廣東省2022年中考物理總復習學案-第八講　第二課時　機械效率

第二課時機械效率考點、機械效率幾個基本概念：(1)有用功：為完成某項任務而必須要做的功，記為W有；(2)額外功：在完成某項任務的過程中，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)機械效率：η＝eq\f(W有,W總)。對機械效率的說明1.機械效率是描述機械做功性能好壞的物理量，機械效率的高低與機械是否省力、功率大小無關；2.機械效率通常用百分數(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？請寫出計算過程。(2)小明用動滑輪代替人手將鉤碼勻速提升2m(如圖)，不計摩擦和滑輪、繩子的重力，則拉力F大小為0.5N，拉力所做的功是2J。(3)實際測得拉力F的大小為0.7N，則實際需要做的功是多少？請寫出計算過程。(4)根據(jù)上述的實驗數(shù)據(jù)顯示，用動滑輪反而多做功，為什么？(5)求出此時動滑輪的機械效率。(6)小明改變了掛在動滑輪下方的鉤碼個數(shù)，重復實驗，并且記錄數(shù)據(jù)如表所示，請你幫他完成表格。實驗次數(shù)鉤碼重量G/N鉤碼上升高度h/mW有/J拉力F/N繩子自由端移動距離s/mW總/J機械效率η1120.742221.243321.74(7)請分析怎樣提高此動滑輪的機械效率？【思路分析】(1)需要做的功：W1＝Gh＝1N×2m＝2J(這個結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(這個結果也是后面問題的有用功，因為理想狀態(tài)下，W額＝0J)；(3)W3＝F′s＝0.7N×4m＝2.8J(這個結果即是后面問題的總功)；(4)因為克服滑輪本身的重力和滑輪與轉軸之間的摩擦需要多做功(額外功產生的原因)；(5)η＝eq\f(W1,W3)＝eq\f(2J,2.8J)＝71.4%；(6)因為三次的目的都是把重為G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，因為拉力F既把鉤碼提起h高度，同時克服了動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械效率η分別為71.4%、83.3%、88.2%。(7)減小動滑輪的重，減小摩擦(這兩點是根據(jù)額外功產生的原因提出的)，增大掛在動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內小船向岸邊勻速移動了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，使質量為70kg的建筑材料在10s的時間里，勻速豎直上升了2m。不計繩子重力和摩擦，g取10N/kg，求：(1)拉力的功率P；(2)滑輪組的機械效率η；(3)動滑輪的重力G動?！舅悸贩治觥?1)由題圖可知，動滑輪上繩子的有效股數(shù)n＝2，繩子自由端移動的距離：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滑輪組的機械效率：η＝eq\f(W有,W總)＝eq\f(1400J,1600J)＝87.5%(3)不計繩子重力和摩擦，由F＝eq\f(1,2)(G＋G動)可得動滑輪的重力：G動＝2F－G＝2×400N－700N＝100N1.(2021·宜昌中考)下列有關機械做功、功率、機械效率的說法，正確的是(D)A．效率越高的機械，功率越大 B．做功越多的機械，功率越大C．做有用功越多的機械，效率越高 D．功率越大的機械，做功越快2.甲升降機比乙升降機的機械效率高，它們分別把相同質量的物體勻速提升相同的高度。兩者相比，甲升降機(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＝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，機械效率為75%B．有用功為2.16J，機械效率為62.5%C．有用功為1.35J，機械效率為62.5%D．有用功為1.35J，機械效率為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，若不計摩擦和繩重，則F1＜F2，機械效率ηA＝ηB。(均選填“＞”“＝”或“＜”)5.(2020·荊州中考)質量為1.8t的小汽車陷入泥濘中，在大家都一籌莫展的時候，聰明的小紅很快想到了辦法，利用所學的滑輪組知識，帶領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的速度勻速運動時，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?；喗M的機械效率：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的速度勻速運動時，繩子自由端的運動速度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，進行架橋機箱梁吊裝等施工作業(yè)。(g取10N/kg)(1)圖2為圖1中起重機的簡圖，請畫出阻力F2的力臂l2；(2)圖3為架橋機的裝置圖，已知箱梁的質量為5×105kg，體積為200m3，架橋機滑輪組總拉力為4×105N，自由端移動距離為25m，將箱梁提升1m。求：①箱梁的密度；②架橋機在此過程中的有用功；③架橋機在此過程中的機械效率。解：(1)力臂是支點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；架橋機在此過程中的有用功：W有＝Gh＝5×106N×1m＝5×106J③架橋機在此過程中的總功：W總＝Fs＝4×105N×25m＝1×107J架橋機在此過程中的機械效率：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%測量滑輪組的機械效率實驗名稱有關考點實驗裝置測量滑輪組的機械效率1.實驗原理：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(彈簧測力計的示數(shù))F。(4)繩端移動的距離s(s＝nh)。3.必須在緩慢勻速拉動彈簧測力計的過程中：讀取彈簧測力計的示數(shù)即拉力的大小。