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浙教版九年级科学上册教师辅导讲义-机械效率

学科教师辅导讲义学员编号: 学员姓名: 年 级: 初三 辅导科目: 科学 课 时 数:3 学科教师:授课主题 授课日期及时段C (机械效率)教学内容一、专题检测1.力学里所说的功包含两个必要因素:一是作用在物体上的 ,另一个是物体在 上移动 的 。

2.在物理学中,把 与在力的方向上移动的 的乘积叫做功,公式:W= ,单位: 。

3.功的原理:使用机械时人们所做的功都 不用机械时所做的功,即使用任何机械都 。

4.物体在 内做的功,叫做功率,它是表示物体做功 的物理量,公式: ,单 位: 。

W F· s 5.P= = = ,由该公式可知,在功率 P 一定时,力 F 与速度 v 成反比。

t t 6. 与 的比值叫做机械效率,公式:η= 。

有用功总是小于总功,所以机械效率总小于 1,通常用百分数表示。

二、知识梳理1.有用功:为达到目的必须做的功;额外功:为了达到目的并非需要又不得不做的功;总功:有用功和额外 功的总和。

2.机械效率的计算: 对于滑轮组而言的公式运用(不可直接用) :η W有用 G 物h G 物   ; W总 Fs nFη W有用 W有用 G 物h G物    W总 W有用  W额外 G 物h  G 动h G 物  G 动对于水平方向上的滑轮组及滑轮组与浮力组合、与斜面组合时,可牢记针对滑轮组的机械效率,力均是作用在滑轮组上的,进行受力分析找力并求该力所作的功,分清有用功和总功,运用基本公式求机械效率。

3.提高机械效率的方法:由公式可知,当有用功一定时,额外功越小,机械效率越高,因此设法减小额外功可以提高机械效率。

如减轻动滑轮本身的重量,加润滑油可以减小摩擦等;当额外功一 定时,有用功越大,机械效率越高,因此增大有用功可以提高机械效率,如增加物重可以提高机械效率。

机械效 率具有“可变性” 。

由 定,有用功(可知,如果该机械的额外功(W额外)一 )越大,机械效率越大。

因此,增加物重能增大机械效率。

由上面的公式还可以知道:当有用功一定时,额外功越小,则机械功率越大。

因此设法减小额外功可以提高机械功率。

如减轻机械本身的重量,加 润滑油以减少摩擦,都可以不同程度地减少额外功,提高机械效率。

4.与斜面效率有关的公式: ; ; ;η W有用 G 物h  W总 FS,利用这个式子可求物体与斜面间的摩擦力。

根据,可知斜面机械效率与斜面的坡度有关,坡度越大,物体与斜面间压力越小,滑动摩擦力越小,提升相同高度,物 体走过的路程越短,因此克服摩擦做的额外功越小,机械效率越大。

5.杠杆机械效率:6.组合机械的机械效率:三、题型突破1、机械效率的认识和比较1.甲吊车比乙吊车的机械效率高,当它们分别把相同质量的物体匀速提升相同高度时,则( ) A.甲吊车的电动机做的有用功较多 B. 乙吊车的电动机做的额外功较多 C. 甲吊车的电动机做的总功较多 D.甲、乙两吊车的电动机做的总功相同 解答: A、分析知甲乙吊车做的有用功相同.此选项错误,不符合题意; B、两辆吊车做的有用功相同,乙吊车做的额外功较多,所以乙的效率较低.此选项正确,符合题意; C、已知甲吊车的机械效率高,有用功相同,如果甲吊车的总功较多就与效率高矛盾.此选项错误,不符合 题意; D、两吊车做的有用功相同,如果总功也相同,则机械效率相同.此选项错误,不符合题意. 故选 B. 2.下列关于机械效率的说法正确的是( ) A.机械效率不可能达到 100% B. 随着科学技术的发展,机械效率可能会大于 100%

