。如果用如圖所示的滑輪組勻速提升該箱子，拉力F=250N，滑輪組的機械效率為。箱子以0.1m/s的速度勻速上升的過程中，拉力的功率為W。5．（2023·廣東深圳·統(tǒng)考中考真題）如圖甲，A、B是兩個完全相同的物體，琴琴同學分別將A、B兩物體拉到斜面頂端，對物體做功情況如圖乙所示，請問對物體A做的有用功是J，對物體B做的額外功是J。6．（2023·吉林·統(tǒng)考中考真題）如圖所示，物體的重力是1600N，圖中拉力F是1000N，物體在10s內上升了5m，物體的運動速度是m/s，該滑輪組的機械效率是。7．（2023·四川瀘州·統(tǒng)考中考真題）小聰探究斜面的機械效率時，將粗糙程度均勻的長木板用支架支撐構成斜面，如圖所示。用刻度尺量出斜面底端A點到斜面上B點的距離L為80cm，B點距水平地面高度hF將重為2N的木塊勻速拉到B點，用時2s，則這段過程中拉力F做功的功率P=W，斜面的機械效率η=%，木塊在該斜面上受到的滑動摩擦力f=N。8．（2023·江蘇無錫·統(tǒng)考中考真題）如圖所示，是安裝在某種塔式起重機吊臂一側的滑輪組，某次勻速起吊的物體時，上升，用時，滑輪組的機械效率是，則所做有用功是J，總功是J，拉力F的功率是W。（g?。?．（2023·四川涼山·統(tǒng)考中考真題）如圖所示，工人用A、B兩個相同的滑輪組成的滑輪組提升重540N的物體，所用的拉力F為200N，物體以0.2m/s的速度勻速上升了10s。不計繩重及摩擦，拉力F所做的功為J，C處天花板受到的拉力為N；若勻速提升重240N的物體，滑輪組的機械效率為。三、計算題10．（2023·湖南益陽·統(tǒng)考中考真題）早在3000年前我們的祖先就設計了結構很合理的轆轤，通常用于從井中提水。如圖所示是古代民間的提水設施轆轤，由轆轤頭、支架、井繩、水桶等部分構成。某次取水時井繩拉著質量為10kg的水緩慢上升了4m，水桶的質量為1kg，在這一過程中，人做的總功為500J，g取10N/kg。求此次取水的過程中（1）人做的有用功為多少？（2）轆轤的機械效率多大？（3）人克服井繩重力與摩擦阻力做的功是多少？11．（2023·四川廣元·統(tǒng)考中考真題）如圖所示，某工人利用滑輪組將一個工件沿水平地面勻速拉動到加工點。拉動過程中，工人對繩的拉力始終沿豎直方向，工人雙腳始終與水平地面接觸且接觸面積為。工人對地面的壓強為；此工人的質量為70kg，兩個動滑輪的質量共為10kg，繩重、繩與滑輪之間的摩擦均忽略不計，g取10N/kg。求：（1）工人的手對繩的拉力大??；（2）工件移動過程中，地面對工件摩擦力的大??；（3）滑輪組在此次工作中的機械效率。12．（2023·四川涼山·統(tǒng)考中考真題）邛海濕地公園湖邊的一個圓臺形花崗石墩（形狀如圖甲）不慎落入1.9m深的湖底，該石墩的上表面積為，下表面積為t。工人師傅用起重機將其勻速吊出水面，起重機的功率為440W。石墩從剛好脫離湖底上升到上表面與水面相平共耗時50s（如圖乙）?；◢徥芏?，不考慮石墩在水中運動受到的阻力。求：（1）石墩的體積；（2）石墩上升過程中，起重機的效率；（3）若起吊前石墩與平整的湖底緊密接觸（如圖丙），湖底對石墩的支持力。13．（2023·安徽·統(tǒng)考中考真題）如圖，一固定斜面頂端裝有定滑輪，為測量該裝置提升物體時的機械效率，用彈簧測力計連接細繩，跨過定滑輪將重為6N的物體沿斜面向上勻速拉動0.6m，物體上升的高度為0.3m，彈簧測力計的示數(shù)為4N。求此過程中。（1）做的有用功；（2）該裝置的機械效率。四、實驗題14．（2023·江蘇揚州·統(tǒng)考中考真題）在學習了機械效率的相關知識后，課外研究小組有同學猜想：同一個機械的機械效率是不變的。為了驗證猜想，他們用如圖所示的滑輪組進行實驗，改變鉤碼個數(shù)，用彈簧測力計沿豎直方向拉著細繩，使鉤碼勻速向上運動，測得的數(shù)據(jù)如表1。表1實驗次數(shù)鉤碼重鉤碼上升的高度繩端拉力繩端移動距離有用功總功機械效率122335（1）分析表中的數(shù)據(jù)，他的猜想是（選填“正確”或“錯誤”）的；（2）實驗小組又進行了如下的探究：改變滑輪的個數(shù)組成不同的滑輪組，仍用彈簧測力計沿豎直方向向上勻速拉動細繩，測得的數(shù)據(jù)如表2；表2實驗次數(shù)動滑輪個數(shù)鉤碼重繩端拉力鉤碼上升的高度繩端移動距離有用功總功機械效率416526636分析數(shù)據(jù)可知：物重相同，動滑輪個數(shù)越多越省力，但機械效率越。