4.計算方法：W有＝Gh，W總＝Fs。5.實驗結論。(1)同一個滑輪組，所提升的鉤碼越重，其機械效率就越高。(2)用不同的滑輪組提升相同的鉤碼時，動滑輪越重(忽略摩擦和繩重)，其機械效率越低。實驗器材：彈簧測力計、鉤碼、細繩、滑輪等【示范案例】小明所在的實驗小組做“測量滑輪組的機械效率”的實驗，實驗裝置如圖甲所示。(1)按照甲圖裝置實驗，小明應豎直向上勻速拉動彈簧測力計，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行了3次實驗，如圖所示，實驗數(shù)據(jù)記錄如表。次數(shù)鉤碼重/N鉤碼上升距離/cm彈簧測力計示數(shù)/N彈簧測力計上升距離/cm機械效率12100.83083.8%24101.530？3610？3090.9%①第2次實驗中滑輪組的機械效率為88.9%(結果保留一位小數(shù))。②根據(jù)第3組實驗數(shù)據(jù)，第3次實驗中彈簧測力計的示數(shù)為2.2N(結果保留一位小數(shù))。③分析表格中的數(shù)據(jù)得出結論：同一滑輪組，提升的物體越重，滑輪組的機械效率越高。(3)小明又用如圖所示的兩種滑輪組進行多次實驗，記錄的實驗數(shù)據(jù)如表：實驗次數(shù)鉤碼重G/N鉤碼上升高度h/cm拉力F/N繩端移動距離s/cm機械效率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次實驗所選擇的是乙(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，滑輪組的動滑輪越重，則其機械效率越小。(4)利用圖乙的裝置，把重4N的物體用2.5N的拉力勻速拉起，滑輪組的機械效率為53.3%，可見如果沒有刻度尺，只有測力計，也可以測量出滑輪組的機械效率。(5)小華實驗小組也利用圖1、圖2、圖3所示的三種鉤碼進行了三次實驗，每次測得的機械效率均大于小明實驗小組的測量值，則小華實驗小組測量值偏大的原因可能是C。(填字母)A．測拉力時，彈簧測力計未調零，指針指在零刻度線下方B．彈簧測力計每次拉動鉤碼時均加速上升C．所使用的動滑輪的重力小于小明實驗小組(6)在實驗時，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械效率將會變小(選填“變大”“變小”或“不變”)。(7)機械效率是機械性能好壞的重要標志。結合生產生活實際，分析實驗數(shù)據(jù)可知，下列提高機械效率的措施不可行的是D(選填字母)A．增加所提物重B．減輕機械自重C．機械加潤滑油D．增加重物上升高度(8)實驗表明：額外功越小，總功越接近有用功：進一步推理得出：假設沒有額外功，總功等于有用功；可見使用任何機械都不省功。下列物理規(guī)律的得出運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)據(jù)記錄如表所示，第三次實驗時的拉力如圖所示。實驗次數(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機械效率η12100.83083.3%24101.530②3610①30*(1)實驗中應豎直向上緩慢勻速拉動彈簧測力計使鉤碼上升；(2)表格中編號①的數(shù)據(jù)應為2.2；編號②的數(shù)據(jù)應為88.9%；(3)比較實驗數(shù)據(jù)可得出的實驗結論是：使用同樣的滑輪組，提升的物體越重，滑輪組的機械效率越高；(4)如果在第一次實驗時，忽略繩重和摩擦，可以計算出動滑輪的重力為0.4N。2.(2019·眉山中考)為了探究斜面的機械效率與斜面傾斜程度之間的關系，探究小組的同學利用木板、刻度尺、彈簧測力計、木塊等器材設計了如圖所示的實驗裝置。實驗測得的數(shù)據(jù)如表：實驗次數(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)實驗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動，該過程中木塊的機械能變大(選填“變大”“不變”或“變小”)。(2)第2次實驗中，斜面的機械效率為50%，斜面對木塊的摩擦力為0.9N。(3)斜面的機械效率與斜面的傾斜程度之間的關系是：其他條件相同時，斜面越陡機械效率越高。(4)試列舉出生活中利用斜面的一個實例：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，動滑輪重60N，不計繩重及摩擦，將重物勻速提升0.5m，人需用的拉力為230N，繩子自由端移動的距離為1m，人所做的有用功為200J。2.(2016·廣東中考)質量為0.5kg的塑料桶裝滿水后總質量為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，機械效率是95%。(g取10N/kg)3.(2018·廣東中考)A、B兩種實心物體的質量與體積的關系如圖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狀態(tài)，則圖2的虛線框內懸掛B物體的個數(shù)是(不計摩擦和滑輪的自重)(B)A．1個B．2個C．3個D．4個4.(2016·廣東中考)如圖所示，由不同物質制成的甲和乙兩種實心球的體積相等，此時杠桿平衡(杠桿自重、托盤和細線的質量忽略不計)。則杠桿左右兩邊的力臂之比為2∶1，1個甲球和1個乙球的質量之比為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O點的力臂l。答：7.(2018·廣東中考)如圖所示，輕質杠桿OA可繞O點轉動，請在圖中畫出杠桿OA的動力臂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點處畫出所能施加的最小動力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，將待稱物體掛在秤鉤上，用手提起B(yǎng)或C(相當于支點)處的秤紐，移動秤砣在秤桿上的位置D，使秤桿達到水平平衡時可讀出待稱物體的質量。此秤最大稱量是10kg，秤砣最遠可移至E點。秤桿和秤鉤的質量忽略不計，AB、BC、BE的長度如圖所示(g取10N/kg)，求：(