2024-2025學(xué)年版塊12 簡單機(jī)械 專題12-3 斜面、輪軸、機(jī)械效率 (含答案) 初中物理尖子生自主招生培優(yōu)講義83講_第1頁
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2024-2025學(xué)年版塊12簡單機(jī)械專題12-3斜面、輪軸、機(jī)械效率(含答案)初中物理尖子生自主招生培優(yōu)講義83講專題12-3斜面、輪軸、機(jī)械效率知識·解讀一、斜面1、斜面也是一種簡單機(jī)械,也屬于一種杠桿的變形。2、如圖所示的斜面,當(dāng)斜面光滑時,有Fl=Gh,η==100%;當(dāng)斜面存在摩擦?xí)r,有F=Gh+f,η==.3、應(yīng)用:盤山公路、千斤頂,過街天橋等。二、輪軸1、特點:如圖所示,R為輪半徑,r為軸半徑,根據(jù)杠桿平衡條件:F1R=F2r知,輪軸省力,但費距離.2、應(yīng)用:汽車方向盤、扳手、門把手等.三、機(jī)械效率1、有用功、額外功及總功的含義=1\*GB3①有用功:是指我們必須要做的這部分功。=2\*GB3②額外功:是指不需要,但又不得不做的那部分功。=3\*GB3③總功:是有用功和額外功之和。2、總功=有用功+額外功的表述方式:W總=W有用+W額外3、機(jī)械效率的定義及表達(dá)式η=W有效/W總(b)=1\*GB3①有用功和總功的比值叫做機(jī)械效率,用符號η表示。=2\*GB3②表達(dá)式:η=eq\f(W有用,W總)×100%。典例·解讀類型一:斜面相關(guān)計算例1、如圖所示,工人用160N的拉力F將重為300N木箱10s內(nèi)勻速拉到長3m、高1m的斜面頂端.下列說法正確的是()A、拉力F做功的功率是16WB、克服木箱重力做功是900JC、斜面的機(jī)械效率是62.5%D、若只改變斜面的傾斜角度,斜面的機(jī)械效率不變【答案】【答案】C.【解析】拉力F做的總功W總=Fs=160N×3m=480J,時間t=10s,所以功率P=eq\f(W總,t)=eq\f(480J,10s)=48W,A錯誤;克服木箱重力做的功是有用功,所以有用功W有用=Gh=300N×1m=300J,B錯誤;斜面的機(jī)械效率η=eq\f(W有用,W總)×100%=eq\f(300J,480J)×100%=62.5%,C正確;由計算可知,η=eq\f(W有用,W總)×100%=eq\f(G,F)sinθ×100%,所以斜面與地面的夾角θ越大,斜面的效率越大,D錯誤.故選C.類型二:輪軸例2、閱讀文章,回答問題:輪軸輪軸是一種簡單機(jī)械。輪軸由具有共同轉(zhuǎn)動軸O的大輪和小輪組成。通常把大輪叫輪,小輪叫軸。圖1所示是一些輪軸的實例。輪軸實際上是一個可以連續(xù)轉(zhuǎn)動的變形的杠桿。輪半徑R和軸半徑r分別就是作用在輪和軸上的兩個力F1和F2的力臂,如圖2所示。

汽車方向盤螺絲刀喇叭鎖

圖二

根據(jù)杠桿的平衡條件,可得F1R=F2r.使用輪軸時,如果動力作用在輪上能省力,且輪半徑是軸半徑的幾倍,作用在輪上的動力就是阻力的幾分之一。如果動力作用在軸上就費力,但可以省距離。(1)輪軸的實質(zhì)是變形的________。(2)若螺絲刀的輪半徑是1.5cm,軸半徑是0.3cm,則正常使用螺絲刀是__________(選填“省力”或“費力”)的,且動力是阻力的?!敬鸢浮俊敬鸢浮浚?)杠桿;(2)省力,1/5.【解析】(1)輪軸實質(zhì)是可繞固定點轉(zhuǎn)動的杠桿;其支點在軸心,阻力作用在軸上,動力作用在輪上。輪的半徑大于軸半徑,所以其實質(zhì)是一個省力杠桿。(2)螺絲刀的輪半徑是1.5cm,軸半徑是0.3cm,即R=5r,根據(jù)杠桿的平衡條件F1R=F2r,故正常使用螺絲刀是省力的,且動力是阻力的1/5.類型三:涉及機(jī)械效率的力學(xué)綜合1——密度、浮力例3、在某次河道治理的行動中,發(fā)現(xiàn)了一塊重為2×104N的花崗巖沉在河底,為了把它打撈上來,現(xiàn)用滑輪組將這塊浸沒在水中的花崗巖以0.5m/s的速度勻速提起,動滑輪重為4×103N,如圖所示,花崗巖沒有露出水面時,繩端的拉力為8×103N,不計繩重、摩擦及水的阻力.求:(1)花崗巖浸沒在水中勻速上升時,拉力的功率.(2)花崗巖完全露出水面后,勻速上升過程中滑輪組的機(jī)械效率.(結(jié)果保留到0.1%)(3)花崗巖的密度.【答案】【答案】(1)8×103W;(2)83.3%;(3)2.5×103kg/m3.【解析】(1)繩端移動的速度:v繩=2v巖=2×0.5m/s=1m/s花崗巖浸沒在水中勻速上升時,拉力的功率:P=Fv繩=8×103N×1m/s=8×103W(2)花崗巖完全露出水面后,勻速上升過程中滑輪組的機(jī)械效率:η=eq\f(W有,W總)×100%=eq\f(G巖h,(G巖+G動)h)×100%=eq\f(G巖,G巖+G動)×100%=eq\f(2×104N,2×104N+4×103N)×100%≈83.3%(3)花崗巖的質(zhì)量:m巖=eq\f(G巖,g)=eq\f(2×104N,10N/kg)=2×103kg花崗巖浸沒在水中時受到的浮力:F浮=G巖-(2F-G動)=2×104N-(2×8×103N-4×103N)=8×103N花崗巖的體積:V巖=V排=eq\f(F浮,ρ水g)=eq\f(8×103N,1.0×103kg/m3×10N/kg)=0.8m3花崗巖的密度:ρ巖=eq\f(m巖,V巖)=eq\f(2×103kg,0.8m3)=2.5×103kg/m3類型三:涉及機(jī)械效率的力學(xué)綜合2——杠桿、滑輪例4、圖甲所示為一種搬運建筑材料的機(jī)械裝置,AB是個杠桿,O為支點,杠桿平衡時,B端受到的向下的拉力________A端受到的向下的拉力(選填“大于”“小于”或“等于”);用于裝載貨物的小車自重為500N,若搬運2000N的貨物,電動卷揚機(jī)拉鋼絲繩的力F甲=1600N,該滑輪組的效率η甲=_________;若用同樣的滑輪按乙圖組裝,勻速提升相同的貨物,電動卷揚機(jī)拉鋼絲繩的力為F乙,乙滑輪組的效率為η乙,考慮實際情況,則F甲_________F乙,η甲________η乙(選填“>”“<”或“=”)。【答案】【答案】小于;62.5%;>;>.【解析】本題考查杠桿的分類和機(jī)械效率。(1)根據(jù)杠桿的平衡條件,如果動力臂大于阻力臂,則動力小于阻力,是省力杠桿,本題中作用在B端拉力的力臂大于作用在A端拉力的力臂,所以作用在B端的拉力小于作用在A端的拉力;(2)該滑輪的機(jī)械效率η=×100%=×100%=×100%=×100%=62.5%(3)使用甲圖組裝的滑輪組時,F(xiàn)甲=(G物+G動),而使用乙圖組裝的滑輪組時,F(xiàn)乙=(G物+G動),所以F甲>F乙;(4)根據(jù)(4)根據(jù)η=×100%知,乙圖克服摩擦和繩重的額外功大于甲圖,故乙圖的機(jī)械效率低,甲的機(jī)械效率大于乙的機(jī)械效率。類型三:涉及機(jī)械效率的力學(xué)綜合3——斜面例5、已知斜面傾角為30°,斜面高為2m。小兵同學(xué)用繩子沿斜面將重為400N的木箱由斜面底端勻速拉到頂端,拉力大小為300N,繩重不計。求:(1)小兵對木箱做的有用功。(2)斜面的機(jī)械效率。(3)斜面對木箱施加的摩擦力。【答案】【答案】(1)800J;(2)66.7%;(3)100N.【解析】本題考查有關(guān)斜面的功、機(jī)械效率的計算。(1)小兵對木箱做的有用功:W有=Gh=400N×2m=800J。(2)小兵對木箱做的總功:W總=Fs=300N×2m×2=1200J,則斜面的機(jī)械效率為:η=×100%=×100%≈66.7%。(3)W額=W總-W有=1200J-800J=400J,即克服斜面的摩擦力所做的額外功為400J,則由W額=f·s得f===100N。類型四:圖像問題例6、工人用如圖甲所示的滑輪組和箱子運送建材上樓,每次運送量不定,滑輪組的機(jī)械效率隨建材重量變化的圖像如圖乙所示。滑輪和鋼繩的摩擦力及繩重忽略不計,g取10N/kg。(1)若某次運送建材的質(zhì)量為40kg,求此時的拉力是多少?(2)若工人在1min內(nèi)將建材勻速豎直向上提升了12m,作用在鋼繩上的拉力為200N,拉力做功的功率是多大?(3)當(dāng)滑輪組的機(jī)械效率為60%時,運送建材的重力是多大?【答案】【答案】(1)400N;(2)80W;(3)600N.【解析】(1)由圖可知,當(dāng)運送的建材質(zhì)量為40kg時,滑輪組的機(jī)械效率為50%,則有eq\f(W有用,W總)=eq\f(Gh,F2h)=eq\f(400N,2F)=50%,解得F=400N。(2)P=eq\f(W,t)=eq\f(F1·2h1,t)=eq\f(200N×2×12m,1×60s)=80W。(3)由圖可得,當(dāng)機(jī)械效率為50%時,η=eq\f(W有用,W)×100%=eq\f(G物h,(G物+G)h),代入數(shù)據(jù)可得G=400N,當(dāng)η′=60%時,帶入數(shù)據(jù)可解得G物′=600N。培優(yōu)·訓(xùn)練一、選擇題1、如圖所示,在相同時間內(nèi),用大小相同的拉力F把等質(zhì)量的甲、乙兩物體沿斜面AB、AC從底端拉到斜面頂端.F對物體做功的功率分別為P甲、P乙,機(jī)械效率分別為η甲、η乙.下列分析正確的是()A.P甲>P乙、η甲<η乙B.P甲<P乙、η甲<η乙C.P甲<P乙、η甲>η乙D.P甲>P乙、η甲>η乙2、下列關(guān)于功、功率、機(jī)械效率的說法中,正確的是()A.機(jī)械效率越高,做功越多,功率越大B.機(jī)械的功率越大,做功越快C.機(jī)械效率越高,做功越少,功率越大D.機(jī)械效率越高,做功越少,但功率不一定大3、動力做功的功率是P,做功的時間是t,額外阻力做功為W,則機(jī)械效率為()A.B.C.D.4、如圖所示,甲、乙兩物體質(zhì)量相同,在拉力F1、F2作用下分別沿光滑斜面勻速拉到頂端,則下列說法正確的是()A.拉力F1做的功比F2做功多B.拉力F2做的功比F1做功多C.兩者所做的功一樣多D.條件不足,無法判斷5、如圖甲所示,一物體置于斜面上剛好能沿斜面勻速下滑,現(xiàn)用一沿斜面向上的拉力F使該物體沿斜面向上勻速滑動,如圖乙所示,則可知此時斜面的機(jī)械效率是()A.25%B.50%C.75%D.條件不足,無法確定斜面具體的機(jī)械效率6、利用如圖所示的動滑輪將重為G的物體勻速地拉上斜面,設(shè)斜面長為L,高為h,滑輪的重力及摩擦力均不計,根據(jù)功的原理,則拉力為()A、B、C、D、7、用圖示滑輪組,在2s內(nèi)將物重G為1000N的物體沿水平方向勻速移動0.8m,所用水平拉力F為300N,物體受到水平地面的摩擦力f為物重G的0.4倍。在此過程中,說法正確的是()A.繩子自由端沿水平方向移動的速度為1.2m/sB.物體受到的拉力為600NC.拉力F的功率為120WD.滑輪組的機(jī)械效率為66.7%8、一位建筑工人要把建筑材料運送到樓上,他使用了如圖所示的裝置進(jìn)行升降。已知吊籃的質(zhì)量為m1,建筑材料的質(zhì)量為m2,人對繩子的拉力為F,吊籃在拉力的作用下勻速上升了h,不計繩重及摩擦。下列表述正確的是()A.繩子自由端移動的距離為3hB.工人做的有用功為m2ghC.工人做的額外功為2Fh-(m1+m2)ghD.動滑輪重為3F-(m1+m2)g9、物體A在拉力F的作用下以0.2m/s的速度沿水平地面向左勻速運動,如圖所示。拉力F的功率為4W,A與地面間的摩擦力是A重力的0.3倍,若整個裝置的機(jī)械效率為90%,則()A.1s內(nèi)物體A克服重力做功3.6JB.1s內(nèi)物體A克服摩擦力做功3.6JC.物體A與地面的摩擦力為9ND.拉力F為20N10、A、B兩種實心物體的質(zhì)量與體積的關(guān)系如圖甲所示,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?fàn)顟B(tài),則在圖乙的虛線框內(nèi)懸掛B物體的個數(shù)是(不計摩擦和滑輪的自重)()A.1個B.2個C.3個D.4個11、用水平力F1拉動如圖所示裝置,使木板A在粗糙水平面上向右勻速運動,物塊B在木板A上表面相對地面靜止,連接B與豎直墻壁之間的水平繩的拉力大小為F2.不計滑輪重和繩重,滑輪軸光滑.則F1與F2的大小關(guān)系是()A.F1=F2B.F2<F1<2F2C.F1=2F2D.F1>2F212、某同學(xué)用滑輪組提升物體,繩子自由端豎直移動的距離隨時間變化的關(guān)系如圖中圖線a所示,物體上升的高度隨時間變化的關(guān)系如圖中圖線b所示.已知物體的質(zhì)量為450g,所用動滑輪的質(zhì)量為50g,繩子自由端的拉力F為1.3N.g取10N/kg.在0~2s的過程中,下列說法中正確的是()A.繩子自由端移動的速度為5.0cm/sB.拉力F的功率為0.26WC.有用功為0.5JD.滑輪組的機(jī)械效率為90%13、以下生活中的裝置不屬于輪軸的有(

