11-3 如何提高機(jī)械效率 分層作業(yè) 初中物理滬粵版九年級上冊（2023~2024學(xué)年）

第十一章機(jī)械功與及機(jī)械能11.3如何提高機(jī)械效率基礎(chǔ)達(dá)標(biāo)1.甲同學(xué)用水桶從井里提水，乙同學(xué)用繩把掉在井中的桶撈上來，水桶里帶了一些水，關(guān)于兩同學(xué)做有用功、額外功的說法正確的是()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．甲提水桶對桶做的功是額外功D．乙提水桶對桶做的功是額外功【答案】C【解析】甲同學(xué)的目的是提水，所以對水做的功是有用功，但是對桶又不得不做功，則對桶做的是額外功。乙同學(xué)的目的是提桶，所以對桶做的功是有用功，但是對水又不得不做功，則對水做的是額外功。故選C。2.以下說法錯誤的是()A．有用功有時候比額外功小B．有用功一定小于總功C．總功等于有用功與額外功之和D．額外功一定小于有用功【答案】D【解析】有用功可能大于、等于甚至小于額外功，故D說法錯誤。3.利用如圖所示的滑輪，在粗糙水平面上勻速拉動物體，下列敘述正確的是()A．克服物體重力做的功是有用功B．克服物體受地面摩擦力做的功是有用功C．繩子自由端的拉力F做的功是有用功D．克服物體受地面摩擦力做的功是額外功【答案】B【解析】使用滑輪水平方向拉物體時，根據(jù)我們的目的，克服物體受地面摩擦力做的功是有用功，拉力做的功為總功，克服繩子與滑輪之間摩擦力做的功為額外功。4.如圖所示，用豎直向上的力勻速拉動較長的杠桿，使重為36N的物體緩慢升高0.2m，拉力大小F＝16N，拉力移動的距離為0.5m。拉力所做的功為______J，有用功為______J，額外功為______J?！敬鸢浮?；7.2；0.8【解析】拉力所做的功是總功，W總＝Fs＝16N×0.5m＝8J，克服物體重力做的功是有用功，W有用＝Gh＝36N×0.2m＝7.2J，額外功W額外＝W總－W有用＝8J－7.2J＝0.8J。5.生產(chǎn)生活中常常會用到各種機(jī)械設(shè)備，下列說法中不正確的是()A．任何機(jī)械設(shè)備的效率總小于1B．減小機(jī)械內(nèi)部摩擦可以提高其效率C．提高機(jī)械設(shè)備的效率可以節(jié)能減排D．使用機(jī)械設(shè)備做功越快，其效率越高【答案】D【解析】機(jī)械效率是有用功與總功的比值，機(jī)械效率的大小與做功快慢無關(guān)，故D不正確。6.如圖所示，斜面長10m，高4m。用平行于斜面F＝50N的拉力，將重為100N的物體，從斜面的底端勻速拉到頂端。在此過程中，下列說法正確的是()A．利用此裝置既可以省力，也可以省功B．物體受到的摩擦力為50NC．對物體所做的有用功為500JD．該斜面的機(jī)械效率為80%【答案】D【解析】使用任何機(jī)械都不省功，故A錯誤；將物體從斜面底端勻速拉到頂端所做的有用功W有用＝Gh＝100N×4m＝400J，所做的總功W總＝Fs＝50N×10m＝500J，額外功W額外＝W總－W有用＝500J－400J＝100J，物體所受的摩擦力f＝eq\f(W額外,s)＝eq\f(100J,10m)＝10N，該斜面的機(jī)械效率η＝eq\f(W有用,W總)×100%＝eq\f(400J,500J)×100%＝80%，故D正確。7.如圖所示，用動滑輪提起重物。