人教版八年级下册第十二章 简单机械12.3 机械效率课时训练

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典例分析＋变式训练
考点1 有用功和额外功
（1）有用功：利用机械做功的时候，对人们有用的功就叫做有用功。
（2）额外功：并非我们需要但又不得不做的功叫做额外功。
（3）总功：有用功与额外功的和叫总功。
（4）总功的计算：W总=Fs；W总=W有用+W额外
（5）有用功的计算方法：W有用=Gh；W有用=W总-W额外
（6）额外功的计算方法：W额外=G′h，W额外=f摩s；W额外=W总-W有用
【典例1】（ 2022•信阳模拟）甲同学用水桶从井里提水，乙同学用绳把掉在井中的桶捞上来，水桶里带了一些水，关于两同学做有用功、额外功的说法正确的是（ ）
A．甲提水桶做的功都是有用功 B．乙提水桶做的功都是有用功
C．甲提水桶对桶做的功是额外功 D．乙提水桶对桶做的功是额外功
【典例2】（春•广饶县期末）当你用桶从井中提水的时候，你对桶所做的功 ；如果桶掉进井里，从井里捞桶的时候，桶里带着一些水，这时你对桶做的功是 。（填“总功”、“有用功”或“额外功”）。
【变式训练1】（ 2022秋•南丹县期中）分别用杠杆、斜面和滑轮组将同一物体举升相同高度，做的有用功（ ）
A．杠杆最多B．斜面最多C．滑轮组最多D．一样多
【变式训练2】（ 2022•安阳模拟）利用机械做功时，对人们有用的功叫 。不需要但又不得不做的功叫 ，两者之和叫 。
考点2 机械效率的概念
（1）概念：有用功跟总功的比值叫做机械效率，通常用百分数表示。
（2）计算公式：用W总表示总功，用W有用表示有用功，用η表示机械效率，则：。
由于额外功不可避免，有用功只是总功的一部分，因而机械效率总小于1。
（3）提高机械效率的主要办法：
①在有用功一定时，尽量减少额外功，采用减轻机械自身的重力和加润滑油来减少摩擦的措施；
②在额外功一定时，增大有用功，在机械能够承受的范围内尽可能增加每次提起重物的重力，充分发挥机械的作用。
【典例3】（春•南召县期末）下列关于功、功率和机械效率的说法中。正确的是（ ）
A．做功越慢的机械，功率一定越小 B．越省力的机械，其机械效率一定越高
C．做有用功越多的机械，其机械效率越高 D．功率不同的机器，做的功一定不相等
【典例4】（秋•宝应县月考）在实际生产劳动中使用机械时，总要做一些额外功，原因是任何机械本身都有 ，并且机械零件与零件之间在发生相对运动时还存在着 ，所以任何机械的机械效率总 100%（选填“大于”或“小于”）。
【变式训练1】（春•南江县期末）起重机的机械效率、功率与其对外做功多少的关系正确的是（ ）
A．做功越快的机器，功率一定越大 B．做功越多，机械效率一定越高
C．功率越大的机器做功一定越多 D．机械效率越高，做功一定越快
【变式训练2】（ 2022•宿松县模拟） 和 的总和叫做总功。 的比值叫机械效率，机械效率总是 （填“小于”“等于”或“大于”）1。
考点3 机械效率的计算和大小比较
机械效率表达式为，对于三种简单机械的机械效率的计算总结如下：
机械效率的大小比较：
（1）机械效率由有用功和总功两个因素共同决定，不能理解成：“有用功多，机械效率高”或“总功大，机械效率低”。
（2）当总功一定时，机械做的有用功越多（或额外功越少），机械效率就越高；
（3）当有用功一定时，机械所做的总功越少（或额外功越少），机械效率就越高；
（4）当额外功一定时，机械所做的总功越多（或有用功越多），有用功在总功中所占的比例就越大，机械效率就越高。
【典例5】（•泉州模拟）如图，用甲、乙两种装置将重均为10N的物体匀速提升相同高度。滑轮重均为1N，不计绳重及摩擦，所用的拉力分别是F1和F2，机械效率分别是η1和η2，则（ ）
A．F1＞F2 η1＞η2 B．F1＜F2 η1＜η2C．F1＞F2 η1＜η2 D．F1＜F2 η1＞η2
