2020—2021学年浙教版九年级上册科学竞赛辅导 第4讲滑轮的功和机械效率1练习题

九年级上册科学竞赛辅导教学案

     第4讲 滑轮的功和机械效率

一、理解功的原理,明白有用功、总功、额外功的含义及其关系

1.功的原理 使用任何机械都不省功.

A.对于理想机械(指不计摩擦、机械的重、绳重): W人对机械＝W机械对物体＝W手或 W总＝W有.

B.对于实际机械:W人对机械(W总)>W机械对物体(W有)或W总＝W有＋W额.

2.有用功、总功、额外功的含义及各自的计算式.

A.有用功(W有) 指机械克服有用阻力所做的功(对我们有用的功).

求有用功W有,要看使用机械的目的.

① 对于竖直方向上提升重物,目的是克服重力做功,故 W有＝Gh；

② 对于水平方向匀速拉(推)物体,目的是克服摩擦阻力做功,故 W有＝f阻s物.

B.总功  (W总) 指动力对机械所做的功.其表达式为:W总＝Fs.(F为直接作用在机械上的力)

C.额外功(W额) 指机械克服额外阻力(对我们无用但不得不做的)所做的功.对于只计滑轮的重而言,W额＝G轮h.

二、怎样理解和应用机械效率

1.定义 有用功占总功的比值,即η＝.

2.物理意义 机械效率是表示机械对总功利用率高低的物理量.若机械效率越大,表示该机械对总功的利用率越高,即机械做的有用功占它所做的总功的比例越大,或者说额外功占总功的比例越小,也说明该机械的性能越好.

3.机械效率为何总小于1?

因在使用机械时,不可避免W额>0.所以由W总＝W有＋W额可知:W有<W总,即η<1.

4.计算机械效率的各种变形式.

A.在竖直方向上提升物体,η＝＝＝＝

(对于杠杆:n＝s/h＝；对于滑轮组:n＝s/h,s为动力移动的距离,h为物体提升的高度)

注:若只计动滑轮的重,则F＝(G+G轮)/n,机械效率η还可等于,即η＝ .

B.在水平方向上拉动物体,η＝＝

(s物为物体移动的距离,s动力为拉力移动的距离)

5.如何提高机械效率?

由η＝＝可知:

A.当W有一定时,减少W额,可提高效率.比如影响滑轮组效率的因素有:动滑轮和绳重；绳与轮之间的摩擦.所以,我们可以使用轻质材料做动滑轮或尽量减少动滑轮的个数；还可通过加润滑油来减少轴处的摩擦及使用较细的绳子等措施,以此来提高它的效率.

B.当W额一定时,增加W有,可适当提高机械效率.比如,对于同一滑轮组(额外功不变),增加所提物体的重, 就会越大,机械效率就会越高.

总之,对于滑轮组而言,要提高效率,可增加有用功的同时尽量减小额外功.

C.注意事项

① 机械效率与功率的区别

功率是表示机械做功的快慢,功率大只表示机械做功快；机械效率是表示机械对总功利用率高低的物理量,效率高只表示机械对总功的利用率高.因此,功率大的机械不一定机械效率高,如内燃机车的功率是4210W,但它的效率只有30—40%；而机械效率高的机械,它的功率不一定就大,如儿童玩具汽车的电动机效率可达80%,但功率只有几瓦.

② 机械效率的高低与机械是否省力无内在联系,不能认为越省力的机械效率就越高.

思考分析．小刚用力将一桶水从井里提上来，他对      做的功是有用功，他对      做的功是额外功。如果要提高做功效率，应该                                    。

例1．分别用定滑轮、动滑轮、滑轮组把同一物体匀速提升到同一高度,其中机械效率最高的是(    )

A.定滑轮 B.动滑轮 C.滑轮组 D.无法确定

例2．甲、乙两个机械，甲的机械效率是70%，乙的机械效率是50%，则(   )

Ａ.甲机械做功省力　　　　　　　　Ｂ.甲机械做功快

Ｃ.甲机械做功多　　　　　　　　　Ｄ.以上说法都不对

例3．甲、乙、丙三位同学分别用动滑轮竖直向上匀速提升不同的钩码，并记录了如下表所示的实验数据。

根据表中的数据可以知道，有一位同学做功最多，他做的功为____________J；

做功最快的是____________同学。（不计绳重和滑轮摩擦）

例4．如图所示，在测定滑轮组机械效率的实验中：

(1)实验原理是___________．

(2)直接测得的物理量是_________、____________、_________、_____________.