C. 滑轮组的机械效率一定大于动滑轮的机械效率 D.杠杆的机械效率一定大于动滑轮的机械效率 解答: AB、 科技无论怎么发展, 机械元件之间摩擦都不能消除, 机械效率不可能达到 100%, 更不会大于 100%. 所 以选项 A 正确,选项 B 错误. CD、滑轮组的机械效率、动滑轮的机械效率、杠杆的机械效率高低,跟机械的重、提起物体的重、摩擦、 绳重等有关,在这些不能确定的情况下不能确定哪种机械的机械效率的更大一些.选项 CD 都错误. 故选 A. 3.如图所示,小明分别用甲、乙两个滑轮把同一袋沙子从地面提到二楼,用甲滑轮所做的总功为 W1,机械效率 为 η1;用乙滑轮所做的总功为 W2,机械效率为 η2.若不计绳重与摩擦,则( )A.W1=W2,η1=η2 B.W1=W2,η1<η2 C.W1<W2,η1>η2 D.W1>W2,η1<η2 解答: 因为小明分别用甲、乙两个滑轮把同一袋沙子从地面提到二楼,所以两种情况的有用功相同; 当有用功一定时,利用机械时做的额外功越少,则总功越少,机械效率越高. 又因乙滑轮是动滑轮,所以利用乙滑轮做的额外功多,则总功越多,机械效率越低. 即 W1<W2,η1>η2,所以 C 选项正确. 故选 C. 4.在不计摩擦和绳子质量的情况下,分别使用定滑轮、动滑轮、滑轮组(两个定滑轮和两个动滑轮)匀速提升同 一物体到同一高度处,其机械效率分别为 η 定、η 动、η 组,则下列选项正确的是( A.η 组<η 动<η 定 B.η 定<η 动<η 组 C.η 动<η 定<η 组 解答: ∵匀速提升同一物体到同一高度处, ∴三种情况下做的有用功相同,大小都为 W 有用; ∵不计绳子质量和摩擦, ∴使用滑轮做的额外功:W 额=G 轮 h, 又∵使用定滑轮、动滑轮、滑轮组的动滑轮的个数为 0、1、2, ∴使用定滑轮、动滑轮、滑轮组做的额外功:W 额 1<W 额 2<W 额 3, ∵W 总=W 有用+W 额, ∴三种情况下做的总功:W 定<W 动<W 组, ∵η= , ) D.η 定<η 组<η 动∴使用定滑轮、动滑轮、滑轮组的机械效率:η 定>η 动>η 组. 故选 A.2、滑轮组的机械效率1. 如图所示, 不计摩擦, 把重 G=16N 的物体匀速提起所用的拉力 F=10N, 则关于该动滑轮的说法中错误的是 ( )

A.动滑轮重 4N B. 使该用动滑轮要费距离 C. 该动滑轮的机械效率为 80% D.提升物体的速度越快,机械效率越高 解答: A、根据 F= (G 物+G 动)得 G 动=2F﹣G 物=2× 10N﹣16N=4N,所以 A 正确. B、动滑轮可以省一半的力,但费距离.所以 B 正确. C、η= × 100%= × 100%= × 100%=80%,所以 C 正确.D、提升物体的速度快,则做功快,功率大,但效率不变.所以 D 错误. 故选 D. 2.如图所示,小丽用滑轮组匀速提升一个重为 600N 的物体,物体上升的速度为 0.1m/s,人拉绳的力 F 为 250N, 不计绳重和摩擦,下列说法不正确的是( )A.人拉绳做功的功率为 75W C. 绳子自由端移动的速度为 0.3 m/s 解答: ∵物体上升的速度 v=0.1m/s,n=3 ∴v′=3v=3×0.1m/s=0.3m/s;故 C 正确; 人拉绳做功的功率 P= =B. 滑轮组的机械效率为 80% D.动滑轮重为 100N=Fv′=250N×0.3m/s=75W,故 A 正确;滑轮组的机械效率:η=====80%;故 B 正确;∵F= (G 物+G 轮) 即 250N= (600N+G 轮) G 轮=150N,故 D 错误. 故选 D. 3.如图所示,利用轻质滑轮组匀速拉动水平地面上重为 300N 的物体,拉力 F 的大小为 30N.若物体和地面之间 的摩擦力大小为 45N,则 A 处的拉力大小和滑轮组的机械效率分别为( )A.45N、50%B.45N、75%C.60N、50%D.60N、75%

解答: ①物体在水平地面上做匀速运动,则此时 A 处绳子的拉力与物体与地面之间的摩擦力是一对平衡力, ∵物体和地面之间摩擦力为 f=45N, ∴A 处的拉力大小为 FA=f=45N. ②从图可知,由 2 段绳子与动滑轮相连,则 S=2s 物, ∵F=30N,f=45N, ∴滑轮组的机械效率为:η= = = = = =75%.故选 B. 4.小明用如图所示滑轮组将一个放在水平地面上的物体匀速拉动,物体移动了 3m,物体重为 2000N,与地面的 2 接触面积为 0.5m ,运动过程中物体受到的摩擦力为 450N,绳子自由端受到的拉力 F 为 200N,求: (1)物体对地面的压强; (2)拉力 F 做的功; (3)该装置的机械效率.解答: (1)物体对地面的压力: F=G=2000N, 物体对地面的压强: p= = =4000Pa;(2)由图可知:n=3, 绳子自由端移动的距离: s=ns′=3×3m=9m, 拉力 F 做的功: WF=F 拉 s=200N× 9m=1800J; (3)该装置的机械效率: η= × 100%= × 100%= × 100%= × 100%= × 100%=75%.答: (1)物体对地面的压强为 4000Pa; (2)拉力 F 做的功为 1800J; (3)该装置的机械效率为 75%. 5.中华神州打捞公司用如图所示的滑轮组,打捞沉在长江三峡江底一个方形物体.物体上表面距离水面 50 米, 重力为 2400N,体积为 0.2m .打捞时匀速提升该物体. (g=10N/kg ①物体沉在江底时,上表面受到的水的压强; ②物体在露出水面之前受到水的浮力; ③物体在露出水面之前,人的水平拉力 F 【设物体在露出水面之前此装置的机械效率为 80%】3ρ 水=1.0× 10 kg/m ) 求:33