)A、學(xué)校教室門的旋轉(zhuǎn)把手B、螺絲刀C、鉗子D、自行車車把14、若把輪軸、定滑輪、動滑輪看做杠桿,則下列說法中正確的是(

)A、輪軸一定是省力杠桿B、定滑輪可看做等臂杠桿C、動滑輪可看做動力臂為阻力臂1/2倍的杠桿D、以上說法都不對15、(多選)要用15N的力剛好提起20N的重物,如果不計機(jī)械本身的重力,可以應(yīng)用的下列簡單機(jī)械是()A、一個定滑輪B、一根杠桿C、一個動滑輪D、一個輪軸16、用小螺絲刀無法旋動螺絲時,換用粗柄的大螺絲刀就行了,這是因為()A.用大螺絲刀動力大些B.用大螺絲刀所受的阻力小些C.用大螺絲刀阻力臂小些D.用大螺絲刀動力臂大些,動力與動力臂的乘積大于阻力與阻力臂的乘積17、如圖所示,重為100N的物體B,在足夠深的水中勻速下沉,通過滑輪組拉著重600N的物體A沿水平方向勻速運動,在4s內(nèi)物體A移動了0.8米,已知B的密度是水的密度的5倍,動滑輪重12N,不計繩重及滑輪與繩之間的摩擦,g取10N/kg()A、對繩的拉力是20NB、對繩的拉力的功率是16WC、物體受摩擦力為148ND、滑輪組的機(jī)械效率為90%18、將一個重為4.5N的物體沿斜面從底端勻速拉到頂端(如圖所示),斜面長1.2m,高0.4m,斜面對物體的摩擦力為0.3N(物體大小可忽略)。則下列說法正確的是(

