第3节 机械效率

第十讲 简单机械和功

第3节 机械效率

一、选择题

1. (2019常州)如图所示，斜面高2 m、长4 m，小明用平行于斜面的拉力F，将重400 N的物体从斜面底端拉到顶端，已知拉力F＝250 N．对此过程，下列结果中正确的是( )

第1题图

A. 有用功为1 000 J

B. 总功为1 600 J

C. 额外功为200 J

D. 机械效率为60%

2. (2019福建)工人用如图所示的机械将物体匀速提升到某一高度，若物体的重力与滑轮的重力之比G物∶G滑轮＝9∶1，忽略绳重与摩擦的影响，则机械效率为( )

第2题图

A. 10%

B. 45%

C. 80%

D. 90%

3. (2019聊城)如图所示，用滑轮组提升重100 N的物体时，在10 s 内绳子自由端被匀速拉下6 m．已知拉绳子的力F为60 N，不计绳重和摩擦，则在此过程中( )

第3题图

A. 物体被提升了2 m

B. 所做的有用功是300 J

C. 拉力F的功率是30 W

D. 滑轮组的机械效率是55.6%

4. (2019长春)如图所示，用甲、乙滑轮组在相同时间内分别将A、B物体匀速提升相同高度，已知物体受到的重力GA>GB，滑轮组的机械效率η甲

第4题图

A. 两滑轮组绳端移动的距离相等

B. 甲滑轮组的有用功比乙的少

C. 甲滑轮组的总功率比乙的小

D. 甲滑轮组的动滑轮比乙的重

5. (2019北京改编)某同学用滑轮组提升物体，绳子自由端竖直移动的距离随时间变化的关系如图中图线a所示，物体上升的高度随时间变化的关系如图中图线b所示．已知物体的质量为450 g，所用动滑轮的质量为50 g，绳子自由端的拉力F为1.3 N．g取10 N/kg.在0～2 s的过程中，下列说法中正确的是( )

第5题图

A. 绳子自由端移动的速度为5.0 cm/s

B. 拉力F的功率为2.6 W

C. 有用功为0.45 J

D. 滑轮组的机械效率为90%

二、填空题

6. (2019丹东)斜面长1 m，高0.4 m，用大小为10 N沿斜面向上的拉力F，将重力为20 N的铁块匀速拉到顶端，此过程中斜面的机械效率为________，铁块受到的摩擦力为________N.

第6题图

7. (2019重庆B卷改编)如图所示，用大小为500 N的拉力F通过滑轮组将重为800 N的物体匀速提升10 cm，不计绳重与摩擦，拉力F移动的距离为________cm，滑轮组的机械效率是________%.当滑轮组提升的重物质量增加时，滑轮组的机械效率将___________(选填“增大”“减小”或“不变”)．

第7题图

8. (2019南京)建筑工地上，起重机吊臂上的滑轮组如图所示，在匀速起吊重4.2×103 N的物体时，物体5 s内上升了6 m，此过程中有用功为________J，钢丝绳移动的速度为________m/s；若滑轮组的机械效率为70%，则额外功为________J，拉力F为________ N，其功率为________W.

第8题图

三、实验与探究题

9. (2019遂宁)在“测量滑轮组机械效率”的实验中，某组同学选择了如图所示的两种滑轮组进行多次实验，记录的实验数据如下表：

实验 次数 钩码重

G/N 钩码上

升高度

h/cm 拉力

F/N 绳端移

动距离

s/cm 机械

效率

1 0.5 10 30

2 1.5 10 0.8 30 62.5%

3 0.5 10 0.5 40 25.0% 4 1.5 10 0.7 40 53.6%

(1)根据表中数据可以判断出第一次实验所选择的是________(选填“甲”或“乙”)滑轮组．

(2)在第一次实验中，当________拉动滑轮组时，弹簧测力计示数如图丙所示，拉力F为______N；该次实验滑轮组的机械效率是________(计算结果精确到0.1%)．

第9题图

(3)机械效率是机械性能好坏的重要标志．结合生产生活实际，分析实验数据可知，下列提高机械效率的措施不可行的是________(选填符号)．

A. 增加所提物重 B. 减轻机械自重

C. 机械加润滑油 D. 增加重物上升高度

四、综合题

10. (2019西工大附中六模)如图所示是家庭使用的升降晾衣架的结构示意图，它的使用给家庭晾晒衣服带来了很大的方便．已知晾衣架上所挂衣服质量为4 kg，动滑轮、杆和晾衣架总质量为1 kg.小明同学用力F拉动绳子自由端，使衣服以0.1 m/s 的速度匀速上移(g取10 N/kg，不计绳重和摩擦)．求：

(1)绳子自由端移动的速度；

(2)5 s 时间内拉力F做的功；

(3)拉力的功率P；

(4)该过程中机械效率η.

第10题图

11. (2019陕西逆袭卷)随着国家发展，人民生活水平大幅提高，很多家庭购买了汽车．小明家购买的某型号轿车，质量为2 t，车轮与地面的总接触面积为100 cm2. 暑假全家开车去汉中旅游，耗时3 h 30 min到达目的地，车辆里程表示数增加了280 km，油量表显示耗油30 L.

(ρ汽油＝0.7×103 kg/m3，q汽油＝4.6×107 J/kg，g取10 N/kg)求：

(1)汽车高速行驶时受到空气向上的力的作用，其原因是汽车上方空气流速大，压强________；汽车全程的平均速度是________km/h.