解答: (1)物体上表面受到的压强为 3 3 5 P=ρgh=1.0×10 kg/m × 10N/kg× 50m=5× 10 Pa; (2)物体露出水面前受到的浮力为 F 浮=ρ 液 gV 排=1.0× 10 kg/m × 10N/kg× 0.2m =2000N; (3)物体出水前,滑轮组对物体的拉力为 F′=G﹣F 浮=2400N﹣2000N=400N 作用在绳子末端的拉力为 F= = =250N.3 3 3答: 5 (1)物体上表面受到的压强为 5× 10 Pa; (2)物体露出水面前受到的浮力为 2000N; (3)物体出水前,作用在绳子末端的拉力为 250N.3、斜面的机械效率1.如图甲所示,王大叔正吃力地把一重物送往高台,放学回家的小鹏看见后急忙前去帮忙.他找来一块木板,搭 成图乙所示的斜面,结果非常轻松地把重物推到了高台上.关于这两种方法,下列说法中正确的是( )A.王大叔克服重力做功较多 B. 两人做同样多的有用功 C. 小鹏做功的功率要大些 D.甲、乙两种情况下的机械效率一样 解答: A、B、这两种方法,都把重物推到了高台上,两人做同样多的有用功,克服重力做功相同.选项 A 错误、 选项 B 正确; C、功率等于功与时间是比值,由于题中没有给出时间,不能确定哪个做功的功率大.此选项错误; D、由于乙中情况需要克服摩擦做功,所以乙种情况下的机械效率小.此选项错误. 故选 B. 2.如图,某同学用 F=300N 的力将重为 400N 的物体从斜面底端匀速拉到顶端,斜面的高为 3m,底边为 4m,斜 面的机械效率( )A.93.75% B.80% C.56.25% 解答: 有用功:W 有用=Gh=400N× 3m=1200J,D.45% =5m,斜面高 3m,斜面底边是 4m,所以斜面长度为:s= 总功:W 总=Fs=300N× 5m=1500J,

机械效率:η===80%.故选 B. 3. 如图所示, 斜面长为 3m, 高为 lm, 工人用 400N 沿斜面方向的力将重为 840N 的箱子推到车上. 在这过程中 ()A.有用功是 400J,总功是 840J C.总功是 12O0J,机械效率是 7O% 解答: 对木箱做的有用功: W 有=Gh=840N× 1m=840J, 利用斜面做的总功:B. 有用功是 840J,额外功是 400J D. 有用功是 400J,机械效率是 7O%W 总=Fs=400N× 3m=1200J; 额外功 W 额=W 总﹣W 有用=1200J﹣840J=360J, 斜面效率: η= = × 100%=70%.故选 C. 4.一个重为 G 的物体沿如图所示的左右两个斜面,被推上同一个平台,左斜面长为 L1,是右斜面长 L2 的 1/2,且 沿两个斜面推动物体时所受摩擦力一样大,那么两个斜面相比( )A.用左斜面省力少,机械效率比右高 B.用右斜面省力多,机械效率比左高 C.两个斜面做的有用功一样,效率也一样 D.条件不足,无法判断 解答: ∵左斜面倾斜角度大于右斜面, ∴用右斜面更省力; 由题知,沿两个斜面推动物体时所受摩擦力一样大,f1=f2,L1<L2, ∵W 额=fL, ∴利用两个斜面做额外功:W 额 1<W 额 2, ∵W 有用=Gh,G、h 相同, ∴利用两个斜面做的有用功:W 有用 1=W 有用 2, ∵W 总=W 有用+W 额, ∴利用两个斜面做的总功:W 总 1<W 总 2, ∵η= ,∴利用两个斜面的效率 η1>η2. 由上述分析可知,用左斜面省力少,机械效率比右高. 故选 A.