【典例6】（春•临潼区期末）如图所示，用力F将重力为10N的物体匀速向上提升2m，动滑轮重2N（不计绳重摩擦），下列说法正确的是（ ）
A．绳子末端移动的距离为1m B．拉力大小为5N
C．滑轮组的机械效率为90% D．物体克服重力所做的功为20J
【典例7】（•潮阳区一模）用图甲、乙两种方式匀速将重为100N的物体提升相同的高度，已知滑轮重20N，绳重和摩擦力不计。则手的拉力：F甲 F乙；拉力F对重物做的功W甲 W乙，机械效率：η甲 η乙（选填大于、小于或等于）。
【典例8】（秋•淮安期中）某人用100N的力，沿竖直方向将杠杆动力臂的端点压下2m，杠杆的另一端把320N的重物举高0.5m，则他做的有用功是 J，杠杆的机械效率是 。
【典例9】（•金坛区二模）如图所示每个滑轮重60N，用此滑轮组匀速提升重480N的货物，使货物以0.3m/s的速度匀速上升，拉力的功率是180W。求：
（1）提升物体10秒，拉力F做功；
（2）拉力F；
（3）滑轮组的机械效率η。
【变式训练1】 2022秋•宁强县期中）额外功为20J，总功为100J，则机械效率等于（ ）
A．80%B．90%C．78%D．无法确定
【变式训练2】（•潍坊二模）为提升重物，某同学用同样的器材分别组装成甲、乙两滑轮组，如图所示，忽略绳重及摩擦，下列对两滑轮组的比较正确的是（ ）
A．使用甲滑轮组更省力，乙滑轮组的效率更高
B．使用甲滑轮组更省力，甲滑轮组的效率更高
C．使用乙滑轮组更省力，乙滑轮组的效率更高
D．使用乙滑轮组更省力，两滑轮组的效率一样高
【变式训练3】（•鄂州）小斌用如图所示滑轮组把重300N的货物匀速提升1m，若不计绳重和摩擦，所用的拉力是200N。则下列说法正确的是（ ）
A．绳子自由端移动的距离为3m B．动滑轮的质量为50N
C．滑轮组此时的机械效率是75% D．利用该滑轮组既可以省力还可以省功
【变式训练4】（•广西）如图是利用滑轮组帮助汽车脱困的情景。匀速拉动车的过程中，车相对树木是 （选填“静止”或“运动”）的，动滑轮上有 段绳子承担对车的拉力，若对车的拉力为2400N，F为1500N，则该滑轮组的机械效率是 。

【变式训练5】（•苏州模拟）如图所示，工人师傅利用斜面把重物搬运到汽车上，汽车车厢底板高度h＝1m，斜面长度s＝4m，现用力F沿着斜面把重力G＝2400N的重物匀速拉到车上，拉力F＝800N。
（1）工人做的有用功；
（2）斜面的机械效率；
（3）物体在斜面上匀速运动时受到的摩擦力。
考点4 机械效率的应用及改变方法
（1）有用功是由使用机械的目的所决定的，当用斜面提升物体时，克服物体重力做的功就是有用功，W有=Gh；
（2）额外功是克服相互接触物体间的摩擦阻力所做的功，对于斜面而言，W额=fs；
（3）总功是指动力对所做的功，一般情况下使用斜面时，动力做功W总=Fs；
（4）由功的原理：“动力对机械所做的功等于机械克服阻力所做的功”，而机械克服阻力所做的功就包含了有用功和额外功，即：W总=W有+W额；
（5）机械效率是有用功与总功的比值，只能小于1（理想状态下可能等于1），并且无单位
斜面的机械效率，在同一斜面上，由于倾斜程度相同，即；
一定，故在同一斜面上拉同一物体（粗糙程度相同）时，在斜面上所移动的距离（或物体被提升的高度）不同时，机械效率是相同的；
（6）斜面的机械效率与斜面的倾斜程度、斜面的粗糙程度有关，斜面粗糙程度相同时，斜面的倾斜程度越大，机械效率越高；斜面的倾斜程度一定时，斜面越粗糙，机械效率越低。
提高机械效率的主要办法：
①有用功一定时，尽量减少额外功，采用减轻机械自身的重力和加润滑油来减少摩擦的措施；
②额外功一定时，增大有用功，在机械能够承受的范围内尽可能增加每次提起重物的重力，充分发挥机械的作用。
【典例10】（春•延庆期末）对同一滑轮组，下列各措施中不能提高机械效率的是（ ）
A．增加提升重物的重力 B．改用质量小的动滑轮
C．减少提升高度，减少做功 D．在轮轴处加润滑油，减小摩擦