)A、沿斜面向上的拉力為0.3NB、拉力做的有用功0.36J,斜面的機(jī)械效率20%C、拉力做的有用功1.8J,斜面的機(jī)械效率20%D、拉力做的總功2.16J,斜面機(jī)械效率83.3%19、如圖所示,甲、乙兩個滑輪組,其中每個滑輪的質(zhì)量都相同,分別用拉力F1、F2將重物G1、G2提升相同高度,不計繩重和摩擦,下列說法正確的是()A.若G1=G2,則拉力F1、F2做的總功相同B.若G1=G2,則拉力F2做的有用功多C.若G1>G2,則甲的機(jī)械效率大于乙的機(jī)械效率D.若G1>G2,則甲、乙兩個滑輪組的機(jī)械效率相等20、圖3、圖4是由相同的滑輪組裝的滑輪組,甲乙兩人分別用兩裝置在相等時間內(nèi)將質(zhì)量相等的重物勻速提升相同的高度,空氣阻力、摩擦、滑輪和繩子的質(zhì)量均不計,下列說法正確的是()A.甲的拉力是乙的拉力的3倍B.乙拉繩子的速度大小是甲拉繩子速度大小的2倍C.甲拉力的功率大于乙拉力的功率D.如果考慮滑輪質(zhì)量,圖3裝置的機(jī)械效率比圖4的小21、如圖所示,有一斜面長為L,高為h,現(xiàn)用力F沿斜面把重為G的物體從底端勻速拉到頂端。已知物體受到斜面的摩擦力為f,則下列關(guān)于斜面機(jī)械效率η的表達(dá)式正確的是()。A.η=×100%B.η=×100%fC.η=×100%D.η=×100%22、(多選)小明和興趣小組的同學(xué)們利用如圖所示的裝置探究斜面的機(jī)械效率,同學(xué)們對實驗過程和裝置發(fā)表了下列不同的看法,其中不正確的有()。A.勻速拉動木塊時,拉力與摩擦力是一對平衡力B.斜面的機(jī)械效率與木塊被拉動的距離是無關(guān)的C.勻速拉動木塊的過程中,木塊機(jī)械能是不變的D.勻速拉動時,木塊是要克服摩擦力做額外功的二、填空題1、如圖所示,用兩個定滑輪和一個動滑輪組成滑輪組,每個滑輪重為30N。用這個滑輪組把重300N的物體勻速提升2m,不計繩重及摩擦,則拉力F大小是_______N,滑輪組的機(jī)械效率為______。第1題圖第2題圖第3題圖2、質(zhì)量為m的工人用如圖甲所示的滑輪組將建筑材料運送到樓頂,滑輪組的機(jī)械效率隨建筑材料重力變化的圖像(如圖乙),機(jī)械中摩擦及繩重忽略不計.影響滑輪組機(jī)械效率的原因有________(寫出一點即可),動滑輪的重力為________;該工人豎直向下拉繩子自由端運送建筑材料時,此滑輪組機(jī)械效率的最大值為______.(后兩空均用已知量符號表示)3、如圖甲所示,物體A重為15N置于水平桌面上,在拉力F的作用下,5s內(nèi)勻速直線運動了0.5m.圖乙是拉力F做的功隨時間變化的圖像.已知物體A在水平桌面上運動時受到的摩擦阻力f為A物重G的0.2倍,則:拉力F=________N;拉力F做功的功率P=________W;滑輪組的機(jī)械效率η=________.cGcG三、計算題1、建筑工地上,施工人員用起重機(jī)吊起建筑材料,如圖所示,每件材料重均為3000N,施工臺距離地面的高度h為3m。起重機(jī)沿豎直方向勻速提升一件材料時,鋼繩的拉力F為2000N,不計鋼繩重和摩擦。求:(1)起重機(jī)提升一件材料時,對材料做的有用功是多少?(2)滑輪組在提升這件材料時的機(jī)械效率是多大?(3)在施工安全的前提下,為了加快施工進(jìn)度,起重機(jī)同時將兩件材料在15s內(nèi)勻速提到施工臺上。求鋼繩自由端拉力F的功率是多大?2、學(xué)習(xí)了簡單機(jī)械的有關(guān)知識后,小強(qiáng)同學(xué)自制了一種簡易升降晾衣架,它由4個定滑輪和兩個動滑輪組成,繩子的一端固定在天花板上,人用力拉繩子的自由端可以使晾衣架勻速上升,晾衣架在勻速上升過程中橫梁保持水平,如圖所示,將40N的衣物掛在晾衣架上,人拉繩子的力為12.5N時,衣物勻速上升,忽略繩重及摩擦。求:(1)此時該裝置的機(jī)械效率。(2)將60N的衣物掛在晾衣架上,使其勻速升高1m,求人所做的總功。3、如圖甲所示,裝有0.01m3水的圓桶置于水平地面上,桶與地面間的接觸面積為0.2m2.桶的質(zhì)量忽略不計,g取10N/kg.(1)求桶中水的質(zhì)量.(2)求這桶水對地面的壓強(qiáng).(3)某同學(xué)用圖乙所示的滑輪組將這桶水勻速提升2m的過程中,所用拉力為40N.求該滑輪組的機(jī)械效率.4、如圖是利用滑輪組打撈水中物體的簡化模型示意圖,工人用一滑輪組從水中打撈物體。已知:物體的質(zhì)量為90kg且以恒定速度勻速上升。當(dāng)物體完全露出水面,工人對滑輪組繩子自由端的拉力F為400N,此時滑輪組的機(jī)械效率η為75%(繩的質(zhì)量、滑輪與軸的摩擦以及水的阻力均忽略不計,g取10N/kg)。(1)請你根據(jù)題目中的條件,判斷出工人所使用的滑輪組是_________。(2)工人的質(zhì)量為60kg,雙腳與地面接觸面積為2.5×10-3m2,物體浸沒在水中和完全被打撈出水面時工人對地面的壓強(qiáng)變化了4×104Pa,求物體浸沒在水中時受到的浮力。(3)若物體完全浸沒在水中時,工人拉力的功率為180W,求物體上升的速度。5、如圖所示,工人師傅用動滑輪把重物勻速提升到一定高度,重物的重為G物,動滑輪的重為G動,此裝置的機(jī)械效率為η,工人的拉力為F,不計繩重和摩擦。請推導(dǎo):F=eq\f(G動,2(1-η)。)6、在一些建筑工地、港口常見到各種大型起重機(jī).圖所示是一種起重機(jī)的簡圖,為了保證起重機(jī)起重時不會翻倒,在起重機(jī)右邊配有一個重物m0,已知OA=10m,OB=5m,起重機(jī)功率為30kW,起重機(jī)本身重力不計.求:(1)要使起重機(jī)吊起6×103kg的貨物時不會繞支點O翻倒,右邊配重m0至少為多少千克?(2)若機(jī)機(jī)械效率為80%,把5×103kg的貨物沿豎直方向勻速提高15m,需要多少時間?7、如圖所示,在C點作用方向始終與半徑OC垂直、大小為F3的力緩慢轉(zhuǎn)動輪軸時,細(xì)繩不斷纏繞于輪軸之上,細(xì)繩通過滑輪組拉動A物體沿斜面勻速向上運動了2m,力的傳感器顯示對A物體的拉力F1為450N.(忽略輪軸摩擦)(1)拉力F1做功是多少?(2)若滑輪組的機(jī)械效率為75%,繩對滑輪組拉力F2是多少?(3)若OB:OC=1:4,則F3的大小為多少?8、如圖所示質(zhì)量為5kg的球放在斜面的頂端A點由靜止?jié)L下,斜面高AC為5m,斜面長AB為11m,若不計摩擦和空氣阻力,(1)在圖中作出球的受力示意圖;(2)球由靜止沿斜面從A點滾到B點,重力做了多少功?3)若重力做了多少功,物體的動能就增加了多少,物理學(xué)中動能的計算公式為Ex=mv2,請計算物體到達(dá)B點的速度?

專題12-3斜面、輪軸、機(jī)械效率知識·解讀一、斜面1、斜面也是一種簡單機(jī)械,也屬于一種杠桿的變形。2、如圖所示的斜面,當(dāng)斜面光滑時,有Fl=Gh,η==100%;當(dāng)斜面存在摩擦?xí)r,有F=Gh+f,η==.3、應(yīng)用:盤山公路、千斤頂,過街天橋等。二、輪軸1、特點:如圖所示,R為輪半徑,r為軸半徑,根據(jù)杠桿平衡條件:F1R=F2r知,輪軸省力,但費距離.2、應(yīng)用:汽車方向盤、扳手、門把手等.三、機(jī)械效率1、有用功、額外功及總功的含義=1\*GB3①有用功:是指我們必須要做的這部分功。=2\*GB3②額外功:是指不需要,但又不得不做的那部分功。=3\*GB3③總功:是有用功和額外功之和。2、總功=有用功+額外功的表述方式:W總=W有用+W額外3、機(jī)械效率的定義及表達(dá)式η=W有效/W總(b)=1\*GB3①有用功和總功的比值叫做機(jī)械效率,用符號η表示。=2\*GB3②表達(dá)式:η=eq\f(W有用,W總)×100%。典例·解讀類型一:斜面相關(guān)計算例1、如圖所示,工人用160N的拉力F將重為300N木箱10s內(nèi)勻速拉到長3m、高1m的斜面頂端.下列說法正確的是()A、拉力F做功的功率是16WB、克服木箱重力做功是900JC、斜面的機(jī)械效率是62.5%D、若只改變斜面的傾斜角度,斜面的機(jī)械效率不變【答案】【答案】C.【解析】拉力F做的總功W總=Fs=160N×3m=480J,時間t=10s,所以功率P=eq\f(W總,t)=eq\f(480J,10s)=48W,A錯誤;克服木箱重力做的功是有用功,所以有用功W有用=Gh=300N×1m=300J,B錯誤;斜面的機(jī)械效率η=eq\f(W有用,W總)×100%=eq\f(300J,480J)×100%=62.5%,C正確;由計算可知,η=eq\f(W有用,W總)×100%=eq\f(G,F)sinθ×100%,所以斜面與地面的夾角θ越大,斜面的效率越大,D錯誤.故選C.類型二:輪軸例2、閱讀文章,回答問題:輪軸輪軸是一種簡單機(jī)械。輪軸由具有共同轉(zhuǎn)動軸O的大輪和小輪組成。通常把大輪叫輪,小輪叫軸。圖1所示是一些輪軸的實例。輪軸實際上是一個可以連續(xù)轉(zhuǎn)動的變形的杠桿。輪半徑R和軸半徑r分別就是作用在輪和軸上的兩個力F1和F2的力臂,如圖2所示。

