机械效率教案教学设计

12.3 机械效率

知识点梳理

1、有用功：

定义：对人们有用的功。

公式：W有用＝Gh（提升重物）＝W总－W额=ηW总

斜面：W有用＝Gh

2、额外功：

定义：并非我们需要但又不得不做的功。

公式：W额＝W总－W有用＝G动h（忽略轮轴摩擦的动滑轮、滑轮组）

斜面：W额＝fL

3、总功：

定义：有用功加额外功或动力所做的功

公式：W总＝W有用＋W额＝FS＝W有用

斜面：W总＝fL+Gh＝FL

4、机械效率：

定义：有用功跟总功的比值。

公式：=WW有用总

斜面：=GhFL

定滑轮：=GhGhGFSFhF

动滑轮：=22GhGhGFSFhF

滑轮组：=GhGhGFSFnhnF

5、有用功总小于总功，所以机械效率总小于1。通常用百分数表示。某滑轮机械效率为60%表示有用功占总功的60%。

6、提高机械效率的方法：减小机械自重、减小机件间的摩擦。

7、机械效率的测量：

（1）原理：=WGhWFS有用总

（2）应测物理量：钩码重力G、钩码提升的高度h、拉力F、绳的自由端移动的距离S。

（3）器材：除钩码、铁架台、滑轮、细线外还需刻度尺、弹簧测力计。 （4）步骤：必须匀速拉动弹簧测力计使钩码升高，目的：保证测力计示数大小不变。

（5）结论：影响滑轮组机械效率高低的主要因素有：

①动滑轮越重，个数越多则额外功相对就多。

②提升重物越重，做的有用功相对就多。

③摩擦，若各种摩擦越大做的额外功就多。

8、绕线方法和重物提升高度不影响滑轮机械效率。

练习题

一、选择题

1．关于功率和机械效率，下列说法正确的是（ ）

A．有用功相同时，额外功越小，机械效率越高 B．总功相同时，额外功越多，机械效率越高

C．做功多的机械，机械效率高 D．效率高的机械，功率一定大

2．如图为正在施工的工程车，下列关于工程车的说法正确的是（ ）

A．做的功越多，效率越高 B．缩短工作时间，可提高效率

C．做功多的工程车，功率大 D．做功越快的工程车，功率越大

3．如图所示，用滑轮组将重物匀速提升，不计绳重及摩擦，下列措施可提高该滑轮组机械效率的是（ ）

A．增加1个动滑轮 B．改变绕线方式

C．增加物体提升的高度 D．增大提升的物重

4．如图所示，使用不同的滑轮分别把相同的物体匀速提升相同的高度，拉力之比为F甲：F乙：＝3：2，机械效率分别为η甲、η乙，则（ ）

A．η甲：η乙＝2：3 B．η甲：η乙＝3：1

C．η甲：η乙＝3：2 D．η甲：η乙＝4：3

5．如图，用40N的拉力，在10s内将重100N的物体匀速提升3m，则该滑轮组（ ）

A．绳端移动的距离为6m B．有用功为120J

C．拉力做功的功率为36W D．机械效率为80%

6．在如图所示的斜面上，一工人用200N的拉力，将一重为250N的物体，从底端匀速拉到顶端，用时6s，下列说法正确的是（ ）

A．此过程中物体受到的拉力等于斜面对物体的摩擦力

B．此过程中物体受到摩擦力大小为50N

C．拉力做功的功率为10W

D．此过程中克服重力做功500J

7．如图所示，是某建筑工地使用的一种起重机的滑轮组。一次提升货物A的质量为2.7×103kg，30s内货物A被匀速提升了3m，动滑轮的重力3×103N(不计起重机钢绳重和一切摩擦)。下列分析中正确的是（ ）

A．钢绳自由端的移动速度为0.1m/s B．拉力F的功率为1.5×103W

C．滑轮组的机械效率为90% D．钢绳的拉力F的大小为1.0×104N

8．如图所示，拉力F为5N，物体A以0.1m/s的速度在物体B表面向左做匀速直线运动(B表面足够长)；物体B静止在地面上，受到水平向左4N的摩擦力，弹簧测力计示数为12N．下列说法正确的是( )

A．物体A受到的摩擦力为10N B．拉力F的功率为1.5W

C．滑轮组的机械效率为80％ D．拉力F增大到15N时，物体B开始向左运动

二、填空题

9．如图所示，把重力为100N的物体从底端匀速推到斜面顶端，斜面长为10m，高为3m，推力F为50N，所用的时间为20s，则推力的功率为 W，对物体做的有用功为 J，斜面的机械效率为 。