【典例11】（春•单县期末）起重机将重6000N的建材匀速提升了3m，电动机做的功是3.6×104J，则起重机的效率是 ；若只增加被提建材的重力，则起重机的效率
（选填“变大”、“变小”或“不变”）。
【变式训练1】（•东台市二模）小明用动滑轮竖直向上提升重物，下列措施能提高动滑轮机械效率的是（ ）
A．减小动滑轮的重力B．增大重物上升的高度
C．减小物体的重力D．增大重物上升的速度
【变式训练2】（春•永吉县期末）如图所示的修枝剪刀属于 杠杆（选填“省力”“费力”或“等臂”），若在轴上加润滑油，则可以 （选填“提高”或“降低”）杠杆的机械效率。
考点5 有关机械效率的探究实验
滑轮（组）机械效率的测量实验：
实验目的：测量滑轮组的机械效率
实验原理：
注意事项：
（l）匀速拉动弹簧测力计，目的是保证弹簧测力计的示数F大小不变；
（2）为了便于读数，钩码下沿和绳子末端在刻度尺上的位置最好取整数；
（3）多次测量的目的是进行一些必要的比较，利用不完全归纳法总结规律，而不是求平均值；
实验结论：使用同一滑轮组提升不同的重物时，重物越重，滑轮组的机械效率越大。
斜面机械效率的测量实验：
实验目的：探究斜面的机械效率
实验原理：
实验结论：斜面越陡机械效率越高，斜面越缓，机械效率越低。
杠杆机械效率的测量实验：
用如图所示的实验装置测量杠杆的机械效率，实验时，竖直向上匀速拉动弹簧测力计，使挂在较长杠杆下面的钩码缓缓上升．
（1）实验中，将杠杆拉至图中虚线位置，测力计的示数F为0.5N，钩码总重G为1.0N，钩码上升高度h为0.1m，测力计移动距离s为0.3m，则杠杆的机械效率为66.7%．请写出使用该杠杆做额外功的一个原因：由于使用杠杆时需要克服摩擦做功；
（2）为了进一步研究杠杆的机械效率与哪些因素有关，一位同学用该实验装置，先后将钩码挂在A、B两点，测量并计算得到下表所示的两组数据：
根据表中数据，能否得出“杠杆的机械效率与所挂钩码的重有关，钩码越重其效率越高”的结论？答：不能；
请简要说明两条理由：①两次实验时钩码没有挂在同一位置；②仅根据一次对比实验所得结论是不可靠的。
【典例12】（春•宣城期末）斜面是一种简单机械，生活中人们常常利用它来省力。小明同学想探究“斜面的机械效率与斜面的倾斜程度的关系”。于是他找来木块 A、长木板 B、三个高度不同的长方体C和一把弹簧测力计进行实验，实验装置如图所示。
（1）除上述器材外，小明要完成实验还需要的一种器材是 ；
（2）实验记录数据如下表，则第3次实验时斜面的机械效率为 ；
（3）分析比较上表中的实验数据，可得到的结论是：斜面越陡 。
【典例13】（春•蜀山区期末）小明同学用如图所示的实验装置测量杠杆的机械效率。
（1）实验中，使用该杠杆提升钩码做功时，其额外功主要来源是
（写出一条即可）。
（2）为了进一步研究杠杆的机械效率与哪些因素有关，小明同学用该实验装置，先后将钩码挂在A、B两点，测量得到如表所示的两组数据。
①请计算钩码挂在A点时杠杆的机械效率为 。
②根据表中数据，不能得出“杠杆的机械效率与所挂钩码的重力有关，钩码越重其效率越高”的实验结论。请简要说明两条理由：a. ；b. 。
【典例14】（春•道县期末）小泽和小阳同学在做“测滑轮组机械效率”的实验。
（1）他们分别设计了如图所示的甲和乙的滑轮组，二种实验方案中，较省力的是图 。
（2）根据下表数据，你认为他们最后选用了图 的滑轮组。
（3）分析表中数据发现，所提升的物体越重，滑轮组的机械效率越 。
（4）在安全、有效的前提下提高机械的效率，下面的方法可行的是 。
A．改进结构，使机械更合理更轻巧 B．一次能提升的货物分为几次提升
C．增大提升物体的高度
课堂巩固训练
一、选择题。
1．（春•南江县期末）如图所示的两个滑轮组，分别用拉力F甲和F乙将重为400N的物体G提升，若不计绳重及摩擦，每个滑轮的重均相同，在F甲和F乙作用下，绳子末端匀速移动相同距离，则此过程中（ ）
A．F甲和F乙做的有用功相等 B．F甲和F乙的大小相等
C．F甲和F乙做的总功相等 D．甲、乙滑轮组的机械效率相等
