专题14 机械效率（课件）-2024年中考物理一轮复习课件（全国通用）

这是一份专题14 机械效率（课件）-2024年中考物理一轮复习课件（全国通用），共32页。PPT课件主要包含了专题14，机械效率，考情分析，知识建构，知识梳理，题型归纳，夯基·基础知识梳理，简单机械中的功，提升·必考题型归纳等内容，欢迎下载使用。

二、考情分析《机械效率》是力学的重点内容，也是必考内容。对机械效率的相关考题在中考试卷中所占分值一般在2-7分之间，选择题和填空题分值一般在2-3分之间，实验题和综合计算题分值一般在4-7分之间。对本单元的考查，从出现概率看，主要有：机械效率的概念、影响机械效率的因素、机械效率的比较、滑轮组的机械效率及其相关计算、斜面的机械效率及其相关计算、测量滑轮组的机械效率等。
一、有用功、额外功和总功
1.有用功、额外功和总功
完成某项工作必须要做的功，叫做有用功，用W有表示
对人们没有用但不得不做的功，用W额表示
有用功与额外功之和是总共做的功，用W总表示
2.三种简单机械的有用功、额外功和总功
使用机械做功时，额外功是不可避免的。由于额外功是我们不需要的，它白白浪费能量，因此使用不同机械来对物体做功时，人们总是希望额外功越少越好，或者说有用功在总功中所占的比例越大越好。有用功占总功的比例反映了机械的一项性能，在物理学中用机械效率来表示这一性能。
1.使用机械时额外功不可避免
三种简单机械的机械效率总结如下：
考向01 有用功、额外功和总功
【例1】如图甲所示，用水平拉力F1=20N拉着重为500N的物体在水平路面上匀速移动1m的距离， 如图乙所示，用水平拉力F2=12.5N拉着同一物体在同一路面上也匀速移动1m的距离，求图乙中使用动滑轮时的：（1）有用功；（2）总功；（3）机械效率。
【变式1-1】如图所示，小明利用两个倾角不同的斜面进行实验，将同一木块分别从两斜面底端匀速拉至斜面顶端，下列说法正确的是（　）。A．若斜面粗糙程度相同，拉力所做的额外功W甲额＝W乙额B．若斜面粗糙程度相同，拉力所做的额外功W甲额＞W乙额C．若甲、乙斜面光滑，则拉力F甲＞F乙D．若甲、乙斜面光滑，则拉力所做的总功W甲总＜W乙总
【变式1-2】用同一滑轮组分别将物体M和N匀速提升相同的高度。不计绳重与摩擦，若提升M的过程滑轮组的机械效率较大。则提升M的（ ）。A．额外功较小 B．和N的额外功相同 C．有用功较小 D．总功较小
考向02 机械效率的概念与比较
功率和机械效率都是机械本身性能的重要参数，但它们是完全不同的物理量，表示机械完全不同的两个方面.功率表示做功快慢，机械效率表示有用功占总功的比值。当不计绳重和摩擦时，机械效率 ，即同一滑轮组，其机械效率η与G物和G动有关，G动一定时,G物越大，η越大；G物一定时，G动越大，η越小。
【例2】关于功的原理和机械效率的说法正确的是（　　）。A．使用机械提升物体可以省功；B．提升同一物体，使用省力杠杆一定比用等臂杠杆的机械效率大；C．提升同一物体，使用动滑轮一定比用定滑轮的机械效率大；D．使用任何机械提升物体，机械效率都不可能达到100%
【变式2-1】如图所示，快递小哥为了把较重的货物装入运输车，用同样的器材设计了甲、乙两种方式提升货物。若把同一货物匀速提升到同一高度，忽略绳重和摩擦。下列分析正确的是（　）。A．甲方式可以省力；B．乙方式不能改变力的方向；C．甲、乙两种方式做的有用功相等；D．甲、乙两种方式的机械效率相等
使用任何一个机械提升物体时，不可避免的会做额外功
通过影响滑轮组机械效率的因素即可判断
【变式2-2】关于功率、机械效率的说法正确的是（　　）。A．功率大的机器做功一定多B．额外功占总功比值小的机器机械效率高C．做功多的机器机械效率一定高D．功率大的机器做功时间一定短
【变式2-3】甲乙两个滑轮组如图所示，其中的每一个滑轮都相同，用它们分别将重物G1、G2提高相同的高度，不计滑轮组的摩擦，下列说法中错误的是（　　）。A．若G1=G2，拉力做的有用功相同；B．若G1=G2，拉力做的总功不相同；C．若G1=G2，甲的机械效率大于乙的机械效率；D．用甲乙其中的任何一个滑轮组提起不同的重物，机械效率不变
比较甲乙两图相同点和不同点
考向03 滑轮组的机械效率
计算滑轮组机械效率的方法有三种：（1）分别求出W有、W总，运用公式 计算；（2）已知绕绳方式，运用 （或） 计算；（3）对不计绳重及摩擦的竖直方向的滑轮组，运用公式 直接计算。
