第14講機(jī)械效率[知識(shí)目錄](méi)模塊一：機(jī)械效率的概念 b.在無(wú)法減小額外功的情況下，采用來(lái)提高機(jī)械效率（2022秋?余姚市校級(jí)期末）關(guān)于機(jī)械效率，下列說(shuō)法正確的是（）A．機(jī)械效率越大，越省力 B．機(jī)械效率越大，做功越多 C．機(jī)械效率越大，功率越大。 D．機(jī)械效率越大，額外功在總功中所占的比例越?。?022秋?余姚市期末）“建設(shè)美麗城市，優(yōu)化市內(nèi)交通”，寧波市計(jì)劃建設(shè)地鐵五號(hào)線。地鐵的建造過(guò)程需要大型機(jī)械——盾構(gòu)機(jī)。如圖是地鐵建設(shè)施工挖隧道的盾構(gòu)機(jī)正面，下列關(guān)于工作中的盾構(gòu)機(jī)說(shuō)法正確的是（）A．做的功越多，機(jī)械效率越高 B．做功多的盾構(gòu)機(jī)，功率大 C．延長(zhǎng)工作時(shí)間，可提高機(jī)械效率 D．做功越快的盾構(gòu)機(jī)，功率越大（2020秋?富陽(yáng)區(qū)校級(jí)期中）下列關(guān)于功率的說(shuō)法正確的是（）A．功率大的機(jī)器做的功一定多 B．功率大的機(jī)器做功時(shí)間一定短 C．功率大的機(jī)器做功一定快 D．功率大的機(jī)器機(jī)械效率一定高（2021?溫州一模）下列關(guān)于機(jī)械效率的說(shuō)法正確的是（）A．越省力的機(jī)械，機(jī)械效率越高 B．做功越少的機(jī)械，機(jī)械效率越低 C．做功越慢的機(jī)械，機(jī)械效率越低 D．總功相同，有用功越大的機(jī)械，機(jī)械效率越高（2021秋?北侖區(qū)校級(jí)期末）小科同學(xué)家裝修新房，看到工人師傅使用如圖所示的一種自制的簡(jiǎn)易起重裝置向樓上吊裝笨重的裝修材料，該裝置簡(jiǎn)單易制、方便快捷，大大減少了工人搬運(yùn)材料的勞動(dòng)強(qiáng)度。小科觀察到電動(dòng)機(jī)的輸出功率800W，將質(zhì)量為100kg的水泥勻速提升到10m高的位置用時(shí)15s。假設(shè)電動(dòng)機(jī)的輸出功率恒定不變。請(qǐng)幫小科完成下列問(wèn)題：（1）此次吊裝過(guò)程中繩子自由端移動(dòng)的速度是多大？（2）電動(dòng)機(jī)對(duì)繩子的拉力多大？（3）該滑輪組的機(jī)械效率多大？（2021秋?西湖區(qū)校級(jí)期中）如圖1所示是小型建筑工地上使用的“罐籠式”提升機(jī)，用它能將放在罐籠A中的建筑材料提升到高處。已知被提升的建筑材料重為2800N，拉力F將它以0.5m/s的速度勻速提升到10m的高度。拉力做的功W隨時(shí)間t的變化圖象如圖2所示。不計(jì)動(dòng)滑輪及鋼絲繩的重、摩擦。求：（1）有用功是多少？（2）提升機(jī)在提升建筑材料時(shí)的機(jī)械效率是多少？（3）罐籠A的重力是多少？（2022秋?西湖區(qū)期末）在“研究滑輪的機(jī)械效率與所拉物體重力關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中，小金用如圖所示的動(dòng)滑輪提升鉤碼，改變鉤碼的數(shù)量，正確操作，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下：序號(hào)鉤碼重GN鉤碼上升高度h/cm拉力F/N繩端移動(dòng)距離s/cm機(jī)械效率①1.010.00.720.071.4%②2.010.01.220.0③3.010.01.720.088.2%（1）第②次實(shí)驗(yàn)時(shí)，測(cè)得動(dòng)滑輪的機(jī)械效率為。（2）由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可得出的結(jié)論是：同一動(dòng)滑輪，所提升的物重增大，機(jī)械效率將。（選填“增大”、“減小”或“不變”）（3）根據(jù)表中數(shù)據(jù)分析，小金認(rèn)為動(dòng)滑輪的機(jī)械效率與繩端移動(dòng)距離無(wú)關(guān)，原因是。模塊二：斜面的機(jī)械效率1.對(duì)光滑程度相同的斜面，斜面的傾斜程度越大，斜面的機(jī)械效率。2.測(cè)量斜面機(jī)械效率的注意事項(xiàng)：（1）；（2）。（2022秋?