專題12.3機械效率-2022-2023學年八年級物理下冊舉一反三（人教版）

專題12.3機械效率【四大題型】【人教版】TOC\o"13"\t"正文,1"\h【題型1有用功、額外功和總功的概念】 9【題型2影響機械效率大小的因素】 11【題型3機械效率的探究】 12【題型4機械效率的相關(guān)計算】 13【知識點1有用功、額外功和總功的概念】有用功就是為達目的必做的功；額外功就是沒用但又不得不做的功；總功包括有用功和額外功。【題型1有用功、額外功和總功的概念】【例1】（2022·黑龍江哈爾濱·中考真題）如圖所示，用一個動滑輪把重100N的沙袋從地面勻速提到6m高的樓上，所用拉力60N（繩重和摩擦不計），下列說法正確的是（）A．動滑輪重40NB．繩子自由端通過的距離為12mC．拉力做的有用功為720JD．動滑輪的機械效率為8.3%【答案】B【詳解】A．由圖知，n=2，因為不計繩重和摩擦時，所以動滑輪的重力G動=2FG=2×60N100N=20N故A錯誤；B．繩子自由端移動的距離s=nh=2×6m=12m故B正確；C．拉力做的有用功W有用=Gh=100N×6m=600J故C錯誤；D．拉力做的總功W總=Fs=60N×12m=720J滑輪組的機械效率故D錯誤。故選B?！咀兪?1】（2022·湖南常德·中考真題）如圖所示，用兩滑輪采用不同的繞繩方法，將同一重物勻速提升相同的高度（不計繩重和摩擦），下列說法中正確的是（）A．F1＞F2，F(xiàn)1移動距離多 B．F1＜F2，F(xiàn)2移動距離多C．F1所做的額外功多 D．兩裝置的機械效率相同【答案】D【詳解】AB．由圖可知，左側(cè)的滑輪組，n=2，則拉力為F1移動距離為s1=2h右側(cè)的滑輪組，n=3，則拉力為F2移動距離s2=3h因此F1＞F2，F(xiàn)2移動距離多，故AB錯誤；C．不計繩重和摩擦，提動滑輪做的功為滑輪組的額外功，兩個動滑輪相同，提升相同的高度，故兩個滑輪組做的額外功相同，故C錯誤；D．不計繩重和摩擦滑輪組的機械效率與所提物重和滑輪重有關(guān)，與繩子的繞法無關(guān)，在提升相同物體到相同的高度，所做的有用功與額外功相同，故兩裝置的機械效率相同，故D正確。故選D。【變式12】（2022·四川眉山·中考真題）小摩同學家里正在修建樓房，他通過調(diào)查了解到工人利用如圖的裝置，將重力為900N的物體勻速提升了6m，工人對繩子施加的拉力F為475N。忽略繩重和機械之間的一切摩擦。下列說法中正確的是（）①拉力F做功為2850J②動滑輪的重力為50N③拉力F做的額外功為600J④如用該裝置勻速提升重力為950N的物體，則該滑輪組的機械效率為95%。A．①③ B．②④ C．①② D．③④【答案】B【詳解】①如圖所示，一共有兩段繩子分擔動滑輪重，故繩子自由端移動的距離為拉力F做功為故①錯誤；②動滑輪的重力為故②正確；③拉力F做的額外功為故③錯誤；④如用該裝置勻速提升重力為950N的物體，則該滑輪組的機械效率為故④正確，故綜上所述，②④正確，B正確。故選B。【變式13】（2022·云南·中考真題）如圖所示，工人利用滑輪組將質(zhì)量為57kg的建筑材料勻速提升，繩子自由端移動的速度為0.4m/s，動滑輪的質(zhì)量為3kg，忽略繩重和摩擦，則（）A．經(jīng)過10s建筑材料被提升4m B．工人對繩子的拉力為300NC．經(jīng)過10s工人做的有用功為2280J D．此過程中該滑輪組的機械效率為90%【答案】B【詳解】A．兩根繩子分擔動滑輪重，故建筑材料移動的速度為經(jīng)過10s建筑材料被提升故A錯誤；B．工人對繩子的拉力為故B正確；C．經(jīng)過10s工人做的有用功為故C錯誤；D．此過程中該滑輪組的機械效率為故D錯誤。故選B?！绢}型2影響機械效率大小的因素】影響機械效率的因素有：①摩擦，摩擦力越大會使吊起同樣重的物體時使用的拉力越大，使機械效率降低；②提升物體的重，提升的物體越重，有用功占總功的比值越大，滑輪組的機械效率越高；③機械本身的自重越大，機械效率越低．【例2】（2022·廣西桂林·中考真題）下列辦法中，能提高如圖滑輪組機械效率的是（）A．增大摩擦 B．增大定滑輪重力C．增大動滑輪重力 D．增大被提升物體重力【答案】D【詳解】A．增大摩擦，會增大額外功在總功所占比值，使機械效率降低，故A不符合題意；B．增大定滑輪重力，不會改變額外功和有用功，即機械效率不變，故B不符合題意；C．增大動滑輪重力，會增大額外功在總功所占比值，使機械效率降低，故C不符合題意；D．