物理第十二章 简单机械12.3 机械效率精练

第3节　机械效率

知能演练提升

一、能力提升

1.利用如图所示的滑轮,在粗糙水平面上匀速拉动物体,下列叙述正确的是(　　)

A.重力做的功是有用功

B.拉力F1做的功是额外功

C.绳子自由端的拉力F做的功是总功

D.该滑轮的机械效率可能等于100%

2.工人用如图所示的机械将物体匀速提升到某一高度,若物体的重力与滑轮的重力之比G物∶G滑轮=9∶1,忽略绳重与轴摩擦的影响,则机械效率为(　　)

A.10% B.45% C.80% D.90%

3.如图所示,用滑轮组提升重物时,重力为800 N的物体在10 s内匀速上升了1 m。已知拉绳子的力F为500 N,则提升重物的过程中(　　)

A.做的有用功是800 J

B.拉力F的功率是80 W

C.绳子自由端被拉下3 m

D.滑轮组的机械效率是60%

4.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是η=

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

5.用如图所示的滑轮组匀速提升重力为200 N的物体,人对绳的拉力为125 N,不计绳重和摩擦,滑轮组的机械效率为　　　　。如果人的体重为600 N,拉动过程中绳始终未断裂,他用此滑轮组能提升的最大物重为　　　　。 

6.用一个动滑轮在5 s内将一重为300 N的物体匀速向上提升3 m,动滑轮的机械效率是75%,则拉力大小为　　　　 N;若忽略绳重与轴摩擦,动滑轮的重力为　　　　 N。 

7.下图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 2 s 时间里,用100 N的力,竖直向下压动摇臂50 cm,把重力为1 000 N的重物匀速抬高4 cm,则重物上升的速度是　　　　 m/s,所做的有用功是　　　　 J,千斤顶的机械效率是　　　　。 

8.如图所示,将质量为100 kg的木箱,用一平行于斜面向上的力从底端匀速拉到斜面顶端。斜面长5 m、高1.6 m,在此过程斜面的机械效率为80%。则拉力做的功为　　　 J,拉力所做的额外功为　　　 J。(g取10 N/kg) 

9.某实验小组利用如图所示的装置测滑轮组机械效率,记录数据如下表:

(1)实验时,应沿竖直方向　　　　　拉动弹簧测力计。 

(2)第2次实验中,拉力做的总功是　　　　 J,滑轮组做的有用功是　　　　 J,滑轮组的机械效率η=　　　　　(结果保留一位小数)。 

(3)由记录数据分析,两次机械效率不同的主要原因是　　　　　　　　　　　　。 

★10.如图所示,物体A受到的重力是100 N,在拉力F的作用下,能以0.2 m/s 的速度在水平地面上向左匀速直线运动。已知拉力F=5 N,滑轮组的机械效率为80%,试问:

(1)5 s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?

二、探究创新

★11.在湛江港码头,小华看到工人利用斜面把货物推到车上,联想到上物理课时老师讲过的知识,小华想探究斜面的机械效率可能与哪些因素有关,小华提出了以下猜想:

A.斜面的机械效率可能与物体的重力有关;

B.斜面的机械效率可能与斜面的倾斜程度有关。

小华同学为了验证自己的猜想是否正确,于是他用同一块木板组成如图所示的装置进行了实验探究,记录的实验数据如下表:

(1)在实验操作过程中,应沿斜面向上　　　　拉动木块;实验时要使木板的倾斜角变大,应该把木板下面的木块向　　　　(选填“左”或“右”)移动。 

(2)根据表格中数据,第①次实验斜面的机械效率为　　　　%,第②次实验中总功为　　　 J。 

(3)通过对比实验①②数据,可验证小华的猜想　　　　　(填写字母);通过对比实验②③数据,可以得出的探究结论是　  　。 

(4)此实验主要用到的研究方法是　　　　　　　　　　。 

(5)除了小华的猜想以外,请你猜想斜面的机械效率还可能与         (写出一个)有关。

知能演练·提升

1.C

2.D　解析物体的重力与滑轮的重力之比G物∶G滑轮=9∶1,即G物=9G滑轮。忽略绳重与轴摩擦的影响,则机械效率η==90%。

3.A　解析在提升重物的过程中W有=Gh=800N×1m=800J;拉力F的功率是P==100W;绳子自由端被拉下s=2×1m=2m;滑轮组的机械效率是η==80%。