2．（•桂林模拟）如图所示，用平行于斜面的拉力F，将重为8N的物体沿斜面从底端匀速拉至顶端。若此时拉力F为5N．则斜面的机械效率为（ ）
A．60%B．70%C．80%D．90%
3．（秋•东台市期末）小明在探究影响滑轮组机械效率的因素时，猜想滑轮组机械效率与下列因素有关：①被提升的物体的重力；②物体被提升的高度；③动滑轮的重力；④承重绳子的段数。他用相同的滑轮设计了如图所示的两个滑轮组，将重物提升相同高度做对比实验来验证猜想，该实验验证的猜想是（ ）
A．①B．①②C．①②③D．①②③④
4．（ 2022•海安市一模）小明在“探究杠杆的机械效率与哪些因素有关”时，猜想A：可能与悬挂重物位置有关。猜想B：可能与物体的质量有关。为此设计了以下三个方案：
（1）在A处悬挂质量不同的钩码（2）在A、B两处悬挂质量不同的钩码
（3）在A、B两处悬挂质量相同的钩码。
下列说法正确的是（ ）
A．（1）方案能探究猜想AB．（2）方案能探究猜想B
C．（3）方案能探究猜想AD．（3）方案能探究猜想B
5．（春•洪江市期末）如图所示，甲、乙杠杆的质量和长度均相同，机械摩擦不计，分别使用甲、乙杠杆将物体A提升相同的高度，则在工作过程中，甲、乙杠杆的机械效率相比（ ）
A．甲的大B．乙的大C．一样大D．无法确定
6．（•如皋市模拟）小明用如图所示的实验装置研究“杠杆的机械效率”。实验时，将总重为G的钩码挂在铁质杠杆上A点，弹簧测力计作用于C点，现竖直向上匀速拉动弹簧测力计，杠杆的机械效率η1；若仅将弹簧测力计移动到B点，仍将钩码竖直向上匀速提升h的高度，杠杆的机械效率为η2，则（ ）
A．η2＝η1B．η2＜η1 C．η2＞η1 D．无法确定
7．（•荆州模拟）如图所示，有一斜面长为s、高为h，现用力F沿斜面将重力为G的物体从底端匀速拉到顶端，斜面的机械效率为η。则下列关于斜面对物体的摩擦力f的表达式中不正确的是（ ）
A．f＝ B．f＝ C．f＝F（1﹣η） D．f＝
二、填空题。
8．（•江西模拟）如图所示，不考虑摩擦，用竖直向上的力F匀速拉动均匀杠杆，使悬挂在O点的重为G的物体缓慢升高，此时杠杆的机械效率为η1；若将力F的作用点由C点向左移动到B点，仍将该物体缓慢升高相同高度时，杠杆的机械效率为η2，则η1 η2（选填“＞““＜“或“＝”）；在物体被提升的过程中，其重力势能 （选填“变大”“变小”或“不变”）。
9．（•皇姑区一模）如图，在斜面上将一个重5N的物体匀速拉到顶端。沿斜面向上的拉力为2N斜面长4m，高1m，斜面的机械效率为 ，物体所受的摩擦力为 N。
10．（ 2022•临川区模拟）如图所示的简单机械是由固定的斜面和滑轮组成的。若斜面的长L与斜面高h的比值为2，整个机械的效率为80%，则使用该机械将重物沿斜面缓慢拉上的过程中，作用力F与重物所受重力G的之比为 。
11．（•白银一模）小明所在的实验小组为“探究影响滑轮组的机械效率的因素”，组装了如图所示的实验装置。已知每个钩码重为0.5N，施加在绳子自由端的拉力为0.75N，不计绳重和摩擦，则动滑轮重为 N；若增加钩码的个数，则滑轮组的机械效率将
（选填“变大”、“变小”或“不变”）。
12．（春•曲阜市期末）如图所示，用相同的滑轮组装成甲、乙滑轮组，分别将同一重物在相等的时间内提升相同的高度，不计绳重和摩擦，则甲、乙的拉力之比为 甲、乙的机械效率之比 。
三、实验探究题。
13．（春•市北区期末）分别用a、b、c实验装置测滑轮组的机械效率，装置如图。用弹簧测力计竖直向上匀速拉绳子自由端。
（1）请将表格补充完整。
（2）第2次实验，有用功为 。第3次实验，总功为 。
（3）分析表中数据可知，第2次实验数据是图 所示的实验结果（填“a”、“b”或“c”）。
（4）比较1、3两次实验数据可知：使用同一滑轮组，所提升物体的 ，滑轮组的机械效率较高。
14．（秋•宝应县期中）用如图所示的实验装置测量杠杆的机械效率。
（1）实验时，弹簧测力计挂在D点，竖直向上匀速拉动弹簧测力计，使挂在杠杆下面的钩码缓缓上升。（不考虑摩擦）
