第07講 機(jī)械效率（原卷版）

第07講機(jī)械效率知道有用功、額外功、總功；理解機(jī)械效率定義、大小范圍、表示方法、公式、影響因素；知道有用功、額外功、總功關(guān)系式；理解機(jī)械效率的計(jì)算及公式。要點(diǎn)一、有用功、額外功、總功功的原理：使用機(jī)械時(shí)，人們所做的功，都不會少于直接用手所做的功，也就是使用任何機(jī)械都。

在理想情況下，使用機(jī)械所做的功不使用機(jī)械所作的功。

在實(shí)際情況中，使用機(jī)械所做的功不使用機(jī)械所作的功。有用功：為了達(dá)到某一目的而做的功。如提沙子上樓時(shí)對沙子做的功就是有用功。利用機(jī)械工作時(shí)對工作目的物做的功叫。額外功：對人們完成某件事情來說，但的功，如提沙子上樓時(shí)對桶、滑輪等做的功就是額外功?？偣Γ菏褂脵C(jī)械時(shí)，做的功或者說是所做的功，大小上也等于有用功和額外功的總___。例如：用桶從井中打水。由于工作目的是水，所以對水做的功是有用功，對桶做的功是額外功，人在整個(gè)提水過程中做的功是總功。要點(diǎn)二、機(jī)械效率為了表示在中所占的比例，物理學(xué)中引入了機(jī)械效率，它等于有用功W有用與總功W總之比，符號為η。公式為，式中η表示機(jī)械效率，它是一個(gè)百分?jǐn)?shù)。η的值越大，表明有用功在總功中所占的比例越大，做功的效率越高。η的值總小于，由于機(jī)械本身的摩擦力或重力不可能為零，所以額外功總是存在的，即有用功總是小于總功，所以機(jī)械效率總小于1。知道增大機(jī)械效率的方法：盡可能增加提升物體的_____；減輕機(jī)械的_____重量；合理地減少部件間的有害______。根據(jù)公式可知：如果有用功不變，我們可以通過來增大機(jī)械效率，（例如我們用輕便的塑料桶打水，而不用很重的鐵桶打水，就是運(yùn)用這個(gè)道理）；如果額外功不變，我們可以通過來提高機(jī)械效率；（例如，在研究滑輪組的機(jī)械效率時(shí)，我們會發(fā)現(xiàn)同一個(gè)滑輪組，提起的重物越重，機(jī)械效率越高，就是這個(gè)道理）；當(dāng)然了，如果能在增大有用功的同時(shí)，減小額外功更好。知識點(diǎn)一：有用功、額外功和總功【探究重點(diǎn)】總功是有用功與額外功之和，即W有用+W額外=W總。額外功的產(chǎn)生是因?yàn)槔脵C(jī)械做功時(shí)，除了對工作目的物做功外，還要克服機(jī)械本身的摩擦力或重力做功?！纠}精講】（2022·四川德陽）如圖所示，有一斜面長L=4m，高h(yuǎn)=2.5m。劉利同學(xué)用平行于斜面向上F=150N的拉力，將200N重的物體從底端勻速拉到斜面頂端。那么劉利同學(xué)對物體做的總功為___________J；物體沿斜面勻速向上運(yùn)動時(shí)所受的摩擦阻力為___________N?！眷柟逃?xùn)練】(2020瀘州)如圖所示，已知固定斜面長5m、傾角為30°，木箱重150N。某同學(xué)用大小為100N的推力沿斜面向上推木箱，使木箱沿斜面勻速從底端運(yùn)動到頂端的過程中，關(guān)于木箱所受的力對木箱做的功，下列判斷正確的是()A．木箱克服重力做功的大小為500JB．木箱克服斜面摩擦力做功的大小為125JC．推力做功的大小為500JD．斜面支持力做功的大小為375J知識點(diǎn)二：機(jī)械效率【探究重點(diǎn)】公式為，式中η表示機(jī)械效率，它是一個(gè)百分?jǐn)?shù)。η的值越大，表明有用功在總功中所占的比例越大，做功的效率越高。η的值總小于100%，由于機(jī)械本身的摩擦力或重力不可能為零，所以額外功總是存在的，即有用功總是小于總功。3.知道增大機(jī)械效率的方法