嵊州市期末）如圖所示，建筑工人用輕繩將重500N的物體沿斜面從底端為速拉到頂端，拉力大小為150N，已知斜面長(zhǎng)3m，高0.6m，下列說(shuō)法正確的是（）A．拉力所做的總功是1500焦 B．拉力所做的有用功是450焦 C．物體受到斜面的摩擦力是50牛 D．物體上升過(guò)程中克服摩擦所做功是750焦（2022春?江干區(qū)月考）如圖所示，AC、BC為同一水平面上的兩個(gè)光滑斜面，AC＞BC，∠CAB＝30°，∠C＝90°。在相等時(shí)間內(nèi)把重為80N的同一物體從斜面底端分別沿AC、BC以相同的速度勻速推至C點(diǎn)，物體的機(jī)械能（選填“增大”“減少“不變”），若推力分別為F1、F2，斜面的機(jī)械效率分別為η1、η2，則F1F2，η1η2（選填“＞”“＜”或“＝”）。（2022秋?椒江區(qū)校級(jí)期中）在碼頭，小海看到工人利用斜面把貨物推到車上，想探究“斜面的省力情況與哪些因素有關(guān)”。他用同一塊木板組成如圖所示的裝置，拉著物體沿斜面勻速向上運(yùn)動(dòng)，通過(guò)比較拉力F與物體重力G的比值大小來(lái)判定，比值越小，越省力。記錄的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表：實(shí)驗(yàn)次數(shù)斜面傾角物塊重G/N沿斜面拉力F/N拉力F與物體重力G的比值1305.04.20.842303.02.50.833453.02.80.934455.04.60.92（1）通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)中的數(shù)據(jù)可知，斜面傾角相同時(shí)，使用斜面省力的情況與物體重力無(wú)關(guān)；（2）通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)1和4（或2和3）中的數(shù)據(jù)，得出的結(jié)論是：。（2021秋?奉化區(qū)期末）2021年10月16日0時(shí)23分，長(zhǎng)征二號(hào)F遙十三運(yùn)載火箭在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心點(diǎn)火起飛，將載有翟志剛、王亞平、葉光富3名航天員的“神舟十三號(hào)”飛船送入太空。11月8日，經(jīng)過(guò)約6.5小時(shí)的出艙活動(dòng)，“神舟十三號(hào)”航天員乘組圓滿完成機(jī)械臂懸掛裝置的安裝等全部既定任務(wù)。據(jù)了解，懸掛裝置的下端通過(guò)6根螺絲擰緊固定到核心艙艙壁基座上，通過(guò)3根矩形電纜接插件與控制系統(tǒng)建立電數(shù)據(jù)連接。（1）“神舟十三號(hào)”飛船屬于（選填“無(wú)人”或“載人”）航天器。（2）懸掛裝置中，螺絲上的螺紋（如圖）是應(yīng)用了可以省力的原理?！眷柟逃?xùn)練】一．選擇題（共2小題）1．（2021秋?上城區(qū)校級(jí)期中）將同一個(gè)物體G分別沿斜面由底端A、C勻速地拉到頂點(diǎn)B（兩斜面粗糙程度相同），如圖所示，若沿斜面的拉力F1、F2大小相同，兩個(gè)過(guò)程中所受的摩擦力分別為f1，f2，拉力所做的功分別為W1，W2，則它們的大小關(guān)系正確的是（）A．f1＜f2，W1＞W(wǎng)2 B．f1＝f2，W1＜W2 C．f1＞f2，W1＞W(wǎng)2 D．f1＜f2，W1＝W22．（2022秋?杭州期末）如圖所示，分別使用滑輪或滑輪組勻速提升同一物體，滑輪質(zhì)量均相等且G動(dòng)小于G物，在相同的時(shí)間內(nèi)物體被提升的高度也相等，不計(jì)繩重和摩擦，下列說(shuō)法不正確的是（）A．三個(gè)裝置所做的有用功為W甲＝W乙＝W丙 B．繩子自由端移動(dòng)的速度關(guān)系為v甲＜v乙＜v丙 C．繩子自由端的拉力大小為F甲＞F乙＝F丙 D．三個(gè)裝置的機(jī)械效率為η甲＞η乙＝η丙二．填空題（共5小題）3．（2021?拱墅區(qū)二模）如圖甲，質(zhì)量為m的物體A從高度為h、長(zhǎng)度為L(zhǎng)的斜面上以v1速度勻速下滑；如圖乙，在斜面的頂端固定滑輪將物體A與物體P用輕繩連結(jié)，物體A以v2速度（v1＜v2）勻速沿斜面上升。（1）圖甲中，物體A受到的重力GA物體A對(duì)斜面的壓力F（選填“大于”、“小于”或“等于”）。（2）圖甲中物體A所受摩擦力f甲圖乙中物體A受到的摩擦力f乙（選填“大于”、“小于”或“等于”）。（3）當(dāng)圖乙中物體A從斜面底部上升到頂端時(shí)，物體P的重力做的功為。