中考物理专题《机械效率》高频考点归类例析

这是一份中考物理专题《机械效率》高频考点归类例析，共9页。试卷主要包含了杠杆的机械效率，滑轮组的机械效率，斜面的机械效率，组合机械的机械效率等内容，欢迎下载使用。
一、杠杆的机械效率
用杠杆提升物体时，提升物体所做的功为有用功，克服杠杆自重、支点与杠杆(转动轴)间的摩擦所做的功为额外功，动力所做的功为总功。
例1 用动力臂是阻力臂3倍的杠杆将600 N的货物抬高30 cm，手向下压杠杆的力是250 N，手下降的高度是 cm，人做的总功是 J，有用功是 J，该杠杆的机械效率是 。
解析:因动力臂是阻力臂的3倍，则动力作用点(手)移动的距离、是货物移动距离的3倍，故手下降的高度
。
人做的总功。
杠杆将货物抬高所做的有用功
。
杠杆的机械效率。
【点拨】杠杆中，动力臂是阻力臂的几倍，动力移动的距离就是阻力移动距离的几倍，即，。
例2 小明用图1所示的实验装置测量杠杆的机械效率。实验时竖直向上拉动杠杆，使挂在杠杆下。面的钩码缓慢上升。(支点和杠杆的摩擦不计)问:
(1)重为5 N的钩码挂在A点时，人的拉力F为4N。钩码上升0. 3 m时，动力作用点C上升0. 5 m，此时机械效率为多大?
(2)小明为了进一步研究杠杆的机械效率与哪些因素有关，仍用该实验装置，将钩码移到B点，再次缓慢提升杠杆使动力作用点C仍然上升0. 5 m，比较此时的机械效率与的
大小，并用学过的知识给予推导。
解析:(1)杠杆提升钩码所做的有用功
。
拉力F所做的总功
。
杠杆的机械效率
。
(2)将钩码移到B点，杠杆升高的高度不变，克服杠杆自重所做的额外功不变；此时钩码提升的高度减小，所做的有用减小；由杠杆的机械效率可知，杠杆的机械效率减小，故。
【点拨】判断机械效率的大小变化，应找出“三功”相关量中的变化量与不变量，由“三功”的变化情况分析确定机械效率的大小变化。
二、滑轮组的机械效率
1.提升类滑轮组
用滑轮组提升物体时，提升物体所做的功为有用功，克服动滑轮和绳的重力、摩擦所做的功为额外功，动力(拉力)所做的功为总功。
例3 甲、乙两个滑轮组如图2所示，其中每一个滑轮的质量都相同，用它们分别将重物、提高相同的高度，不计绳重和摩擦，下列说法正确的是( )
A.若=，则拉力做的总功相同
B.若=，则甲的机械效率大于乙的机械效率
C.若>，则拉力做的有用功相同
D.用甲、乙中任何一个滑轮组提起不同的重物，机械效率不变
解析:甲滑轮组中一个动滑轮，乙滑轮组中两个动滑轮，不计绳重和摩擦，提升高度相同，额外功，因，则；有用功，若=，则；由可知，拉力做的总功。
滑轮组的机械效率，若=，因、，故机械效率。
若>，提升高度相同，由可知，。
用同一滑轮组提起不同的重物，所做的额外功不变，有用功发生变化，有用功在总功中的比值发生变化，故机械效率变化，且机械效率随被提升物重的增加而升高。答案:B。
【点拨】(1)比较机械效率的大小时，应找出“三功”相关量中的相同量与不同量，由“三功”的大小分析确定机械效率的大小。
(2)比较两个滑轮组的机械效率大小，不计绳重和摩擦时，也可由滑轮组的机械效率分析，若=，因，故。
例4 图3所示的是工人利用滑轮组提升重为810 N的物体的示意图，某段过程中物体匀速上升的速度为0. 1 m/s，工人拉力F的功率为90 W，物体上升10 s拉力F克服滑轮组的摩擦做的功是60 J。求:
(1)工人拉绳子的速度;
(2)滑轮组的机械效率;
(3)滑轮组中的动滑轮的重力。
解析:(1)由图可知，承担物重的绳子段数，工人拉绳子的速度

(2)由可得，工人拉力
。
滑轮组的机械效率

(3)物体上升的高度
。
拉力所做的有用功

拉力所做的总功
。
提升动滑轮所做的额外功
。
由可得，动滑轮的重力为
。
【点拨】求拉力所做的总功，若已知拉方的功率，则可由t求得;若已知拉力，则可由求得。
例5 如图4所示，小丽用三个均重10 N的滑轮组成的滑轮组以速度1 m/s匀速起吊重为470 N的物体，物体上升5 m，不计绳重及一切摩擦，绳的拉力 N;滑轮组的机械效率刀 。

