初中苏科版5 机械效率优秀综合训练题

第5课  机械效率

知识点01  有用功和额外功

有用功、额外功及总功

(1)有用功：为了达到人的目的，所做的功叫做有用功，记为W有用.

(2)额外功：并非人所需要，但又不得不做的功叫做额外功，也叫无用功，记为W额外.

(3)总功：外力对机械所做的功叫做总功，记为W总，W总＝W有用＋W额外.

注意：①一般克服机械本身的摩擦力或重力做的功，都是额外功.

②额外功产生的主要原因有：提升物体时，克服机械自重、容器自重等所做的功或者克服机械的摩擦所做的功.

【即学即练1】如图用50N的拉力F水平拉着重为100N的物体在水平路面上匀速移动2m的距离。物体所受摩擦力为80N，则（　　）

A．总功为320J B．有用功为200J 

C．额外功为160J D．机械效率为80%

答案　D

解析　A、使用动滑轮拉力端移动距离s′＝2s＝2×2m＝4m，拉力做的总功W总＝Fs′＝50N×4m＝200J，故A错误；

B、使用动滑轮做的有用功，等于直接拉物体做的功，即W有＝fs＝80N×2m＝160J，故B错误；

C、额外功W额＝W总﹣W有＝200J﹣160J＝40J，故C错误；

D、机械效率η＝×100%＝×100%＝80%，故D正确。

故选：D。

知识点02  机械效率

机械效率

(1) 概念：物理学中，将有用功与总功的比值叫作机械效率，用表示。

(2)计算公式：%.没有单位，是百分数，介于0到1之间。

(3) 物理意义：表示机械性能的物理量，反映了机械完成的有用功占总功的比例，与是否省力及省力大小无关，与功率大小也无关.

重难点：机械效率的计算，主要分为竖直方向和水平方向两种，难在如何计算W有和W总，如何判断s和h的关系，G物、G动的关系怎样。

①     在竖直方向，W有＝Gh；W总＝Fs

②     在水平方向，W有＝F阻h；W总＝Fs

提升同一重物时，动滑轮越多（即越重），越省力，但机械效率越低；用同一滑轮组提升不同重物时，物体越重，机械效率越高。

【即学即练2】朝鲜族有一种群众喜爱的娱乐跳板，若支点在跳板中央，当体重均为600N的两名运动员从1.5m处由静止下落到跳板一端时，静止于另一端重为450N的女运动员被向上弹起3m高，若不计空气阻力，跳板的机械效率为（　　）

A．100% B．90% C．75% D．25%

答案 C

解析 两名运动员做的总功为：W总＝2G1h1＝2×600N×1.5m＝1800J；

对女运动员做的有用功：W有＝G2h2＝450N×3m＝1350J；

跳板的机械效率为：η＝×100%＝×100%＝75%，故选：C。

知识点03  如何增大和减小滑轮组的机械效率

增大机械效率

①     增大有用功占总功的比例：在滑轮组许可的条件下，增加每次提升物体的重力.

②     有用功一定时，减小额外功：换用轻质滑轮；滑轮的转轴中加润滑油减小摩擦等.

减小机械效率

③     减小有用功占总功的比例：在滑轮组许可的条件下，减小每次提升物体的重力.

④     有用功一定时，增大额外功：增大滑轮的摩擦或自重等。

【即学即练3】如图所示，使用滑轮组提升重物时（不计绳重和摩擦），能提高机械效率的是（　　）

A．减小提升重物的高度 B．减小被提升物的质量 

C．减小定滑轮的重力 D．减小动滑轮的重力

答案 D

解析  A、减小提升重物的高度时，绳端移动的距离也变短了，根据η＝＝＝＝可知机械效率并不受影响。故A错误；

B、减小被提升物的质量，就减小了重物的重力，不计绳重和摩擦，动滑轮不变，即额外功不变的情况下，有用功减小了，所以机械效率就降低了。故B错误；

C、不计绳重和摩擦，减小定滑轮重力，有用功、额外功、总功均不受影响，所以机械效率不变。故C错误；

D、减小动滑轮的重力，在提升物体重力不变的情况下，即有用功不变的情况下，额外功减小了，所以机械效率就提高了，故D正确；

故选：D。

知识点04  机械效率的计算

斜面的机械效率计算

F为沿斜面的拉力，G为物体的重力，s为斜面长，h为斜面高，f为物体与斜面间的摩擦力，则其机械效率为%＝%=%，因.