（用相關(guān)字母表示）4．（2020秋?下城區(qū)期末）如圖所示，用平行于斜面的拉力F，將一個(gè)重為10牛的物體由粗糙斜面底端勻速拉到頂端，斜面高度h＝4米，長(zhǎng)度L＝8米，則拉力所做的有用功是焦；若在這個(gè)過(guò)程中物體受到的摩擦力為1.25牛，則拉力F的大小為牛。5．（2023?杭州模擬）用兩個(gè)完全相同的滑輪，分別以圖中兩種方式將重為G的物體勻速提升相同高度（繩重、摩擦不計(jì)），使用（選填“甲”或“乙”）滑輪可以改變用力方向，所用拉力F甲F乙（選填“大于”“等于”或“小于”，下同），滑輪的機(jī)械效率η甲η乙。6．（2022秋?秀洲區(qū)期末）如圖所示，當(dāng)重為10牛的物體G靜止時(shí)，彈簧測(cè)力計(jì)a的讀數(shù)是6N。試回答下列問(wèn)題：（不計(jì)繩重及摩擦）（1）彈簧測(cè)力計(jì)b的讀數(shù)是。（2）2秒內(nèi)將重物勻速拉升10厘米，拉力的功率為瓦。（3）若重物G增大為12牛，仍將其勻速拉升10厘米，則裝置的機(jī)械效率會(huì)（選填“變小”、“不變”或“變大”）。7．（2020?臨海市一模）用如圖甲所示的裝置進(jìn)行“測(cè)滑輪組機(jī)械效率”的實(shí)驗(yàn)（忽略繩重和摩擦）。實(shí)驗(yàn)中，向上勻速拉動(dòng)彈簧測(cè)力計(jì)并讀數(shù)。改變動(dòng)滑輪重，提升同一物體進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)，獲得數(shù)據(jù)并繪制出如圖乙所示的圖像。分析可知：（1）被提升的物體重力相同時(shí)，增加動(dòng)滑輪的重力，滑輪組的機(jī)械效率將。（填“不變”、“增大”或“減小”）（2）分析乙圖像中的A點(diǎn)可知，被提升的物體重力為N。三．實(shí)驗(yàn)探究題（共1小題）8．（2019秋?西湖區(qū)期末）小金猜想斜面的機(jī)械效率與被拉物體的重力有關(guān)，為了驗(yàn)證猜想他進(jìn)行了如圖所示的實(shí)驗(yàn)：①用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)出木塊的重力G，用刻度尺測(cè)出斜面的長(zhǎng)度s和高度h。②用彈簧測(cè)力計(jì)沿著該斜面把木塊從底端勻速拉到頂端，讀出彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)F。③換用重力不同的木塊，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，共測(cè)出三組數(shù)據(jù)，記入下表中。實(shí)驗(yàn)次數(shù)木塊重力G/N斜面高度h/m彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)F/N斜面長(zhǎng)度s/m機(jī)械效率140.321280.3413120.361（1）在第一次實(shí)驗(yàn)中，斜面的機(jī)械效率為；（2）在第二次實(shí)驗(yàn)中，木塊所受斜面的摩擦力為N；（3）通過(guò)實(shí)驗(yàn)及數(shù)據(jù)分析可知，小金的猜想是的（選填“正確”或“錯(cuò)誤”）。四．計(jì)算題（共1小題）9．（2022秋?濱江區(qū)校級(jí)期中）如圖所示，杠桿MN可繞O點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，A、B、C、D是四個(gè)供人娛樂(lè)的吊環(huán)、B環(huán)到O點(diǎn)的距離為D環(huán)O點(diǎn)距離的一半，父子倆在吊環(huán)上做游戲，質(zhì)量為40kg的兒子吊在B環(huán)上，父親站在地面上抓著D環(huán)。（g＝10N/kg）求：（1）若不計(jì)杠桿和吊環(huán)的重以及轉(zhuǎn)軸間的摩擦，為使杠桿在水平位置平衡，父親要用多大的力拉吊環(huán)D？（2）若父親實(shí)際使用豎直向下的拉力為250N，在4s內(nèi)將兒子勻速拉高0.5m，父親要做多少功？做功的功率多大？（3）父親提升兒子的過(guò)程中，該器材的機(jī)械效率為多少？五．解答題（共1小題）10．（2023?西湖區(qū)二模）“奮斗者”號(hào)全海深載人潛水器成功完成萬(wàn)米海試并勝利返航?！皧^斗者”體積約為10m3，空載時(shí)質(zhì)量計(jì)為6噸，最大荷載240千克。（海水密度取1.0×103kg/m3）?