5.如图所示,斜面长 6m,高 3m,用沿斜面向上、大小为 100N 的拉力 F 使物体在 5s 内沿斜面移动了 2m,下列 说法正确的是( )A.滑轮组的机械效率是 40% B.物体重 300N C.拉力 F 做的功是 600J D.拉力 F 的功率是 40W 解答: 因条件不足,无法计算物体重和机械效率,故 A、B 错. 拉力 F 移动的距离: s=3s′=3×2m=6m; 拉力 F 所做的总功: W 总=Fs=100N× 6m=600J,故 C 正确; 拉力 F 做功的功率: P= = 故选 C. =120W,故 D 错;思考:若物体的重力为 300N,整个装置的机械效率为多少?物体所受摩擦力为多大?滑轮组机械效 率能求出吗? 4、杠杆的机械效率1.小明在探究利用杠杆做功的实践活动中,所用的杠杆是一根质量均匀、重为 5N 的硬棒,他将棒的一端固定, 把重为 15N 的物体挂在棒的中点,然后用手缓慢竖直向上提起棒的另一端,如图所示,若把物体提升了 10cm,则 小明作用在杠杆上的拉力是 N,此过程中杠杆的机械效率是 .解答: 15N 的物体和 5N 杠杆的重作用在杠杆中点上,动力竖直作用在杠杆的末端,动力臂是阻力臂的 2 倍,所以 动力是阻力的二分之一,所以 F= (G+G 杆)= (15N+5N)=10N. 使用任何机械都不省功,动力是阻力的二分之一,动力移动的距离是阻力移动距离的 2 倍, 有用功:W 有=Gh=15N× h, 总功:W 总=Fs=10N× 2h, 机械效率:η= = =75%.故答案为:10;75%. 2.如图所示,用竖直向上的力匀速拉动较长的杠杆,使重为 18N 的物体缓慢升高 0.1m,拉力大小 F=8N,拉力移 动的距离为 0.25m.拉力所做的功为 J,有用功为 J,杠杆的机械效率为 %.

解答: 有用功为 W 有=Gh=18N× 0.1m=1.8J; 拉力所做的功为 W 总=Fs=8N× 0.25m=2J, 杠杆的机械效率为 η= 故答案为:2;1.8;90. × 100%= × 100%=90%.5、机械效率相关实验1.小红在探究“影响滑轮组机械效率高低的因素”时,提出下列假设: (1)机械效率可能跟动滑轮有关 (2)机械效率可能跟被拉物体上升的高度有关 (3)机械效率可能跟被拉物体重有关 (4)机械效率可能跟承受绳子的段数有关 然后小婷设计了如图所示的 2 组实验进行对比,来验证小红提出的假设,则该实验验证的假设是()A.(1) B.(2) C.(3) D.(4) 解答: 猜想滑轮组机械效率可能跟动滑轮、物体上升的高度、物体重力、绳子的段数有关,探究滑轮组机械效率跟 其中一个因素的关系时,控制其它因素不变.如图,动滑轮、物体上升的高度、物体重力可以相同,绳子的 段数不同,所以如图探究滑轮组机械效率跟承受绳子的段数的关系. 故选 D. 2.在“测定动滑轮机械效率”的实验中,小明用如图所示的动滑轮提升钩码,改变钩码的数量,正确操作,实验数 据如下: 实验序号 钩码重 钩码上升的高度 h/cm 拉力 F/N 绳端移动的距离 s/cm ① 1.0 20.00 0.7 40.00 ② 2.0 20.00 1.2 40.00 ③ 3.0 20.00 1.7 40.00 (1)实验时,用手 拉动弹簧测力计,使持在动滑轮下的钩码缓缓上升. (2)第①次实验时测得动滑轮的机械效率为 . (3)第③次实验时,钩码上升的速度为 0.05m/s,则拉力的功率为 W. (4) 由表中实验数据分析可知, 同一动滑轮, 所提升物重增大, 机械效率将 (选填“增大”、 “减小”或“不变”) .

解答: (1)在实验时,应用手匀速拉动弹簧测力计,使挂在动滑轮下的钩码缓缓上升. (2)η1= × 100= ×100%≈71.4%(3)由第三次数据知,s=2h,所以绳子移动速度为物体上升速度的 2 倍. P 总= = =Fv=1.7N× 0.05m/s× 2=0.17W(4)根据表格中数据, ②的效率 η2= × 100%= ×100%≈83.3%η3=× 100%=×100%≈88.2%根据三次的机械效率及物重的变化可得同一动滑轮,所提升物重增大,机械效率将增大. 故答案为: (1)匀速; (2)71.4%; (3)0.17; (4)增大. 3. 斜面是一种简单机械, 生活中人们常常利用它来省力. 小明想搽究“斜面的机械效率与斜面的倾斜程度的关系”. 于 是他找来木块 A、长木扳 B、三个高度不同的长方体 C 和一把弹簧测力计进行实验,实验装置如图所示. (1)除上述器材外,小明要完成实验还需要的一种器 材是 ; (2)在实验过程中,应沿斜面向上拉动术块,使木块做 运动; (3)实验记录数据如下表,则第 3 次实验时斜面的机械效率为 ; (4)分析比较下表中的实验数据,可得到的结论是:斜面越陡 . 实验次数 斜面倾斜程度 木块重 G/N 斜面高度 h/m 沿斜面的拉力 木块沿斜面移 斜面的机械效 F/N 动的距离 S/m 率 1 5 0.2 3.3 0.5 60.6% 较缓 2 5 0.25 3.8 0.5 65.8% 较陡 3 5 0.3 4.2 0.5 最陡解答: (1)要测量斜面的高度和木块沿斜面移动的距离就要使用长度的测量工具﹣﹣﹣刻度尺;

