1、机械效率机械效率漫画释义知识互联网85模块一 机械效率的基本概念知识导航有用功 对人们有用的功叫有用功(即: 不用任何机械时所必须做的功)额外功 对人们无用但不得不做的功叫额外功总功 有用功和额外功之和叫总功. 机械效率 有用功跟总功的比值叫机械效率. 通常用机械效率来表示有用功占总功的百分比, 用 表示, 表达式10%W有总. 由于有用功总小于总功, 所以机械效率总小于 1. 只有理想机械 , 在 0W额 时, . 机械效率 是小于 1 的数, 没有单位. 机械效率越高, 做功性能越好. 夯实基础【例 1】 (多选) 下面关于功、功率、机械效率说法正确的是 ( )选择哪种方式运送沙子更省功呢
2、? 拎上去还是使用机械? 用铁桶还是轻质布袋?A. 功率大的机械做功一定快B. 功率大的机械做功一定多C. 机械做功少, 功率一定小, 机械效率一定低D. 有用功一定时, 额外功少的机械, 机械效率一定高【答案】 AD【例 2】 如图所示(不计绳重与摩擦, 且动滑轮重 G 动 小于物重 G), 用它们分别将质量相同的甲、乙两物体匀速提升相同的高度, 所用的拉力分别为 F 甲 、 F 乙 , 它们的机械效率分别为 甲 、 乙 . 则下列关系正确的是 ( )A. F 甲 F 乙 B. F 甲 F 乙 C. 甲 乙 D. 甲 = 乙【答案】 B【解析】 F 甲 =G, F 乙 G, 故 A 错误,
3、B 正确; 不计绳重与摩擦, 所以使用定滑轮时没有额外功, 而使用动滑轮时, 要对动滑轮本身做额外功, 故 甲 乙. 故选 B. 【例 3】 如图所示, 一物体重为 180N, 小明用定滑轮将该物体匀速提高 2m. 所用拉力为 200N. 此过程中, 小明做的有用功是 J, 总功为J, 额外功为 J, 定滑轮的机械效率是 . 【答案】 360; 400; 40; 90%【例 4】 如图所示, 建筑工人用 250N的拉力沿竖直方向匀速拉起 40N的重物, 重物上升 4m所用时间为 s, 此过程中拉力做的功为 J, 拉力的功率为 , 滑轮的机械效率是_. 【答案】 2000; 80W; 80% 【
4、解析】 拉力的总功 =2504m20JWFsh总拉力功率为总功功率 J8WsPt总机械的效率 N10%25Gs有 用总 . 能力提升【例 5】 两个完全相同的滑轮, 其重力均为 20N, 分别用图甲、乙两种方式, 将重 400N 的物体以相同的速度匀速竖直提升了 10m, 87不计绳重和摩擦, 则下列判断正确的是 ( )A. F1做的功大于 F2做的功 B. F1和 F2做的功相等C. F1做功的功率小于 F2做功的功率 D. 甲的机械效率小于乙的机械效率【答案】 C【例 6】 用一个动滑轮, 把 600N 的重物匀速提高 1m, 拉力为 400N, 下列说法正确的是 ( )A. 拉力做的总功
5、为 800J B. 拉力做的有用功为 400JC. 动滑轮的机械效率为 60% D. 动滑轮的机械效率为 67%【答案】 A【解析】 60J=40N2m80J =60N1m60J=75%8WWFsWGh有总 有 总； ；【例 7】 如图所示, 小李用机械效率为 80%的滑轮组提升重 240N 的物体, 使物体匀速上升了 2m, 则他做的有用功是 J, 额外功是 J.【答案】 480; 120模块二 机械效率的测量及影响因素知识导航机 械 效 率 的 测 量夯实基础【例 8】 如图所示是测滑轮组机械效率的装置图. 用弹簧测力计拉动绳子自由端, 将重为 6N 钩码从 A 位置匀速提升到 B 位置,