（1）空載的“奮斗者”漂浮水面時(shí)受到的浮力為N。（2）已滿載的“奮斗者”在下沉?xí)r是采用注水方式實(shí)現(xiàn)的，則至少注入海水的體積是m3。（3）任務(wù)完成排出水后，在起重機(jī)滑輪裝置作用下把最大荷載的“奮斗者”吊出水面，如圖甲滑輪裝置吊著“奮斗者”號(hào)在水面上勻速上升，繩子自由端拉力為2×104N，求滑輪裝置的機(jī)械效率。第14講機(jī)械效率【銜接導(dǎo)入】新能源車在人類歷史長(zhǎng)河中，已經(jīng)經(jīng)歷了兩次交通能源動(dòng)力系統(tǒng)變革，每一次變革都給人類的生產(chǎn)和生活帶來(lái)了巨大變化，同時(shí)也成就了先導(dǎo)國(guó)或地區(qū)的經(jīng)濟(jì)騰飛。第一次變革發(fā)生在18世紀(jì)60年代，以蒸汽機(jī)技術(shù)誕生為主要標(biāo)志，是煤和蒸汽機(jī)使人類社會(huì)生產(chǎn)力獲得極大的提升，開(kāi)創(chuàng)了人類的工業(yè)經(jīng)濟(jì)和工業(yè)文明，從而引發(fā)了歐洲工業(yè)革命，使歐洲各國(guó)成為當(dāng)時(shí)的世界經(jīng)濟(jì)強(qiáng)國(guó)。而第二變革發(fā)生在19世紀(jì)70年代，石油和內(nèi)燃機(jī)替代了煤和蒸汽機(jī)，使世界經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)由輕工業(yè)主導(dǎo)向重工業(yè)轉(zhuǎn)變，同時(shí)也促成了美國(guó)的經(jīng)濟(jì)騰飛，并把人類帶入了基于石油的經(jīng)濟(jì)體系與物質(zhì)繁榮。今天，人類再次來(lái)到了交通能源動(dòng)力系統(tǒng)變革的十字路口，第三次變革將是以電力和動(dòng)力電池（包括燃料電池）替代石油和內(nèi)燃機(jī)，將人類帶入清潔能源時(shí)代，我們大膽的預(yù)測(cè)，第三次交通能源動(dòng)力系統(tǒng)的變革將帶動(dòng)亞洲經(jīng)濟(jì)的騰飛，使亞洲取代美國(guó)成為世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)動(dòng)機(jī)。在能源和環(huán)保的壓力下，新能源汽車無(wú)疑將成為未來(lái)汽車的發(fā)展方向。如果新能源汽車得到快速發(fā)展，以2020年中國(guó)汽車保有量1.4億計(jì)算，可以節(jié)約石油3229萬(wàn)噸，替代石油3110萬(wàn)噸，節(jié)約和替代石油共6339萬(wàn)噸，相當(dāng)于將汽車用油需求削減22.7%。2020年以前節(jié)約和替代石油主要依靠發(fā)展先進(jìn)柴油車、混合動(dòng)力汽車等實(shí)現(xiàn)。到2030年，新能源汽車的發(fā)展將節(jié)約石油7306萬(wàn)噸、替代石油9100萬(wàn)噸，節(jié)約和替代石油共16406萬(wàn)噸，相當(dāng)于將汽車石油需求削減41%。屆時(shí)，生物燃料、燃料電池在汽車石油替代中將發(fā)揮重要的作用。結(jié)合中國(guó)的能源資源狀況和國(guó)際汽車技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，預(yù)計(jì)到2025年后，中國(guó)普通汽油車占乘用車的保有量將僅占50%左右，而先進(jìn)柴油車、燃?xì)馄?、生物燃料汽車等新能源汽車將迅猛發(fā)展?！局R(shí)新授】一有用功使用機(jī)械做功時(shí)，對(duì)人們有用的功叫有用功，用W有用表示。也就是人們不用機(jī)械而直接用手時(shí)必須做的功，也等于在理想情況下(即不考慮摩擦和機(jī)械本身的重力)人們所做的功，或者是機(jī)械對(duì)物體做的功。在提升物體時(shí)，W有用＝GH；在水平拉動(dòng)物體時(shí)，W有用＝fL。二額外功使用機(jī)械時(shí)，對(duì)人們沒(méi)有用但又不得不做的功叫額外功，用W額表示。額外功的來(lái)源主要有：①提升物體時(shí)，克服機(jī)械自重、容器重、繩重等所做的功；②克服機(jī)械的摩擦所做的功。三總功人們?cè)谑褂脵C(jī)械做功的過(guò)程中實(shí)際所做的功叫總功，用W總表示。它等于有用功和額外功的總和，即W總＝W有用＋W額，或人對(duì)機(jī)械的動(dòng)力為F，則W總＝Fs。