進一步分析還發(fā)現(xiàn)，當滑輪組越來越省力時，它的額外功越來越大，甚至會出現(xiàn)額外功有用功的情況，所以設計一個機械模型時，既要考慮省力，還要考慮；（3）根據(jù)表2中的數(shù)據(jù)，如果增加動滑輪個數(shù)繼續(xù)實驗，將會出現(xiàn)的困難是，你的改進方法是。一、單選題1．（2023·遼寧葫蘆島·統(tǒng)考二模）如圖用滑輪組提升建筑材料A的示意圖，在豎直向下的拉力F作用下，使重900N的建筑材料A在5s的時間里，勻速豎直上升了1m。在這個過程中，拉力為500N；滑輪組的機械效率為η，拉力F做功的功率為P，動滑輪重力80N，繩重可忽略不計，下列說法正確的是（）A．拉力F所做的總功為900JB．拉力F的功率是180WC．滑輪組的機械效率是80%D．克服動滑輪與軸的摩擦所做額外功是20J2．（2023·湖北武漢·統(tǒng)考模擬預測）在斜面上將一個重5N的物體勻速拉到高處，沿斜面向上的拉力為2N，斜面長1.2m、高0.3m。下列有關斜面的說法錯誤的是（）A．物體受到斜面施加的摩擦力大小為2ND．這個斜面的機械效率為62.5%3．（2023·遼寧丹東·統(tǒng)考一模）如圖所示，物體沿斜面勻速上升，其重力為100N，沿斜面向上的拉力為50N，斜面長為10m，高為4m。下列說法正確的是（）A．此過程中物體的動能轉化為重力勢能B．斜面的效率為62.5%C．物體與斜面間的摩擦力為10ND．利用此裝置既可以省力，也可以省功二、多選題4．（2023·四川宜賓·三模）如圖，斜面長s為5m、高h為3m，現(xiàn)將重為10N的物體沿斜面向上從低端勻速拉到頂端，共用時5s，若拉力F為8N，則下列說法正確的是（）A．斜面的機械效率為75%B．拉力做的功的功率為5WD．物體所受的摩擦力等于8N三、填空題5．（2023·吉林松原·校聯(lián)考三模）如圖所示，用滑輪組提升重為360N的貨物，上升速度為0.3m/s，動滑輪重為30N，拉力F的功率為180W，則繩子自由端的拉力F為N，滑輪組的機械效率為。6．（2023·湖南長沙·長沙市雅禮實驗中學校聯(lián)考二模）建筑工地上，起重機吊臂上的滑輪組如圖所示。在勻速起吊重3.6×103N的物體時，物體5s內上升了10m，則起重機做的有用功為J；若滑輪組的機械效率為80%，則動滑輪重N（不計摩擦和繩重）。7．（2023·遼寧丹東·統(tǒng)考一模）如圖所示的滑輪組將重為400N的物體沿豎直方向提升2m，所用的拉力F為250N，（不計繩重和摩擦），則動滑輪重為N，該滑輪組的機械效率為。8．（2023·廣西南寧·統(tǒng)考二模）用如圖甲的滑輪組（不計摩擦）提升物體，重物和繩子自由端的移動情況如圖乙所示，反映繩子自由端運動的圖線是（選填“A”或“B”）；若提升物體的重力變小，則該滑輪組的機械效率會變。四、實驗題9．（2023·河北石家莊·?？家荒＃┩瑢W們進行了“影響滑輪組機械效率因素”的實驗探究，用到的裝置如圖甲、乙、丙所示。實驗數(shù)據(jù)記錄如表所示。實驗次數(shù)鉤碼重力G/N鉤碼上升高度h/m繩端拉力F/N繩端移動距離s/m機械效率η1255.6%2470.2%364255.6%（1）實驗中應沿豎直方向拉動彈簧測力計。（2）通過比較1、4兩次實驗數(shù)據(jù)可得出：使用同一滑輪組提升相同重物，滑輪組的機械效率與重物上升高度。（3）通過比較兩次實驗數(shù)據(jù)可得出：同一滑輪組提升的物體越重，滑輪組機械效率越高。（4）分析表中數(shù)據(jù)可知：第3次實驗是用圖（選填“甲”“乙”或“丙”）所示裝置來完成的，第3次實驗時滑輪組的機械效率是%。（5）假如第1次實驗時，不計繩重和摩擦，鉤碼重由2N增加到8.4N，滑輪組的效率可以達到%。10．（2023·廣東·統(tǒng)考模擬預測）用如圖甲的裝置探究滑輪組的機械效率η與動滑輪重G動的關系（忽略繩重和摩擦）：（1）改變動滑輪重，提升同一物體進行多次實驗，獲得數(shù)據(jù)并繪制出如圖乙的圖像。分析可知：被提升物體所受的重力相同時，動滑輪越重，滑輪組的機械效率越。（填“高”或“低”）（2）分析圖像中的A點可知，被提升物體所受的重力為N。（3）當被抬升物體的重力為9N，動滑輪重力為3N時，滑輪組的機械效率為。五、計算題11．（2023·河北·校聯(lián)考三模）如圖所示，圖甲是一輛起重車的圖片，圖乙是起重車吊臂上的滑輪組在某次打撈作業(yè)中將重為1.2×104N的貨物A