汽車方向盤螺絲刀喇叭鎖

圖二

根據(jù)杠桿的平衡條件,可得F1R=F2r.使用輪軸時,如果動力作用在輪上能省力,且輪半徑是軸半徑的幾倍,作用在輪上的動力就是阻力的幾分之一。如果動力作用在軸上就費力,但可以省距離。(1)輪軸的實質(zhì)是變形的________。(2)若螺絲刀的輪半徑是1.5cm,軸半徑是0.3cm,則正常使用螺絲刀是__________(選填“省力”或“費力”)的,且動力是阻力的?!敬鸢浮俊敬鸢浮浚?)杠桿;(2)省力,1/5.【解析】(1)輪軸實質(zhì)是可繞固定點轉(zhuǎn)動的杠桿;其支點在軸心,阻力作用在軸上,動力作用在輪上。輪的半徑大于軸半徑,所以其實質(zhì)是一個省力杠桿。(2)螺絲刀的輪半徑是1.5cm,軸半徑是0.3cm,即R=5r,根據(jù)杠桿的平衡條件F1R=F2r,故正常使用螺絲刀是省力的,且動力是阻力的1/5.類型三:涉及機(jī)械效率的力學(xué)綜合1——密度、浮力例3、在某次河道治理的行動中,發(fā)現(xiàn)了一塊重為2×104N的花崗巖沉在河底,為了把它打撈上來,現(xiàn)用滑輪組將這塊浸沒在水中的花崗巖以0.5m/s的速度勻速提起,動滑輪重為4×103N,如圖所示,花崗巖沒有露出水面時,繩端的拉力為8×103N,不計繩重、摩擦及水的阻力.求:(1)花崗巖浸沒在水中勻速上升時,拉力的功率.(2)花崗巖完全露出水面后,勻速上升過程中滑輪組的機(jī)械效率.(結(jié)果保留到0.1%)(3)花崗巖的密度.【答案】【答案】(1)8×103W;(2)83.3%;(3)2.5×103kg/m3.【解析】(1)繩端移動的速度:v繩=2v巖=2×0.5m/s=1m/s花崗巖浸沒在水中勻速上升時,拉力的功率:P=Fv繩=8×103N×1m/s=8×103W(2)花崗巖完全露出水面后,勻速上升過程中滑輪組的機(jī)械效率:η=eq\f(W有,W總)×100%=eq\f(G巖h,(G巖+G動)h)×100%=eq\f(G巖,G巖+G動)×100%=eq\f(2×104N,2×104N+4×103N)×100%≈83.3%(3)花崗巖的質(zhì)量:m巖=eq\f(G巖,g)=eq\f(2×104N,10N/kg)=2×103kg花崗巖浸沒在水中時受到的浮力:F?。紾巖-(2F-G動)=2×104N-(2×8×103N-4×103N)=8×103N花崗巖的體積:V巖=V排=eq\f(F浮,ρ水g)=eq\f(8×103N,1.0×103kg/m3×10N/kg)=0.8m3花崗巖的密度:ρ巖=eq\f(m巖,V巖)=eq\f(2×103kg,0.8m3)=2.5×103kg/m3類型三:涉及機(jī)械效率的力學(xué)綜合2——杠桿、滑輪例4、圖甲所示為一種搬運建筑材料的機(jī)械裝置,AB是個杠桿,O為支點,杠桿平衡時,B端受到的向下的拉力________A端受到的向下的拉力(選填“大于”“小于”或“等于”);用于裝載貨物的小車自重為500N,若搬運2000N的貨物,電動卷揚機(jī)拉鋼絲繩的力F甲=1600N,該滑輪組的效率η甲=_________;若用同樣的滑輪按乙圖組裝,勻速提升相同的貨物,電動卷揚機(jī)拉鋼絲繩的力為F乙,乙滑輪組的效率為η乙,考慮實際情況,則F甲_________F乙,η甲________η乙(選填“>”“<”或“=”)?!敬鸢浮俊敬鸢浮啃∮?;62.5%;>;>.【解析】本題考查杠桿的分類和機(jī)械效率。(1)根據(jù)杠桿的平衡條件,如果動力臂大于阻力臂,則動力小于阻力,是省力杠桿,本題中作用在B端拉力的力臂大于作用在A端拉力的力臂,所以作用在B端的拉力小于作用在A端的拉力;(2)該滑輪的機(jī)械效率η=×100%=×100%=×100%=×100%=62.5%(3)使用甲圖組裝的滑輪組時,F(xiàn)甲=(G物+G動),而使用乙圖組裝的滑輪組時,F(xiàn)乙=(G物+G動),所以F甲>F乙;(4)根據(jù)(4)根據(jù)η=×100%知,乙圖克服摩擦和繩重的額外功大于甲圖,故乙圖的機(jī)械效率低,甲的機(jī)械效率大于乙的機(jī)械效率。類型三:涉及機(jī)械效率的力學(xué)綜合3——斜面例5、已知斜面傾角為30°,斜面高為2m。小兵同學(xué)用繩子沿斜面將重為400N的木箱由斜面底端勻速拉到頂端,拉力大小為300N,繩重不計。求:(1)小兵對木箱做的有用功。(2)斜面的機(jī)械效率。(3)斜面對木箱施加的摩擦力。【答案】【答案】(1)800J;(2)66.7%;(3)100N.【解析】本題考查有關(guān)斜面的功、機(jī)械效率的計算。(1)小兵對木箱做的有用功:W有=Gh=400N×2m=800J。(2)小兵對木箱做的總功:W總=Fs=300N×2m×2=1200J,則斜面的機(jī)械效率為:η=×100%=×100%≈66.7%。(3)W額=W總-W有=1200J-800J=400J,即克服斜面的摩擦力所做的額外功為400J,則由W額=f·s得f===100N。類型四:圖像問題例6、工人用如圖甲所示的滑輪組和箱子運送建材上樓,每次運送量不定,滑輪組的機(jī)械效率隨建材重量變化的圖像如圖乙所示?;喓弯摾K的摩擦力及繩重忽略不計,g取10N/kg。(1)若某次運送建材的質(zhì)量為40kg,求此時的拉力是多少?(2)若工人在1min內(nèi)將建材勻速豎直向上提升了12m,作用在鋼繩上的拉力為200N,拉力做功的功率是多大?(3)當(dāng)滑輪組的機(jī)械效率為60%時,運送建材的重力是多大?【答案】【答案】(1)400N;(2)80W;(3)600N.【解析】(1)由圖可知,當(dāng)運送的建材質(zhì)量為40kg時,滑輪組的機(jī)械效率為50%,則有eq\f(W有用,W總)=eq\f(Gh,F2h)=eq\f(400N,2F)=50%,解得F=400N。(2)P=eq\f(W,t)=eq\f(F1·2h1,t)=eq\f(200N×2×12m,1×60s)=80W。(3)由圖可得,當(dāng)機(jī)械效率為50%時,η=eq\f(W有用,W)×100%=eq\f(G物h,(G物+G)h),代入數(shù)據(jù)可得G=400N,當(dāng)η′=60%時,帶入數(shù)據(jù)可解得G物′=600N。培優(yōu)·訓(xùn)練一、選擇題1、如圖所示,在相同時間內(nèi),用大小相同的拉力F把等質(zhì)量的甲、乙兩物體沿斜面AB、AC從底端拉到斜面頂端.F對物體做功的功率分別為P甲、P乙,機(jī)械效率分別為η甲、η乙.下列分析正確的是()A.P甲>P乙、η甲<η乙B.P甲<P乙、η甲<η乙C.P甲<P乙、η甲>η乙D.P甲>P乙、η甲>η乙2、下列關(guān)于功、功率、機(jī)械效率的說法中,正確的是()A.機(jī)械效率越高,做功越多,功率越大B.機(jī)械的功率越大,做功越快C.機(jī)械效率越高,做功越少,功率越大D.機(jī)械效率越高,做功越少,但功率不一定大3、動力做功的功率是P,做功的時間是t,額外阻力做功為W,則機(jī)械效率為()A.B.C.D.4、如圖所示,甲、乙兩物體質(zhì)量相同,在拉力F1、F2作用下分別沿光滑斜面勻速拉到頂端,則下列說法正確的是()A.拉力F1做的功比F2做功多B.拉力F2做的功比F1做功多C.兩者所做的功一樣多D.條件不足,無法判斷5、如圖甲所示,一物體置于斜面上剛好能沿斜面勻速下滑,現(xiàn)用一沿斜面向上的拉力F使該物體沿斜面向上勻速滑動,如圖乙所示,則可知此時斜面的機(jī)械效率是()A.25%B.50%C.75%D.條件不足,無法確定斜面具體的機(jī)械效率6、利用如圖所示的動滑輪將重為G的物體勻速地拉上斜面,設(shè)斜面長為L,高為h,滑輪的重力及摩擦力均不計,根據(jù)功的原理,則拉力為()A、B、C、D、7、用圖示滑輪組,在2s內(nèi)將物重G為1000N的物體沿水平方向勻速移動0.8m,所用水平拉力F為300N,物體受到水平地面的摩擦力f為物重G的0.4倍。在此過程中,說法正確的是()A.繩子自由端沿水平方向移動的速度為1.2m/sB.物體受到的拉力為600NC.拉力F的功率為120WD.滑輪組的機(jī)械效率為66.7%8、一位建筑工人要把建筑材料運送到樓上,他使用了如圖所示的裝置進(jìn)行升降。已知吊籃的質(zhì)量為m1,建筑材料的質(zhì)量為m2,人對繩子的拉力為F,吊籃在拉力的作用下勻速上升了h,不計繩重及摩擦。下列表述正確的是()A.繩子自由端移動的距離為3hB.工人做的有用功為m2ghC.工人做的額外功為2Fh-(m1+m2)ghD.動滑輪重為3F-(m1+m2)g9、物體A在拉力F的作用下以0.2m/s的速度沿水平地面向左勻速運動,如圖所示。拉力F的功率為4W,A與地面間的摩擦力是A重力的0.3倍,若整個裝置的機(jī)械效率為90%,則()A.1s內(nèi)物體A克服重力做功3.6JB.1s內(nèi)物體A克服摩擦力做功3.6JC.物體A與地面的摩擦力為9ND.拉力F為20N10、A、B兩種實心物體的質(zhì)量與體積的關(guān)系如圖甲所示,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?fàn)顟B(tài),則在圖乙的虛線框內(nèi)懸掛B物體的個數(shù)是(不計摩擦和滑輪的自重)()A.1個B.2個C.3個D.4個11、用水平力F1拉動如圖所示裝置,使木板A在粗糙水平面上向右勻速運動,物塊B在木板A上表面相對地面靜止,連接B與豎直墻壁之間的水平繩的拉力大小為F2.不計滑輪重和繩重,滑輪軸光滑.則F1與F2的大小關(guān)系是()A.F1=F2B.F2<F1<2F2C.F1=2F2D.F1>2F212、某同學(xué)用滑輪組提升物體,繩子自由端豎直移動的距離隨時間變化的關(guān)系如圖中圖線a所示,物體上升的高度隨時間變化的關(guān)系如圖中圖線b所示.已知物體的質(zhì)量為450g,所用動滑輪的質(zhì)量為50g,繩子自由端的拉力F為1.3N.g取10N/kg.在0~2s的過程中,下列說法中正確的是()A.繩子自由端移動的速度為5.0cm/sB.拉力F的功率為0.26WC.有用功為0.5JD.滑輪組的機(jī)械效率為90%13、以下生活中的裝置不屬于輪軸的有(