(3)实验中应选用的测量工具是______________．

(4)测量时，必须___________拉动弹簧测力计．

(5)如果使钩码升高的高度增加为原来的2倍，机械效率将___________.(填"增大"减小"或"不变")

例5．如图为测量滑轮组机械效率的实验装置，钩码总重6N。    

（1）实验时要竖直向上     拉动弹簧测力计，由图可知拉力大小为      N，若钩码上升的高度为8cm,则弹簧测力计向上移动       cm,该滑轮组的机械效率为      。

（2）若仅增加钩码的个数，该滑轮组有机械效率将       。（选填："增大"、"减小"或"不变"）

练1．如图,是某同学测定滑轮组机械效率的实验装置,用此甲、乙两不同滑轮组提升同一重物G,试回答下列问题:

①拉力F的大小关系是F甲_______F乙.(填＞，＝，＜）

②若使物体G上升同样高度,则拉力F做的有用功W甲____W乙,总功W甲总_____W乙总(填＞，＝，＜）

③甲、乙两装置的机械效率η甲_____η乙.

④机械效率小的那一装置,促使机械效率较小的原因是__________________.

⑤由此得出结论:机械效率与省力多少是_____关系.(填有、无)

练2．如图,物体A通过动滑轮在水平推力F的作用下,沿水平面以1m/s的速度做匀速直线运动,此时弹簧秤的示数为5N.若不计动滑轮、绳子及弹簧秤的重和动滑轮与绳的摩擦,那么物体A与水平面的摩擦力大小为______N.拉力F在2秒内做的功为______J

挑战自我

1．在做"测滑轮组机械效率"的实验中，小强和同学们组装了如图所示的甲、乙两个滑轮组（每只滑轮重都相同，不计摩擦和绳重）。

（1）对于甲图所示的滑轮组，如果没有刻度尺，只要测出钩码重G，然后竖直向上匀速拉动弹簧秤使钩码升高，从弹簧秤上读出拉力值F，即可算出该滑轮组的机械效率η=          .

（2）比较甲、乙两滑轮组的机械效率，可知η甲      η乙（选填：＞、＜或＝）。

（3）实验后小强猜想，对于同一滑轮组（例如图乙），它的机械效率也可能不是 固定的，于是他用实验进行了探究，并证明自己的猜想是正确的。你认为小强应采用的正确方法是什么？

答：                                                    .

2、随着社会的发展，人们生活水平的提高，人们的住房条件也得到了很大的改善．小明家最近购置了一套新房，为了帮助爸爸将重600N的装修材料运送到6m高的楼上，小明利用物理课上学过的滑轮组，设计了如图20甲所示的材料搬运方案(其中每个滑轮重30N，绳子足够长，所能承受的最大拉力为250N，不计绳重及摩擦)．

(1)计算说明绳子的拉力是否超过绳子的最大承受力?

(2)小明爸爸观察了该装置后，他想如果将该装置的滑轮位置颠倒(图20乙)是否会更省力一些，请你按照小明爸爸的想法，用笔画线在乙图绕上绳子并说明小明爸爸的想法是否正确．

(3)求两种方案的机械效率之比?

(4)综合分析评估两个方案，你认为哪个方案更好一些?说明理由．

达标检测

1．如图，物体G的重为16N，手拉绳的力为10N。但物体被匀速拉动提高h时，动滑轮的机械效率为          （不考虑摩擦）。若想增大动滑轮的机械效率，可采用的方法是_               。（答一种即可）

2．如图所示，物重G为600N，用滑轮组将重物匀速提升5m，所用拉力F为250N，滑轮组的机械效率为_________．若不计摩擦，被提升的物重增加时，滑轮组的机械效率将_________（选填"变大"、"变小"或"不变"）．

3．)小张和小王同学分别用如图所示滑轮相同但绳子绕法不同的两个滑轮组提升相同的重物.小张同学认为自己设计的装置(如图甲)更省力;小王同学认为自己设计的装置(如图乙)机械效率更高.若不计摩擦,你认为甲、乙两个装置中_________更省力,而机械效率的关系是____________.

4．一个工人用如图所示的滑轮组在4s内把重350N的货物匀速提起1m，所用的拉力是l00N．则拉力做功的功率是_____W，此滑轮组的机械效率是______

5、)如图所示，在50N的水平拉力F作用下, 重800Ｎ的物体沿水平地面做匀速直线运动, 物体与地面间滑动摩擦力为120Ｎ.则滑轮组的机械效率为 _____ 若物体的速度为0.2m/s,则1min内拉力做的功为 ____ J

6.如图1所示，船和人总重1500Ｎ，船上的人用力Ｆ＝30Ｎ的拉力拉绳，船作匀速直线运动，则船受到水的阻力为（    ）

Ａ．30Ｎ    Ｂ．60Ｎ      Ｃ．90Ｎ     Ｄ．500Ｎ

中考真题解析

1某班同学在“探究滑轮组的机械效率与哪些因素有关”时，他们猜想滑轮组的机械效率可能与动滑轮的个数、物重和物体上升的高度等因素有关，各小组利用如图所示的装置进行验证，杨阳那组得到的实验数据如表：

（1）比较第1、2次实验数据得出：用不同的滑轮组提升相同的物体，动滑轮个数越多，　　　　　；比较第2、3次实验数据得出：同一个滑轮组，提升的物体越重，　　　　　；比较第1、4实验数据得出：同一个滑轮组的机械效率与物体上升的高度　　　　　． 

