14.2專題14機械效率（2考點6考向）（原卷版）

專題14機械效率（講義）（原卷版）目錄考情分析TOC\o"13"\h\u 2知識建構(gòu) 2考點一機械效率 3夯基·必備基礎(chǔ)知識梳理 3提升·必考題型歸納 4考向01有用功、額外功和總功 4考向02機械效率的概念與比較 5考向03滑輪組的機械效率 6考向04斜面機械效率 7考向05杠桿機械效率 8考點二測量滑輪組的機械效率 10夯基·必備基礎(chǔ)知識梳理 10提升·必考題型歸納 11考向06測量滑輪組的機械效率 11

一、課標(biāo)考點分析考點內(nèi)容課標(biāo)要求命題預(yù)測有用功、額外功和總功（1）知道機械效率；（2）了解提高機械效率的意義和途徑；（3）測量某種簡單機械的機械效率《機械效率》是《簡單機械》中主要的內(nèi)容，也是進一步認識簡單機械的重要內(nèi)容，通過對機械效率的理解加深對人類使用的工具發(fā)展歷程。對機械效率的考查題型有：選擇題、填空題、實驗探究題和綜合計算題等。主要命題點有：認識有用功、額外功和總功；機械效率的概念及影響機械效率的因素；機械效率的簡單計算；常用簡單機械的機械效率和測量滑輪組的機械效率等機械效率及其比較滑輪組的機械效率斜面的機械效率杠桿的機械效率測量滑輪組的機械效率二、考情分析《機械效率》是力學(xué)的重點內(nèi)容，也是必考內(nèi)容。對機械效率的相關(guān)考題在中考試卷中所占分值一般在27分之間，選擇題和填空題分值一般在23分之間，實驗題和綜合計算題分值一般在47分之間。對本單元的考查，從出現(xiàn)概率看，主要有：機械效率的概念、影響機械效率的因素、機械效率的比較、滑輪組的機械效率及其相關(guān)計算、斜面的機械效率及其相關(guān)計算、測量滑輪組的機械效率等。

考點一機械效率一、有用功、額外功和總功1.有用功、額外功和總功(1)有用功：完成某項工作必須要做的功，叫做有用功，用W有表示。(2)額外功：不得不克服動滑輪本身所受的重力以及摩擦力等因素而多做一些功，這部分功叫做額外功，用表示W(wǎng)額。額外功是對人們沒有用但不得不做的功。(3)總功：有用功與額外功之和是總共做的功，叫做總功，用W總表示?？偣?、有用功和額外功之間的關(guān)系為W總=W有+W額。(4)總功、有用功、額外功的單位都是焦(J)。2.三種簡單機械的有用功、額外功和總功種類杠桿滑輪組斜面圖示有用功W有=GhW有=GhW有=Gh額外功若不計摩擦：W額=G桿·h桿若不計繩重及摩擦：W額=G動hW額=fl總功W總=FsW總=FsW總=Fl三者關(guān)系W總=W有+W額二、機械效率1.使用機械時額外功不可避免使用機械做功時，額外功是不可避免的。由于額外功是我們不需要的，它白白浪費能量，因此使用不同機械來對物體做功時，人們總是希望額外功越少越好，或者說有用功在總功中所占的比例越大越好。有用功占總功的比例反映了機械的一項性能，在物理學(xué)中用機械效率來表示這一性能。2.機械效率定義物理學(xué)中，將有用功跟總功的比值叫做機械效率，用η表示公式（機械效率是一個比值，它沒有單位，通常用百分數(shù)表示）物理意義機械效率越高，做的有用功占總功的比例就越大可變性機械效率不是固定不變的，機械效率反映的是機械在一次做功過程中有用功跟總功的比值，同一機械在不同的做功過程中，有用功不同，機械效率也會不同特點因為使用機械時，不可避免地要做額外功，故任何機械的機械效率都小于1,只有在理想情況下機械效率才為1注意機械效率的高低與是否省力、滑輪組繩子的繞法、物體被提升的高度及速度等無關(guān)3.功、功率和機械效率的比較物理量意義定義符號公式單位說明功做功，即能量的轉(zhuǎn)化力與物體在力的方向上移動距離的乘積WW=FsJ(1)功率大小由功和時間共同決定，單獨強調(diào)任何一方面都是錯誤的。(2)功率和機械效率是兩個不同的物理量，它們之間沒有直接關(guān)系功率表示物體做功的快慢功與做功時間之比PW機械效率反映機械做功性能的好壞有用功與總功之比η無4.