增大被提升物體重力，增大有用功在總功所占比值，使機械效率增大，故D符合題意。故選D?！咀兪?1】（2022·江蘇揚州·中考真題）在測量滑輪組機械效率的活動中，裝置如圖所示，欲使所測機械效率提高，下列措施可行的是（）A．轉(zhuǎn)軸加潤滑油 B．增加提升高度 C．增大提升速度 D．減小物體質(zhì)量【答案】A【詳解】A．轉(zhuǎn)軸加潤滑油，減小摩擦力，減小額外功，可以提升滑輪組的機械效率，故A符合題意；B．有3段繩子分擔動滑輪和物重，故滑輪組的機械效率為與提升高度高度無關(guān)，故B不符合題意；C．滑輪組的機械效率與速度無關(guān)，故C不符合題意；D．若減小物體的質(zhì)量，根據(jù)可知，滑輪組的機械效率將變小，故D不符合題意。故選A?！咀兪?2】（2021·山東青島·中考真題）如圖所示，建筑工人使用滑輪組勻速向樓上運送石料，下列不能提高滑輪組機械效率的是（）A．換用輕質(zhì)的動滑輪 B．滑輪轉(zhuǎn)軸處加潤滑油C．增大勻速提升的速度 D．增大單次運送石料的重力【答案】C【詳解】根據(jù)機械效率公式η=可知，用輕質(zhì)的動滑輪、滑輪轉(zhuǎn)軸處加潤滑油可以減少額外功，而增大單次運送石料的重力，可以增加有用功，所以都可以提高機械效率，但增大勻速提升的速度不影響機械效率。故ABD正確，不符合題意，C錯誤，符合題意。故選C?！咀兪?3】（2016·湖北恩施·中考真題）如圖所示，滑輪組相同，鉤碼相同，甲掛一個鉤碼，乙掛兩個鉤碼，用滑輪組將鉤碼提升相同的高度(不計繩子與滑輪的摩擦和繩重)，下列說法正確的是A．乙滑輪組所做的總功是甲滑輪組所做總功的兩倍B．乙滑輪組所做的有用功是甲滑輪組所做有用功的兩倍C．甲滑輪組的機械效率高于乙滑輪組的機械效率D．提升鉤碼的過程中，乙滑輪組拉力的功率大些【答案】B【詳解】A．甲滑輪組所做的總功為乙滑輪組所做的總功為故乙滑輪組所做的總功不是甲滑輪組所做總功的兩倍，故A選項錯誤；B．甲滑輪組所做的有用功為乙滑輪組所做的有用功為故乙滑輪組所做的有用功是甲滑輪組所做有用功的兩倍，B選項正確；C．同一個裝置，所提的重物越重，有用功占比更大，機械效率越大，故C選項錯誤；D．乙組的總功比較大，但是時間未知，功率是指的做功快慢的物理量，故拉力功率無法比較，D選項錯誤。故選擇B?！绢}型3機械效率的探究】機械效率公式：η＝（W有用/W總）×100％，W總＝W有＋W額外，η＝W有/W總，W手＝W機，P＝W/t＝FV，1、任何機械本身都受到重力的作用，相對運動的零件間又存在摩擦，所以使用任何機械，除了做有用功外，都不可避免地要做額外功。這時動力所做的總功等于有用功加額外功。2、有用功跟總功的比值叫機械效率(mechanicalefficiency)。如果用W總表示總功，W有用表示有用功，η表示機械效率，那么η=（W有用÷W總）×100％(有用功總小于總功，所以機械效率總小于100%。)對于機械系統(tǒng)的效率計算，如果系統(tǒng)是由幾個機器或機構(gòu)簡單串聯(lián)而成，則系統(tǒng)的總效率是各個機器或機構(gòu)效率的連乘積。3、比值定義法：所謂比值定義法，就是用兩個基本的物理量的“比”來定義一個新的物理量的方法。比如物質(zhì)密度、電阻、場強、磁通密度、電勢差等。一般地，比值法定義的基本特點是被定義的物理量往往是反映物質(zhì)的最本質(zhì)的屬性，它不隨定義所用的物理量的大小取舍而改變，如確定的電場中的某一點的場強就不隨q、F而變。【例3】（2022·湖北襄陽·中考真題）某同學用如圖所示的實驗裝置測量滑輪組的機械效率，相關(guān)數(shù)據(jù)記錄在下表中。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η11.0100.63055.6%22.0101.03034.0101.63083.3%（1）實驗中，使用滑輪組提升重物時，應(yīng)豎直向上_____拉動彈簧測力計；（2）第二次實驗中，滑輪組的機械效率為_____；（3）分析1、2、3次實驗數(shù)據(jù)可知，使用同一滑輪組提升重物時，重物越_____（選填“重”或“輕”），滑輪組的機械效率越高；（4）小琪同學在僅改變提升物體速度的情況下，又做了上述第三次實驗，結(jié)果會發(fā)現(xiàn)滑輪組的機械效率_____（選填“變大”“變小”或“不變”）?！敬鸢浮?/p>