6、 同时弹簧测力计从图中的 A 位置匀速竖直上升到 B 位置, 在这个过程中, 弹簧测力计对绳的拉力为 2.5N, 则: (1) 总功是 J. (2) 滑轮组的机械效率是 . (3) 若将三个钩码减少到两个, 该滑轮组的机械效率将 (填 “增大”、“减小”或“不变”).【答案】 (1) 0.375 (2) 80% (3) 减小 【例 9】 小阳同学利用如图所示的滑轮组做探究“滑轮组的机械效率与被提升物体所受重力的关系”的实验. 实验数据记录如下表. 序号钩码总重 G (N)钩码上升高度 h(m)测力计拉力 F(N)测力计移动距离 s(m)机械效率 (%)1 2 0.1 0.8 0.3 83.32
7、 5 0.1 1.8 0.3 92.6 3 8 0.1 2.8 0.3 95.2WGhFs总ABAB01N2345012345gF89根据小阳同学的实验数据可得到的结论是: 使用同一滑轮组提升重物时, 被提升物体 越大, . 【答案】 所受的重力; 滑轮组的机械效率越高 能力提升【例 10】 用两个滑轮, 组成 “一定一动”滑轮组, 做 “测定滑轮组机械效率”的实验. 下表是记录的实验数据. (1) 据数据表格中提供的信息, 在图中画出他们组装的滑轮组. (2) 据表中实验记录的数据, 计算第一次实验的机械效率为 %. (3) 第三次实验中, 绳子自由端移动的距离为_cm. (4) 分析实验数
8、据可知, 同一个滑轮组, 所提升物重越大, 机械效率越 . (5) 完成实验后, 他们通过进一步分析发现, 如果实验器材中没有 _ _, 一样可以测出滑轮组的机械效率. 此时滑轮组机械效率的导出式可写为 _. 【答案】 (1) 绳子自由端竖直向上 (2) 83.3 (3) 15 (4) 高 (5) 刻度尺 3GF【例 11】 如图所示是小明测量杠杆机械效率的实验情景. (1) 请在下表中把相关的数据填写完整: 物体重 G/N 物体上升的高度 h/cm弹簧测力计的示数 F/N弹簧测力计移动的竖直距离 s/cm机械效率4.5 2(2) 为提高本实验中杠杆的机械效率, 请你提出一条合理的建议: .次
9、数钩码重G/钩码上升高度h/cm测力计示数F/绳自由端移动距离s/cm机械效率1 3 8 1.2 242 6 10 2.2 30 90.9%3 9 5 3.2 93.8%【答案】 (1) 5; 15 ; 75%(2) 减少杠杆质量 减小支点摩擦 增大提起的物重【例 12】 小明同学用如图所示的装置测定斜面的机械效率, 实验记录结果如表: 则第 3 次实验时斜面的机械效率为 , 分析比较表中的实验数据 , 可得到的结论是: 斜面越陡机械效率越 (选填“高”、“低”或“不变”).实验次数斜面倾斜程度木块重G/N斜面高度h/m沿斜面拉力 F/N木块沿斜面移动的距离 s/m斜面的机械效率 1 较缓 5
10、 0.2 3.3 0.5 60.6%2 较陡 5 0.25 3.8 0.5 65.8%3 最陡 5 0.3 4.2 0.5【答案】 71.4%; 高模块三 机械效率的计算知识导航91机械效率的计算 10%W有总斜面的机械效率WGhFs总竖直滑轮组的机械效率(1) 常规模型 GhFsn 若不计绳重及轮轴摩擦则: 1()动 代入得: G动 (2) 带筐, 送沙 GhFsn沙 沙 若不计绳重及轮轴摩擦则: 1(+)沙 动 筐 代入得: G沙沙 动 筐 (3) 提水中物体 ()GFhsn浮 浮 若不计绳重及轮轴摩擦则: 1(+)n浮动 代入得: FG浮 浮动夯实基础【例 13】 如图所示的斜面长 3m
11、, 高为 1, 工人用 40N的力沿斜面方向将重为 840N的箱子推到车上. 下列说法正确的是 ( )A. 有用功为 40J, 总功为 840JB. 有用功为 8, 额外功为C. 总功 12, 机械效率为 7%D. 有用功是 , 机械效率为【答案】 C 【解析】 斜面是一种机械, 人推箱子做的功是总功 40N3m120JWFs总 , 箱子上升是有用功 840N1m8JWGh有 用 . 机械效率 J7%12有 用总 , 选 C. 【例 14】 如图所示是同一滑轮组的两种不同的绕法, 用它们提起相同的重物, 比较两种情况下所用的拉力 F1、 F2和机械效率 1、 2. (不计绳重及摩擦)下列说法正