根據(jù)公式可知：如果有用功不變，我們可以通過減小額外功來增大機(jī)械效率，（例如我們用輕便的塑料桶打水，而不用很重的鐵桶打水，就是運(yùn)用這個(gè)道理）；如果額外功不變，我們可以通過增大有用功來提高機(jī)械效率；（例如，在研究滑輪組的機(jī)械效率時(shí)，我們會發(fā)現(xiàn)同一個(gè)滑輪組，提起的重物越重，機(jī)械效率越高，就是這個(gè)道理）；當(dāng)然了，如果能在增大有用功的同時(shí)，減小額外功更好?！纠}精講】（2022·山東泰安）如圖所示，利用滑輪組將重為的物體在內(nèi)勻速提升，已知拉力為，若不計(jì)繩重和摩擦。下列說法正確的是（）。A.繩端移動的速度為 B.動滑輪重力為C.拉力做功的功率為 D.滑輪組的機(jī)械效率為80%【鞏固訓(xùn)練】如圖所示，小明用兩個(gè)不同的滑輪組，在相同時(shí)間內(nèi)分別用大小相等的拉力F將同一物體勻速提高了相同的高度，若兩個(gè)滑輪組的動滑輪重分別為G動1和G動2，機(jī)械效率分別為η1、η2，小明做功的功率分別為P1、P2，不計(jì)繩重和摩擦。則()A．G動1<G動2，η1>η2，P1<P2 B．G動1<G動2，η1>η2，P1=P2C．G動1>G動2，η1<η2，P1<P2 D．G動1=G動2，η1=η2，P1=P2知識點(diǎn)三：增大或減小機(jī)械效率的方法【探究重點(diǎn)】機(jī)械效率是有用功在總功中所占的比例，其大小是由有用功和總功共同決定的，在比較機(jī)械效率大小時(shí)，可采用控制變量法，相同時(shí)，越大，越?。幌嗤瑫r(shí)，越大，越大。判斷有用功和額外功，必須抓住工作的目的，為達(dá)到目的必須做的功就是有用功，但對我們沒有用而不得不做的功就是額外功。并要注意工作目改變了，有用功和額外功也要發(fā)生變化。提高機(jī)械的機(jī)械效率的方法：改進(jìn)機(jī)械結(jié)構(gòu)，盡量減小機(jī)械自重，合理使用機(jī)械，按規(guī)定進(jìn)行保養(yǎng)以減小摩擦。需要注意的幾個(gè)問題：機(jī)械效率只有大小沒有單位；由于有用功總小于總功，所以機(jī)械效率總小于1，通常用百分?jǐn)?shù)表示；機(jī)械效率是標(biāo)志機(jī)械做功性能的好壞的物理量之一，機(jī)械效率越高，做的有用功占總功的比例就越大這個(gè)機(jī)械的做功性能就越好?！纠}精講】（2022·湖北十堰）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(jī)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(jī)械效率?！眷柟逃?xùn)練】（2022·四川自貢）如圖所示，用滑輪組將重力為540N的重物勻速提升2m，所用拉力F為200N，則滑輪組的機(jī)械效率為___________，如果要提高滑輪組的機(jī)械效率，你的做法是___________。（答出一條即可）如圖所示，工人師傅利用斜面將貨物裝上汽車。已知貨物重為2000N，師傅用沿斜面向上1000N的推力將貨物從斜面底端勻速推至斜面頂端。斜面長4m、高1.5m，則()A．使用斜面向汽車上裝貨物可以省功B．此過程中的有用功為4000JC．斜面的機(jī)械效率為60%D．貨物受到斜面對它的摩擦阻力為250N如圖甲，小林用水平推力F推動水平地面上的木箱。此過程中，推力F隨時(shí)間t的變化情況如圖乙，木箱前進(jìn)的速度v的大小隨時(shí)間t的變化情況如圖丙，則()A．0~1s，推力做的功為100JB．3s~5s，推力克服摩擦做功200JC．3s~5s，推力做功的功率為200WD．1s~3s，木箱受到的摩擦力小于5s~6s木箱受到的摩擦力如圖，在斜面上將一個(gè)重為15N的物體勻速從斜面底端拉到頂端，沿斜面向上的拉力F=6N，斜面長s=1.2m、斜面高h(yuǎn)=0.3m。下列說法正確的是()A．克服物體重力做功7.2JB．額外功為1.8JC．物體受到的摩擦力為2.25ND．斜面的機(jī)械效率為37.5%兩個(gè)完全相同的滑輪，分別以圖中兩種方式，將重為的物體以相同的速度勻速豎直提升了1m，不計(jì)繩重和摩擦，甲、乙的機(jī)械效率、，拉力、做的功分別為、，功率分別為、，下列判斷正確的是()A． B． C． D．坡長10m，頂端與底端高度差為6m，一個(gè)工人沿斜坡向上用150N的力將質(zhì)量為20kg的貨箱從坡底端勻速緩慢地推到頂端的過程中，對貨箱做的功是___________J，克服摩擦力做的功是___________J，摩擦力是___________N。(g=10N/kg)（2022·江蘇鹽城·一模）用如圖所示的滑輪組將重200N的物體在10s內(nèi)豎直勻速提升4m，機(jī)械效率為80%。則有用功為______J，拉力的功率為______W，若增大所提物體的質(zhì)量，則滑輪組械效率將______（選填“增大”、“不變”或“減小”）。如圖所示，用彈簧測力計(jì)沿斜面勻速拉動木塊至斜面頂端，木塊重為G，彈簧測力計(jì)示數(shù)為F，其他量已在圖中標(biāo)出，則木塊在此運(yùn)動中，力F做的總功是_________，有用功是_________，額外功是_________，斜面的機(jī)械效率是_________，木塊受到斜面摩擦力是_________。(用所給的字母表示)(2021·江蘇中考真題)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)（2022·廣東中山·一模）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；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繩自由端移動的距離s/cm機(jī)械效率η12100.83083.3%24101.53036102.23090.9%46152.24590.9%（1）實(shí)驗(yàn)過程中，應(yīng)緩慢拉動彈簧測力計(jì)，使鉤碼豎直向上做______運(yùn)動；（2）如果在第一次實(shí)驗(yàn)時(shí)，忽略繩重和摩擦，可以計(jì)算出動滑輪的重為______N；（3）第2次實(shí)驗(yàn)時(shí)所做的有用功為______J，滑輪組的機(jī)械效率是______；（4）分析1、2、3次實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)可知，使用同一滑輪組提升重物時(shí)，重物所受重力越______（選填“大”或“小”），滑輪組的機(jī)械效率越高；分析3、4次實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)可知，滑輪組的機(jī)械效率與鉤碼上升的高度______（選填“有關(guān)”或“無關(guān)”）；（5）結(jié)合生產(chǎn)生活實(shí)際，用滑輪組提升重物時(shí)，下列選項(xiàng)中也可提高機(jī)械效率的是______。A．增大繩重B．減輕動滑輪重C．加快物體提升的速度(2022·山東省濰坊市·中考真題)許多實(shí)驗(yàn)器材在物理實(shí)驗(yàn)中能被重復(fù)利用，斜面就是其中之一。請完成下列利用斜面進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的有關(guān)內(nèi)容。

