重難點18機(jī)械效率

專項三力學(xué)重難點18機(jī)械效率【重點知識梳理】18.1機(jī)械效率的定義與計算公式1.有用功：為達(dá)目的，必須要做的功。符號：W有，單位：焦耳（J）。2.額外功：使用機(jī)械時，克服機(jī)械自重與摩擦等多做的功。符號：W額，單位：焦耳（J）。3.總功：有用功與額外功之和。即：W總=W有+W額。符號：W總，單位：焦耳（J）。注意：額外功不等于無用功。額外功是不得不做的功。因為使用機(jī)械時，必須克服機(jī)械自身的重力、摩擦力等而做功。但是無用功是不需要做的，與完成有用功無任何關(guān)系的。4.機(jī)械效率：有用功與總功的比值。通常用百分?jǐn)?shù)表示。符號：η。公式：η=×100%。變形公式：W有=ηW總；W總=。η一定小于100%！18.2滑輪組的機(jī)械效率的計算滑輪組的機(jī)械效率計算主要公式所求物理量滑輪組豎直提升重物滑輪組水平拖動重物有用功（W有）W有=G物h（G物物體的重力；h物體上升的高度）W有=fs(f物體與地面的摩擦力；S物體移動的距離)總功（W總）W總=Fs(F拉力；S拉力移動的距離)W總=Fs拉(F拉力；S拉拉力移動的距離)功率PP=FV(V速度，單位：m/s)機(jī)械效率η=×100%=×100%=×100%η=×100%=×100%18.3測量滑輪組豎直提升重物時的機(jī)械效率1.探究影響滑輪組效率的實驗中：要勻速豎直地拉動繩子。因為這樣彈簧測力計的示數(shù)才等于拉力。2.結(jié)論：同一滑輪組，提起的重物越重，機(jī)械效率越高；提起相同的重物，滑輪組越簡單，動滑輪重越小，機(jī)械效率越高。18.4斜面的機(jī)械效率1.斜面：一個與水平面成一定夾角的傾斜平面。若不考慮摩擦，斜面長是斜面高的幾倍，拉力或推力就是物體所受重力的幾分之一，即：F=。2.在斜面上勻速拉動物體時：W總=FL（F=+f）；W有=Gh；η=×100%；斜面對物體的摩擦力：f=F?！倦y點知識突破】18.1滑輪組的機(jī)械效率計算滑輪組的機(jī)械效率，首先要分析清楚各量具體是什么，特別要區(qū)分清楚是物體的，還是拉力的！其次，準(zhǔn)確數(shù)出（算出）繩子提起重物的股數(shù)。第三，注意單位的統(tǒng)一?！纠}分析】【例1】（2021天津）利用圖所示的滑輪組先后勻速提升重為200N和150N的物體。已知提升200N的物體時，繩子自由端的拉力為125N，拉力的功率為125W。若兩次物體上升的速度相同，不計摩擦和繩重，則提升重為150N的物體時（）A．機(jī)械效率為80% B．機(jī)械效率為75%C．拉力的功率為50W D．拉力的功率為100W【答案】BD【解析】由圖n=2，動滑輪自重為:G動=2F1G1=2×125N200N=50N，繩自由端速度為:v===1m/s，提150N物體時，機(jī)械效率為：η=×100%=×100%=×100%=×100%=75%。拉力為：F2===100N，功率為P2=F2V=100N×1m/s=100W。所以AC錯，BD正確。選BD?！眷柟叹毩?xí)】1．（2021重慶）如圖所示的滑輪組，500N的拉力F在10s內(nèi)將重800N的箱子勻速提升了2m，不計繩重及摩擦，下列說法正確的是（）A．定滑輪的作用是省力B．滑輪組機(jī)械效率為80%C．動滑輪的重力為100ND．拉力F的功率為100W【答案】B【解析】A．定滑輪既不省力也不費力，只能改變力的方向，A錯。B．有用功為克服物體重力做的功，所以有用功為：W有=G物h=800N×2m=1600J，連接動滑輪的繩子有兩股，物體上升2m，因此繩子自由端移動的距離為4m。拉力做的總功為：W總=Fs=500N×4m=2000J，因此機(jī)械效率為：η=×100%=×100%=80%,B正確。C．對動滑輪和物體做受力分析，向上受到兩股繩子拉力，向下受到動滑輪和物體的總重力，因此有：G動+G物=2F，帶入數(shù)據(jù)得：G動=2FG物=2×500N800N=200N,C錯。D．拉力的功率：P===200W，D錯。選B。2．