廣東省2022年中考物理總復(fù)習(xí)學(xué)案-第八講　第二課時(shí)　機(jī)械效率

第二課時(shí)機(jī)械效率考點(diǎn)、機(jī)械效率幾個(gè)基本概念：(1)有用功：為完成某項(xiàng)任務(wù)而必須要做的功，記為W有；(2)額外功：在完成某項(xiàng)任務(wù)的過程中，人們不想要又不得不做的功，記為W額；(3)總功：W總＝W有＋W額；(4)機(jī)械效率：η＝eq\f(W有,W總)。對(duì)機(jī)械效率的說明1.機(jī)械效率是描述機(jī)械做功性能好壞的物理量，機(jī)械效率的高低與機(jī)械是否省力、功率大小無關(guān)；2.機(jī)械效率通常用百分?jǐn)?shù)表示。由于額外功不可避免，所以η總是小于100%(理想狀態(tài)下η等于100%)?！纠?】已知一個(gè)鉤碼重為1N。(1)小明用手把它勻速提高2m，需要做的功是多少？請寫出計(jì)算過程。(2)小明用動(dòng)滑輪代替人手將鉤碼勻速提升2m(如圖)，不計(jì)摩擦和滑輪、繩子的重力，則拉力F大小為0.5N，拉力所做的功是2J。(3)實(shí)際測得拉力F的大小為0.7N，則實(shí)際需要做的功是多少？請寫出計(jì)算過程。(4)根據(jù)上述的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，用動(dòng)滑輪反而多做功，為什么？(5)求出此時(shí)動(dòng)滑輪的機(jī)械效率。(6)小明改變了掛在動(dòng)滑輪下方的鉤碼個(gè)數(shù)，重復(fù)實(shí)驗(yàn)，并且記錄數(shù)據(jù)如表所示，請你幫他完成表格。實(shí)驗(yàn)次數(shù)鉤碼重量G/N鉤碼上升高度h/mW有/J拉力F/N繩子自由端移動(dòng)距離s/mW總/J機(jī)械效率η1120.742221.243321.74(7)請分析怎樣提高此動(dòng)滑輪的機(jī)械效率？【思路分析】(1)需要做的功：W1＝Gh＝1N×2m＝2J(這個(gè)結(jié)果即是后面問題的有用功)；(2)F＝eq\f(G,2)＝eq\f(1N,2)＝0.5N，s＝2h＝2×2m＝4m，W2＝Fs＝0.5N×4m＝2J(這個(gè)結(jié)果也是后面問題的有用功，因?yàn)槔硐霠顟B(tài)下，W額＝0J)；(3)W3＝F′s＝0.7N×4m＝2.8J(這個(gè)結(jié)果即是后面問題的總功)；(4)因?yàn)榭朔啽旧淼闹亓突喤c轉(zhuǎn)軸之間的摩擦需要多做功(額外功產(chǎn)生的原因)；(5)η＝eq\f(W1,W3)＝eq\f(2J,2.8J)＝71.4%；(6)因?yàn)槿蔚哪康亩际前阎貫镚的鉤碼提起h的高度，所以三次W有都等于Gh，三次的有用功分別是2J、4J、6J。自由端上的拉力F所做的功都是總功，因?yàn)槔既把鉤碼提起h高度，同時(shí)克服了動(dòng)滑輪重和摩擦力做了額外功，三次的W總都等于Fs，所以三次的總共分別是2.8J、4.8J、6.8J。由此容易算得三次的機(jī)械效率η分別為71.4%、83.3%、88.2%。(7)減小動(dòng)滑輪的重，減小摩擦(這兩點(diǎn)是根據(jù)額外功產(chǎn)生的原因提出的)，增大掛在動(dòng)滑輪下方的鉤碼的重力(根據(jù)表格的數(shù)據(jù)歸納出的)?！纠?】(2020·深圳中考)如圖所示，湖面上有一艘小船，站在岸上的人通過滑輪用100N的力拉繩子的自由端，在10s內(nèi)小船向岸邊勻速移動(dòng)了5m，船在水平方向受到的阻力為160N。下列說法正確的是(D)A．人對(duì)船做的有用功為500J B．人做的總功為800JC．人做的有用功的功率為50W D．