(2)汽车静止在水平路面时，对地面的压强是多少？

(3)若此次行程中发动机的平均输出功率为26 kW，则在该行程中发动机做的功是多少？发动机的效率约是多少？

参考答案及解析

第十讲 简单机械和功

第3节 机械效率

1. C 【解析】小明对物体做的有用功是：W有＝Gh＝400 N×2 m＝800 J，A错误；对物体做的总功是：W总＝Fs＝250 N×4 m＝1 000 J，B错误；此过程中的额外功是：W额＝W总－W有＝1 000 J－800 J＝200 J，C正确；此斜面的机械效率为：η＝W有W总×100%＝800 J1 000 J×100%＝80%，D错误．故选C.

2. D 【解析】滑轮组的机械效率为η＝W有用W总×100%＝G物hFs×100%＝G物h1n×（G滑轮＋G物）×nh×100%＝G物G滑轮＋G物×100%＝9G滑轮G滑轮＋9G滑轮×100%＝90%，故选D.

3. B 【解析】由图可知n＝2，故s＝2h，即绳子下拉s＝6 m则物体上升h＝3 m，A错误；拉力F对物体所做的有用功为W有用＝Gh＝100 N×3 m＝300 J，B正确；拉力F的功率P＝W总t＝Fst＝60 N×6 m10 s＝36 W，C错误；滑轮组的机械效率为η＝W有用W总×100%＝300 J360 J×100%≈83.3%，D错误．故选B.

4. D 【解析】由题图可知，滑轮组绳子的有效股数n甲＝3，n乙＝2，则s甲＝3h，s乙＝2h，则两滑轮组绳端移动的距离不相等，A错误；已知物体受到的重力GA＞GB、上升的高度相同，根据W有＝Gh可知，甲滑轮组的有用功比乙的多，B错误；由B可知，W有甲＞W有乙，已知滑轮组的机械效率η甲＜η乙，由η＝W有W总×100%可得，甲滑轮组的总功比乙的大，已知时间相同，由P＝Wt 可知，甲滑轮组的总功率比乙的大，C错误；忽略绳重和摩擦，由η＝W有W总×100%＝GhFs×100%＝GG＋G动×100%可得，η甲＝GAGA＋G动甲×100%，η乙＝GBGB＋G动乙×100%，因为GA＞GB，η甲＜η乙，所以甲滑轮组的动滑轮比乙的重，D正确．故选D.

5. C 【解析】由图可知，当t＝2 s时，sa＝40 cm，sb＝10 cm，所以n＝4，绳子自由端移动的速度：v＝sat＝40 cm2 s＝20 cm/s＝0.2 m/s，A错误；人拉绳做功的功率P＝Wt＝Fst＝Fv＝1.3 N×0.2 m/s＝0.26 W，B错误；人对物体做的有用功为W有＝Gh＝mgh＝0.45 kg×10

N/kg×0.1 m＝0.45 J，C正确；滑轮组的机械效率η＝W有W总×100%＝GhFs×100%＝GnF×100%＝0.45 kg×10 N/kg4×1.3 N×100%≈86.5%，D错误．故选C.

6. 80% 2 【解析】有用功为W有用＝Gh＝20 N×0.4 m＝8 J，总功为W总＝Fs＝10 N×1 m＝10 J，斜面的机械效率为η＝W有用W总×100%＝8 J10 J×100%＝80%；额外功为W额＝ W总－ W有用＝10 J－8 J＝2 J，由W额＝fs得，铁块受到的摩擦力为 f＝W额s＝2 J1 m＝2 N.

7. 20 80 增大 【解析】由图可知，滑轮组中由2段绳子承担物体和动滑轮的总重，即n＝2；则绳子自由端移动的距离为s＝nh＝2×10 cm＝20 cm；此过程中，所做有用功为W有＝Gh＝800 N×0.1 m＝80 J，所做总功为W总＝Fs＝500 N×0.2 m＝100 J，滑轮组的机械效率为η＝W有W总×100%＝80 J100 J×100%＝80%.当滑轮组提升重物的质量增加时，所做的有用功变大，由于不计摩擦和绳重，额外功为克服动滑轮重所做的功，则机械效率增大．

8. 2.52×104 3.6 1.08×104 2×103 7.2×103

【解析】有用功W有＝Gh＝4.2×103 N×6 m＝2.52×104 J；钢丝绳移动的速度v＝st＝6 m×35 s＝3.6 m/s；η＝W有W总×100%＝GhFs×100%＝G3F×100%，所以拉力为F＝G3η＝4.2×103 N3×70%＝2×103 N；拉力的功率为P＝Fv＝2×103 N×3.6 m/s＝7.2×103 W；总功为W总＝Fs′＝2 000 N×6 m×3＝3.6×104 J；额外功为W额＝W总－W有＝3.6×104 J－2.52×104 J＝1.08×104 J

9. (1)甲 (2)竖直匀速 0.4 41.7% (3)D 【解析】(1)分析表中的第一次实验数据可以看出，s＝3h，即n＝3，读图可知，甲图用3段绳子吊着物体，因此选择的是甲滑轮组；(2)实验中应沿竖直方向匀速拉动弹簧测力计，使钩码上升，此时系统处于平衡状态，测力计示数等于拉力大小；图丙中弹簧测力计的分度值为0.2 N，则示数为0.4 N；此时滑轮组的机械效率：η＝W有用W总×100%＝GhFs×100%＝0.5 N×0.1 m0.4 N×0.3 m×100%≈41.7%；(3)提高滑轮组机械效率可以增加提升的物重、换用轻质的动滑轮、加润滑油减小摩擦，增加重物上升高度不能提升滑轮组的机械效率，故选D.

10. 解：(1)由图知，使用滑轮组承担物重的绳子股数n＝4，则绳子自由端移动的速度

v绳＝nv＝4v＝4×0.1 m/s＝0.4 m/s

(2)提升物体的总重力G总＝m总g＝(4 kg＋1 kg)×10 N/kg＝50 N