四機(jī)械效率①定義：有用功與總功的比值叫做機(jī)械效率。②公式：η＝w有/w總由于總是存在額外功，使得W有用＜W總，所以η總是<1；影響機(jī)械效率的主要因素有摩擦和機(jī)械自重等。五探究定滑輪，動(dòng)滑輪，滑輪組，斜面，杠桿的機(jī)械效率表達(dá)式（標(biāo)注出重要物理量）機(jī)械效率分析W有用W額外W總提升的方法GH杠桿自重FLGH/FL增加物重GHG物HFLGH/FL增加物重GHfLFLGH/FL光滑斜面【例題分析】例1．質(zhì)量為m的同一物體，先用滑輪組（如圖甲）勻速提升，后沿斜面（如圖乙）勻速拉升，兩次物體提升高度均為h，兩次拉力大小均為0.8mg，斜面長(zhǎng)AB＝2h，則兩次提升物體的機(jī)械效率（）A．η甲＞η乙 B．η甲＜η乙 C．η甲＝η乙 D．條件不足無(wú)法判斷【解答】解：兩次提升物體時(shí)，提升物體的高度相同，根據(jù)W有＝Gh可知，有用功相同；由圖可知，提升物體繩子的條數(shù)為2，則自由端移動(dòng)的距離s＝2h；物體在斜面通過(guò)的距離為AB＝2h，根據(jù)W總＝Fs可知，拉力做的總功相同；由η=W有W總×100%可知，兩次提升物體的機(jī)械效率相等，即η故選：C。例2．關(guān)于功、功率和機(jī)械效率相互關(guān)系的說(shuō)法中，正確的是（）A．機(jī)械效率越高，機(jī)械做功越快 B．做功越多的機(jī)械，機(jī)械效率越高 C．功率越大的機(jī)械，做功越多 D．做功越快的機(jī)械，功率越大【解答】解：A、功率是單位時(shí)間內(nèi)做的功的多少，機(jī)械效率是有用功與總功的比值，機(jī)械效率高，只能說(shuō)明所做的有用功占總功的比值大，不能說(shuō)明做功的快慢，故A錯(cuò)誤；B、由于機(jī)械效率是有用功與總功的比值，故做功多，不一定機(jī)械效率就大，故B錯(cuò)誤；C、功率是表示做功快慢的物理量，功率大說(shuō)明做功快，如果做功時(shí)間為零，則做功為零，故C錯(cuò)誤；D、功率是表示做功快慢的物理量，做功快說(shuō)明功率大，故D正確。故選：D。例3．如圖所示，虛線框內(nèi)是滑輪組，其內(nèi)部有定滑輪和動(dòng)滑輪各一只。在拉力F的作用下，通過(guò)此滑輪組將重20N的物塊勻速提升2m，物塊上升的速度為0.2m/s，此過(guò)程中拉力F所做的功為44J．不計(jì)繩重和滑輪軸處的摩擦。則（）A．拉力F作用點(diǎn)速度為0.1m/s B．所用拉力F的大小為11N C．滑輪組內(nèi)動(dòng)滑輪重為4N D．滑輪組的機(jī)械效率為80%【解答】解：由圖可知，拉力的方向是向下的，故連接動(dòng)滑輪繩子的段數(shù)為2段；A、物塊上升的速度為0.2m/s，則繩子的自由端的速度為0.2m/s×2＝0.4m/s，故A錯(cuò)誤；B、物體上升h＝2m，則繩子的自由端的距離為s＝2×2m＝4m，由W＝Fs可知，F(xiàn)=Ws=44JC、由F=1n（G+G輪）可知，動(dòng)滑輪的重力為：G輪＝nF﹣G＝2×11N﹣20N＝2N，故D、滑輪組的機(jī)械效率為：η=W有W總故選：B。例4．如圖所示，滑輪組的每個(gè)滑輪質(zhì)量相同，用它們將重為G1、G2的貨物提高相同的高度（不計(jì)繩重和摩擦），下列說(shuō)法正確的是（）A．用同一個(gè)滑輪組提起不同的重物，機(jī)械效率不變 B．若G1＝G2，則甲的機(jī)械效率大于乙的機(jī)械效率 C．若G1＝G2，則拉力F1與F2所做的總功相等 D．若G1＝G2，則甲、乙滑輪組所做的額外功相等【解答】解：A．用同一個(gè)滑輪組提起不同的重物時(shí)，額外功不變，但有用功不同，有用功和總功的比值不同，則滑輪組的機(jī)械效率不同，故A錯(cuò)誤；BC．若G1＝G2，且貨物被提升的高度相同，根據(jù)W有＝G物h可知，兩滑輪組所做的有用功相等；不計(jì)繩重和摩擦，拉力所做的總功為克服物體重力和動(dòng)滑輪重力所做的功，因甲滑輪組只有1個(gè)動(dòng)滑輪（即動(dòng)滑輪重更小），所以由W總＝（G物+G動(dòng)）h可知，甲滑輪組做的總功小于乙滑輪組做的總功，由η=W有W總可知，甲滑輪組的機(jī)械效率高，故D．兩物體被提升的高度相同，動(dòng)滑輪的重力不同，根據(jù)W＝G動(dòng)h可知，甲、乙滑輪組所做的額外功不相等，故D錯(cuò)誤。故選：B。例5．如圖所示為重為20牛的A物體用滑輪組采用甲、乙兩種方法提升重物和水平移動(dòng)。