)A、學(xué)校教室門的旋轉(zhuǎn)把手B、螺絲刀C、鉗子D、自行車車把14、若把輪軸、定滑輪、動滑輪看做杠桿,則下列說法中正確的是(

)A、輪軸一定是省力杠桿B、定滑輪可看做等臂杠桿C、動滑輪可看做動力臂為阻力臂1/2倍的杠桿D、以上說法都不對15、(多選)要用15N的力剛好提起20N的重物,如果不計機(jī)械本身的重力,可以應(yīng)用的下列簡單機(jī)械是()A、一個定滑輪B、一根杠桿C、一個動滑輪D、一個輪軸16、用小螺絲刀無法旋動螺絲時,換用粗柄的大螺絲刀就行了,這是因為()A.用大螺絲刀動力大些B.用大螺絲刀所受的阻力小些C.用大螺絲刀阻力臂小些D.用大螺絲刀動力臂大些,動力與動力臂的乘積大于阻力與阻力臂的乘積17、如圖所示,重為100N的物體B,在足夠深的水中勻速下沉,通過滑輪組拉著重600N的物體A沿水平方向勻速運動,在4s內(nèi)物體A移動了0.8米,已知B的密度是水的密度的5倍,動滑輪重12N,不計繩重及滑輪與繩之間的摩擦,g取10N/kg()A、對繩的拉力是20NB、對繩的拉力的功率是16WC、物體受摩擦力為148ND、滑輪組的機(jī)械效率為90%18、將一個重為4.5N的物體沿斜面從底端勻速拉到頂端(如圖所示),斜面長1.2m,高0.4m,斜面對物體的摩擦力為0.3N(物體大小可忽略)。則下列說法正確的是(

)A、沿斜面向上的拉力為0.3NB、拉力做的有用功0.36J,斜面的機(jī)械效率20%C、拉力做的有用功1.8J,斜面的機(jī)械效率20%D、拉力做的總功2.16J,斜面機(jī)械效率83.3%19、如圖所示,甲、乙兩個滑輪組,其中每個滑輪的質(zhì)量都相同,分別用拉力F1、F2將重物G1、G2提升相同高度,不計繩重和摩擦,下列說法正確的是()A.若G1=G2,則拉力F1、F2做的總功相同B.若G1=G2,則拉力F2做的有用功多C.若G1>G2,則甲的機(jī)械效率大于乙的機(jī)械效率D.若G1>G2,則甲、乙兩個滑輪組的機(jī)械效率相等20、圖3、圖4是由相同的滑輪組裝的滑輪組,甲乙兩人分別用兩裝置在相等時間內(nèi)將質(zhì)量相等的重物勻速提升相同的高度,空氣阻力、摩擦、滑輪和繩子的質(zhì)量均不計,下列說法正確的是()A.甲的拉力是乙的拉力的3倍B.乙拉繩子的速度大小是甲拉繩子速度大小的2倍C.甲拉力的功率大于乙拉力的功率D.如果考慮滑輪質(zhì)量,圖3裝置的機(jī)械效率比圖4的小21、如圖所示,有一斜面長為L,高為h,現(xiàn)用力F沿斜面把重為G的物體從底端勻速拉到頂端。已知物體受到斜面的摩擦力為f,則下列關(guān)于斜面機(jī)械效率η的表達(dá)式正確的是()。A.η=×100%B.η=×100%fC.η=×100%D.η=×100%22、(多選)小明和興趣小組的同學(xué)們利用如圖所示的裝置探究斜面的機(jī)械效率,同學(xué)們對實驗過程和裝置發(fā)表了下列不同的看法,其中不正確的有()。A.勻速拉動木塊時,拉力與摩擦力是一對平衡力B.斜面的機(jī)械效率與木塊被拉動的距離是無關(guān)的C.勻速拉動木塊的過程中,木塊機(jī)械能是不變的D.勻速拉動時,木塊是要克服摩擦力做額外功的二、填空題1、如圖所示,用兩個定滑輪和一個動滑輪組成滑輪組,每個滑輪重為30N。用這個滑輪組把重300N的物體勻速提升2m,不計繩重及摩擦,則拉力F大小是_______N,滑輪組的機(jī)械效率為______。第1題圖第2題圖第3題圖2、質(zhì)量為m的工人用如圖甲所示的滑輪組將建筑材料運送到樓頂,滑輪組的機(jī)械效率隨建筑材料重力變化的圖像(如圖乙),機(jī)械中摩擦及繩重忽略不計.影響滑輪組機(jī)械效率的原因有________(寫出一點即可),動滑輪的重力為________;該工人豎直向下拉繩子自由端運送建筑材料時,此滑輪組機(jī)械效率的最大值為______.(后兩空均用已知量符號表示)3、如圖甲所示,物體A重為15N置于水平桌面上,在拉力F的作用下,5s內(nèi)勻速直線運動了0.5m.圖乙是拉力F做的功隨時間變化的圖像.已知物體A在水平桌面上運動時受到的摩擦阻力f為A物重G的0.2倍,則:拉力F=________N;拉力F做功的功率P=________W;滑輪組的機(jī)械效率η=________.cGcG三、計算題1、建筑工地上,施工人員用起重機(jī)吊起建筑材料,如圖所示,每件材料重均為3000N,施工臺距離地面的高度h為3m。起重機(jī)沿豎直方向勻速提升一件材料時,鋼繩的拉力F為2000N,不計鋼繩重和摩擦。求:(1)起重機(jī)提升一件材料時,對材料做的有用功是多少?(2)滑輪組在提升這件材料時的機(jī)械效率是多大?(3)在施工安全的前提下,為了加快施工進(jìn)度,起重機(jī)同時將兩件材料在15s內(nèi)勻速提到施工臺上。求鋼繩自由端拉力F的功率是多大?2、學(xué)習(xí)了簡單機(jī)械的有關(guān)知識后,小強(qiáng)同學(xué)自制了一種簡易升降晾衣架,它由4個定滑輪和兩個動滑輪組成,繩子的一端固定在天花板上,人用力拉繩子的自由端可以使晾衣架勻速上升,晾衣架在勻速上升過程中橫梁保持水平,如圖所示,將40N的衣物掛在晾衣架上,人拉繩子的力為12.5N時,衣物勻速上升,忽略繩重及摩擦。求:(1)此時該裝置的機(jī)械效率。(2)將60N的衣物掛在晾衣架上,使其勻速升高1m,求人所做的總功。3、如圖甲所示,裝有0.01m3水的圓桶置于水平地面上,桶與地面間的接觸面積為0.2m2.桶的質(zhì)量忽略不計,g取10N/kg.(1)求桶中水的質(zhì)量.(2)求這桶水對地面的壓強(qiáng).(3)某同學(xué)用圖乙所示的滑輪組將這桶水勻速提升2m的過程中,所用拉力為40N.求該滑輪組的機(jī)械效率.4、如圖是利用滑輪組打撈水中物體的簡化模型示意圖,工人用一滑輪組從水中打撈物體。已知:物體的質(zhì)量為90kg且以恒定速度勻速上升。當(dāng)物體完全露出水面,工人對滑輪組繩子自由端的拉力F為400N,此時滑輪組的機(jī)械效率η為75%(繩的質(zhì)量、滑輪與軸的摩擦以及水的阻力均忽略不計,g取10N/kg)。(1)請你根據(jù)題目中的條件,判斷出工人所使用的滑輪組是_________。(2)工人的質(zhì)量為60kg,雙腳與地面接觸面積為2.5×10-3m2,物體浸沒在水中和完全被打撈出水面時工人對地面的壓強(qiáng)變化了4×104Pa,求物體浸沒在水中時受到的浮力。(3)若物體完全浸沒在水中時,工人拉力的功率為180W,求物體上升的速度。5、如圖所示,工人師傅用動滑輪把重物勻速提升到一定高度,重物的重為G物,動滑輪的重為G動,此裝置的機(jī)械效率為η,工人的拉力為F,不計繩重和摩擦。請推導(dǎo):F=eq\f(G動,2(1-η)。)6、在一些建筑工地、港口常見到各種大型起重機(jī).圖所示是一種起重機(jī)的簡圖,為了保證起重機(jī)起重時不會翻倒,在起重機(jī)右邊配有一個重物m0,已知OA=10m,OB=5m,起重機(jī)功率為30kW,起重機(jī)本身重力不計.求:(1)要使起重機(jī)吊起6×103kg的貨物時不會繞支點O翻倒,右邊配重m0至少為多少千克?(2)若機(jī)機(jī)械效率為80%,把5×103kg的貨物沿豎直方向勻速提高15m,需要多少時間?7、如圖所示,在C點作用方向始終與半徑OC垂直、大小為F3的力緩慢轉(zhuǎn)動輪軸時,細(xì)繩不斷纏繞于輪軸之上,細(xì)繩通過滑輪組拉動A物體沿斜面勻速向上運動了2m,力的傳感器顯示對A物體的拉力F1為450N.(忽略輪軸摩擦)(1)拉力F1做功是多少?(2)若滑輪組的機(jī)械效率為75%,繩對滑輪組拉力F2是多少?(3)若OB:OC=1:4,則F3的大小為多少?8、如圖所示質(zhì)量為5kg的球放在斜面的頂端A點由靜止?jié)L下,斜面高AC為5m,斜面長AB為11m,若不計摩擦和空氣阻力,(1)在圖中作出球的受力示意圖;(2)球由靜止沿斜面從A點滾到B點,重力做了多少功?(3)若重力做了多少功,物體的動能就增加了多少,物理學(xué)中動能的計算公式為Ex=mv2,請計算物體到達(dá)B點的速度?