【例3】在建筑工地，用如图所示的滑轮组把建筑材料运送到高处。当电动机用1000N的力拉钢丝绳，使建筑材料在10s内匀速上升1m的过程中，额外功为300J，g取10N/kg。则下列说法中正确的是（　　）。A．动滑轮重为300N；B．电动机对钢丝绳做功的功率为100W；C．滑轮组的机械效率为70%；D．建筑材料的质量为270kg
【变式3-1】如图所示，小华用滑轮组水平向左匀速拉动A物体，A物体5s内移动了100cm，且A物体与水平地面的摩擦力大小为12N，已知滑轮组的机械效率为80%，则下列说法错误的是（　　）。A．拉力F大小为4NB．绳子自由端移动的速度为0.6m/sC．拉力F做功的功率为3WD．拉力F在5s内对滑轮组做的额外功为3J
【变式3-2】质量为60kg的工人站在水平地面上，利用如图滑轮组竖直向下拉动绳子自由端，将一质量为80kg的重物A以0.2m/s的速度匀速上升1m，此时该滑轮组的机械效率为80%（g取10N/kg）。对此工作过程及装置以下说法正确的是（　　）。A．动滑轮重为200NB．拉力F的功率为100WC．工人对绳的拉力做功1000JD．工人对地面的压力为100N
用机械效率定义式即可计算
考向04 斜面机械效率
对于斜面，有W总=W有+W额=Gh+fs，故斜面的机械效率 ，在实际计算时可根据题中已知条件灵活选用公式。
【例4】如图所示，斜面高为1m，长为4m，用沿斜面向上大小为75N的拉力F，将重为200N的木箱由斜面底端匀速缓慢拉到顶端，下列关于做功的判断正确的是（　　）。A．木箱受到的重力做功的大小为800JB．拉力F对木箱做功的大小为300JC．木箱受到的合力做功的大小为125JD．木箱受到斜面的支持力做功的大小为200J
【变式4-1】如图所示，斜面与水平地面夹角为30°，某快递员用500N的力，将重800N的货物沿斜面匀速推上车厢，不考虑斜面形变，货物所受摩擦力方向沿斜面向 _____；斜面的机械效率为 _____。不改变斜面与地面夹角和货物质量，采用 的方法可以提高斜面的机械效率。
【变式4-2】如图所示，斜面长3m，高0.6m。工人在6s内将重600N的物体从底端沿斜面向上匀速拉到顶端，拉力是150N。此过程中工人做的有用功为______J，斜面的机械效率为_______。
考向05 杠杆机械效率
杠杆机械效率的计算对于杠杆，不计摩擦时，有W总=W有+W额=Gh+G杆h杆，其中，G杆为杆的重力，h杆为杠杆重心移动的距离。故杠杆的机械效率 ，在实际计算时可根据需要灵活选用简便的公式。
【例5】如图所示，一根质地均匀的细木棒OC，OA=（1/4）OC，B为OC的中点。在C端用始终竖直向上的50N的拉力将挂在A点的重为180N的物体匀速提升0.1m。提升该物体做的有用功是 J,总功是 J,木棒的机械效率为 (不计摩擦)。
【变式5-1】小明用如图所示的实验装置研究“杠杆的机械效率”时，将总重为G=100N的钩码挂在铁质杠杆上，弹簧测力计作用于P点，现竖直向上匀速拉动弹簧测力计，使杠杆从水平位置开始逐渐上升，带动钩码上升的高度为h=0.2m，弹簧测力计的示数为F=50N，其移动的距离为s=0.5m（钩码重不变），则下列说法正确的是( )。A．此时杠杆的机械效率η为60%；B．实验过程中测力计拉力的力臂长短不变；C．若将钩码移动到Q点，测力计的示数将增大；D．若增加钩码的重力，重复实验，则杠杆的机械效率不变
【变式5-2】某实验小组利用图示装置研究杠杆的机械效率，实验的主要步骤如下：①用轻绳悬挂杠杆一端的D点作为支点，在A点用轻绳悬挂总重为G的钩码，在占点用轻绳竖直悬挂一个弹簧测力计，使杠杆保持水平；②竖直向上拉动弹簧测力计缓慢匀速上升(保持0点位置不变)，在此过程中弹簧测力计的读数为F，利用刻度尺分别测出A、B两点上升的高度为h1、h2。回答下列问题：(1)杠杆机械效率的表达式为η=____________；(用已知或测量的物理量符号表示)(2)本次实验中，若提升的钩码重一定，则影响杠杆机械效率的主要因素是:___________；(3)若只将钩码的悬挂点由A移至C，O、B位置不变，仍将钩码提升相同的高度，则杠杆的机械效率将_________(选填“变大”、“变小”或“不变”)。