若重物重為900N，工人用F＝500N的拉力將重物沿豎直方向勻速提升了4m，則拉力所做的功為______J，此動滑輪的機(jī)械效率為______?！敬鸢浮?000；90%【解析】繩子自由端移動的距離為s繩＝2×4m＝8m，拉力所做的功W＝Fs＝500N×8m＝4000J，W有用＝Gh＝900N×4m＝3600J，動滑輪的機(jī)械效率η＝eq\f(W有用,W總)×100%＝eq\f(3600J,4000J)×100%＝90%。8.用如圖所示裝置測滑輪組的機(jī)械效率，已知物體重為5.4N，那么：(1)實驗時拉動彈簧測力計應(yīng)注意_________________。(2)若物體上升高度為10cm，彈簧測力計的示數(shù)如圖所示，則拉力做的功為_____J。(3)這時滑輪組的機(jī)械效率是________。(4)若增加提升物體的重力，則此滑輪組的機(jī)械效率將會__________?！敬鸢浮浚?）豎直向上勻速拉動（2）0.72（3）75%（4）增大【解析】(1)實驗時拉動彈簧測力計應(yīng)注意豎直向上勻速拉動，此時系統(tǒng)受到平衡力的作用，拉力大小才等于測力計示數(shù)。(2)如圖所示，彈簧測力計的示數(shù)為2.4N，即拉力為2.4N，繩子的有效股數(shù)為3，則拉力做的功W＝Fs＝F×nh＝2.4N×3×10×10-2m＝0.72J。(3)這時滑輪組的機(jī)械效率η＝eq\f(W有用,W總)×100%＝eq\f(Gh,W總)×100%＝eq\f(5.4N×10×10-2m,0.72J)×100%＝75%。(4)若僅增加物重，則增加了有用功，有用功在總功中所占的比例變大了，故機(jī)械效率會增大。9.下列有關(guān)機(jī)械做功、功率、機(jī)械效率的說法，正確的是()A．效率越高的機(jī)械，功率越大B．做功越多的機(jī)械，功率越大C．做有用功越多的機(jī)械，效率越高D．功率越大的機(jī)械，做功越快【答案】D【解析】機(jī)械做功快慢與機(jī)械效率沒有關(guān)系，故A錯誤；由P＝eq\f(W,t)可以看出，功率大小決定于做功多少和所用時間，做功較多，時間不確定，功率大小不能確定，故B錯誤；機(jī)械效率是有用功與總功的比值，有用功較多，總功不確定，機(jī)械效率不能確定，故C錯誤；功率描述的是物體做功的快慢，所以功率越大的物體，做功越快，故D正確。 素養(yǎng)提升 10.如圖所示，用兩滑輪采用不同的繞繩方法，將同一重物勻速提升相同的高度(不計繩重和摩擦)，下列說法中正確的是()A．F1＞F2，F(xiàn)1移動距離多B．F1＜F2，F(xiàn)2移動距離多C．F1所做的額外功多D．兩裝置的機(jī)械效率相同【答案】D【解析】不計繩重和摩擦滑輪組的機(jī)械效率與所提物重和滑輪重有關(guān)，與繩子的繞法無關(guān)，提升相同物體到相同的高度，所做的有用功與額外功相同，故兩裝置的機(jī)械效率相同，故D正確。11.如圖，用滑輪組幫助汽車脫困時，滑輪B的作用是______________；汽車被勻速拉動時，作用在繩子上的拉力F為1000N，滑輪組的機(jī)械效率為80%，則汽車受到的摩擦力為________N?！敬鸢浮扛淖兞Φ姆较?；1600【解析】滑輪B為定滑輪，定滑輪不能省力，只能改變力的方向；由滑輪組的機(jī)械效率η＝eq\f(W有用,W總)＝eq\f(fs,Fns)＝eq\f(f,nF)可得，汽車受到的摩擦力f＝nFη＝2×1000N×80%＝1600N。