（2）在测拉力时，某同学觉得很难使测力计做匀速直线运动，不便于读数，就让弹簧测力计处于静止状态时才读数，该同学的读数与实际相比　　　　（选填“偏大”、“偏小”或“不变”），测得机械效率　　　（选填“偏高”、“偏低”或“不变”），说明滑轮组的机械效率还与　　　　有关． 

（3）有两个组所用的动滑轮重量相同，提升的物体也相同，测的机械效率却不同，原因可能是绳子滑轮或滑轮轴之间的　　　　　　不同，影响了测量结果．所以，我们在生活中经常给各种机械加润滑油，是为了　　　　　　它的机械效率． 

真题解析：

（1）比较第1、2次实验数据得出：用不同的滑轮组提升相同的物体，动滑轮的个数越多，其机械效率越低； 

（2）比较第2、3次实验数据得出：同一个滑轮组，提升的物体越重，它的机械效率越高； 

（3）比较第1、4次实验数据可知，两次实验时的效率相同，因此同一个滑轮组的机械效率与物体上升的高度无关； 

（4）（2）要正确测量拉力，所以弹簧测力计需要做匀速运动．而当弹簧测力计静止读数时，便不会存在摩擦力对拉力的影响，所以所测拉力偏小，机械效率偏高；说明滑轮组的机械效率还与物体的运动状态有关； 

（5）（3）两个小组所用的动滑轮重量相同，提升的物体也相同，测得的机械效率却不同，原因可能是绳子与滑轮或滑轮轴之间的摩擦同，影响了测量结果； 

（6）所以，我们在生活中经常给各种机械加润滑油，是为了减小摩擦，提高机械效率． 

（7）故答案为：

（1）机械效率越低；机械效率越高；无关；

（8）偏小；偏高；运动状态；

（3）摩擦；提高． 

中考真题

1.如图所示，一根长为L的木棒的B端放在截面直径为D的圆柱体上，使木棒保持水平，用水平恒力F推木棒的A端，使圆柱体在水平地面上向前匀速滚动，设木棒与圆柱体、圆柱体与地面间均无滑动现象，当把木棒从图甲位置推至图乙位置时，推力F做的功为（　　）

A、FL/2     B. FL+πD

C. 2FL      D. 2FL+2πD

2．如图6所示，用两个滑轮组提升货物，所用的动力之比为F1：F2=4：3，被提升货物的重力之比为G1：G2=1：2，则两个滑轮组的机械效率之比为（　 ）

A．4：3      B．3：8     

C．3：4      D．1：3

3．用相同的定滑轮和动滑轮，组成甲、乙两个滑轮组，如图8所示，用它们来提升同一重物，甲滑轮组将重物举高1m，乙滑轮组将重物举高2m，在不计绳重和摩擦的条件下，下列说法正确的是（    ）

　　A．甲滑轮组拉力大，机械效率低

　　B．乙滑轮组省力，所以它的机械效率高

　　C．乙滑轮组将重物举得高。所以它的机械效率高

　　D．乙滑轮组做的有用功多，但甲、乙机械效率相等

4．如图是甲和乙两人（甲的体重大于乙）用滑轮组锻炼身体的简易装置（不考虑轮重和摩擦）。使用时：（1）乙固定不动，甲用力FA拉绳使G匀速上升。（2）甲固定不动，乙用力FB拉绳使G匀速上升。则下列说法中正确的是

A．FA ＜ G     B．FA ＞FB    C．FB = 2 G    D．以上说法都不对

自我挑战

1、如图所示，物体A以2m/s的速度在水平地面上做匀速直线运动，此时弹簧测力计的示数为3N，水平拉力F多大？物体A受到的摩擦力f又是多大？2s拉力F做功W为多少J？(滑轮、弹簧测力计的重力以及滑轮与绳的摩擦不计)

2、如图所示，物体A的质量m=12千克，在F的作用下，物体A以0.4米/秒的速度在水平面上做匀速直线运动，弹簧秤示数为12牛，忽略滑轮与绳子间的摩擦以及滑轮弹簧秤及绳子所受的重力，并且绳子足够长，求： 

（1）物体A与水平面间摩擦力F的大小  （2）拉力F的大小 

（3）物体运动10秒钟，拉力F与物体A的重力所做的功 （4）拉力F的功率 

3．（9分）滑轮组在建筑中应用广泛，如图15所示为建筑工人自制的滑轮组。某工人用此滑轮组将质量为90kg的重物提高5m，所用的拉力是600N。求：

（1）该重物受到的重力； （2）工人通过滑轮组所做的有用功；

（3）工人做的总功；     （4）滑轮组的机械效率。

4．如图所示为一款塔式起重机，工作电压为380伏。当起重机吊起500千克重物以1米/秒速度匀速上升20米时，工作电流是18安；当起重臂水平旋转，带动重物在8秒内移动16米时，工作电流是5安。

(1)如果起重臂加长，那么平衡块质量应该______(填“增加”或“减小”)。

(2)请计算在整个过程中，起重机钢绳对重物所做的功和起重机将电能转化成机械能的效率(保留小数到0.1％)。