12、确的是 ( )A. F1 F2, 1 2 B. F1 F2, 1 2C. F1 F2, 1= 2 D. F1 F2, 1= 2 【答案】 C【例 15】 如图所示, 体重为 600N 的工人站在地上提升重物, 使重物以 0.1m/s的速度匀速上升 2m. 已知动滑轮重力为 20N, 被提升重物的重力为 300N. (不计绳重及滑轮与轴之间的摩擦) , 则工人对绳子的拉力为 N; 工人对地的压力大小为 N; 绳子自由端移动的距离为 m; 工人提升重物的功率为 W; 工人做的功为 J; 有用功为 J; 机械效率为 .【答案】 160; 440 ; 4; 32; 640; 600; 93.75%【例
13、 16】 用如图所示的滑轮组把重为 10N的货物匀速提升 4m高, 若不计摩擦和绳重, 动滑轮重为 200N.(1) 人作用于绳子的拉力 F为 N, 绳子自由端移动的距离为m; 此过程人所做的有用功为 J, 额外功为 J, 此滑轮组的机械效率大小为 .(2) 第二次人利用此装置提升重力为 1800N 的货物, 那么这次滑轮组的机械效率大小为 .(3) 使用同一滑轮组时, 所提物体所受重力越大, 机械效率越 .【答案】 (1) 400 ; 12; 4000 ; 800; 83.3% (2) 90% (3) 高93【例 17】 如图所示, 是工人利用滑轮组从竖直深井中提取 1000N 的泥土的情形
14、. 已知框重 100N, 每个滑轮均重为 40N, 则工人的拉力 F= N, 滑轮组的机械效率为 .【答案】 380; 87.7%能力提升【例 18】 如图所示, 斜面长 s=10m, 高 h=4m. 用沿斜面方向的推力 F, 将一个重为 100N 的物体由斜面底端 A 匀速推到顶端 B. 运动过程中物体克服摩擦力做了 100J 的功. 求: (1) 运动过程中克服物体的重力做的功; (2) 斜面的机械效率; (3) 推力 F 的大小. 【答案】 (1) 克服重力做功即为有用功, 40JWGh总(2) 40J15Ws总 , 40J8%5有 用总 (3) 5JN1mF总【例 19】 用如图所示的
15、滑轮组, 把 60N 的重物匀速提高 0.5m 时, 滑轮组的机械效率为 80%, 绳子自由端的拉力为 N; 动滑轮重为 N; 有用功为 J; 总功为 J; 额外功为 J.【答案】 25; 15; 30; 37.5; 7.5【例 20】 如图所示, 是建筑工人利用滑轮组从竖直深井中提取泥土的情形. 某次操作中, 工人用 400N 的拉力 F 在 1min 内将总重为 900N 的泥土 F F 匀速提升 5m. 在这段时间内 ( )A. 拉力 F 做的有用功 2000J B. 滑轮组的机械效率 75%C. 动滑轮重 700ND. 拉力 F 做功的功率约 33W 【答案】 B【解析】 A. W 有
16、 =Gh=900N5m=4500J B. 90N75%34G有总C. 本题要考虑绳重及摩擦, 故 G0无法求解D. m3=1W6sFsPt总总 故选 B【例 21】 用如图甲所示的滑轮组(不计绳的质量和滑轮与轴的摩擦)将一个重为 78N 的铁块 A 匀速提升 2m, 拉力 F 做的功为 200J. 若将铁块置于水中, 如图乙所示, 仍用此滑轮组将铁块 A 在水中匀速提升 2m(不计水的阻力, 铁的密度为 7.8103kg/m3), 则下列说法正确的是 ( )A. 两次提升过程, 滑轮组的机械效率不变B. 图乙所示提升过程与图甲所示提升过程相比 , 滑轮组的机械效率减小了 2%C. 拉力 F做了