專題12-3斜面、輪軸例1、【答案】C.【解析】拉力F做的總功W總=Fs=160N×3m=480J,時間t=10s,所以功率P=eq\f(W總,t)=eq\f(480J,10s)=48W,A錯誤;克服木箱重力做的功是有用功,所以有用功W有用=Gh=300N×1m=300J,B錯誤;斜面的機(jī)械效率η=eq\f(W有用,W總)×100%=eq\f(300J,480J)×100%=62.5%,C正確;由計算可知,η=eq\f(W有用,W總)×100%=eq\f(G,F)sinθ×100%,所以斜面與地面的夾角θ越大,斜面的效率越大,D錯誤.故選C.例2、【答案】(1)杠桿;(2)省力,1/5.【解析】(1)輪軸實質(zhì)是可繞固定點轉(zhuǎn)動的杠桿;其支點在軸心,阻力作用在軸上,動力作用在輪上。輪的半徑大于軸半徑,所以其實質(zhì)是一個省力杠桿。(2)螺絲刀的輪半徑是1.5cm,軸半徑是0.3cm,即R=5r,根據(jù)杠桿的平衡條件F1R=F2r,故正常使用螺絲刀是省力的,且動力是阻力的1/5.例3、【答案】(1)8×103W;(2)83.3%;(3)2.5×103kg/m3.【解析】(1)繩端移動的速度:v繩=2v巖=2×0.5m/s=1m/s花崗巖浸沒在水中勻速上升時,拉力的功率:P=Fv繩=8×103N×1m/s=8×103W(2)花崗巖完全露出水面后,勻速上升過程中滑輪組的機(jī)械效率:η=eq\f(W有,W總)×100%=eq\f(G巖h,(G巖+G動)h)×100%=eq\f(G巖,G巖+G動)×100%=eq\f(2×104N,2×104N+4×103N)×100%≈83.3%(3)花崗巖的質(zhì)量:m巖=eq\f(G巖,g)=eq\f(2×104N,10N/kg)=2×103kg花崗巖浸沒在水中時受到的浮力:F?。紾巖-(2F-G動)=2×104N-(2×8×103N-4×103N)=8×103N花崗巖的體積:V巖=V排=eq\f(F浮,ρ水g)=eq\f(8×103N,1.0×103kg/m3×10N/kg)=0.8m3花崗巖的密度:ρ巖=eq\f(m巖,V巖)=eq\f(2×103kg,0.8m3)=2.5×103kg/m3例4、【答案】小于;62.5%;>;>.【解析】本題考查杠桿的分類和機(jī)械效率。(1)根據(jù)杠桿的平衡條件,如果動力臂大于阻力臂,則動力小于阻力,是省力杠桿,本題中作用在B端拉力的力臂大于作用在A端拉力的力臂,所以作用在B端的拉力小于作用在A端的拉力;(2)該滑輪的機(jī)械效率η=×100%=×100%=×100%=×100%=62.5%(3)使用甲圖組裝的滑輪組時,F(xiàn)甲=(G物+G動),而使用乙圖組裝的滑輪組時,F(xiàn)乙=(G物+G動),所以F甲>F乙;根據(jù)η=×100%知,乙圖克服摩擦和繩重的額外功大于甲圖,故乙圖的機(jī)械效率低,甲的機(jī)械效率大于乙的機(jī)械效率。例5、【答案】(1)800J;(2)66.7%;(3)100N.【解析】本題考查有關(guān)斜面的功、機(jī)械效率的計算。(1)小兵對木箱做的有用功:W有=Gh=400N×2m=800J。(2)小兵對木箱做的總功:W總=Fs=300N×2m×2=1200J,則斜面的機(jī)械效率為:η=×100%=×100%≈66.7%。(3)W額=W總-W有=1200J-800J=400J,即克服斜面的摩擦力所做的額外功為400J,則由W額=f·s得f===100N。例6、【答案】(1)400N;(2)80W;(3)600N.【解析】(1)由圖可知,當(dāng)運送的建材質(zhì)量為40kg時,滑輪組的機(jī)械效率為50%,則有eq\f(W有用,W總)=eq\f(Gh,F2h)=eq\f(400N,2F)=50%,解得F=400N。(2)P=eq\f(W,t)=eq\f(F1·2h1,t)=eq\f(200N×2×12m,1×60s)=80W。(3)由圖可得,當(dāng)機(jī)械效率為50%時,η=eq\f(W有用,W)×100%=eq\f(G物h,(G物+G)h),代入數(shù)據(jù)可得G=400N,當(dāng)η′=60%時,帶入數(shù)據(jù)可解得G物′=600N。培優(yōu)·訓(xùn)練一、選擇題1、A2、B【解析】機(jī)械效率高,只能說明有用功在總功中占的比例多,而不能說明做功的多少、做功的快慢,故A、C、D、說法錯誤;功率越大,說明做功越快,故B說法正確。3.D【解析】有用功:W有=W總-W,總功:W總=Pt,機(jī)械效率:。4、C【解析】斜面光滑,沿斜面拉動物體時,物體不受摩擦力作用,不需要克服摩擦力做功,沒有額外功;所以把同一物體沿不同的斜面分別拉到相同的高度h,拉力做的功W=Fs=Gh,由于G與h都相同,可知拉力F1、F2做功相同。5、B【解析】由圖甲中物體勻速下降得重力的功等于阻力的功,即WG=Wf,物體勻速上升時,拉力的功要克服重力和摩擦力的功,即拉力的功等于W總=WG+Wf=2WG,則機(jī)械效率:。6、C【解析】在向上拉的過程中,重力勢能增加量為:Gh,由功的原理知使用機(jī)械時,人做的功都等于不用機(jī)械時人所做的功,即拉力的功與重力的功相等.即:W=Gh,由動滑輪的特點知在拉的過程中F拉著繩頭走過了2L,故F==。7、A8、B9、B10、B11、D【解析】由于物塊B在木板A上表面相對地面靜止,故B在水平方向上受力F2=fB;由于木板A在粗糙水平面上向右勻速運動,故A在水平方向上向右受繩子的拉力F=fB+f地=eq\f(1,2)F1,即F1=2(F2+f地),故ABC錯誤,D正確.故選D.12、B【解析】由圖可知,當(dāng)t=2s時,sa=40cm,sb=10cm,所以n=4,繩子自由端移動的速度:v=eq\f(sa,t)=eq\f(40cm,2s)=20cm/s=0.2m/s,A錯誤;人拉繩做功的功率P=eq\f(W,t)=eq\f(Fs,t)=Fv=1.3N×0.2m/s=0.26W,B正確;人對物體做的有用功為W有=Gh=mgh=0.45kg×10N/kg×0.1m=0.45J,C錯誤;滑輪組的機(jī)械效率η=eq\f(W有,W總)×100%=eq\f(mgh,Fs)×100%=eq\f(mg,nF)×100%=eq\f(0.45kg×10N/kg,4×1.3N)×100%≈86.5%,D錯誤.故選B.13、C14、B15、BD16、D17、C18、D19、C【解析】甲滑輪組中有一個動滑輪,乙滑輪組中有兩個動滑輪,所以若把物體提升相同的高度,乙滑輪組做的額外功多,若G1=G2,把物體提升相同的高度,則根據(jù)W=Gh可知兩個滑輪組所做的有用功相同,由于總功等于有用功加額外功,所以拉力F1做的總功小于拉力F2做的總功,A、B錯誤;若G1>G2,物體提升相同的高度,則根據(jù)W=Gh可知,甲所做的有用功大于乙所做的有用功,且甲滑輪組做的額外功小于乙滑輪組做的額外功,根據(jù)η=eq\f(W有,W總)=eq\f(W有,W有+W額)=eq\f(1,1+\f(W額,W有))可知,甲滑輪組的機(jī)械效率大于乙滑輪組的機(jī)械效率,C正確,D錯誤.故選C.20、B21、D斜面的機(jī)械效率η=eq\f(W有用,W總)=eq\f(Gh,Gh+fL)×100%。22、AC木塊勻速滑動時,受四個力的作用:重力、支持力、拉力、摩擦力,這四個力的合力為零,拉力與摩擦力不是平衡力;斜面的機(jī)械效率與重力和拉力有關(guān),與木塊被拉動的距離無關(guān);木塊上滑時,重力勢能增大。二、填空題1、11090.9%【解析】本題考查滑輪組的機(jī)械效率。重物由三股繩子承擔(dān),不計繩重和摩擦?xí)r,拉力F=(G物+G動)=(300N+30N)=110N;滑輪組的機(jī)械效率是η=×100%=×100%=90.9%。2、物重(或動滑輪的重力)G01-eq\f(G0,3mg)【解析】影響滑輪組的機(jī)械效率有:提升物體做的有用功、提升動滑輪做的額外功(不考慮摩擦力和繩重);由圖乙可知當(dāng)物重為G0時,η=50%=eq\f(G0h,G0h+G動h),解得G動=G0;η=eq\f(W有,W總)=eq\f(W有,W有+W額)=eq\f(Gh,Gh+GOh)=eq\f(G,G+GO),拉力最大時提升的重物最重,此時機(jī)械效率最大,η=eq\f(W有,W總)=eq\f(W總-W額,W總)=eq\f(mgs-G0h,mgs)=eq\f(mg3h-G0h,mg3h)=eq\f(3mg-G0,3mg)=1-eq\f(G0,3mg).3、2.5;0.5;60%4、100;85三、計算題1、(1)9000J(2)75%(3)1400W【解析】本題考查機(jī)械效率和功率的綜合計算。