滑轮组的机械效率计算（竖直方向匀速提升物体）

设有n段绳子吊着动滑轮，动滑轮自重为G动，物体的重力为G，物体升高的距离为h，拉力为F，绳子自由端移动的距离为s.

则按照%，有下面两种计算方法：

①考虑动滑轮自重、绳重及摩擦

%＝%＝%（∵s＝nh）＝%.

②忽略绳重及摩擦，只考虑动滑轮自重

%＝%＝%＝%.

【即学即练4】如图所示，把重为G的物体甲从A点竖直向上匀速拉至B点的过程中，绳的拉力对甲做的功为WAB；用平行于斜面的拉力把重也为G的物体乙沿斜面从C点匀速拉至与B等高的D点，在此过程中的拉力对乙做的功为WCD，斜面的机械效率为（　　）

A． B． 

C． D．

答案 A

解析 把重为G的物体甲从A点竖直向上匀速拉至B点，

则不用机械时，克服物体重力所做功为有用功W有＝WAB，

用平行于斜面的拉力把重也为G的物体乙沿面从C点匀速拉至B等高的D点，拉力做功为总功，

即W总＝WCD，

则斜面的机械效率：η＝＝，故A正确、BCD错误。

故选：A。

考法01  考察对机械效率的理解

【典例1】以下是同学们对机械效率的一些理解，其中正确的是（　　）

A．越省力的机械，其机械效率一定越高

B．机械效率越高，机械做功一定越快

C．功率越大的机械做功一定越多

D．做有用功越多的机械，机械效率不一定越高

答案　D

解析　A、机械效率的高低与机械是否省力无关，例如：通常情况下定滑轮比动滑轮的机械效率高，但定滑轮不省力，而动滑轮能省一半力，故A错误；

B、机械效率越高，说明有用功占总功的比例大，功率是描述做功快慢的物理量，所以机械效率越高，机械做功不一定越快，故B错误；

C、做功的多少与功率和做功时间有关，功率越大的机械做功越快，但做功不一定多，故C错误；

D、机械效率是有用功占总功的百分比，做的有用功越多，不知道所做总功的多少，所以机械效率不一定越高，故D正确。

故选：D。

考法02  滑轮组的机械效率计算及大小比较

【典例2】将一个定滑轮和挂有一个重60N钩码的动滑轮，分别组装成如图甲和乙所示的两种滑轮组．在图甲滑轮组，用大小为36N的竖直向下的拉力F1把钩码匀速提升了0.3m；在图乙滑轮组，用竖直向上的拉力F2把钩码匀速提升了0.6m．不计摩擦和绳重．设图甲滑轮组的机械效率为η甲，图乙滑轮组的机械效率为η乙，则（　　）

A．η甲＞η乙 B．η甲＜η乙 C．η甲≈55.5% D．η乙≈83.3%

答案 D

解析 根据图示可知，n甲＝2，n乙＝3；

由F＝（G+G动）可得，G动＝2F1﹣G＝2×36N﹣60N＝12N；

则F2＝（G+G动）＝×（60N+12N）＝24N；

由η＝＝＝可得，甲滑轮组的机械效率：η甲＝×100%＝×100%≈83.3%；

乙滑轮组的机械效率：η乙＝×100%＝×100%≈83.3%；

故ABC错误，D正确。

故选：D。

考法03 斜面的机械效率大小计算

【典例3】如图所示，在斜面上将一个重4.5N的物体匀速拉到高处，沿斜面向上的拉力为1.8N，斜面长1.2m、高0.3m。把重物直接提升h所做的功作为有用功，在重物沿斜面匀速上升的过程中，下面说法正确的是（　　）