A物體在水平面滑動(dòng)時(shí)受到的摩擦力為15N，F(xiàn)1＝12N，F(xiàn)2＝6N，A物體在10s內(nèi)勻速移動(dòng)的距離均為0.6m，則在該過(guò)程中，下列分析正確的是（）A．繩子自由端F1、F2移動(dòng)的速度大小相同 B．F1做功比F2做功少 C．兩種方法中所做的有用功一樣多 D．兩種方法中機(jī)械效率相同【解答】解：A、A物體移動(dòng)的速度v物=st甲圖中n＝2，則乙圖中n＝3，則繩子自由端F1移動(dòng)的速度：v繩1＝2v物＝2×0.06m/s＝0.12m/s，繩子自由端F2移動(dòng)的速度：v繩2＝3v物＝3×0.06m/s＝0.18m/s，比較可知，繩子自由端F1、F2移動(dòng)的速度大小不相同。故A錯(cuò)誤。B、甲圖中繩子自由端移動(dòng)的距離s1＝2s＝2×0.6m＝1.2m，乙圖中繩子自由端移動(dòng)的距離s2＝3s＝3×0.6m＝1.8m，則F1做功W總1＝F1s1＝12N×1.2m＝14.4J，F(xiàn)2做功W總2＝F2s2＝6N×1.8m＝10.8J，比較可知，F(xiàn)1做功比F2做功多。故B錯(cuò)誤。C、甲圖中的有用功W有1＝Gs＝20N×0.6m＝12J，乙圖中的有用功W有2＝fs＝15N×0.6m＝9J，比較可知，甲方法中做的有用功大，故C錯(cuò)誤。D、甲圖中的機(jī)械效率為：η1=W有乙圖中的機(jī)械效率為：η2=W有比較可知，兩種方法中機(jī)械效率相同。故D正確。故選：D。例6．如圖所示的斜面長(zhǎng)4米、高2米。用沿斜面向上的拉力F把一個(gè)重力為150牛的物體，從斜面底端勻速拉到頂端，拉力F共做了400焦的功。拉力F的大小是100牛，物體與斜面間摩擦力的大小是25牛，斜面的機(jī)械效率為75%。【解答】解：（1）由W總＝Fs可得拉力：F=W總（2）利用斜面做的有用功：W有用＝Gh＝150N×2m＝300J，拉力做的額外功：W額＝W總﹣W有用＝400J﹣300J＝100J，由W額＝fs可得摩擦力：f=W額（3）斜面的機(jī)械效率：η=W有用W總故答案為：100；25；75%。例7．利用如圖所示裝置將重為100N的物體勻速?gòu)男泵娴牡锥死巾敹?。已知斜面的長(zhǎng)是5m，高是2m，拉力為F＝30N，不計(jì)動(dòng)滑輪重和繩重，以及滑輪與軸之間的摩擦，則該裝置的機(jī)械效率為66.7%，物體所受的摩擦力為20N?！窘獯稹拷猓海?）提升重物做的有用功：W有用＝Gh＝100N×2m＝200J，在斜面上使用的是動(dòng)滑輪，拉力端移動(dòng)的距離：s＝2L＝2×5m＝10m，拉力所做的總功：W總＝Fs＝30N×10m＝300J，該裝置的機(jī)械效率：η=W有用W總（2）額外功：W額＝W總﹣W有用＝300J﹣200J＝100J，不計(jì)動(dòng)滑輪重和繩重，以及滑輪與軸之間的摩擦，克服斜面摩擦力做的功為額外功，由W額＝fL得物體所受的摩擦力：f=W額故答案為：66.7%；20N。例8．工人用如圖甲所示的滑輪組利用箱子運(yùn)送建材上樓，每次運(yùn)送量不定?；喗M的機(jī)械效率隨重力不同的建材變化的圖像如圖乙所示，滑輪與鋼繩間的摩擦力及箱子和繩重忽略不計(jì)。求：（1）若工人用300N的拉力，將建材勻速豎直向上提升了6m，工人所做功；（2）當(dāng)所運(yùn)送建材的重為400N時(shí)，工人作用在繩子上的拉力；（3）當(dāng)滑輪組的機(jī)械效率為80%時(shí)，所運(yùn)送建材受到的重力?！窘獯稹拷猓海?）拉力移動(dòng)距離：s＝nh＝2×6m＝12m，拉力做功：W＝Fs＝300N×12m＝3600J；（2）由圖乙可知，建材的重為400N時(shí)，滑輪組機(jī)械效率為50%，由η=W有WF=Gnη（3）由F=1n（G+G動(dòng)）得，動(dòng)滑輪重：G動(dòng)＝2F﹣G＝2×400N﹣400N＝由η=W有WG′=ηG答：（1）若工人用300N的拉力，將建材勻速豎直向上提升了6m，工人做功3600J；（2）當(dāng)所運(yùn)送建材的重為400N時(shí)，工人作用在繩子上的拉力為400N；（3）當(dāng)滑輪組的機(jī)械效率為80%時(shí)，所運(yùn)送建材受到的重力是1600N。【鞏固提高】一．選擇題（共6小題）1．如圖用同一滑輪組分別將兩個(gè)不同的物體A和B勻速提升相同的高度，不計(jì)繩重和摩擦，提升A的過(guò)程滑輪組的機(jī)械效率較大，則下列說(shuō)法正確的是（）A．提升A的拉力較大 B．提升B做的有用功較多 C．A物體的重力較小 D．