機械效率的計算機械效率的表達式為，三種簡單機械的機械效率總結(jié)如下：裝置圖計算公式杠桿滑輪組豎直提升物體（1）已知拉力、物重及繩子段數(shù)時：（2）不計繩重及摩擦?xí)r：水平勻速拉動物體斜面（1）；（2）考向01有用功、額外功和總功【例1】如圖甲所示，用水平拉力F1=20N拉著重為500N的物體在水平路面上勻速移動1m的距離，如圖乙所示，用水平拉力F2=12.5N拉著同一物體在同一路面上也勻速移動1m的距離，求圖乙中使用動滑輪時的：（1）有用功；（2）總功；（3）機械效率?！咀兪?1】如圖所示，小明利用兩個傾角不同的斜面進行實驗，將同一木塊分別從兩斜面底端勻速拉至斜面頂端，下列說法正確的是（）。A．若斜面粗糙程度相同，拉力所做的額外功W甲額＝W乙額B．若斜面粗糙程度相同，拉力所做的額外功W甲額＞W(wǎng)乙額C．若甲、乙斜面光滑，則拉力F甲＞F乙D．若甲、乙斜面光滑，則拉力所做的總功W甲總＜W乙總【變式12】用同一滑輪組分別將物體M和N勻速提升相同的高度。不計繩重與摩擦，若提升M的過程滑輪組的機械效率較大。則提升M的（）。A．額外功較小B．和N的額外功相同C．有用功較小D．總功較小考向02機械效率的概念與比較功率和機械效率都是機械本身性能的重要參數(shù)，但它們是完全不同的物理量，表示機械完全不同的兩個方面.功率表示做功快慢，機械效率表示有用功占總功的比值。功率和機械效率都是機械本身性能的重要參數(shù)，但它們是完全不同的物理量，表示機械完全不同的兩個方面.功率表示做功快慢，機械效率表示有用功占總功的比值。當(dāng)不計繩重和摩擦?xí)r，機械效率，即同一滑輪組，其機械效率η與G物和G動有關(guān)，G動一定時,G物越大，η越大；G物一定時，G動越大，η越小?！纠?】關(guān)于功的原理和機械效率的說法正確的是（）。A．使用機械提升物體可以省功；B．提升同一物體，使用省力杠桿一定比用等臂杠桿的機械效率大；C．提升同一物體，使用動滑輪一定比用定滑輪的機械效率大；D．使用任何機械提升物體，機械效率都不可能達到100%【變式21】如圖所示，快遞小哥為了把較重的貨物裝入運輸車，用同樣的器材設(shè)計了甲、乙兩種方式提升貨物。若把同一貨物勻速提升到同一高度，忽略繩重和摩擦。下列分析正確的是（）。A．甲方式可以省力；B．乙方式不能改變力的方向；C．甲、乙兩種方式做的有用功相等；D．甲、乙兩種方式的機械效率相等【變式22】關(guān)于功率、機械效率的說法正確的是（）。A．功率大的機器做功一定多B．額外功占總功比值小的機器機械效率高C．做功多的機器機械效率一定高D．功率大的機器做功時間一定短【變式23】甲乙兩個滑輪組如圖所示，其中的每一個滑輪都相同，用它們分別將重物G1、G2提高相同的高度，不計滑輪組的摩擦，下列說法中錯誤的是（）。A．若G1=G2，拉力做的有用功相同；B．若G1=G2，拉力做的總功不相同；C．若G1=G2，甲的機械效率大于乙的機械效率；D．用甲乙其中的任何一個滑輪組提起不同的重物，機械效率不變考向03滑輪組的機械效率計算滑輪組機械效率的方法有三種：計算滑輪組機械效率的方法有三種：（1）分別求出W有、W總，運用公式計算；（2）已知繞繩方式，運用（或）計算；（3）對不計繩重及摩擦的豎直方向的滑輪組，運用公式直接計算?！纠?】在建筑工地，用如圖所示的滑輪組把建筑材料運送到高處。當(dāng)電動機用1000N的力拉鋼絲繩，使建筑材料在10s內(nèi)勻速上升1m的過程中，額外功為300J，g取10N/kg。則下列說法中正確的是（）。A．動滑輪重為300N；B．電動機對鋼絲繩做功的功率為100W；C．滑輪組的機械效率為70%；D．建筑材料的質(zhì)量為270kg【變式31】如圖所示，小華用滑輪組水平向左勻速拉動A物體，A物體5s內(nèi)移動了100cm，且A物體與水平地面的摩擦力大小為12N，已知滑輪組的機械效率為80%，則下列說法錯誤的是（）。A．拉力F大小為4NB．繩子自由端移動的速度為0.6m/sC．拉力F做功的功率為3WD．