(1)起重機(jī)做的有用功:W有=Gh=3000N×3m=9000J;(2)滑輪組提升材料所做的總功:W總=Fs=F×2h=2000N×2×3m=12000J,η=×100%=×100%=75%(3)因為不計鋼繩重和摩擦,起重機(jī)只對動滑輪做額外功所以W外=W總-W有=12000J-9000J=3000J起重機(jī)提升兩件材料做的有用功:W有′=G′h=6000N×3m=18000J起重機(jī)提升兩件材料拉力做的功:W總′=W有′+W外=18000J+3000J=21000J起重機(jī)提升兩件材料拉力的功率:P===1400W2、(1)80%(2)70J【解析】本題考查機(jī)械效率的有關(guān)計算。(1)提升衣物所做的功是有用功,即W有=G衣物h,人拉繩所做的功為總功,其大小為W總=Fs,又由題圖可知s=4h,然后根據(jù)機(jī)械效率的計算公式計算即可:η=×100%=×100%=×100%=×100%=×100%=80%。(2)要計算提升60N的衣物時人做的總功,根據(jù)W總=W有+W額可知,需要計算出提升60N衣物時做的有用功和額外功,有用功W有=Gh=60N×1m=60J;由于忽略繩重和摩擦,所以在使用該裝置時所做的額外功就是克服晾衣架自身重力所做的功。橫梁、動滑輪和衣物的總重力由4段繩子承擔(dān),忽略摩擦和繩重后,則橫梁和動滑輪的重力是G′=4F-G衣物=4×12.5N-40N=10N。所以額外功為W額=G′h=10N×1m=10J;當(dāng)將60N的衣物提升1m時,人所做的總功是W總=W有+W額=60J+10J=70J。3、解:(1)水的體積V=0.01m3,由ρ=eq\f(m,V)可得水的質(zhì)量:m=ρV=1×103kg/m3×0.01m3=10kg.(2)這桶水所受的重力:G=mg=10kg×10N/kg=100N,桶的質(zhì)量忽略不計、自重不計,則水桶對地面的壓力:F=G=100N,這桶水對地面的壓強(qiáng):p=eq\f(F,S)=eq\f(100N,0.2m2)=500Pa.(3)由圖知,承擔(dān)物重的繩子股數(shù)n=3,則滑輪組的機(jī)械效率:η=eq\f(W有用,W總)×100%=eq\f(Gh,Fs)×100%=eq\f(Gh,F×3h)×100%=eq\f(G,3F)×100%=eq\f(100N,3×40N)×100%≈83.3%.4、(1)A;(2)由題意可知,當(dāng)物體完全露出水面時F=eq\f(1,3)(G物+G動),代入數(shù)據(jù)可解得G動=300N,此時人對地面的壓力F壓=G人-F=60kg×10N/kg-400N=200N。物體完全浸沒在水中時對滑輪組的拉力F拉=G物-F浮,完全露出后物體對滑輪組拉力F拉=G物,所以物體被打撈出水面后對滑輪組拉力增大,繩子自由端拉力隨之變大,人對地面壓力變小,壓強(qiáng)變小,由p=eq\f(F,S)可得,物體完全露出水面后,人對地面壓力減小量ΔF=ΔpS=4×104Pa×2.5×10-3m2=100N,所以物體完全浸沒在水中時,人對地面壓力F壓′=F壓+ΔF=200N+100N=300N,此時人對繩子自由端拉力F′=G人′-F壓′=60kg×10N/kg-300N=300N,且F′=eq\f(1,3)(F拉′+G動)=eq\f(1,3)(G物-F?。獹動),所以F?。紾物+G動-3F′=90kg×10N/kg+300N-3×300N=300N。(3)由P=eq\f(W,t)=eq\f(Fs,t)=Fv可得,物體完全浸沒在水中時繩子自由端的速度v=eq\f(P,F′)=eq\f(180W,300N)=0.6m/s,則物體的上升速度v物=eq\f(v,n)=eq\f(0.6m/s,3)=0.2m/s。5、用動滑輪提升物體,則繩的拉伸路程s=2h,拉力做的總功W總=Fs。不計摩擦和繩重,使用動滑輪做的額外功W額外=G動h,有用功W有用=W總-W額外=Fs-G動h,則動滑輪的機(jī)械效率η=eq\f(W有用,W總)=eq\f(Fs-G動h,Fs)=1-eq\f(G動h,Fs)=1-eq\f(G動h,F2h)=1-eq\f(G動,2F),則拉力的大小F=eq\f(G動,2(1-η))。6、(1)1.2×104kg(2)31.25s7、900J300N75N8、(1)略;(2)250J;3)10m/s專題12-4簡單機(jī)械實驗知識·解讀專題12-4簡單機(jī)械實驗知識·解讀一、實驗探究:杠桿的平衡條件1、實驗步驟(1)調(diào)平:在掛鉤碼前,調(diào)節(jié)杠桿兩端的平衡螺母,使杠桿在水平位置平衡。(2)力和力臂的測量。①杠桿受到的作用力等于所掛鉤碼的重力。②力臂:從杠桿上讀出支點到所掛鉤碼位置的距離就是力臂的長度。(3)分析實驗數(shù)據(jù):計算力和相應(yīng)力臂的乘積,比較其大小關(guān)系,得出實驗結(jié)論。2、要點探究(1)為什么要調(diào)節(jié)杠桿在水平位置平衡?為了便于直接從杠桿上測出力臂的大小,同時可以使杠桿的重心落在支點處,避免杠桿的重力對平衡產(chǎn)生影響。(2)實驗前,如何調(diào)節(jié)平衡螺母使其在水平方向平衡?按“左偏(低)右調(diào),右偏(低)左調(diào)”的原則。(3)實驗時為什么要做多次實驗、收集多組數(shù)據(jù)?只根據(jù)一組實驗數(shù)據(jù)分析得出的結(jié)論具有偶然性,為了得到普遍性結(jié)論,使結(jié)論更具有說服力,應(yīng)測量多組數(shù)據(jù)進(jìn)行分析總結(jié)。3、失分盲點(1)該杠桿的動力和阻力是可以任意規(guī)定的,力的大小等于鉤碼的重力。(2)平衡螺母只能在懸掛鉤碼前調(diào)節(jié)杠桿平衡時使用,在懸掛鉤碼后不可移動平衡螺母。二、測量滑輪組的機(jī)械效率1、實驗原理:。2、測量方法:用彈簧測力計測出鉤碼重G、拉力F,用刻度尺測出鉤碼上升的高度h、繩端移動的距離s。3、實驗關(guān)鍵(1)記位置:實驗前,記下鉤碼和拉力的起始位置。(2)測物理量:緩慢勻速拉動彈簧測力計,使鉤碼升高一定的距離,讀出拉力F、測出鉤碼上升高度h和拉力移動距離s,填入記錄表格。(3)計算數(shù)據(jù):W有=Gh,W總=Fs。4、要點探究(1)實驗中,為什么要勻速緩慢拉動彈簧測力計?使彈簧測力計示數(shù)穩(wěn)定,便于讀出拉力大小。(2)在提升物體的過程中,能否待彈簧測力計靜止時再讀出拉力的大?。繛槭裁??不能。靜止和勻速拉動時,其繩子與滑輪間的摩擦力不一樣,所以彈簧測力計的示數(shù)不一樣,所以不能在彈簧測力計靜止時讀數(shù),必須在勻速拉動的過程中讀出彈簧測力計的示數(shù)。(3)滑輪組的機(jī)械效率與鉤碼重有什么關(guān)系?同一個滑輪組,所提升的鉤碼越重,其機(jī)械效率越高。(4)除物重外,滑輪組的機(jī)械效率還與哪些因素有關(guān)?滑輪組的機(jī)械效率還與動滑輪的重、繩重、摩擦等因素有關(guān)。典例·解讀類型一:探究杠桿的平衡條件例1、在探究杠桿平衡條件的實驗中:(1)如圖甲所示,要使杠桿在水平位置平衡,可將杠桿左端的平衡螺母向_____調(diào)節(jié)。(2)如圖乙所示,調(diào)節(jié)平衡后,左側(cè)掛上鉤碼,在右側(cè)用彈簧測力計(圖中未畫出)拉杠桿,使其在水平位置平衡,為便于測量力臂,應(yīng)使彈簧測力計拉力的方向__________。(3)操作過程中,當(dāng)彈簧測力計的示數(shù)達(dá)到量程仍不能使杠桿水平平衡,你認(rèn)為接下來合理的操作是_____________________________________________。(寫出一條即可)(4)甲同學(xué)測出一組數(shù)據(jù)后就得出了“動力×動力臂=阻力×阻力臂”的結(jié)論,乙同學(xué)認(rèn)為他的做法不合理,理由是______________________________________?!