提升B做的額外功較少【解答】解：（1）由題知，提起兩物體所用的滑輪組相同，將物體提升相同的高度，不計(jì)繩重和摩擦，克服動(dòng)滑輪重力所做的功是額外功，由W額＝G動(dòng)h可知，提升A和B所做的額外功相同，故D錯(cuò)誤；（2）不計(jì)繩重與摩擦，用同樣的滑輪組將不同的物體提升相同的高度，若提升的物重越大，由W＝Gh可知，所做的有用功越大，而額外功相同，雖然拉力做的總功也越大，但有用功在總功中所占的比例越大，即滑輪組的機(jī)械效率越大，所以，增大提升的物重可以提高滑輪組的機(jī)械效率。由題知，提升A的過(guò)程滑輪組的機(jī)械效率較大，則說(shuō)明A物體的重力較大，提升A物體做的有用功較多；由圖知n＝2，不計(jì)繩重與摩擦，由F=12（G+G動(dòng)）可知，提升A的拉力較大，故A正確、故選：A。2．如圖所示，甲滑輪組中動(dòng)滑輪的總質(zhì)量為3m，乙滑輪組中動(dòng)滑輪的質(zhì)量為2m，物體A的質(zhì)量為2m，物體B的質(zhì)量為m。在相同的時(shí)間內(nèi)，分別用甲、乙兩滑輪組使物體A和B勻速升高相同的高度h，繩子自由端的拉力分別為F1、F2．若不計(jì)繩重和摩擦，則下列判斷正確的是（）A．拉力F1大于F2 B．拉力F1拉動(dòng)繩子自由端的速度小于F2拉動(dòng)繩子自由端的速度 C．拉力F1的功率小于拉力F2的功率 D．甲滑輪組的機(jī)械效率大于乙滑輪組的機(jī)械效率【解答】解：由圖知，n1＝4，n2＝2，A、不計(jì)繩重和摩擦，兩滑輪組繩端的拉力分別為：F1=14（G1+G輪1）=14（F2=12（G2+G輪2）=12（所以拉力F1小于F2；故A錯(cuò)誤；B、在相同時(shí)間內(nèi)，分別用甲、乙兩滑輪組使物體A和B勻速升高相同的高度h，則物體上升的速度v是相同的；由圖知，n1＝4，n2＝2，則繩端的速度v1＝4v，v2＝2v，即拉力F1拉動(dòng)繩子自由端的速度大于F2拉動(dòng)繩子自由端的速度，故B錯(cuò)誤；C、拉力F1所做功的功率為：P1＝F1v1＝1.25mg×4v＝5mgv；拉力F2所做功的功率為：P2＝F2v2＝1.5mg×2v＝3mgv；所以拉力F1的功率大于拉力F2的功率，故C錯(cuò)誤；（4）不計(jì)繩重和摩擦，甲滑輪組的機(jī)械效率：η1=G1乙滑輪組的機(jī)械效率：η2=G2所以，甲滑輪組的機(jī)械效率大于乙滑輪組的機(jī)械效率，故D正確。故選：D。3．物體G在豎直向上的拉力F的作用下，勻速上升0.2m（如圖所示），已知G＝18N，F(xiàn)＝10N．這一過(guò)程中，不能得到的結(jié)論是（）A．繩子自由端上升0.4m B．動(dòng)滑輪重為2N C．該動(dòng)滑輪的機(jī)械效率為90% D．拉力F做功4J【解答】解：由圖示可知，滑輪承重繩子的有效股數(shù)n＝2，A、繩子自由端上升的高度s＝nh＝2×0.2m＝0.4m，故A正確；B、如果不考慮摩擦力，則F=G+G滑n，則G滑輪＝nF﹣G＝2×10N﹣18N＝2N，實(shí)際上滑輪是存在摩擦的，因此滑輪的重力小于C、有用功W有＝Gh＝18N×0.2m＝3.6J，滑輪的效率：η=W有W×100%=3.6J4JD、拉力的功W＝Fs＝10N×0.4m＝4J，故D正確；不能得到的結(jié)論B。故選：B。4．如圖所示，把同一物體沿斜面BA和CA分別拉到頂端A，若沿斜面的拉力F1＝F2，斜面兩邊的機(jī)械效率分別為ηB、ηC，斜面兩邊的摩擦力分別為fB、fC，則下列判斷正確的是（）A．fB＞fC B．fB＜fC C．ηB＜ηC D．ηB＝ηC【解答】解：由題知同一物體升高的高度相同，根據(jù)公式W有＝Gh可知有用功相同；因?yàn)镃A＞BA，拉力相同，根據(jù)公式W總＝Fs可知F2做的功多；有用功相同，F(xiàn)2做的總功多，由η=W有W總可知，其機(jī)械效率低，即ηB影響滑動(dòng)摩擦力大小的因素有兩個(gè)：壓力大小和接觸面的粗糙程度；物體分別沿斜面BA和CA運(yùn)動(dòng)，可認(rèn)為接觸面的粗糙程度相同，斜面越陡，則壓力越小，滑動(dòng)摩擦力越小，則fB＜fC；故B正確。故選：B。5．小吳和小金分別用沿斜面向上的力F甲、F乙把同一重物勻速拉倒斜面的頂端，假設(shè)兩個(gè)斜面光滑、登高，甲斜面長(zhǎng)4m，乙斜面長(zhǎng)5m，拉力所做的功分別是W甲、W乙，則（）A．使用甲斜面比使用乙斜面要省功 B．甲斜面的機(jī)械效率比乙斜面的機(jī)械效率高 C．W甲與W乙之比為4：5 D．拉力F甲與F乙之比為5：4【解答】解：①根據(jù)功的原理可知，使用任何機(jī)械都不省功，故A錯(cuò)誤。