(2)为了保证弹簧测力计的示数稳定,就要让木块做匀速直线运动; (3)第三次实验时,斜面的机械效率 η= = ≈71.4%;(4)由图中数据可知:斜面的倾斜程度越大,斜面的机械效率越高. 故答案为: (1)刻度尺; (2)匀速直线; (3)71.4%; (4)斜面的机械效率越高. 4.用如图所示的实验装置测量杠杆的机械效率.实验时,竖直向上匀速拉动弹簧测力计,使挂在较长杠杆下面的 钩码缓缓上升. (1)实验中,将杠杆拉至图中虚线位置,读出测力计的示数 F 为 N,钩码总重量 G 为 1.0N,钩码上升高度 h 为 0.1m,测力计移动距离 s 为 0.3m,则杠杆的机械效率为 %. (2)为了进一步研究杠杆的机械效率与哪些因素有关,一位同学用该实验装置,先后将钩码挂在 A、B 两点,测 量并计算得到下表所示的两组数据: 次数 钩码 钩码总重 钩码移动距离 拉力 测力计移动距离 机械效率 G/N h/m F/N s/m η/% 悬挂点 1 1.5 0.10 0.7 0.30 71.4 A点 2 2.0 0.15 1.2 0.30 83.3 B点 根据表中数据,能否得出“杠杆的机械效率与所挂钩码的重有关,钩码越重其效率越高”的结论?答: ;请 简要说明理由(写出一条即可) : .解答: (1)由图可知,弹簧测力计的分度值是 0.1N,所以它的示数是 0.5N; 在实验过程中,有用功是:W 有用=Gh=1.0N× 0.1m=0.1J, 总功是:W 总=Fs=0.5N× 0.3m=0.15J, 所以杠杆的机械效率是:η= × 100%= × 100%=66.7%.(2)分析机械效率的影响因素应采取控制变量法,研究提起的物重和机械效率的关系时,应保持钩码所挂 位置不变,而实验中,两次钩码悬挂的位置是不同的; 同时,还应进行多次实验,分析多组数据,才能得出有说服力的正确结论,只凭一次实验数据做出结论是不 科学的. 故答案为: (1)0.5; 66.7; (2)不能.两次实验时,钩码没有挂在同一位置,同时改变两组条件,数据不宜直接比较(或仅根据一次 对比实验所得结论是不可靠的) .四、专题过关1.下列关于机械效率的说法中,正确的是( A.机械效率可以达到 100% B. 机械效率的高低取决于有用功的多少 )

C. 使用滑轮组做功越快,机械效率越高 D.用同一滑轮组提升质量不同的物体,机械效率不同 解答: A、由于有用功总小于总功,所以机械效率总小于 1,A 错误; B、机械效率是有用功与总功的比值,取决于有用功和总功,B 错误; C、使用滑轮组做功越快,功率越大,机械效率不一定高,C 错误; D、用同一滑轮组提升质量不同的物体,额外功相同,有用功不同,所以有用功在总功中所占的比值不同, 机械效率不同,D 正确. 故选 D. 2.如图甲、乙所示是由相同的滑轮装成的滑轮组,甲、乙两人分别用两装置在相等时间内将质量相等的重物匀速 提升相同的高度,空气阻力、摩擦、滑轮和绳子的质量均不计,下列说法正确的是( )A.甲的拉力是乙的拉力的 3 倍 B. 乙拉绳子的速度大小是甲拉绳子速度大小的 2 倍 C. 甲拉力的功率大于乙拉力的功率 D.如果考虑滑轮质量,图甲装置的机械效率比图乙的要高 解答: 由题知,重物重力相同,设其大小为 G,物体升高的速度相同,设其大小为 v, 图 1:因为两个都是定滑轮,空气阻力、摩擦、滑轮和绳子的质量均不计,所以 F1=G,绳子的速度 v1=v, P1=F1v=Gv,η= =1;图 2:因为是一个定滑轮、一个动滑轮,n=2,空气阻力、摩擦、滑轮和绳子的质量均不计,所以 F2= G, 绳子的速度 v2=2v;拉力功率 P2=F2v2= G× 2v=Gv;η= = =1故选 BD. 3.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 125N B. 在 2s 内做的有用功为 900J C. 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 解答: A、物体受到的重力为 G=mg=45kg× 10N/kg=450N; 由图知:承担物重的绳子有 3 段,作用在绳子自由端的拉力为 F= (G+G 动)= × (450N+50N)≈167N.此 选项错误;