【实验设计】(1)组装一个滑轮组，使用该滑轮组分别提起重力不同的物体，比较每次的机械效率；(2)换用较重的动滑轮，组装和(1)相同的滑轮组，使用该滑轮组分别提起和(1)相同的重物，比较和(1)提起相同重物时的机械效率。
【实验器材】刻度尺、钩码、弹簧测力计、滑轮、长约2m的细绳、铁架台等。
【实验过程】(1)用弹簧测力计测出钩码所受的重力G并填入表格；(2)按照图甲组装滑轮组，分别记下钩码和绳端的位置；(3)如图乙所示，匀速缓慢拉动弹簧测力计，使钩码升高，从弹簧测力计上读出拉力F的值，用刻度尺测出钩码上升的高度h和绳端移动的距离s，将这三个量填入表格中；(4)利用公式计算出有用功W有、总功W总、机械效率η并填入表格中；(5)改变钩码的数量，重复上面的实验（多次实验，消除偶然因素）；(6)换用较重的动滑轮组成滑轮组，重复(2)~(5)步，将实验数据记入表格。
【数据分析】(1)由1、2、3三次实验可知，使用同一滑轮组，当提升重为1.5N的钩码时，它的机械效率是71%；当提升重为3N的钩码时，它的机械效率是83%；当提升重为4.5N的钩码时，它的机械效率是88%；可见，同一机械在不同做功过程中使用，其机械效率不同.同一滑轮组，提升的物体越重，其机械效率越高。(2)由1、4(2、5或3、6)两次实验可知，使用两个动滑轮重量不同的滑轮组提升相同的钩码升高相同高度，做的有用功相同，动滑轮较重的所做的额外功多，机械效率低。
【数据结论】(1)使用同一滑轮组提升重力不同的物体时，机械效率不同，被提升的物体越重，机械效率越高；(2)使用不同的滑轮组提升同一物体时，升高相同的高度，动滑轮较重的(或动滑轮多的)滑轮组的机械效率较低。
2.影响滑轮组机械效率的主要因素与改进措施
考向06 测量滑轮组机械效率
1．影响滑轮组机械效率的因素滑轮组是人们经常使用的简单机械，用同一滑轮组提升物体G升高h时，滑轮组对物体做的功为有用功，而人对滑轮组的拉力F做的功为总功，F移动的距离s=nh(n为与动滑轮相连绳子的段数)，则滑轮组的机械效率若不计摩擦力，而动滑轮的重为G’，那么提升动滑轮做的功就是额外功，则滑轮组的机械效率还可表示为 讨论这个表达式可知，对于同一滑轮组(G’一定)，提升重物越重，滑轮组的机械效率越高；而提升相同重物时，动滑轮越少、越轻的滑轮组，机械效率越高。2．提高滑轮组机械效率的方法(1)减小额外功在总功中占的比例。可采取改进机械结构、减小摩擦阻力等方法。如可使滑轮组在满载情况下工作，以增大有用功在总功中的比例，在滑轮的转轴中加润滑油，以减小摩擦阻力，或减小滑轮组中动滑轮的自重等，即在有用功一定的情况下，减小额外功，提高效率。(2)增大有用功在总功中所占的比例，在额外功不变的情况下，增大有用功的大小。(3)换用最简单的机械。
【例6】以下方法不能提高滑轮组的机械效率的是（ ）。A.在滑轮的转动轴中加润滑油，以减小摩擦力B.减小动滑轮的自重C.尽量增大所提升物体的重力D.尽量使物体移动的距离增大
【变式6-1】在“测量滑轮组的机械效率”的实验中，实验小组用如图所示的装置进行了实验，实验数据记录如表所示，第三次实验时的拉力如图所示。（1）实验中应竖直向上___________拉动弹簧测力计使钩码上升；（2）表格中编号①的数据应为___________；编号②的数据应为___________；（3）比较实验数据可得出的实验结论是：使用同样的滑轮组，提升的物体越重，滑轮组的机械效率越___________；（4）如果在第一次实验时，忽略绳重和摩擦，可以计算出动滑轮的重力为___________N；（5）结合生产生活实际，用滑轮组提升重物时，下列选项中也可提高机械效率的是________。A．增大绳重B．减轻动滑轮重C．加快物体提升的速度
【变式6-2】用图甲滑轮组做“探究动滑轮的重对滑轮组机械效率的影响”实验。实验中把不同的磁铁吸附在动滑轮边框上以改变滑轮的重，每次实验都匀速拉动绳端使物体上升10cm。不计绳重，实验数据如表。（1）每次实验绳端移动距离为______cm；（2）第2次实验中拉力F的示数如图乙，读数为______N，第2次实验滑轮组的机械效率为______%。分析数据可知：在物重不变的情况下，动滑轮越重滑轮组的机械效率越______；（3）实验中若仅增大绳端移动的距离，则滑轮组的机械效率将______；（4）本实验中，在物重不变的情况下，动滑轮变重时，由摩擦引起的额外功占总额外功的比例______（选填“变大”“变小”或“不变”）。