勻速直線

66.7%

重

不變【詳解】（1）[1]實驗中應(yīng)該勻速豎直向上拉動彈簧測力計，以保證拉力大小恒定。（2）[2]由表中可知，不計繩重與摩擦，滑輪組的機械效率（3）[3]分析1、2、3次實驗的數(shù)據(jù)可知，使用同一滑輪組提升重物時，重物重力越大，滑輪組的機械效率越高。（4）[4]影響機械效率的只有摩擦力、繩子重力、動滑輪重力，僅改變提升物體速度的情況下，又做了上述第三次實驗，結(jié)果會發(fā)現(xiàn)滑輪組的機械效率不變。【變式31】（2022·山東濰坊·中考真題）許多實驗器材在物理實驗中能被重復(fù)利用，斜面就是其中之一。請完成下列利用斜面進行實驗的有關(guān)內(nèi)容:（1）圖甲所示實驗中，為便于測量小車在斜面上的運動時間，應(yīng)使斜面保持__________（選填“很大”或“很小”）的坡度；（2）圖乙所示實驗中，對于同一個球A，要改變A撞擊木塊前的動能大小，可進行的操作是_________；（3）圖丙所示實驗中，斜面傾斜角為，物體B重為。用彈簧測力計沿斜面拉動B時，應(yīng)使B做___運動，實驗中彈簧測力計示數(shù)如圖所示，則所測斜面的機械效率為__________?！敬鸢浮?/p>