（2021云南）如圖甲所示，用動滑輪將正方體物塊從裝有水的容器底部緩慢勻速提起，拉力F隨提升高度h變化的關(guān)系如圖乙所示。物塊完全離開水面后，動滑輪的機(jī)械效率為87.5%，繩重和摩擦忽略不計，下列選項正確的是（）A．物塊的邊長為0.6mB．動滑輪重為300NC．提升物塊完全離開水面前，動滑輪的機(jī)械效率大于87.5%D．將物塊提升至上表面與水面相平的過程中拉力F做的功為1650J【答案】D【解析】A．由圖，0.6m開始出水，1.1m完全出水，所以物塊邊長為0.5m，A錯。B．物塊完全離開水面后，拉力2000N，動滑輪的機(jī)械效率為:η=×100%=×100%=×100%=×100%=×100%=87.5%。解得G=3500N，動滑輪重為:G1=2FG=2×2000N3500N=500N,B錯。C．提升物塊完全離開水面前，因為存在浮力，所以對物體的實際拉力小于重力，所以機(jī)械效率小于87.5%，C錯。D．將物塊提升至上表面與水面相平的過程中拉力F做的功為:W=2F1h1=2×1375N×0.6m=1650J,D正確。選D。3．（2021衡陽）（多選）如圖所示，一位同學(xué)用滑輪組拉著重的物體A，使它內(nèi)在水平面上勻速前進(jìn)，水平拉力，若與地面的摩擦力是物重的0.2倍，下列說法正確的是（）A．他做的總功是 B．他做的有用功是C．拉力做功的功率是 D．該滑輪組的機(jī)械效率是【答案】AD【詳解】A．滑輪組的動滑輪繞2段繩，繩子自由端移動的距離:s=2s物=2×1m=2m，總功W總=Fs=75N×2m=150J,A正確。B．摩擦力f=0.2G=0.2×450N=90N，他做的有用功W有=fs物=90N×1m=90J,B錯。C．拉力做功的功率P===30W，C錯。D．該滑輪組的機(jī)械效率：η==×100%=60%。D正確。選AD。4.（2021成都）（多選）工人用如圖所示裝置把重為1000N的物體，從斜面底部勻速拉到2m高的平臺上（斜面與水平地面的夾角為30°），用時20s。工人對繩子的拉力為400N，動滑輪重為20N，不考慮繩重和滑輪轉(zhuǎn)軸的摩擦，下列計算結(jié)果正確的是（）A．繩子對物體的拉力為780N B．繩子對物體做的功為4000J C．工人做功的功率為100W D．整個裝置的機(jī)械效率為62.5%【答案】AD【解析】A.從圖中可知繩子的股數(shù)n＝2，工人對繩子的拉力為F＝400N，對動滑輪受力分析，受到上面的兩段繩子對其豎直向上的拉力、豎直向下的重力和下面的繩子對其豎直向下的拉力F繩，則2F＝G動+F繩，得出F繩＝2F﹣G動＝2×400N﹣20N＝780N,故繩子對物體的拉力也為780N，A正確。B.斜面與水平地面的夾角為30°，平臺高2m，根據(jù)數(shù)學(xué)知識可知斜面的長為s＝4m，繩子對物體做的功W＝F繩s＝780N×4m＝3120J，B錯。C.繩子自由端移動的距離s′＝2×4m＝8m，工人做的功W總＝Fs′＝400N×8m＝3200J，工人做功的功率P===160W，C錯。D.有用功W有用＝Gh＝1000N×2m＝2000J，整個裝置的機(jī)械效率：η==×100%=62.5%，D正確。選AD。5.（2021北京）（多選）如圖所示，用滑輪組提升所受重力為900N的物體A，滑輪組繩子自由端在拉力F作用下豎直勻速移動了12m，同時物體A被豎直勻速提升了4m，用時40s，滑輪組的額外功是400J，下列說法中正確的是（）A．動滑輪所受的重力為100N B．物體A上升的速度是0.3m/s C．拉力F的功率是100W D．滑輪組的機(jī)械效率是90%【答案】CD【解析】A.物體A被提高了h＝4m，由于動滑輪隨物體一起運動，動滑輪提升的高度也是h＝4m，不計繩重和摩擦，提升動滑輪做的功為額外功，由W額＝G動h得動滑輪重力：G動===100N，但題目沒有提供“不計繩重和摩擦”這一條件，動滑輪的重力不等于100N，A錯。B.物體上升的速度：V物===0.1m/s，B錯。C.拉力做的有用功：W有用＝Gh＝900N×4m＝3600J，拉力做的總功：W總＝W有用+W額＝3600J+400J＝4000J，拉力的功率：P===100W，C正確。D.滑輪組的機(jī)械效率：η==×100%=90%，D正確。選CD。6.（2021海南）如圖所示，利用滑輪組把物體勻速提升一定高度，該滑輪組有______段繩子承擔(dān)物重，在繩子承受范圍內(nèi)，不計繩重和摩擦，若增加所提升的物重，則滑輪組的機(jī)械效率將______（選填“變大”“變小”或“不變”）。