17、 180J 的功D. 动滑轮所受重力为 20N【答案】 C【解析】 =10N 2 =78% 75.6G甲 乙浮 动 实战演练【练 1】 下列关于功率和机械效率的说法中, 正确的是 ( )A. 功率大的机械, 做功一定多 B. 做功多的机械, 效率一定高C. 做功快的机械, 功率一定大 D. 效率高的机械, 功率一定大甲F乙FA95【答案】 C【练 2】 如图所示, 小明用滑轮提升重物, 图中滑轮质量相同, 不计绳重及滑轮轴摩擦, 若把同一货物匀速提升相同的高度, 下列说法中错误的是 ( )A. 使用定滑轮比使用动滑轮费力B. 使用定滑轮比使用动滑轮的机械效率高C. 使用定滑轮和使用动滑轮的有用
18、功相同D. 使用定滑轮和使用动滑轮的总功率相同【答案】 D【练 3】 (多选) 滑轮组把一个物体从地面匀速提升 h 高度 , 机械效率为 1. 对滑轮组进行处理后, 还将该物体从地面匀速提升 h 高度, 机械效率为 2, 发现 2. 则对滑轮组的处理方式是 ( )A. 把动滑轮换轻一些的 B. 换粗一点的绳子拉C. 在绳和轮之间加润滑油 D. 在轮与轴之间加润滑油【答案】 AD【练 4】 如图所示, 工人用 250N 的力将重 400N 的物体匀速提升 2m, 在此过程中滑轮组所做的有用功和机械效率分别为 ( )A. 1000J; 62.5% B. 500J; 80%C. 800J; 80%
19、D. 800J; 62.5%【答案】 C【练 5】 (多选) 如图所示的滑轮组, 每个滑轮重 50N, 用这个滑轮组把质量为 45kg的重物在 2s 内匀速提升 2m, 不计绳重和摩擦, 下列说法中正确的是(g=10N/kg) ( )A. 作用在绳自由端的拉力 F 为 125NB. 在 2s 内做的有用功为 900JC. 该套装置的机械效率为 90%D. 若所挂物体越重, 该滑轮组机械效率越小【答案】 BC97有用功有 用 功 是 指 对 人 们 需 要 的 , 有 价 值 的 功 . 而 有 用 功 的 定 义 在 不 同 的 情 况 下 ,有 着 不 同 的 解 释 . 如 机 械 中 ：
20、 任 何 机 械 本 身 都 受 到 力 的 作 用 , 相 对 运 动 的 零 件 间 又 存 在 摩 擦 ,所 以 使 用 任 何 机 械 , 除 做 有 用 功 外 , 都 不 可 避 免 地 要 做 额 外 功 , 记 作 W 额 外 . 这 时 动 力 所 做 的 总 功 等 于 有 用 功 加 额 外 功 . 有 用 功 跟 总 功 的 比 值 叫 机 械 效 率 . 而 我 们 需 要 的 、 有 价 值 的 功 , 叫 做 有 用 功 , 记 作 W 有 用 . 实 验 表 明 总 功 大 于 有用 功 . 如 电 机 学 中 ： 总 电 工 必须减 去 各 种 各 样 的 损
21、 耗 , 例 如 铜 耗 、 机 械 损 耗 等 的额 外 功 . 最 终 才 等 于 有 用 功 . 举 个 例 子 ： 如 要 把 物 体 匀 速 举 高 H, 由 于 举 力 等 于 重 力 G, 必 须 对 物 体 做GH 的 功 ,这 个 功 是 有 用 的 . 如 果 要 使 用 其 他 机械完 成 此 举 , 由 于 机 械 自 身 的 重 和 机 械 的 自 身 的 摩 擦 等 ,所 用 的 动 力 做 的 功 要 大 于 GH, 此 时 动 力 做 的 功 就 是 总 功 . 所以有用功必然小于且不等于总功, 这是因为机械本身都受到重力的作用, 且机械在运行过程中, 总存在着摩擦力 , 当我们使用机械做功时 , 就必须克服机械本身部件的重力和摩擦力等做一定量的功.