滑輪的機(jī)械效率為80%【例3】(2021·蘇州中考)如圖是工人師傅用滑輪組提升建筑材料的示意圖，在400N的拉力作用下，使質(zhì)量為70kg的建筑材料在10s的時(shí)間里，勻速豎直上升了2m。不計(jì)繩子重力和摩擦，g取10N/kg，求：(1)拉力的功率P；(2)滑輪組的機(jī)械效率η；(3)動(dòng)滑輪的重力G動(dòng)。【思路分析】(1)由題圖可知，動(dòng)滑輪上繩子的有效股數(shù)n＝2，繩子自由端移動(dòng)的距離：s＝2h＝2×2m＝4m拉力做的功：W總＝Fs＝400N×4m＝1600J拉力的功率：P＝eq\f(W總,t)＝eq\f(1600J,10s)＝160W(2)建筑材料的重力：G＝mg＝70kg×10N/kg＝700N有用功：W有＝Gh＝700N×2m＝1400J滑輪組的機(jī)械效率：η＝eq\f(W有,W總)＝eq\f(1400J,1600J)＝87.5%(3)不計(jì)繩子重力和摩擦，由F＝eq\f(1,2)(G＋G動(dòng))可得動(dòng)滑輪的重力：G動(dòng)＝2F－G＝2×400N－700N＝100N1.(2021·宜昌中考)下列有關(guān)機(jī)械做功、功率、機(jī)械效率的說法，正確的是(D)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2.甲升降機(jī)比乙升降機(jī)的機(jī)械效率高，它們分別把相同質(zhì)量的物體勻速提升相同的高度。兩者相比，甲升降機(jī)(A)A．做的總功較少 B．做的總功較多C．提升物體做的有用功較少 D．提升物體做的有用功較多3.(2021·樂山中考)如圖所示，在斜面上將一個(gè)重4.5N的物體勻速拉到高處，沿斜面向上的拉力為1.8N，斜面長s＝1.2m、高h(yuǎn)＝0.3m。把物體直接提升h所做的功作為有用功，則(C)A．有用功為1.35J，機(jī)械效率為75%B．有用功為2.16J，機(jī)械效率為62.5%C．有用功為1.35J，機(jī)械效率為62.5%D．有用功為1.35J，機(jī)械效率為100%4.(2020·黔西南州中考)如圖所示，工人們用同一滑輪組，根據(jù)需要有兩種方式來提起等重的建筑材料，若不計(jì)摩擦和繩重，則F1＜F2，機(jī)械效率ηA＝ηB。(均選填“＞”“＝”或“＜”)5.(2020·荊州中考)質(zhì)量為1.8t的小汽車陷入泥濘中，在大家都一籌莫展的時(shí)候，聰明的小紅很快想到了辦法，利用所學(xué)的滑輪組知識(shí)，帶領(lǐng)大家將小汽車順利拉出。如圖，若小汽車所受阻力為車重的0.2倍，滑輪組的機(jī)械效率為80%(g取10N/kg)。求：(1)小汽車所受阻力f；(2)繩子自由端拉力F1；(3)樹承受的拉力F2；(4)小汽車以0.1m/s的速度勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，拉力F1的功率。解：(1)小汽車所受阻力為車重的0.2倍，所以小汽車所受阻力：f＝0.2G＝0.2mg＝0.2×1.8×103kg×10N/kg＝3.6×103N(2)由圖可知滑輪組用以克服小汽車阻力的繩子股數(shù)n＝3。滑輪組的機(jī)械效率：η＝eq\f(W有,W總)＝eq\f(fs車,F1s繩)＝eq\f(fs車,F1×3s車)＝eq\f(f,3F1)則繩子自由端拉力：F1＝eq\f(f,3η)＝eq\f(3.6×103N,3×80%)＝1.5×103N(3)樹承受的拉力等于定滑輪上2股繩的拉力之和：F2＝2F1＝2×1.5×103N＝3×103N(4)小汽車以0.1m/s的速度勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，繩子自由端的運(yùn)動(dòng)速度v繩＝3×0.1m/s＝0.3m/s，拉力F1的功率：P＝eq\f(W,t)＝eq\f(F1s繩,t)＝F1v繩＝1.5×103N×0.3m/s＝450W6.