图 4 图5
解析:根据图5甲和平衡力知识可得
①
因定滑轮不省力，根据图5乙和平衡力知识可得
②
联立①②式可得
。
绳的拉力
。
因动滑轮省一半力，由图5甲可知，物体上升5 m时，右端处移动的距离为二；由由图5乙可知，处移动的距离为。
滑轮组的机械效率
。
【点拨】求提升类滑轮组的机械效率时，提升物体所做的功为有用功，;作用于绳末端的拉力所做的功为总功，绳末端即拉力作用点移动的距离可由滑轮组的动力与力移动距离的关系求得。
2.平拉类滑轮组
用滑轮组水平拉动物体时，拉力所做的有用功等于克服摩擦力所做的功，克服绳与滑轮之间的摩擦、滑轮的轮与轴之间的摩擦所做的功为额外功，拉力所做的功为总功。
例6 如图6所示，利用轻质滑轮组拉动重为的物体A在水平路面上匀速运动，拉力为，A移动的距离为，路面对A的摩擦力为。此过程中滑轮组( )
A.总功为
B.额外功为
C.机械效率为
D.额外功为
解析:物体在水平路面上做匀速直线运动，动滑轮对物体的拉力与地面对物体的摩擦力为一对平衡力，二力大小相等;用力拉滑轮的目的是为了水平拉动物体A，此时要克服物体与路面之间的摩擦力使物体移动，故克服路面对物体的摩擦力所做的功是有用功；由图可知，该滑轮组由段绳子承担物体的摩擦力，A移动的距离为，绳子末端移动的距离为，作用在绳子末端的拉力所做的功为总功，
机械效率。
额外功。
答案:D。
【点拨】使用滑轮组水平拉动物体时，克服摩擦力所做的功是有用功，而不是额外功。
例7 如图7所示，重为100 N的物体在大小为12 N的拉力作用下，在水平方向匀速移动了2m，弹簧测力计的示数为5 N，该滑轮的机械效率为 。(忽略绳子和动滑轮的重力)
解析:用拉力拉滑轮的目的是为了把物体向右拉，故克服地面对物体的摩擦力做的功为有用功，因知弹簧测力计的示数为5N，即绳子对物体的拉力，又因物体匀速运动，则，故有用功

由图可知，拉力移动的距离
。
利用滑轮做的总功
。
滑轮的机械效率
。
【点拨】本题中，拉力作用点移动的距离即动滑轮移动的距离为，绳子自由端(即挂物体端)移动的距离为，动滑轮有2段绳子承担地面对物体的摩擦力，故，。
三、斜面的机械效率
用斜面提升物体时，克服物体重力所做的功为有用功，克服摩擦力所做的功为额外功，动力(拉力或推力)所做的功为总功。
例8 往车上装重物时，常常用长木板搭个斜面，把重物沿斜面推上去。如图8所示，工人用3m长的斜面，把120 kg的重物匀速提高1 m，假设斜面很光滑，则需要施加的推力为 N；若实际用力为500N，斜面的机械效率为 ，重物受到的摩擦力为 N。 (g取10 N/kg)
解析:人对重物所做的有用功
。
斜面很光滑，重物与斜面之间无摩擦力，则不考虑额外功，此时推力所做的功等于人所做的有用功，即，故推力
。
实际用力为500 N时，人(推力)所做的总
。
斜面的机械效率
。
由可得，摩擦力
。
【点拨】斜面光滑，可忽略不计，；斜面粗糙，，
斜面的机械效率。
四、组合机械的机械效率
将不同的简单机械组合在一起使用，用组合机械提升物体，克服物体重力所做的功为有用功，克服被提升的机械装置的重力、机械部件间的摩擦所做的功为额外功，动力所做的功为总功。
例9 建筑工人要向楼上运送货物，为了省力，他在一个斜面上安装了一个滑轮组，做成如图9所示的机械装置，斜面的倾角为30º且固定在水平面上。工人用400 N的力拉绳子，重为500 N的货物沿斜面匀速向上运动6 m所用时间为20 s，求此过程中
(1)重物沿斜面匀速运动的速度的大小;
(2)工人提升重物做的有用功;
(3)该装置的机械效率。
解析:本题为斜面和滑轮组组成的组合机械，可将该组合机械视为一个整体，则组合机械的有用功为克服重物重力所做的功，总功为拉力所做的功。
(1)重物的速度
。
(2)重物上升的高度
。
提升重物所做的有用功
。
(3)人做的总功
。
该装置的机械效率
。
【点拨】不论是单个机械装置，还是多个机械组合装置，总功仍是动力所做的功，有用功仍是克服有用阻力所做的功。把多个机械组合装置作为一个整体，可视为单个机械装置处理，但机械效率并不是各单个机械的机械效率之和，即。
例10 如图10所示，在C点用方向始终与半径OC垂直、大小为的力缓慢转动轮轴时，细绳不断缠绕在轮轴之上，细绳通过滑轮组拉动A物体沿斜面匀速向上运动了2 m，力的传感器显示对A物体的拉力为450 N。(忽略轮轴摩擦)
(1)拉力所做的功是多少?
(2)若滑轮组的机械效率为75 %，绳对滑轮组的拉力是多少?
(3)若，则的大小为多少?
解析:本题为斜面、滑轮组和轮轴组成的组合机械，要弄清三个力之间的大小关系、滑轮组的有用功和总功。是由滑轮组提供的、使A物体沿斜面向上运动的拉力;对滑轮组而
言，所做的功是有用功，动滑轮由两段绳子承担，，移动的距离，所做的功是总功，，和分别为作用在轮轴上的力，是该装置的动力。
(1)拉力所做的功
。
(2)滑轮组的机械效率
。
绳对滑轮组的拉力
。
(3)根据杠杆的平衡条件
，
。