10．如图所示，在不计绳重和摩擦的情况下，用动滑轮把重40N的物体匀速提高2m，所用的拉力为25N，则拉力做功是 J，动滑轮的机械效率是 ；如果把重100N的物体匀速提升相同的高度，则这个动滑轮的机械效率将 （填“变大”“变小”或“不变”）。

11．用如图所示的滑轮组匀速拉动物体A，使物体A在3s内沿水平方向匀速移动了6m，若A所受地面的摩擦力f=600N，小强所用水平拉力F=250N，小强做的有用功为 J，该装置的机械效率为 （不计绳和滑轮重）。

12．如图所示，一人用一滑轮组将重为450N的物体在10s内匀速提升2m，人所用的拉力为250N，此过程中有用功是 J，滑轮组的机械效率 ，拉力的功率是 W。

三、实验探究题

13．在“测量滑轮组的机械效率”的实验中，小宇用如图甲所示的滑轮组进行了五次实验，实验数据如下表。（不计绳重、忽略滑轮轴的摩擦）

实验次数 物重G/N 物体上升的高度h/cm 测力计的示数F/N

测力计移动的距离s/cm 机械效率η

1 6 3 2.5 9

80%

2 6 5 2.5 15

3 6 8 2.5 24 80%

4 8 3 3.1 9 86%

5 10 3 3.8 9 88%

（1）实验时，应沿 方向缓慢拉动绳子自由端，使物体匀速升高；

（2）由1、2和3次实验的数据可得：①第2次实验中滑轮组的机械效率是 。②滑轮组的机械效率与 无关；③动滑轮的重力为 N；

（3）分析1、4和5次实验数据，可得到的结论是 ； （4）小红利用小宇的实验器材组装滑轮组，她只改变了绳子的缠绕方式，如图乙所示，当提升相同的重物时，乙滑轮组的机械效率甲滑轮组的机械效率 （选填“大于”、“小于”或“等于”）。

14．小明同学用如图所示的斜面来探究斜面的省力情况、斜面的机械效率与斜面的倾斜程度之间的关系，他首先测出木块重，然后用弹簧测力计沿斜面拉动木块，调节斜面倾斜角度的大小多次测量，得到下表所示的数据：

斜面倾斜角θ 木块重G/N 斜面高h/m 斜面长s/m 拉力F/N 用用功W有/J 总功W总/J 机械效率η

15° 10 0.1 0.4 3.6 1 1.44 69.4%

30° 10 0.2 0.4

2

（1）实验中，小明测拉力时要用弹簧测力计平行于斜面拉着木块做 运动，并读出弹簧测力计的示数；

（2）当斜面倾斜角为30度时，弹簧测力计的示数如图所示，则此时拉力F= N，此时总功为

J，斜面的机械效率为 ；

（3）分析表中的数据，可以得出的探究结论是：斜面倾斜角度越 （选填“大”或“小”），斜面越省力，斜面的机械效率越 （选填“高”或“低”）；

（4）若想探究斜面的机械效率与物重的关系，则要保持 不变，斜面的光滑程不变，只改变物重。

四、计算题

15．如图所示，工人用滑轮组提升重物，已知重物重力𝐺=1000𝑁，动滑轮重力𝐺动=200𝑁，在工人用力F作用下，重物匀速上升，30s达到规定高度6m处。不计绳重和机械之间的摩擦。求：

（1）额外功的大小；

（2）拉力做的功；

（3）拉力做功的功率。

16．如图甲所示，用滑轮组提升600N的重物，物体在拉力F的作用下20s匀速上升了8m。此过程中，拉力F做的功W随时间t的变化图像如图乙所示。求：

（1）拉力F的功率；

（2）滑轮组的机械效率；

（3）若克服动滑轮重力所做的额外功占总额外功的三分之二，则动滑轮的重力为多大？

参考答案

1．A

2．D

3．D

4．D

5．C

6．D

7．C

8．C

9．25；300；60%

10．100；80%；变大

11．3600；80%

12．900；90%；100

13．（1）竖直

（2）80%；物体升高的高度；1.5

（3）同一滑轮组提升物重越重，机械效率越高

（4）等于

14．匀速；6；2.4；83.3%；小；低；斜面倾斜角度

15．（1）1200J；（2）7200J；（3）240W

16．（1）300W；（2）80%；（3）100N