②斜面光滑，摩擦力為0，即在光滑斜面上拉動(dòng)物體沒(méi)有做額外功，所以兩個(gè)斜面的機(jī)械效率都是100%，故B錯(cuò)誤。③斜面光滑，沒(méi)有做額外功，拉力做的功＝克服物體重力做的功；根據(jù)題意可知，兩斜面等高，物體重力不變，G和h均相同，由W＝Fs＝Gh可知兩次做的功相同，所以W甲：W乙＝1：1，故C錯(cuò)誤。④根據(jù)題意可知，甲斜面長(zhǎng)度s甲＝4m；乙斜面長(zhǎng)度s乙＝5m，又W甲＝W乙；根據(jù)公式W＝Fs可知，F(xiàn)甲：F乙＝5：4，故D正確。故選：D。6．如圖，兩個(gè)滑輪組由每個(gè)質(zhì)量相同的滑輪組成。用它們分別將重物G1、G2提高相同高度（）A．若G1＝G2，拉力做的額外功相同 B．若G1＝G2，拉力做的總功相同 C．若G1＝G2，甲的機(jī)械效率大于乙的機(jī)械效率 D．用同一個(gè)滑輪組提起不同的重物，機(jī)械效率不變【解答】解：如果兩個(gè)滑輪組所拉重物相同，由圖可得，甲圖中動(dòng)滑輪只有1個(gè)，而乙圖中動(dòng)滑輪有2個(gè)，說(shuō)明乙圖滑輪組所做的額外功要多。在提升相同重物，提升相同高度的情況下，有用功相同，但乙圖中做的額外功多，說(shuō)明乙圖中滑輪組機(jī)械效率低，乙圖中的滑輪組需要做更多的總功。如果同一滑輪組提升的重物重力越大，說(shuō)明有用功在總功中的比值越大，則機(jī)械效率越高。故選：C。二．填空題（共1小題）7．如圖所示的四個(gè)滑輪中，若滑輪的自重和摩擦不計(jì)，當(dāng)分別沿力F1、F2、F3方向勻速提起同一物體時(shí)，則F1、F2、F3的大小關(guān)系是F1＝F2＞F3。若滑輪自重不能忽略，摩擦和繩重不計(jì)，則機(jī)械效率最小的是η3?！窘獯稹拷猓海?）甲圖：用F1的力提升重物時(shí)，用的是定滑輪；根據(jù)定滑輪不省力，故F1＝G。乙圖：用F2的力提升重物時(shí)，用的是定滑輪；根據(jù)定滑輪不省力，但可以改變力的方向，故F2＝G。丙圖：用F2的力提升重物時(shí)，用的是動(dòng)滑輪；根據(jù)動(dòng)滑輪能夠省一半的力，故F3=G則F1、F2、F3的大小關(guān)系是F1＝F2＞F3，（2）勻速提起同一物體，做的有用功相等，若滑輪自重不能忽略，摩擦和繩重不計(jì)，F(xiàn)3做的額外功大于F1和F2做的額外功；由η=W有用W總可它們的機(jī)械效率η1＝η2故答案為：F1＝F2＞F3；η3。三．實(shí)驗(yàn)探究題（共1小題）8．小金想測(cè)量某滑輪組提起物體時(shí)的機(jī)械效率。（1）請(qǐng)幫小金完成滑輪組的繞線，要求向下拉動(dòng)繩端時(shí)，物體上升；（2）小金應(yīng)當(dāng)勻速（選填“勻速”或“加速”）向下拉動(dòng)彈簧秤，若物體重G1，彈簧秤讀數(shù)F1，則該滑輪組的機(jī)械效率η＝G12（3）小金想進(jìn)一步探究物重大小對(duì)該滑輪組的機(jī)械效率有何影響，請(qǐng)幫他設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，簡(jiǎn)述你的設(shè)計(jì)思路①把重為G1的物體掛在滑輪組上，勻速向下拉動(dòng)彈簧秤，讀出彈簧秤的示數(shù)F1；②其他條件不變，分別將重為G2、G3的物體掛在滑輪組上，勻速向下拉動(dòng)彈簧秤，讀出彈簧秤的示數(shù)F2、F3；③根據(jù)η=W有【解答】解：（1）根據(jù)題意可知，向下拉動(dòng)繩端時(shí)，物體上升，繩子拉力的方向是向下的，先連接在定滑輪的下端掛鉤上，依次繞過(guò)動(dòng)滑輪、定滑輪，如圖所示：；（2）實(shí)驗(yàn)中要?jiǎng)蛩儇Q直向上拉動(dòng)物體，目的是使物體處于平衡狀態(tài)，便于準(zhǔn)確讀數(shù)；由圖可知，有兩端繩子拉著動(dòng)滑輪，則s＝2h；滑輪組的機(jī)械效率為：η=W（3）根據(jù)控制變量法可知，探究“滑輪組的機(jī)械效率與繩子的繞法是否有關(guān)”時(shí)，應(yīng)控制滑輪相同、提升的物重相同，繞法不同，所以設(shè)計(jì)思路為：①把重為G1的物體掛在滑輪組上，勻速向下拉動(dòng)彈簧秤，讀出彈簧秤的示數(shù)F1；②其他條件不變，分別將重為G2、G3的物體掛在滑輪組上，勻速向下拉動(dòng)彈簧秤，讀出彈簧秤的示數(shù)F2、F3；③根據(jù)η=W故答案為：（1）如上圖；（2）勻速；G12F1；（3）①把重為G1的物體掛