很小

改變在斜面上靜止釋放的高度

勻速直線

80%【詳解】（1）[1]圖甲所示實驗中，斜面很大的坡度，小車運動速度將會很大，運動時間很小，測量運動時間不方便。為便于測量小車在斜面上的運動時間，應(yīng)使斜面保持很小的坡度。（2）[2]圖乙所示實驗中，球A的動能是由重力勢能轉(zhuǎn)化而來的。對于同一個球A，要改變A撞擊木塊前的動能大小，可進行的操作是改變在斜面上靜止釋放的高度。（3）[3]圖丙所示實驗中，斜面傾斜角為，物體B重為。為了便于讀出彈簧測力計的示數(shù)，用彈簧測力計沿斜面拉動B時，應(yīng)使B做勻速直線運動。[4]實驗中彈簧測力計示數(shù)如圖所示，彈簧測力計的分度值為0.1N，其示數(shù)為2.5N。設(shè)斜面高為h，由數(shù)學知識知，斜面長則所測斜面的機械效率為【變式32】（2022·海南·中考真題）小明發(fā)現(xiàn)公共場所為殘障人士設(shè)計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。他想了解斜面的機械效率是否與傾斜程度有關(guān)，便與實驗小組的小伙伴們用如圖所示裝置進行實驗探究。（1）測量斜面的機械效率，需要的測量工具是______、______。（2）請設(shè)計出實驗數(shù)據(jù)記錄表。______（把表格畫在答題卡的方框里面）（3）準備動手實驗時，有小伙伴提出，斜面的機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械效率是否與傾斜程度有關(guān)時，應(yīng)當保持______不變，這里采用的科學研究方法是______?！敬鸢浮?/p>

彈簧測力計

刻度尺

實驗序號斜面的傾斜程度物體重力G/N拉力F/N斜面高度h/m斜面長度s/m機械效率123

斜面的粗糙程度

控制變量法【詳解】（1）[1][2]測量機械效率需要知道做的有用功和總功，功的多少要通過公式W=Fs計算得出，所以需要測量的物理量有長度的大小和力的大小，需要的測量工具為彈簧測力計和刻度尺。（2）[3]需要測量的物理量有：斜面的傾斜程度、物體重力、拉力大小、斜面高度和斜面長度，需要計算的物理量有有用功和總功、機械效率，設(shè)計表格如下圖所示：實驗序號斜面的傾斜程度物體重力G/N拉力F/N斜面高度h/m斜面長度s/m機械效率123（3）[4][5]因為本實驗中認為影響機械效率的因素有兩個，所以在探究機械效率與斜面的傾斜程度的關(guān)系時，要控制斜面的粗糙程度一定，采用了控制變量法?！咀兪?3】（2022·江蘇南通·中考真題）用圖甲滑輪組做“探究動滑輪的重對滑輪組機械效率的影響”實驗。實驗中把不同的磁鐵吸附在動滑輪邊框上以改變滑輪的重，每次實驗都勻速拉動繩端使物體上升10cm。不計繩重，實驗數(shù)據(jù)如表。次數(shù)G物/NG動/NF/Nη/%16.00.32.290.926.01.036.01.92.969.046.03.23.458.8（1）每次實驗繩端移動距離為______cm；（2）第2次實驗中拉力F的示數(shù)如圖乙，讀數(shù)為______N，第2次實驗滑輪組的機械效率為______%。分析數(shù)據(jù)可知：在物重不變的情況下，動滑輪越重滑輪組的機械效率越______；（3）實驗中若僅增大繩端移動的距離，則滑輪組的機械效率將______；（4）本實驗中，在物重不變的情況下，動滑輪變重時，由摩擦引起的額外功占總額外功的比例______（選填“變大”“變小”或“不變”）?！敬鸢浮?/p>