(2021·深圳中考)深圳地鐵崗廈北綜合交通樞紐工程工地上，一線施工人員正在緊張忙碌，進(jìn)行架橋機(jī)箱梁吊裝等施工作業(yè)。(g取10N/kg)(1)圖2為圖1中起重機(jī)的簡圖，請畫出阻力F2的力臂l2；(2)圖3為架橋機(jī)的裝置圖，已知箱梁的質(zhì)量為5×105kg，體積為200m3，架橋機(jī)滑輪組總拉力為4×105N，自由端移動(dòng)距離為25m，將箱梁提升1m。求：①箱梁的密度；②架橋機(jī)在此過程中的有用功；③架橋機(jī)在此過程中的機(jī)械效率。解：(1)力臂是支點(diǎn)到力的作用線之間的距離；(2)①箱梁的密度：ρ＝eq\f(m,V)＝eq\f(5×105kg,200m3)＝2.5×103kg/m3②箱梁的重力：G＝mg＝5×105kg×10N/kg＝5×106N；架橋機(jī)在此過程中的有用功：W有＝Gh＝5×106N×1m＝5×106J③架橋機(jī)在此過程中的總功：W總＝Fs＝4×105N×25m＝1×107J架橋機(jī)在此過程中的機(jī)械效率：η＝eq\f(W有,W總)＝eq\f(5×106J,1×107J)＝50%。答案：(1)如圖所示(2)①2.5×103kg/m3②5×106J③50%測量滑輪組的機(jī)械效率實(shí)驗(yàn)名稱有關(guān)考點(diǎn)實(shí)驗(yàn)裝置測量滑輪組的機(jī)械效率1.實(shí)驗(yàn)原理：η＝eq\f(W有,W總)。2.需要測量的物理量：(1)所提升物體(鉤碼)的重力G。(2)鉤碼上升的高度h。(3)拉力(彈簧測力計(jì)的示數(shù))F。(4)繩端移動(dòng)的距離s(s＝nh)。3.必須在緩慢勻速拉動(dòng)彈簧測力計(jì)的過程中：讀取彈簧測力計(jì)的示數(shù)即拉力的大小。4.計(jì)算方法：W有＝Gh，W總＝Fs。5.實(shí)驗(yàn)結(jié)論。(1)同一個(gè)滑輪組，所提升的鉤碼越重，其機(jī)械效率就越高。(2)用不同的滑輪組提升相同的鉤碼時(shí)，動(dòng)滑輪越重(忽略摩擦和繩重)，其機(jī)械效率越低。實(shí)驗(yàn)器材：彈簧測力計(jì)、鉤碼、細(xì)繩、滑輪等【示范案例】小明所在的實(shí)驗(yàn)小組做“測量滑輪組的機(jī)械效率”的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示。(1)按照甲圖裝置實(shí)驗(yàn)，小明應(yīng)豎直向上勻速拉動(dòng)彈簧測力計(jì)，使鉤碼從A處升高到A′處。由圖可知拉力為0.8N，鉤碼上升的高度為5cm。(2)小明用圖甲滑輪組進(jìn)行了3次實(shí)驗(yàn)，如圖所示，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄如表。次數(shù)鉤碼重/N鉤碼上升距離/cm彈簧測力計(jì)示數(shù)/N彈簧測力計(jì)上升距離/cm機(jī)械效率12100.83083.8%24101.530？3610？3090.9%①第2次實(shí)驗(yàn)中滑輪組的機(jī)械效率為88.9%(結(jié)果保留一位小數(shù))。②根據(jù)第3組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，第3次實(shí)驗(yàn)中彈簧測力計(jì)的示數(shù)為2.2N(結(jié)果保留一位小數(shù))。③分析表格中的數(shù)據(jù)得出結(jié)論：同一滑輪組，提升的物體越重，滑輪組的機(jī)械效率越高。