①实验中，将两个相同的钩码悬挂在A点，匀速将杠杆拉至图中虚线位置，弹簧测力计示数为F，每个钩码的质量为m，钩码上升高度h，弹簧测力计移动距离s，则杠杆的机械效率η1＝ 。（用字母表示）②若将三个相同的钩码悬挂在A点匀速提高时，该杠杆的机械效率为η2，则η2 η1。（填“＜”“＝”或“＞”）
③将同一物体分别悬挂在A、B两点，匀速使物体提高相同高度时的机械效率分别为ηA和ηB，则ηA ηB。（填“＜”“＝”或“＞”）
（2）若将同一物体悬挂在A点，弹簧测力计分别挂在C点和D点时，竖直向上匀速使物体提高相同高度时的机械效率分别为ηC和ηD，则ηC ηD。（填“＜”、“＝”或“＞”）
15．（秋•启东市期末）小明用如图所示装置探究“斜面的机械效率”。实验前他有如下猜想：
A．斜面的机械效率可能与物体所受的摩擦力有关；
B．斜面的机械效率可能与斜面的倾斜程度有关。
（1）实验中，沿斜面拉动物体时，应使其做 运动。
（2）下表是小明探究过程中记录的两次对比实验数据：
①第2次实验时斜面的机械效率为 %；
②进行这两次对比实验是为了研究斜面机械效率与 的关系；
③第1次实验中，木块所受摩擦力为 N。
（3）小明进一步研究发现，将长50cm的木板搭成倾角不同的斜面，用弹簧测力计把重为5N的物块从斜面底端拉至顶端的过程中，额外功W额外与斜面的水平长度L（木板在水平面上的正投影长度）有如下关系：
①由表格中信息可知：W额外与L成 比；
②当斜面的水平长度L＝0.40m时，拉力做的总功为 J；
③若将木板平放在水平桌面上，水平匀速拉动木板上的物块时，弹簧测力计的示数为
N。
四、计算题。
16．（春•蚌埠期末）一轻质杠杆可绕O点转动，已知OA＝1.6m，OB＝0.4m，C为杠杆的中点，如图所示。现在杠杆B点挂一重为60N的物体，用始终竖直向上的力F作用在A点使杠杆在水平位置平衡。（不计摩擦）
（1）根据杠杆平衡条件，计算力F的大小；
（2）若杠杆自重G0＝10N且质量分布均匀，不改变F的方向，求竖直匀速提升时杠杆的机械效率。
17．（春•遵化市期末）如图所示，工地上起重机将重为1×104N的重物在10s内匀速提升了5m，若拉力F为4000N，求：
（1）起重机对重物做的功；
（2）起重机的机械效率。
（3）请写出一条提高该滑轮组机械效率的方法。
次数
钩码悬挂点
钩码总重G/N
钩码移动距离h/m
拉力F/N
测力计移动距离s/m
机械效率η/%
1
A点
1.5
0.10
0.7
0.30
71.4
2
B点
2.0
0.15
1.2
0.30
83.3
实验次数
斜面倾斜程度
木块重G/N
斜面高度h/m
沿斜面拉力F/N
木块沿斜面移动的距离s/m
斜面的机械效率η
1
较缓
5
0.2
3.3
0.5
60..6%
2
较陡
5
0.25
3.8
0.5
65.8%
3
最陡
5
0.3
4.2
0.5
次数
钩码悬挂点
钩码总重G/N
钩码移动距离h/m
拉力
F/N
测力计移动距离s/m
机械效率η/%
1
A点
1.5
0.10
0.7
0.30
2
B点
2.0
0.15
1.2
0.30
83.3
实验
次数
提升钩码重G/N
钩码上升
高度h/m
拉力
F/N
拉力上升
高度s/m
机械效率
η/%
1
1
0.1
0.5
0.3
66.7
2
2
0.2
0.9
0.6
74.1
3
3
0.45
1.2
1.35
83.3
物理量
次数
钩码总重G/N
钩码上升高度h/m
测力计示数F/N
测力计移动距离s/m
机械效率η
1
4
0.1
1.8
0.3

2
4
0.1
1.4
0.5
57%
3
6
0.1
2.4

83%
次数
物体
物重
G/N
拉升高度
h/cm
拉力
F/N
拉动距离s/cm
机械效率η/%
1
木块
6
10
1.20
100
50
2
小车
6
12
0.75
120
L/m
0.45
0.40
0.35
0.30
W额外/J
0.90
0.80
0.70
0.60