2020-2021学年第十二章 简单机械12.3 机械效率学案

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1、使用机械工作时，对人们有用的功，叫做_________，用________表示。
2、使用机械时对人们没有用，但又不得不做的功，称为________，用________表示。
3、________功与________功的总和叫总功，用表示，写成公式________+________。
4、________跟________的比值叫做机械效率，表达式是:＝________。因为________总小于________，所以机械效率总小于1。测定机械效率的实验原理是:________。
5、（2016•当涂县一模）某人用斜面装置将重为120N的物体匀速从斜面的底部拉到顶部，已知斜面长为5m，高是2m，拉力F=60N，则此人做的有用功为________，额外功为 ________。
6、杠杆是一种机械效率很高的简单机械。若用一根机械效率为90%的杠杆将一个36 kg的物体提升50 cm，则需要做的有用功为________J，总功为________J(g取10 N/kg)。
7、（2015•南充中考）如图所示，沿斜面向上拉一个重为4.5N的物体到斜面顶端，斜面长1.2m，高0.3m，拉力做功为2.16J，则这个斜面的机械效率是 %，物体受到的摩擦力是 N。
二、选择题
8、（2016春•广饶县期末）已知甲机器的机械效率是65%，乙机器的机械效率是80%，那么下列说法中正确的是（ ）
A．甲机器一定比乙机器省力
B．甲机器一定比乙机器省距离
C．甲机器做的有用功一定比乙机器多
D．以上说法都不对
9、（2015•衡阳中考）小明用两个相同的滑轮，组成不同的滑轮组如图所示，分别将同一物体匀速提高到相同高度，绳子的自由端移动的距离为s1、s2，图中左、右滑轮组的机械效率分别为η1、η2，下列关系正确的是（忽略绳重及摩擦）（ ）
A．s1＞s2，η1=η2 B．s1＞s2，η1＞η2
C．s1＜s2，η1=η2 D．s1＜s2，η1＞η2
10、用同一滑轮组分别把100 N和200 N的重物匀速提高5m，如果两种情况下的额外功相等，则( )
A．所做的总功相等 B．所做的有用功不相等
C．两次的机械效率相等 D．用于拉绳子的力两次相等
11、功率为10kW的起重机在一分钟内，将重的物体升高2m，水平移动4m，则下列数据错误的是（ ）
A．总功为 B．有用功为
C．总功为 D．机械效率为30%
12、图中剪刀剪纸机械效率为80%，这表示（ ）
A．若作用在剪刀的动力是1N，则阻力是0.8N
B．若作用在剪刀的阻力是1N，则动力是0.8N
C．若作用在剪刀的动力做功1J，则有0.2J 的功用于剪纸
D．若作用在剪刀的动力做功1J，则有0.8J 的功用于剪纸
三、实验与计算题
13、（2015•盘锦中考）在探究“滑轮组机械效率”时，小强利用两组滑轮组进行了4次测量，用一个动滑轮和一个定滑轮测得前3组数据，用两个动滑轮和两个定滑轮测得第4组数据，如下表：
（1）根据表中前3次实验数据，画出甲图中滑轮组的绕绳方法。
（2）在实验中，测量绳端拉力F时，应尽量 匀速向上拉动弹簧测力计，读出乙图中弹簧测力计的示数为 N，第3次实验时滑轮组的机械效率为 。
（3）由表中第 组数据可知，同一滑轮组的机械效率与物重有关。
（4）由表中第3、4组数据可知，同一滑轮组的机械效率与摩擦和 有关，请计算出第3组实验中克服摩擦所做的额外功 J。
14、如图所示，平行于斜面的拉力F将一块重10Ｎ的木块匀速拉上一个长为2m，高为0.5m的斜面，已知F 大小等于3N，求在这过程中，克服重力做了多少功？拉力F做了多少功？机械效率是多大？