(3)小明又用如圖所示的兩種滑輪組進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)，記錄的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表：實(shí)驗(yàn)次數(shù)鉤碼重G/N鉤碼上升高度h/cm拉力F/N繩端移動(dòng)距離s/cm機(jī)械效率10.5100.43041.7%21.5100.83062.5%30.5100.54025.0%41.5100.74053.6%根據(jù)表中數(shù)據(jù)可以判斷出第1次實(shí)驗(yàn)所選擇的是乙(選填“乙”或“丙”)滑輪組。分析表格數(shù)據(jù)1和3(或2、4)(選填數(shù)字)可知：在所提升重物相同的條件下，滑輪組的動(dòng)滑輪越重，則其機(jī)械效率越小。(4)利用圖乙的裝置，把重4N的物體用2.5N的拉力勻速拉起，滑輪組的機(jī)械效率為53.3%，可見如果沒有刻度尺，只有測力計(jì)，也可以測量出滑輪組的機(jī)械效率。(5)小華實(shí)驗(yàn)小組也利用圖1、圖2、圖3所示的三種鉤碼進(jìn)行了三次實(shí)驗(yàn)，每次測得的機(jī)械效率均大于小明實(shí)驗(yàn)小組的測量值，則小華實(shí)驗(yàn)小組測量值偏大的原因可能是C。(填字母)A．測拉力時(shí)，彈簧測力計(jì)未調(diào)零，指針指在零刻度線下方B．彈簧測力計(jì)每次拉動(dòng)鉤碼時(shí)均加速上升C．所使用的動(dòng)滑輪的重力小于小明實(shí)驗(yàn)小組(6)在實(shí)驗(yàn)時(shí)，如果拉力方向與豎直方向有一定夾角，那么所測得的滑輪組的機(jī)械效率將會(huì)變小(選填“變大”“變小”或“不變”)。(7)機(jī)械效率是機(jī)械性能好壞的重要標(biāo)志。結(jié)合生產(chǎn)生活實(shí)際，分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，下列提高機(jī)械效率的措施不可行的是D(選填字母)A．增加所提物重B．減輕機(jī)械自重C．機(jī)械加潤滑油D．增加重物上升高度(8)實(shí)驗(yàn)表明：額外功越小，總功越接近有用功：進(jìn)一步推理得出：假設(shè)沒有額外功，總功等于有用功；可見使用任何機(jī)械都不省功。下列物理規(guī)律的得出運(yùn)用了這種研究方法的是B。A．焦耳定律 B．牛頓第一定律C．阿基米德原理 D．歐姆定律1.(2020·朝陽中考)在“測量滑輪組的機(jī)械效率”的實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)小組用如圖所示的裝置進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄如表所示，第三次實(shí)驗(yàn)時(shí)的拉力如圖所示。實(shí)驗(yàn)次數(shù)鉤碼所受的重力G/N鉤碼上升的高度h/cm拉力F/N繩自由端移動(dòng)的距離s/cm機(jī)械效率η12100.83083.3%24101.530②3610①30*(1)實(shí)驗(yàn)中應(yīng)豎直向上緩慢勻速拉動(dòng)彈簧測力計(jì)使鉤碼上升；(2)表格中編號(hào)①的數(shù)據(jù)應(yīng)為2.2；編號(hào)②的數(shù)據(jù)應(yīng)為88.9%；(3)比較實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)論是：使用同樣的滑輪組，提升的物體越重，滑輪組的機(jī)械效率越高；(4)如果在第一次實(shí)驗(yàn)時(shí)，忽略繩重和摩擦，可以計(jì)算出動(dòng)滑輪的重力為0.4N。2.