【答案】2

變大【解析】由圖可知：從動滑輪上直接引出的繩子股數(shù)為2，則該滑輪組有2段繩子承擔(dān)物重。在繩子承受范圍內(nèi)，不計繩重和摩擦，若增加所提升的物重，拉力做的有用功變大，而額外功不變，有用功在總功中所占的比例變大，滑輪組的械效率變大。7．（2021陜西）如圖所示，工人師傅用沿斜面向上1000N的推力。將重為2000N的物體從斜面底端勻速推至斜面頂端。已知斜面長4m、高1.5m，則此過程中的有用功為______J，斜面的機(jī)械效率為______。使用斜面可以______（選填“省力”或“省功”）?！敬鸢浮?×10375%省力【解析】斜面作為簡單機(jī)械使用時，有用功等于克服物體重力做的功，因此W=Gh=2000N×1.5m=3×103J?？偣Φ扔谕屏ψ龅墓Γ虼薟總=FS=1000N×4m=4×103J，所以，機(jī)械效率為：η==×100%=75%。任何機(jī)械都不能省功，反而會需要做額外功。使用斜面的時候，推力比重力小，因此可以省力。8.（2021攀枝花）如圖所示，固定的斜面長s＝1.2m，高h(yuǎn)＝0.3m。沿斜面向上用5N的拉力在2s內(nèi)把一個重16N的物體從斜面底端勻速拉到頂端。拉力的功率為W，斜面的機(jī)械效率為?！敬鸢浮?80%【解析】拉力所做的總功為：W總＝Fs＝5N×1.2m＝6J；拉力的功率為：P===3W。此過程所做的有用功為：W有＝Gh＝16N×0.3m＝4.8J；則斜面的機(jī)械效率為：η==×100%=80%。9．（2021安徽）如圖，用滑輪組將一重物豎直向上勻速提升2m，所用拉力F=100N，若該過程中滑輪組的機(jī)械效率為80%，則滑輪組對重物做的有用功為______J。【答案】320【解析】滑輪組的動滑輪繞2段繩，繩子自由端移動的距離s=2h=2×2m=4m，總功W總=Fs=100N×4m=400J，對重物做的有用功為：W有=W總η=400J×80%=320J。10．（2021江蘇）用定滑輪勻速提升質(zhì)量為10kg的物體，所用的拉力為110N，物體在2s內(nèi)升高0.5m，此過程中的有用功是______J，定滑輪的機(jī)械效率是______%，拉力的功率是______W。（g取10N/kg）【答案】5090.9127.5【解析】有用功是：W有=Gh=mgh=10kg×10N/kg×0.5m=50J。因為是定滑輪，所以總功為：W總=Fh=110N×0.5m=55J，則機(jī)械效率是：η==×100%=90.9%。拉力的功率是：P===27.5W。11．（2021邵陽）利用斜面把重60N的物體從斜面底端勻速拉到斜面頂端，已知斜面長1.5m，高0.4m，機(jī)械效率為80%，則拉力的大小為______N?！敬鸢浮?5【解析】有用功等于克服物體的重力做的功為：W=Gh=60N×0.4m=24J，可得，拉力做的功為：W總===30J，又由W=FS可知，拉力的大小為:F===75N。12．（2021涼山）如圖所示，利用輕質(zhì)滑輪勻速拉動水平地面上重300N的A物體，使A物體在10s內(nèi)向右移動了2m，若A物體受到的摩擦力大小為20N，拉力F大小為50N，則：彈簧測力計的示數(shù)為______；水平拉力F所做的功為______，功率為______；滑輪的機(jī)械效率為_______?！敬鸢浮?0N50J5W80%【解析】對A進(jìn)行受力分析，其受到了繩子向右的拉力和摩擦力，因做勻速運動，繩子拉力與摩擦力是平衡力，故繩子拉力等于摩擦力等于20N，由于同一根繩子拉力處處相同，故彈簧測力計的示數(shù)為20N。拉力F移動的距離是物體的移動距離的一半，故拉力F移動的距離為1m，拉力做功為:W總=FS=50N×1m=50J,故拉力做功為50J。