15、用滑轮组匀速提升重为2000N的物体，作用在绳子自由端的拉力大小为625N，拉力做功的功率为1250W，滑轮组的机械效率为80%，不计摩擦与绳重，求：
(1)重物上升的速度；
(2本滑轮组用几段绳子悬挂动滑轮？
【答案与解析】
一、填空题
1、【答案】有用功
2、【答案】额外功
3、【答案】有用 额外
4、【答案】有用功 总功 有用功 总功
5、【答案】240J；60J
【解析】此人做的有用功：W有用=Gh=120N×2m=240J；
此人做的总功：W总=Fs=60N×5m=300J；
则额外功：W额=W总-W有用=300J-240J=60J；
故答案为：240J；60J。
6、【答案】180 200
【解析】，。
7、【答案】62.5 0.675
【解析】有用功：W有用=Gh=4.5N×0.3m=1.35J；总功：W总=2.16J，斜面的效率：；额外功：W额=W总-W有用=2.16J-1.35J=0.81J，因为W额=fs，所以摩擦力大小：。
二、选择题
8、【答案】D
【解析】机械效率是有用功与总功的比值，有用功占总功的比例越大，机械效率越高，乙机器的机械效率只能说明乙机器中有用功占总功的比例大，并不能说明甲机器一定比乙机器省力，一定比乙机器省距离，做的有用功一定比乙机器多；故选D。
9、【答案】C
【解析】忽略绳重及摩擦，使用滑轮组时的拉力F=（G物+G轮），左图承担物重的绳子股数n=2，右图承担物重的绳子股数n=3，而动滑轮重相同、提升的物体重相同，据此判断拉力大小关系；两图分别将同一物体匀速提高到相同高度，做的有用功相同；由s=nh可知，右图绳子自由端移动的距离大；由题知，忽略绳重及摩擦，所做的额外功为提升动滑轮做的功，由W额=G轮h可知，额外功相同，又因为总功等于有用功加上额外功，所以总功相同，所以可以得出两图的机械效率相同。
10、【答案】B
【解析】匀速提高物体时，有用功，因为物重不同，所以两次用于拉绳子的力以及有用功必然不相等。在额外功一定的情况下，有用功越多，则有用功在总功中所占的比例也越大，所以机械效率也不相同。
11、【答案】A
【解析】由起重机功率与时间相乘得到的功W，这是外界输入起重机的功，是总功：；由力与距离相乘得到的功，是起重机提升重物时对重物所做的功，提升重物是我们的目的，是我们想完成的功，此功是有用功，而水平移动过程时，起重机对重物并没有做功。所以。机械效率是有用功与总功的比值，弄清楚了有用功与总功的问题， 判断出D选项是正确的。
12、【答案】D
【解析】利用剪刀的目的是剪纸，所以剪纸做的功是有用功。由机械效率为80%知，如果动力做功1J，有0.8J是用于剪纸。
三、实验与计算题
13、【答案】（1）如下图所示；（2）竖直；1.6；66.7%；（3）1、2、3；（4）动滑轮重； 0.15
【解析】（1）由前4组实验数据知，s=3h，所以滑轮组由3段绳子承担物重，因此应从动滑轮绕起。
（2）实验中应沿竖直方向匀速拉动弹簧测力计，这样才能准确测出拉力的值；由图知，测力计的分度值为0.2N，所以其示数为1.6N；η=×100%=×100%=×100%≈66.7%。
（3）由表中第 1、2、3组数据可知，同一滑轮组的机械效率与物重有关。
（4）由表中第3、4组数据可知，物重相同，动滑轮重力不同，机械效率不同，由此可得；同一滑轮组的机械效率与摩擦和动滑轮重有关；根据表中第3组数据可知，有用功：W有=Gh=4N×0.1m=0.4J；克服动滑轮做的功：W动=G动h=0.5N×0.1m=0.05J；总功：W总=Fs=2N×0.3m=0.6J；则克服绳重及摩擦做的那部分额外功：W额=W总﹣W有﹣W动=0.6J﹣0.4J﹣0.05J=0.15J。
14、【答案】5J 6J 83.3%
【解析】本题是有关斜面机械效率的题目，解决这一类问题，首先要解决的是区分有用功、总功，即什么是人做事的目的，什么是人实际做的功。第一问克服重力做了多少功：W=FS=Gh=10N×0.5m=5J，而人的目的是把重物提升,这个数值是有用功的大小。第二问求拉力所做功，拉力F的大小已知，在拉力方向下移动的距离为2m，所以W=FS=3N×2m=6J，拉力F所做的功是总功。则。
15、【答案】 (1)重物上升的速度为0.5m/s。 (2) n=4。
【解析】本题是初中阶段机械效率和功率以及做功相结合的很难的题目，本题使用了公式变形推导，还使用了设未知物理量的解题方法。不论多难的题目，只要涉及到机械效率，就必须先搞清楚什么是有用功，什么是总功，（1）：总功W总是拉力F所做的功，即可以用FS求出，也可以由拉力做功的功率求出，在t时间内，则。而有用功则是克服物重所做的功，;而v为重物上升的速度，即我们要解答的问题， ，比较两个总功表达式，结合机械效率的公式；得到如下解题过程：
滑轮组的机械效率，
.
则：重物上升的速度为0.5m/s。
第2问的突破口是：如何确定悬挂动滑轮绳子的段数，本来最简单方法就是看图，数数有几根绳悬挂动滑轮即可，而本题连图都没有，显然不行。我们不要忘记在滑轮组题目中永远隐含的条件是物体升高的距离h与拉力F移动距离S之间满足S=nh,再考虑绳子自由端的移动和重物上升所用时间相同，就可以得到绳端，即拉力运动的速度
拉力做功的功率：，
绳端即拉力运动的速度：=2m/s。
绳端前进的速度是重物上升速度v的4倍，说明重物是被4根绳拉住。

实验
次数
物重
G物/N
动滑轮重
G动/N
钩码上升的
高度h/m
动力
F/N
动力作用点移动的距离s/m
滑轮组的机
械效率η/%
1
1
0.5
0.1
0.7
0.3
47.6
2
2
0.5
0.1
1.1
0.3
60.6
3
4
0.5
0.1
2
0.3
4
4
1
0.1
0.5
50.0