(1)圖甲所示實(shí)驗(yàn)中，為便于測量小車在斜面上的運(yùn)動時(shí)間，應(yīng)使斜面保持______(選填“很大”或“很小”)的坡度。

(2)圖乙所示實(shí)驗(yàn)中，對于同一個(gè)球A，要改變A撞擊木塊前的動能大小，可進(jìn)行的操作是______。

(3)圖丙所示實(shí)驗(yàn)中，斜面傾斜角為30°，物體B重為4N。用彈簧測力計(jì)沿斜面拉動B時(shí)，應(yīng)使B做______運(yùn)動，實(shí)驗(yàn)中彈簧測力計(jì)示數(shù)如圖所示，則所測斜面的機(jī)械效率為______。用如圖所示的動滑輪提升重物，下列措施能提高動滑輪機(jī)械效率的是()A．減小被提升物體的高度 B．增大動滑輪的重力C．減小繩子的拉力 D．增大物體的重力用如圖所示的動滑輪提升重物，下列措施能提高動滑輪機(jī)械效率的是()A．減小被提升物體的高度 B．增大動滑輪的重力C．減小繩子的拉力 D．增大物體的重力(2021·四川瀘州市·中考真題)如圖所示的滑輪組，動滑輪重3N，物體A在5s內(nèi)被勻速提升0.5m的過程中，圖中繩的拉力均沿豎直方向，滑輪組的機(jī)械效率為90%，不計(jì)繩重和摩擦，則在本次實(shí)驗(yàn)中()A．若提升更重的物體，滑輪組的機(jī)械效率降低B．物體A的重力為27NC．繩子自由端的拉力F大小為8ND．繩子自由端拉力的功率為3W用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置探究滑輪組的機(jī)械效率，下列說法正確的是()A．實(shí)驗(yàn)時(shí)彈簧測力計(jì)可以在靜止時(shí)讀數(shù)B．實(shí)驗(yàn)時(shí)不用刻度尺也可以測量出滑輪組的機(jī)械效率C．滑輪組的機(jī)械效率與動滑輪重力的大小無關(guān)D．同一滑輪組的機(jī)械效率隨所掛鉤碼的重力增大而增大，最終可以達(dá)到100%(2021·云南中考真題)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(jì)，下列選項(xiàng)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用如圖所示的滑輪組勻速提起1200N的重物G，若要將重物提升0.3m，則拉力F移動的距離為_________，若拉力大小為500N，則機(jī)械效率為_________，可采用_________措施提高該滑輪組機(jī)械效率。(2021·湖南衡陽市·中考真題)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(2022·海南省·中考真題)小明發(fā)現(xiàn)公共場所為殘障人士設(shè)計(jì)的無障礙通道是斜面，且不同的斜面通道的傾斜程度有所不同，這引發(fā)了小明對斜面的興趣。他想了解斜面的機(jī)械效率是否與傾斜程度有關(guān)，便與實(shí)驗(yàn)小組的小伙伴們用如圖所示裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究。

(1)測量斜面的機(jī)械效率，需要的測量工具是______、______。

(2)請?jiān)O(shè)計(jì)出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表。

(3)準(zhǔn)備動手實(shí)驗(yàn)時(shí)，有小伙伴提出，斜面的機(jī)械效率還可能跟斜面的粗糙程度有關(guān)。則他們要探究斜面的機(jī)械效率是否與傾斜程度有關(guān)時(shí)，應(yīng)當(dāng)保持______不變，這里采用的科學(xué)研究方法是______。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繩自由端移動的距離s/cm機(jī)械效率η12100.83083.3%24101.53