A．重物所受的拉力与斜面对重物的摩擦力是一对平衡力 

B．该斜面的机械效率为62.5%，若斜面变得更粗糙，斜面机械效率会降低一些 

C．若将竖立的垫块向左移一些，斜面会变陡一些，斜面机械效率会降低一些 

D．提升重物时所做的额外功为0.81J，该斜面的机械效率为37.5%

答案 B

解析 A、在沿斜面拉动重物的过程中，既要克服重物与斜面间的摩擦力，还要克服物体的重力，所以重物所受的拉力与斜面对重物的摩擦力的大小不相等，则二力不是一对平衡力，故A错误；

D、已知物重G＝4.5N，拉力F＝1.8N，斜面长s＝1.2m，高h＝0.3m，

所做的有用功为：W有用＝Gh＝4.5N×0.3m＝1.35J，

拉力F对物体做的总功为：W总＝Fs＝1.8N×1.2m＝2.16J，

斜面的机械效率为：η＝×100%＝×100%＝62.5%，故D错误。

B、该斜面的机械效率为62.5%，若斜面变得更粗糙，所做的额外功更多，斜面机械效率会降低，故B正确；

C、将竖立的垫块向左移一些，斜面会变陡，斜面的长度不变，斜面的高度增加，用斜面提升物体做的有用功增加，斜面越陡，物体对斜面的压力会减小，所以摩擦力会减小，克服摩擦力做的额外功就会减小，有用功增加，此时的机械效率会提高，故C错误；

故选：B。

题组A  基础过关练

1. 用四只完全相同的滑轮和两根相同的绳子组成如图所示的甲、乙两个滑轮组，不计绳子与滑轮的摩擦，则（　　）

A．甲较费力但机械效率比乙高

B．乙较省力且机械效率比甲高

C．两个滑轮组省力程度不同，机械效率相同

D．两个滑轮组省力程度相同，机械效率不同

2. 某人用25N的拉力将100N的物体匀速拉上长5m、高1m的斜面顶端，设斜面的机械效率为η，斜面对物体的摩擦力为f，则（　　）

A．η＝80%，f＝5N B．η＝80%，f＝25N

C．η＝20%，f＝5N D．η＝20%，f＝25N

题组B  能力提升练

1. 如图所示，用甲、乙两个滑轮组在相同时间内分别将A、B物体匀速提升相同高度，已知物体受到的重力GA＞GB，滑轮组的机械效率η甲＜η乙（不计绳重和摩擦）。下列判断正确的是（　　）

A．两滑轮组绳端移动的距离相等

B．甲滑轮组的有用功比乙的少

C．甲滑轮组的动滑轮比乙的重

D．甲滑轮组的总功率比乙的小

2. 在斜面上将一个质量为5kg的物体匀速拉到高处。如图所示，若沿斜面向上的拉力为40N，斜面长2m高1m。把重物直接提升h所做的功看作有用功。下列说法正确的是（　　）

A．物体只受重力、拉力和摩擦力作用

B．做的有用功是40 J

C．此斜面的机械效率为62.5%

D．物体受到的摩擦力大小为10 N

题组C  培优拔尖练

1. 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两个物体。物体提升相同高度，不计绳重和摩擦，下列说法一定正确的是（　　）

A．若GA＝GB，则η甲＞η乙 B．若FA＝FB，则η甲＜η乙 

C．若GA＜GB，则FA＞FB D．若FA＞FB，则GA＜GB

2. 如图，斜面长s＝1.2m、高h＝0.3m，某人用拉力F＝5N将重G＝16N的物体沿斜面向上从底端缓慢的拉到顶端，若拉力的功率P＝3W，下列说法正确的是（　　）

A．拉力做的总功为4.8J 

B．提升物体所做的有用功为4.8J 

C．斜面的机械效率为100% 

D．物体由斜面底端运动到项端用时3s