B、拉力做的有用功为 W 有用=Gh=450N× 2M=900J.此选项正确; C、拉力做的总功为 W 总=Fs=Fnh= × 3× 2m=1000J,滑轮组的机械效率为 η=× 100%=× 100%=90%.此选项正确;D、不计绳重和摩擦,动滑轮重力一定,滑轮组提起的物重越大,有用功越多,但额外功不变,所以机械效 率越高.此选项错误. 故选 B、C. 4.如图所示,用一动滑轮拉一物体 A 以 0.5m/s 的速度在水平面匀速运动,物体 A 重为 20N,受到的摩擦力是物 重的 0.2 倍, 水平拉力 F 为 2.5N, 则在 2s 内拉力做的功是 J, 滑轮的机械效率是 (不计绳和滑轮重力) .解答: 物体 A 移动的距离 S1=V1t=0.5m/s× 2s=1m,所以拉力 F 移动的距离为 S2=2S1=2× 1m=2m, 所以在 2s 内拉力做的功是 W 总=FS2=2.5N× 2m=5J, 物体 A 克服摩擦力做的功 W 有用=fS1=0.2GS1=0.2× 20N× 1m=4J, 滑轮的机械效率 η= = × 100%=80%.故答案为 5;80%. 5.如图所示,拉力 F 将重为 100N 的物体匀速拉到 4m 高的斜面顶端,所用时间为 20s,克服摩擦所做的额外功为 100J.下列说法中正确的是( )A.整个过程中克服物体重力做的功为 400J B.整个过程中拉力 F 做的总功为 400J C.斜面的机械效率为 80% D.拉力 F 的功率为 20W 解答: A、克服重力做功:W 有=Gh=100N× 4m=400J.符合题意. B、总功为:W 总=W 有+W 额=400J+100J=500J.不符合题意. C、斜面的机械效率:η= = =80%.符合题意.D、拉力功率:P===25W.不符合题意.故选 A、C. 4 4 6.如图,重为 3.2× 10 N 的卡车,经过一段水平路面,再以 9.6× 10 W 的功率沿与水平地面成 30° 角(30° 角的斜坡, 斜坡长是斜坡高的 2 倍)的斜坡匀速向上爬行 20m.已知斜坡的机械效率为 80%.求卡车: (1)爬坡时的牵引力; (2)爬坡时的速度.

解答: (1)由题知,斜面长度 S=2h ∵η= = = = ,4∴F===2× 10 N;(2)∵P=FV, ∴匀速爬坡时的速度: V= = =4.8m/s.4答: (1)爬坡时的牵引力为 2× 10 N; (2)爬坡时的速度为 4.8m/s. 7.如图所示,在测定杠杆机械效率的实验中,竖直向上匀速拉动弹簧测力计,使挂在杠杆 OB 下面的物块缓慢上 升至虚线位置,物体上升的高度为 30cm,测力计上升的高度为 20cm,这一过程中杠杆的机械效率为 90%,测力 计的读数如图所示,则物块的重力为 N.解答: 弹簧测力计的分度值是 0.1N,读数是:2.5N; 由 η= = 可得:90%= G=1.5N. 故答案为:1.5. 8.某实验小组利用图示装置研究杠杆的机械效率,实验的主要步骤如下: ①用轻绳悬挂杠杆一端的 O 点作为支点,在 A 点用轻绳悬挂总重为 G 的钩码,在 B 点用轻绳竖直悬挂一个弹簧测 力计,使杠杆保持水平; ②竖直向上拉动弹簧测力计缓慢匀速上升(保持 O 点位置不变) ,在此过 程中弹簧测力计的读数为 F,利用刻度 尺分别测出 A、B 两点上升的高度为 h1、h2. 回答下列问题: (1)杠杆机械效率的表达式为 η= . (用已知或测量物理量符号表示) (2)本次实验中,若提升的钩码重一定,则影响杠杆机械效率的主要因素是: . (3) 若只将钩码的悬挂点由 A 移至 C, O、 B 位置不变, 仍将钩码提升相同的高度, 则杠杆的机械效率将 (选 填“变大”、“变小”或“不变”) . (4)若弹簧测力计拉力方向一直垂直于 OB 杆向上拉动,则测力计示数 (选填“变大”、“变小”或“不变”)