12.小喻用如圖所示的均勻杠桿OB將重為15N的貨物勻速提升0.1m。經(jīng)測量AB＝2m，OA＝0.4m，小喻所用拉力F＝4N，且方向始終豎直向上。(1)小喻做的有用功是多少？(2)小喻所用的杠桿的機(jī)械效率是多少？(3)若杠桿的重心處于OB的中點(diǎn)，忽略轉(zhuǎn)軸O處的摩擦，杠桿的自重是多少？【答案】（1）小喻做的有用功W有用＝Gh＝15N×0.1m＝1.5J。（2）拉力移動的距離s＝eq\f(OB,OA)×h＝eq\f(2m＋0.4m,0.4m)×0.1m＝0.6m，小喻做的總功W總＝Fs＝4N×0.6m＝2.4J，杠桿的機(jī)械效率η＝eq\f(W有用,W總)×100%＝eq\f(1.5J,2.4J)×100%＝62.5%。（3）若不計摩擦力，則只克服杠桿的重力做的額外功W額外＝W總－W有用＝2.4J－1.5J＝0.9J，杠桿重心上升的高度為h′＝eq\f(\f(1,2)OB,OA)×h＝eq\f(\f(1,2)×2.4m,0.4m)×0.1m＝0.3m，由于W額外＝G杠桿h′，因此杠桿的重力G杠桿＝eq\f(W額外,h′)＝eq\f(0.9J,0.3m)＝3N。13.如圖，一輛貨車勻速從山底A開到山頂B。貨車重為5.0×104N，發(fā)動機(jī)的功率50kW保持不變，山坡AB長2000m，高h(yuǎn)為300m，牽引力保持2.5×104N不變，不計空氣阻力。求：(1)貨車從山底開到山頂所做的有用功。(2)山坡的機(jī)械效率。(3)貨車在山坡上行駛時的摩擦力?！敬鸢浮浚?）貨車從山底開到山頂所做的有用功W有用＝Gh＝5.0×104N×300m＝1.5×107J。（2）貨車從山底開到山頂所做的總功W總＝Fs＝2.5×104N×2000m＝5×107J，山坡的機(jī)械效率η＝eq\f(W有用,W總)×100%＝eq\f(1.5×107J,5×107J)×100%＝30%。（3）貨車從山底開到山頂所做的額外功W額外＝W總－W有用＝5×107J－1.5×107J＝3.5×107J，由W額外＝fs可知，汽車在山坡上行駛時的摩擦力f＝eq\f(W額外,s)＝eq\f(3.5×107J,2000m)＝1.75×104N。【解析】在使用斜面做功的過程中，克服摩擦力所做的功是額外功，也是唯一的額外功。物體在斜面上所受摩擦力的計算：f＝eq\f(W額外,s)＝eq\f(W總－W有用,s)＝eq\f(Fs－Gh,s)。 培優(yōu)拓展 14.某?？萍夹〗M設(shè)計了如圖所示的一套從水中打撈物體的簡單滑輪組裝置，動滑輪的重力為50N，物體A的密度為1.5×103kg/m3，體積為0.04m3；通過滑輪組把A從水中勻速提升(A始終未露出水面)，不計繩重、摩擦及水的阻力，ρ水＝1×103kg/m3，g取10N/kg。求：(1)A浸沒在水中時所受的浮力。(2)A露出水面前，滑輪組的機(jī)械效率。(3)若人的重力為625N，與水平地面的接觸面積為500cm2，人對地面的壓強(qiáng)?！敬鸢浮浚?）A浸沒在水中，A排開水的體積與A的體積相等，所以V排＝V＝0.04m3，A浸沒在水中時所受的浮力F?。溅阉甮V排＝1×103kg/m3×10N/kg×0.04m3＝400N。（2）A的重力為G＝mg＝ρVg＝1.5×103kg/m3×0.04m3×10N/kg＝600N，A露出水面前，滑輪組的機(jī)械效率為η＝eq\f(W有用,W總)×100%＝eq\f((G－F浮)h,(G－F浮)h＋