敬鸢浮俊敬鸢浮?1)左;(2)豎直向下;(3)測力計拉力的位置向右移,換用量程較大的測力計,減少左側(cè)鉤碼的數(shù)量、左側(cè)鉤碼的位置向右移,不使用測力計在右端直接掛鉤碼等,答出其中一點即可;(4)一組實驗數(shù)據(jù)太少,具有偶然性,不便找出普遍規(guī)律.【解析】本題考查探究杠桿平衡條件的實驗。(1)由圖可知,杠桿向右下傾斜,要使杠桿在水平位置平衡,應(yīng)將左端的平衡螺母向左調(diào)節(jié)。(2)為便于測量力臂,應(yīng)使彈簧測力計拉力的方向豎直向下,則拉力的力臂等于支點到拉力作用點的距離。(3)當(dāng)彈簧測力計的示數(shù)達(dá)到量程仍不能使杠桿水平平衡時,合理的操作有多種,如測力計拉力的位置向右移,換用量程較大的測力計,減少左側(cè)鉤碼的數(shù)量、左側(cè)鉤碼的位置向右移,不使用測力計在右端直接掛鉤碼等均可達(dá)到目的。(4)一組實驗數(shù)據(jù)太少,具有偶然性,不便找出普遍規(guī)律,應(yīng)多次測量,得出多組數(shù)據(jù),以得到具有普遍意義的結(jié)論。類型二:測量滑輪組的機(jī)械效率例2、在“探究滑輪組的機(jī)械效率”時,小明利用兩組滑輪組進(jìn)行了5次測量,用一個動滑輪和一個定滑輪測定前4組數(shù)據(jù),用二個動滑輪和二個定滑輪測得第5組數(shù)據(jù),測得數(shù)據(jù)如表:10.510.10.70.347.620.510.20.70.647.630.520.11.10.360.640.540.120.3①5140.1②0.5(1)請根據(jù)前四組數(shù)據(jù),在圖甲中畫出實驗中滑輪組的繞繩方法。(2)實驗中應(yīng)沿豎直方向_____拉動彈簧測力計。(3)表格中編號①處數(shù)據(jù)應(yīng)為_____;根據(jù)圖乙中彈簧測力計可知編號②數(shù)據(jù)應(yīng)為_____N。(4)由表中第1、2組數(shù)據(jù)可知,同一滑輪組的機(jī)械效率與_______無關(guān)。(5)由表中第3、4組數(shù)據(jù)可知,同一滑輪組的機(jī)械效率與摩擦和___________有關(guān)。(6)有的同學(xué)認(rèn)為:“機(jī)械越省力,它的機(jī)械效率越高”。你認(rèn)為這句話是______(選填“正確”或“錯誤”)的。你是用小明收集的數(shù)據(jù)中________兩組數(shù)據(jù)對比分析來判斷的?!敬鸢浮俊敬鸢浮?1)(2)勻速;(3)66.71.6;(4)物體上升的高度;(5)物重;(6)錯誤4、5.【解析】本題是考查滑輪組機(jī)械效率的探究實驗。(1)前四組數(shù)據(jù)中,動力作用點移動的距離s是鉤碼上升高度h的3倍,所以物重應(yīng)該由3股繩子承擔(dān)。應(yīng)該從動滑輪的小鉤上開始繞線。(2)實驗中應(yīng)沿豎直方向勻速拉動彈簧測力計,讓鉤碼勻速上升。(3)根據(jù)表中的數(shù)據(jù)可以計算此時滑輪組的機(jī)械效率:η=×100%=×100%=66.7%。從彈簧測力計上可以讀出拉力F為1.6N。(4)第1、2次實驗中,鉤碼上升的高度不同,但是滑輪組的機(jī)械效率相等,說明滑輪組的機(jī)械效率與物體上升的高度無關(guān)。(5)第3、4次實驗中,鉤碼的重力不同,滑輪組的機(jī)械效率不同,說明滑輪組的機(jī)械效率與物重有關(guān)。(6)第5次實驗中,滑輪組乙的機(jī)械效率是η=×100%=×100%=50%。比較第4、5兩次實驗數(shù)據(jù)可知:當(dāng)物重相等時,乙滑輪組更省力,但乙滑輪組的機(jī)械效率反而低,由此證明“機(jī)械越省力,它的機(jī)械效率越高”這句話是錯誤的。培優(yōu)·訓(xùn)練1、如圖所示漫畫描繪的是猴子和兔子分蘿卜的情景,究竟誰分得的蘿卜重,德州市育紅中學(xué)的三位同學(xué)提出了自己的猜想:甲認(rèn)為:猴子勝利了;乙認(rèn)為:兔子勝利了;丙認(rèn)為:猴子和兔子誰也沒有沾光。到底誰的猜想正確呢?(1)為此,同學(xué)們設(shè)計了如圖甲所示的實驗,根據(jù)該實驗現(xiàn)象,可以判斷猜想正確的同學(xué)是____(選填“甲”“乙”或“丙”)。(2)根據(jù)圖甲的實驗,同學(xué)們還得出結(jié)論:只要滿足“動力×動力作用點到支點的距離=阻力×阻力作用點到支點的距離”,杠桿就能平衡。a.你認(rèn)為這個結(jié)論是________的。(選填“正確”或“錯誤”)b.如何用圖乙的裝置來驗證你的觀點?答:____________________________________________________________。2、研究杠桿平衡條件的實驗:(1)杠桿的位置如圖a所示,此時應(yīng)調(diào)節(jié)杠桿兩端的螺母使其向________(選填“左”或“右”)移動,使杠桿在水平位置平衡,實驗時,施加的動力和阻力的方向都是豎直方向,這樣做的好處是____________________________________。(2)某同學(xué)通過多次實驗操作及數(shù)據(jù)分析,得出杠桿平衡的條件是:動力×動力作用點到支點的距離=阻力×阻力作用點到支點的距離,你認(rèn)為他的結(jié)論_________(選填“可靠”或“不可靠”),理由是____________________________________。(3)利用如圖c所示裝置進(jìn)行實驗,每個鉤碼重0.5N,杠桿平衡時彈簧測力計的讀數(shù)應(yīng)為_________N。如果保持彈簧測力計拉力作用點的位置不變,把彈簧測力計沿虛線方向拉,為了保證杠桿在水平位置平衡,其示數(shù)將_________(選填“變大”“不變”或“變小”)。3、小明和小強(qiáng)在測“滑輪組機(jī)械效率”的實驗中組裝好如圖所示實驗裝置,他們分別記下了鉤碼和彈簧測力計的位置.(1)實驗時,小明____豎直向上拉動彈簧測力計,使鉤碼升高,彈簧測力計讀數(shù)為0.5N;同時小強(qiáng)也用刻度尺測出鉤碼被提升的高度為10cm,以上測量結(jié)果準(zhǔn)確無誤,其他被測物理量和計算數(shù)據(jù)記錄如表:鉤碼重G/N彈簧測力計提升的高度s/m有用功W有/J總功W總/J機(jī)械效率η10.20.10.1100%(2)小明和小強(qiáng)通過計算得出該滑輪組機(jī)械效率為100%,它們意識到出現(xiàn)了錯誤,請你幫他倆找出錯誤的原因:_________________________________________________________.(3)該滑輪組的機(jī)械效率實際為________(精確到0.1%).(4)在實驗中,若將鉤碼的重增加到6N,則該滑輪組的機(jī)械效率將________(選填“變大”、“變小”或“不變”).4、小樂為了探究影響斜面機(jī)械效率的因素,準(zhǔn)備了三個質(zhì)量不同的木塊、三條長度相同但粗糙程度不同的長木板、刻度尺等器材。實驗一:探究斜面機(jī)械效率與物重的關(guān)系(1)實驗還需補(bǔ)充的器材有___________。(2)小樂利用三個質(zhì)量不同的木塊和同一塊長木板,設(shè)計圖示的實驗裝置并正確完成了實驗,相關(guān)實驗數(shù)據(jù)和計算結(jié)果如表所示:測量次數(shù)斜面粗糙程度物重G(N)斜面高度h(m)沿斜面的拉力F(N)斜面長L(s)有用功W有用(J)總功W總(J)機(jī)械效率η1較粗糙1.50.10.60.40.150.2462.5%2較粗糙30.11.20.40.30.4862.5%3較粗糙60.12.40.40.60.9662.5%通過分析數(shù)據(jù),可得到的結(jié)論是______________________________。實驗二:探究斜面機(jī)械效率與斜面粗糙程度的關(guān)系請利用上述實驗器材,簡要寫出探究的方案:_______________________________

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