解答: (1)有用功为 W 有=Gh1,总功 W 总=Fh2,则机械效率的表达式 η= × 100%= × 100%.(2)有用功是提升钩码所做的功,额外功主要是克服杠杆重力做的功,影响机械效率的因素主要是有用功 和总功所占的比例;提升的钩码重一定,重物升高的距离一定,说明有用功一定,所以影响杠杆机械效率的 主要因素是杠杆自身的重力. (3)杠杆提升钩码时,对钩码做有用功,克服杠杆重做额外功,W 有+W 额=W 总, 设杠杆重心升高的距离为 h,所以,Gh1+G 杠 h=Fh2,G 不变,h1 不变,G 杠不变, 钩码从 A 点到 C 点,钩码还升高相同的高度,杠杆上悬的角度减小,杠杆升高的距离 h 变小, 所以 Gh1+G 杠 h 变小,所以 Fh2 也变小. 根据 η= × 100%,分母变小,分子不变,所以 η 变大!(4)若弹簧测力计拉力方向一直垂直于 OB 杆向上拉动,阻力不变,动力臂不变,阻力臂减小,动力减小, 所以测力计示数变小. 故答案为: (1) × 100%; (2)杠杆的自重; (3)变大; (4)变小.9.在湛江港码头,小华看到工人利用斜面把货物推到车上,联想到上物理课时老师讲过的知识,小华想探究斜面 的机械效率可能与哪些因素有关?小华提出了以下的猜想:A.斜面的机械效率可能与物体的重力有关。

B.斜面的机械效率可能与斜面的倾斜程度有关。

小华同学为了证实自己的猜想是否正确,于是他用同一块木板组成如图3所示的装置进行了实验探究,记录 的实验数据如下表: 实验 次数 斜 面 倾 物块重量 斜面高度 沿斜面拉 斜面长 角θ G/N h/m 力 F/N S/m 30 30 450有用功 W 有/J 3.0 1.8 2.4总 功 W 总/J 5.0斜面的机 械效率5.0 3.0 3.00.6 0.6 0.84.2 2.5 2.81.2 1.2 1.2060% 3.4 71%0(1)在实验操作过程中,应沿斜面向上________拉动木块;实验时要使木板的倾斜角变大,应该把木板下

面的木块向_________移动(填“左”或“右”) 。

(2)根据表格中数据,第①次实验斜面的机械效率为_______%,第②次实验中总功为______J。

(3)通过对比实验①、②数据,可验证小华的猜想_________(填写字母) ;通过对比实验②、③数据,可 以得出的探究结论是:__________________________。

(4)除了小华的猜想以外,请你猜想斜面的机械效率还可能与______(写出一个)有关。

解答: (1)匀速 左 (2)60 3.0 (3)A 在其它条件相同时,斜面的倾斜程度越大,斜面的 机械效率越高(或大) ;或在其它条件相同时,斜面的机械效率与斜面的倾斜程度有关. (4)物体或斜面的粗糙程度 10.如图所示,工人用滑轮组缓慢地打捞沉没在水中的重物,当重物全部在水中时,拉力 F 为 160N,滑轮组的机械 效率为 80%.当重物离开水面后拉力 F′为 480N,整个装置的摩擦和绳重不计.求: (1)动滑轮的重力; (2)物体的重力; (3)重物的密度.解答: (1)设物体浸没在水中,上升 h,有两段绳子承担物体的重,所以绳子自由端移动 2h, ∵整个装置的摩擦和绳重不计. ∴根据 η= 得:η===,所以,G﹣F 浮=2Fη=2×160N×80%=256N. 又∵F= (G﹣F 浮+G 动)= (G﹣F 浮+G 动) , ∴G 动=2F﹣(G﹣F 浮)=2× 160N﹣256N=64N. (2)当物体离开水面时,因为,F'= (G+G 动)= (G+G 动) , 所以,G=2F′﹣G 动=2× 480N﹣64N=896N. 3 3 (3)因为 G﹣F 浮=256N,即:896N﹣1.0× 10 kg/m × 10N/kg× V=256N, ﹣2 3 所以,V=6.4× 10 m . 根据 G=mg=ρVg, 所以 ρ= = =1.4× 10 kg/m .3 3答: (1)动滑轮的重力为 64N; (2)物体的重力为 896N; 3 3 (3)重物密度为 1.4× 10 kg/m .

五、课后作业1.用相同的滑轮和绳子分别组成如图所示的甲、乙两个滑轮组,把相同的重物匀速提升相同的高度.若不计绳重 及摩擦,下列说法正确的是( )A.绳子受的拉力 F1 和 F2 大小相等,滑轮组的机械效率相同 B. 绳子受的拉力 F1 和 F2 大小不相等,滑轮组的机械效率不同 C. 绳子自由端移动的距离不相等,拉力对滑轮组所做的功相等 D.绳子自由端移动的距离不相等,拉力对滑轮组所做的功不相等 解答: 不计绳重及摩擦, ∵拉力 F= (G 物+G 轮) ,n1=2,n2=3, ∴绳子受的拉力: F1= (G 物+G 轮) ,F2= (G 物+G 轮) , ∴F1≠F2, ∵动滑轮重相同,提升的物体重和高度相同,W 额=G 轮 h,W 有用=G 物 h, ∴利用滑轮组做的有用功相同、额外功相同,总功相同, ∵η= × 100%,∴滑轮组的机械效率相同,故 A、B 错; ∵绳子自由端移动的距离 s=nh,n1=2,n2=3,提升物体的高度 h 相同, ∴s1=2h,s2=3h, ∴s1≠s2, 拉力做的功: W1=F1s1= (G 物+G 轮)× 2h=(G 物+G 轮)h W2=F2s2= (G 物+G 轮)× 3h=(G 物+G 轮)h ∴,W1=W2, 故 C 正确、D 错. 故选 C. 2.用一个定滑轮和一个动滑轮组成的滑轮组把重 150N 的物体匀速提升 1m,不计摩擦和绳重,滑轮组的机械效率 为 60%.则下列选项错误的是( ) A.拉力一定是 125N B. 有用功一定是 150J C.总功一定是 250J D. 动滑轮重一定是 100N 解答: 对左图滑轮组,承担物重的绳子股数 n=3, 对物体做的有用功:

W 有=Gh=150N× 1m=150J, ∵η= ,∴W 总===250J,∴W 额=W 总﹣W 有=250J﹣150J=100J; ∵不计绳重和摩擦,W 额=G 轮 h, ∴动滑轮重: G 轮= = =100N,拉力 F 的大小: F= (G 物+G 轮)= (150N+100N)= N;对右图滑轮组,承担物重的绳子股数 n=2, 对物体做的有用功: W 有=Gh=150N× 1m=150J, ∵η= ,∴W 总===250J,∴W 额=W 总﹣W 有=250J﹣150J=100J; ∵不计绳重和摩擦,W 额=G 轮 h, ∴动滑轮重: G 轮= = =100N,拉力 F 的大小: F= (G 物+G 轮)= (150N+100N)=125N. 由以上计算可知,对物体做的有用功都是 150J,总功都是 250J,动滑轮重都是 100N,故 B、C、D 都正确; 但拉力不同,故 A 错. 故选 A. 3.用如图所示的机械拉着重 500N 的物体在水平地面上匀速运动,物体受到的摩擦力为 120N,绳子末端的水平拉 力为 50N,则滑轮组的机械效率为 ;若物体运动的速度为 0.2m/s,则 10s 内拉力做的功是 J.解答: (1)物体在水平地面上匀速运动,需要克服的是物体与地面间的摩擦力. 机械效率 η= 故答案为:80%. (2)10s 内拉力作用点移动的距离 S 拉=nS 物=3× 0.2m/s× 10s=6m, ;

拉力所做的功 W 总=FS 拉=50N× 6m=300J; 故答案为:300. 4.如图,小王站在高 3m、长 6m 的斜面上,将重 200N 的木箱沿斜面匀速从底端拉上顶端,拉力大小恒为 120N, 所花时间是 10s.求: (1)木箱 A 沿斜面方向的运动速度. (2)小王对木箱做功的功率. (3)斜面的机械效率.解答:(1)v= ==0.6m/s;(2)W 总=Fs=120N× 6m=720J, P= = =72W;(3)W 有用=Gh=200N× 3m=600J, η= = ≈83.3%.答: (1)木箱 A 沿斜面方向的运动速度为 0.6m/s. (2)小王对木箱做功的功率 72W. (3)斜面的机械效率 83.3%. 5.小明在探究利用杠杆做功的实践活动中,将重 G 为 15N 的重物挂在杠杆的中点,用手竖直提起棒的另一端,使 物体缓慢匀速提升,如图所示. (1)不计杠杆自身重力和摩擦,求拉力 F 的大小? (2)如杠杆是一根重为 5N 质量均匀的硬棒,若在 2s 内将重物提升 0.l0m,则重物上升的速度是多大?小明使用 杠杆所做的有用功为多大?机械效率是多大?解答: (1)由杠杆原理可知:FL1=GL2,即 = (2)v= = =0.05m/s, = ,F= =7.5N.W 有用=Gh=15N× 0.1m=1.5J, W 额外=G 杆 h=5N× 0.1m=0.5J, W 总=W 有用+W 额外=1.5J+0.5J=2J,

η===75%.答: (1)不计杠杆自身重力和摩擦,拉力 F 是 7.5N. (2)重物上升的速度是 0.05m/s;小明使用杠杆所做的有用功为 1.5J.机械效率是 75%.六、专题总结1、分析题意,明确什么是有用功、什么是额外功,什么是总功。

2、竖直方向上滑轮组机械效率的求解,运用η W有用 G 物h G 物   ; W总 Fs nFη W有用 W有用 G 物h G物 这两个公式的适用条件要清楚,重物在空气中且忽略绳    W总 W有用  W额外 G 物h  G 动h G 物  G 动重和摩擦。

3、对于水平方向上的滑轮组及滑轮组与浮力组合、与斜面组合时,可牢记针对滑轮组的机械效率,力均是作用在 滑轮组上的,进行受力分析找力并求该力所作的功,分清有用功和总功,运用基本公式求机械效率。