拉力F在5s內(nèi)對滑輪組做的額外功為3J【變式32】質(zhì)量為60kg的工人站在水平地面上，利用如圖滑輪組豎直向下拉動繩子自由端，將一質(zhì)量為80kg的重物A以0.2m/s的速度勻速上升1m，此時該滑輪組的機械效率為80%（g取10N/kg）。對此工作過程及裝置以下說法正確的是（）。A．動滑輪重為200N B．拉力F的功率為100WC．工人對繩的拉力做功1000J D．工人對地面的壓力為100N考向04斜面機械效率對于斜面，有W對于斜面，有W總=W有+W額=Gh+fs，故斜面的機械效率，在實際計算時可根據(jù)題中已知條件靈活選用公式?！纠?】如圖所示，斜面高為1m，長為4m，用沿斜面向上大小為75N的拉力F，將重為200N的木箱由斜面底端勻速緩慢拉到頂端，下列關(guān)于做功的判斷正確的是（）。A．木箱受到的重力做功的大小為800JB．拉力F對木箱做功的大小為300JC．木箱受到的合力做功的大小為125JD．木箱受到斜面的支持力做功的大小為200J【變式41】如圖所示，斜面與水平地面夾角為30°，某快遞員用500N的力，將重800N的貨物沿斜面勻速推上車廂，不考慮斜面形變，貨物所受摩擦力方向沿斜面向_____；斜面的機械效率為_____。不改變斜面與地面夾角和貨物質(zhì)量，采用_____的方法可以提高斜面的機械效率?！咀兪?2】如圖所示，斜面長，高。工人在6s內(nèi)將重的物體從底端沿斜面向上勻速拉到頂端，拉力是。此過程中工人做的有用功為______J，斜面的機械效率為_______?？枷?5杠桿機械效率杠桿機械效率的計算對于杠桿，不計摩擦?xí)r，有杠桿機械效率的計算對于杠桿，不計摩擦?xí)r，有W總=W有+W額=Gh+G桿h桿，其中，G桿為桿的重力，h桿為杠桿重心移動的距離。故杠桿的機械效率，在實際計算時可根據(jù)需要靈活選用簡便的公式?！纠?】如圖所示，一根質(zhì)地均勻的細木棒OC，OA=（1/4）OC，B為OC的中點。在C端用始終豎直向上的50N的拉力將掛在A點的重為180N的物體勻速提升0.1m。提升該物體做的有用功是J,總功是J,木棒的機械效率為(不計摩擦)?！咀兪?1】小明用如圖所示的實驗裝置研究“杠桿的機械效率”時，將總重為的鉤碼掛在鐵質(zhì)杠桿上，彈簧測力計作用于點，現(xiàn)豎直向上勻速拉動彈簧測力計，使杠桿從水平位置開始逐漸上升，帶動鉤碼上升的高度為，彈簧測力計的示數(shù)為，其移動的距離為（鉤碼重不變），則下列說法正確的是。A．此時杠桿的機械效率為；B．實驗過程中測力計拉力的力臂長短不變；C．若將鉤碼移動到點，測力計的示數(shù)將增大；D．若增加鉤碼的重力，重復(fù)實驗，則杠桿的機械效率不變【變式52】某實驗小組利用圖示裝置研究杠桿的機械效率，實驗的主要步驟如下：①用輕繩懸掛杠桿一端的D點作為支點，在A點用輕繩懸掛總重為G的鉤碼，在占點用輕繩豎直懸掛一個彈簧測力計，使杠桿保持水平；②豎直向上拉動彈簧測力計緩慢勻速上升(保持0點位置不變)，在此過程中彈簧測力計的讀數(shù)為F，利用刻度尺分別測出A、B兩點上升的高度為h1、h2?；卮鹣铝袉栴}：(1)杠桿機械效率的表達式為η=____________；(用已知或測量的物理量符號表示)(2)本次實驗中，若提升的鉤碼重一定，則影響杠桿機械效率的主要因素是:___________；(3)若只將鉤碼的懸掛點由A移至C，O、B位置不變，仍將鉤碼提升相同的高度，則杠桿的機械效率將_________(選填“變大”、“變小”或“不變”)?？键c二測量滑輪組的機械效率一、測量滑輪組的機械效率【實驗原理】【實驗設(shè)計】(1)組裝一個滑輪組，使用該滑輪組分別提起重力不同的物體，比較每次的機械效率；(2)換用較重的動滑輪，組裝和(1)相同的滑輪組，使用該滑輪組分別提起和(1)相同的重物，比較和(1)提起相同重物時的機械效率?！緦嶒炂鞑摹靠潭瘸?、鉤碼、彈簧測力計、滑輪、長約2m的細繩、鐵架臺等?！