30

2.5

80

低

不變

變小【詳解】（1）[1]從圖甲可以看出，繩子承重股數(shù)為n=3，因此繩端移動距離為（2）[2]測力計的分度值為0.1N，從圖乙看出，其讀數(shù)為2.5N。[3]第2次實驗中，滑輪組的機械效率為[4]分析數(shù)據(jù)可知，在物重不變的情況下，從實驗1至實驗4，動滑輪的重力逐漸變大，滑輪組的機械效率逐漸變小，故動滑輪越重滑輪組的機械效率越低。（3）[5]實驗中若僅增大繩端移動的距離，根據(jù)可知，滑輪組的機械效率將不變。（4）[6]四次實驗中，物體上升的高度為有用功為第1次實驗中，克服動滑輪的重力所做的額外功總功為摩擦引起的額外功為摩擦引起的額外功占總額外功的比例為第3次實驗中，克服動滑輪的重力所做的額外功總功為摩擦引起的額外功為摩擦引起的額外功占總額外功的比例為第4次實驗中，克服動滑輪的重力所做的額外功總功為摩擦引起的額外功為摩擦引起的額外功占總額外功的比例為由此可知，在物重不變的情況下，動滑輪變重時，由摩擦引起的額外功占總額外功的比例變小?！局R點4復(fù)雜滑輪組的相關(guān)計算】F＝(G＋G動)/n(豎直方向)【題型4復(fù)雜滑輪組的相關(guān)計算】【例4】（2022·江蘇鎮(zhèn)江·中考真題）如圖所示，用拉力F通過動滑輪將重90N的貨物勻速提升1m，動滑輪的機械效率為90%，不計繩重及滑輪與軸之間的摩擦，求；（1）上述過程中的有用功W有；（2）上述過程中拉力所做的功W總；（3）動滑輪所受的重力G動。【答案】（1）90J；（2）100J；（3）10N【詳解】解：（1）將重90N的貨物勻速提升1m，所做的有用功W有=Gh=90N×1m=90J（2）由得，拉力所做的總功（3）由圖知，有兩段繩子提起物體，則s=2h=2×1m=2m由W=Fs得，繩端的拉力不計繩重及滑輪與軸之間的摩擦，由可得，動滑輪的重力G動=nFG=2×50N90N=10N答：（1）上述過程中的有用功W有為90J；（2）上述過程中拉力所做的功W總為100J；（3）動滑輪的重力為10N?！咀兪?1】（2022·貴州遵義·中考真題）《天工開物》是我國古代的科學著作，書中記載著大量的古代農(nóng)業(yè)機械。其中這樣寫道：“凡河濱有制筒車者，堰陂障流繞于車下，激輪使轉(zhuǎn)，挽水入筒，——頃于枧內(nèi)，流入畝中，晝夜不息，百畝無憂?！痹摱挝淖置枋隽送曹囘@樣一種以水流作動力，用來取水的機械，如圖所示。若接水槽離取水處高4m，水輪上有12個取水筒，一個取水筒每次可取水4kg，筒車旋轉(zhuǎn)一周所用時間為60s。（接水槽離倒水處的高度忽略不計，g取10N/kg）（1）請從能量轉(zhuǎn)化的角度，簡要分析筒車的工作原理；（2）求該筒車旋轉(zhuǎn)一周對進入接水槽的水所做的功；（3）若水流沖擊筒車的功率為40W，求筒車旋轉(zhuǎn)一周取水的機械效率?！敬鸢浮浚?）見解析；（2）1920J；（3）80%【詳解】解：（1）水流沖擊的機械能轉(zhuǎn)化為筒車轉(zhuǎn)動的機械能和提水的重力勢能。（2）接水槽離取水處高4m，水輪上有12個取水筒，一個取水筒每次可取水4kg，則筒車旋轉(zhuǎn)一周對進入接水槽的水所做的功（3）筒車旋轉(zhuǎn)一周所用時間為60s，水流沖擊筒車的功率為40W，則筒車旋轉(zhuǎn)一周取水的機械效率答：（1）水流沖擊的機械能轉(zhuǎn)化為筒車轉(zhuǎn)動的機械能和提水的重力勢能。（2）該筒車旋轉(zhuǎn)一周對進入接水槽的水所做的功為1920J；（3）若水流沖擊筒車的功率為40W，筒車旋轉(zhuǎn)一周取水的機械效率為80%?！咀兪?2】（2022·山東威?！ぶ锌颊骖}）為了建設(shè)精致城市，每到春天園林工人要在過街天橋上放置花草，為城市增添一抹綠色。如圖所示，工人用長木棒、滑輪、輕繩組裝提升裝置。木棒放置在天橋欄桿上始終保持水平，與欄桿M接觸點為O；用沙袋將木棒B端壓在欄桿N上，在木棒A端吊裝滑輪組。，每個沙袋重，每個滑輪重。（木棒和繩的重力、滑輪與軸的摩擦均忽略不計）（1）若A點受到豎直向下的拉力為，為了保持木棒水平平衡，在B端至少需要放置幾個沙袋？（2）若