拉力的功率為:P===5W。拉力的功率為5W?；喌臋C(jī)械效率為：η===×100%=80%。13．（2021·遂寧）涪江六橋建筑工地上矗立的塔吊，是用電動機(jī)來帶動滑輪組提升重物的設(shè)備。如何提高滑輪組機(jī)械效率，節(jié)約電能呢？為此同學(xué)們進(jìn)行了“影響滑輪組機(jī)械效率因素”的實驗探究，用到的裝置如圖，實驗數(shù)據(jù)記錄如下表所示：實驗次數(shù)鉤碼重G/N鉤碼上升高度h/m繩端拉力F/N繩端移動距離s/m機(jī)械效率η120.11.20.355.6%220.21.20.655.6%340.11.90.370.2%440.11.30.561.5%（1）實驗中應(yīng)沿豎直方向拉動彈簧測力計。（2）分析表中數(shù)據(jù)可知：第4次實驗是用圖所示裝置來完成的。（3）通過比較1、2兩次實驗數(shù)據(jù)可得出：使用同一滑輪組提升相同重物，滑輪組的機(jī)械效率與重物上升高度無關(guān)。（4）通過比較兩次實驗數(shù)據(jù)可得出：同一滑輪組提升的物體越重，滑輪組機(jī)械效率越高(填實驗次數(shù)的序號)。（5）通過比較3、4兩次實驗數(shù)據(jù)可得出：不同滑輪組提升相同重物，動滑輪越重機(jī)械效率越小。（6）為提高滑輪組機(jī)械效率節(jié)約電能，根據(jù)以上結(jié)論和生活經(jīng)驗，你建議可采取的措施有（多選）。A.減輕動滑輪重B.增加所提物體重C.機(jī)械加潤滑油D.增加重物上升高度【答案】（1）勻速（2）丙（4）1、3（6）ABC【解析】（1）實驗時要豎直向上勻速拉動彈簧測力。（2）第4次實驗，繞在動滑輪上繩子的股數(shù)n===5，所以第4次實驗是用丙圖所示裝置來完成的。（4）通過比較1、3兩次實驗數(shù)據(jù)可得出：同一滑輪組提升的物體越重，滑輪組機(jī)械效率越高。（6）根據(jù)η==可知，為提高滑輪組的機(jī)械效率，可以減輕動滑輪重力、或機(jī)械加潤滑油來減小額外功，或增加所提物體重力增大有用功，增加重物上升高度不能改變機(jī)械效率，ABC正確。14．（2021泰安）如圖所示，甲工人用水平推力F甲推動重為750N的貨物，在水平路面上勻速移動2m至倉庫門口A處，用時10s，此過程中甲工人做功的功率P甲=30W；乙工人接著使用滑輪組拉動該貨物在同樣的路面上勻速移動3m到達(dá)指定位置B，拉力F乙為80N。求：（1）甲工人做的功；（2）該滑輪組的機(jī)械效率?！敬鸢浮浚?）300J（2）62.5%【解析】（1）甲工人做的功：W甲=P甲t=30W×10s=300J。（2）貨物與地面的摩擦力：f=F甲===150N，滑輪組對貨物的拉力：F牽=f=150N，滑輪組的機(jī)械效率：η=×100%=×100%=×100%=×100%=62.5%。答：（1）甲工人做的功為300J；（2）該滑輪組的機(jī)械效率為62.5%。15．（2021南充）如圖所示，圖甲是某大型起吊裝置，圖乙是其機(jī)械起吊部分的簡化示意圖，已知物體A質(zhì)量為500kg，底面積為1.25m2，不計繩重量、機(jī)械部分摩擦和水的阻力，請完成以下問題。（g=10N/kg）（1）起吊前物體A靜止在地面上，其對地面的壓強(qiáng)是多少？（2）如圖乙所示，當(dāng)繩子自由端的拉力為1000N時，地面對物體A的支持力為1650N，增加繩子自由端的拉力后物體A被成功勻速提升2m，請計算此時整個機(jī)械的機(jī)械效率。（3）工人師傅利用該裝置將另一物體B以0.1m/s的速度勻速放入水中過程中，繩子拉力功率隨時間變化關(guān)系如圖丙所示，請計算物體B的密度。（）【答案】（1）4000Pa（2）88.5%（3）2.7×103kg/m3【解析】（1）物體A質(zhì)量為500kg，g=10N/kg，物體A的重力：GA=mAg=500kg×10N/kg=5000N，物體A靜止在地面上，它對地面的壓力大小等于其自身的重力大小，底面積為1.25m2，則根據(jù)p=F/s可知，其