緦嶒炦^程】(1)用彈簧測力計測出鉤碼所受的重力G并填入表格；(2)按照圖甲組裝滑輪組，分別記下鉤碼和繩端的位置；(3)如圖乙所示，勻速緩慢拉動彈簧測力計，使鉤碼升高，從彈簧測力計上讀出拉力F的值，用刻度尺測出鉤碼上升的高度h和繩端移動的距離s，將這三個量填入表格中；(4)利用公式計算出有用功W有、總功W總、機械效率η并填入表格中；(5)改變鉤碼的數(shù)量，重復(fù)上面的實驗（多次實驗，消除偶然因素）；(6)換用較重的動滑輪組成滑輪組，重復(fù)(2)~(5)步，將實驗數(shù)據(jù)記入表格?！緦嶒灁?shù)據(jù)】實驗次數(shù)鉤碼所受的重力G/N提升高度h/m有用功W有/J拉力F/N繩端移動的距離s/m總功總J機械效率η11.50.20.30.70.60.4271%230.20.61.20.60.7283%34.50.20.91.70.61.0288%41.50.20.30.90.60.5456%530.20.61.40.60.8471%64.50.20.91.90.61.1479%【數(shù)據(jù)分析】(1)由1、2、3三次實驗可知，使用同一滑輪組，當(dāng)提升重為1.5N的鉤碼時，它的機械效率是71%；當(dāng)提升重為3N的鉤碼時，它的機械效率是83%；當(dāng)提升重為4.5N的鉤碼時，它的機械效率是88%；可見，同一機械在不同做功過程中使用，其機械效率不同.同一滑輪組，提升的物體越重，其機械效率越高。(2)由1、4(2、5或3、6)兩次實驗可知，使用兩個動滑輪重量不同的滑輪組提升相同的鉤碼升高相同高度，做的有用功相同，動滑輪較重的所做的額外功多，機械效率低?！緮?shù)據(jù)結(jié)論】(1)使用同一滑輪組提升重力不同的物體時，機械效率不同，被提升的物體越重，機械效率越高；(2)使用不同的滑輪組提升同一物體時，升高相同的高度，動滑輪較重的(或動滑輪多的)滑輪組的機械效率較低。2.影響滑輪組機械效率的主要因素與改進措施影響因素分析改進措施（提高效率）被提升物體的重力同一滑輪組，被提升物體的重力越大，做的有用功越多，機械效率越大在機械承受的范圍內(nèi)，盡可能增加被提升物體的重力動滑輪的自重有用功不變時，減小提升動滑輪時做的額外功，可提高機械效率改進滑輪結(jié)構(gòu)，減輕滑輪自重滑輪組自身部件的摩擦機械自身部件的摩擦力越大，機械效率越低對機械進行保養(yǎng)，保持良好的潤滑，減小摩擦考向06測量滑輪組的機械效率1．影響滑輪組機械效率的因素滑輪組是人們經(jīng)常使用的簡單機械，用同一滑輪組提升物體G升高h時，滑輪組對物體做的功為有用功，而人對滑輪組的拉力F做的功為總功，F(xiàn)移動的距離s=nh(n為與動滑輪相連繩子的段數(shù))，則滑輪組的機械效率1．影響滑輪組機械效率的因素滑輪組是人們經(jīng)常使用的簡單機械，用同一滑輪組提升物體G升高h時，滑輪組對物體做的功為有用功，而人對滑輪組的拉力F做的功為總功，F(xiàn)移動的距離s=nh(n為與動滑輪相連繩子的段數(shù))，則滑輪組的機械效率；若不計摩擦力，而動滑輪的重為G’，那么提升動滑輪做的功就是額外功，則滑輪組的機械效率還可表示為。討論這個表達式可知，對于同一滑輪組(G’一定)，提升重物越重，滑輪組的機械效率越高；而提升相同重物時，動滑輪越少、越輕的滑輪組，機械效率越高。2．提高滑輪組機械效率的方法(1)減小額外功在總功中占的比例?？刹扇「倪M機械結(jié)構(gòu)、減小摩擦阻力等方法。如可使滑輪組在滿載情況下工作，以增大有用功在總功中的比例，在滑輪的轉(zhuǎn)軸中加潤滑油，以減小摩擦阻力，或減小滑輪組中動滑輪的自重等，即在有用功一定的情況下，減小額外功，提高效率。(2)增大有用功在總功中所占的比例，在額外功不變的情況下，增大有用功的大小。(3)換用最簡單的機械?！纠?】以下方法不能提高滑輪組的機械效率的是（）。A.在滑輪的轉(zhuǎn)動軸中加潤滑油，以減小摩擦力B.減小動滑輪的自重C.盡量增大所提升物體的重力D.盡量使物體移動的距離增大【變式61】在“測量滑輪組的機械效率”的實驗中，實驗小組用如圖所示的裝置進行了實驗，實驗數(shù)