4.D

5.解析本题考查滑轮组的机械效率的有关计算。题图中的滑轮组有2段绳子分担物重,所以当用它匀速提升200N的重物时,η==80%。在不计摩擦与绳重时,F=(G物+G动),所以G动=50N。因为人站在地面上施加的最大拉力不可能大于自身重力,所以最大拉力为F'=600N,因为F'=(G物'+G动),所以最大物重G物'=1150N。

答案80%　1 150 N

6.解析使用动滑轮时,承担物重的绳子股数n=2,拉力端移动距离s=2h。动滑轮的机械效率η==75%,则拉力F=200N;若忽略绳重与轴摩擦,拉力F=(G+G动),则动滑轮重力G动=2F-G=2×200N-300N=100N。

答案200　100

7.解析物体上升的速度v==0.02m/s;有用功W有=Gh=1000N×0.04m=40J;总功W总=Fs=100N×0.5m=50J;千斤顶的机械效率η==80%。

答案0.02　40　80%

8.解析本题考查斜面机械效率的有关计算。根据木箱的质量可以求出木箱的重力G=mg=100kg×10N/kg=1000N;克服木箱的重力所做的功就是有用功,即W有=Gh=1000N×1.6m=1600J;拉力F所做的总功是W总==2000J;所以拉力所做的额外功是W额=W总-W有=2000J-1600J=400J。

答案2 000　400

9.解析本题考查测量滑轮组的机械效率。实验时,要竖直向上匀速拉动弹簧测力计;第2次实验中,拉力做的总功W总=Fs=2.4N×0.3m=0.72J,滑轮组做的有用功W有=Gh=6N×0.1m=0.6J,则滑轮组的机械效率η=≈83.3%。两次实验中由于钩码重不同,提升相同高度时,所做的有用功不同,而滑轮重、摩擦基本相同,那么所做的额外功相同,所以机械效率不同。

答案(1)匀速

(2)0.72　0.6　83.3%

(3)钩码重不同

10.解析(1)5s内绳移动的距离s=v绳t=0.6m/s×5s=3m,5s内拉力所做的功W=Fs=5N×3m=15J。

(2)由于物体匀速直线运动,物体A受到滑轮对其水平向左的拉力F'和水平向右的摩擦力Ff,物体受力平衡,故F'=Ff,因为滑轮组的机械效率η=

所以F'=3F×80%=3×5N×80%=12N,Ff=F'=12N。

答案(1)15 J　(2)12 N

11.解析(1)在实验中为了准确测出拉力的大小,应匀速拉动木块,木板下面的木块向左移动时,木板的倾角变大。

(2)η==60%,W总=Fs=2.5N×1.2m=3.0J。

(3)①②两组数据中,木板的倾角相等,物体的重力不等,所以可以验证猜想A;②③两组数据中,物体的重力相等,木板的倾角不等,计算得出这两次的机械效率分别为60%和71%,所以可以得出斜面的倾斜程度越大,斜面的机械效率越高的结论。

(4)在验证机械效率与物体重力的关系时,保证木板的倾角不变,在验证机械效率与木板倾角的关系时,保证物体的重力不变,所以用到的是控制变量法。

(5)猜想只要与本实验有关,合理即可。

答案(1)匀速　左

(2)60　3.0

(3)A　在其他条件相同时,斜面的倾斜程度越大,斜面的机械效率越高(或大);或在其他条件相同时,斜面的机械效率与斜面的倾斜程度有关

(4)控制变量法

(5)斜面的粗糙程度、木板的长度、拉木块的速度、木板的面积等(任选其一即可)