(2019·眉山中考)為了探究斜面的機(jī)械效率與斜面傾斜程度之間的關(guān)系，探究小組的同學(xué)利用木板、刻度尺、彈簧測力計(jì)、木塊等器材設(shè)計(jì)了如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置。實(shí)驗(yàn)測得的數(shù)據(jù)如表：實(shí)驗(yàn)次數(shù)斜面傾斜程度木塊重力G/N斜面高度h/m沿斜面拉力F/N斜面長度s/m機(jī)械效率1較緩30.21.6137.5%2較陡30.31.813最陡30.42.0160%請你根據(jù)表中的數(shù)據(jù)解答下列問題：(1)實(shí)驗(yàn)中要求用沿斜面向上的力拉著木塊在斜面上做勻速直線運(yùn)動(dòng)，該過程中木塊的機(jī)械能變大(選填“變大”“不變”或“變小”)。(2)第2次實(shí)驗(yàn)中，斜面的機(jī)械效率為50%，斜面對(duì)木塊的摩擦力為0.9N。(3)斜面的機(jī)械效率與斜面的傾斜程度之間的關(guān)系是：其他條件相同時(shí)，斜面越陡機(jī)械效率越高。(4)試列舉出生活中利用斜面的一個(gè)實(shí)例：盤山公路。1.(2020·廣東中考)如圖所示，人向下拉繩提升重物，已知重物重400N，動(dòng)滑輪重60N，不計(jì)繩重及摩擦，將重物勻速提升0.5m，人需用的拉力為230N，繩子自由端移動(dòng)的距離為1m，人所做的有用功為200J。2.(2016·廣東中考)質(zhì)量為0.5kg的塑料桶裝滿水后總質(zhì)量為10kg，小明將其從地面勻速搬到高度為1m的桌面上，在豎直向上搬水的過程中所做的總功是100J，有用功是95J，機(jī)械效率是95%。(g取10N/kg)3.(2018·廣東中考)A、B兩種實(shí)心物體的質(zhì)量與體積的關(guān)系如圖1所示，把體積相等的A、B物體掛在滑輪組下，若要使它們處于靜止?fàn)顟B(tài)，則圖2的虛線框內(nèi)懸掛B物體的個(gè)數(shù)是(不計(jì)摩擦和滑輪的自重)(B)A．1個(gè)B．2個(gè)C．3個(gè)D．4個(gè)4.(2016·廣東中考)如圖所示，由不同物質(zhì)制成的甲和乙兩種實(shí)心球的體積相等，此時(shí)杠桿平衡(杠桿自重、托盤和細(xì)線的質(zhì)量忽略不計(jì))。則杠桿左右兩邊的力臂之比為2∶1，1個(gè)甲球和1個(gè)乙球的質(zhì)量之比為1∶3，甲球和乙球的密度之比為1∶3。5.(2020·廣東中考)如圖所示，用一根硬棒通過支點(diǎn)O撬起石塊，畫出石塊所受重力G的示意圖，以及力F的力臂l。答：6.(2019·廣東中考)如圖所示，拉桿式行李箱在拉力F的作用下靜止在斜坡上，請畫出行李箱受到的重力G的示意圖，以及拉力F對(duì)O點(diǎn)的力臂l。答：7.(2018·廣東中考)如圖所示，輕質(zhì)杠桿OA可繞O點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，請?jiān)趫D中畫出杠桿OA的動(dòng)力臂l。答：8.(2017·廣東中考)如圖所示，利用羊角錘撬起釘子，請你在羊角錘A點(diǎn)處畫出所能施加的最小動(dòng)力F1，并畫出阻力F2的阻力臂l2。答：9.(2021·廣東中考)桿秤是從我國古代沿用至今的稱量工具。如圖是小明制作的桿秤的示意圖。使用時(shí)，將待稱物體掛在秤鉤上，用手提起B(yǎng)或C(相當(dāng)于支點(diǎn))處的秤紐，移動(dòng)秤砣在秤桿上的位置D，使秤桿達(dá)到水平平衡時(shí)可讀出待稱物體的質(zhì)量。此秤最大稱量是10kg，秤砣最遠(yuǎn)可移至E點(diǎn)。秤桿和秤鉤的質(zhì)量忽略不計(jì)，AB、BC、BE的長度如圖所示(g取10N/kg)，求：(