12.3机械效率

第十二章 简单机械 第3 节 机械效率 材考点梳理 一、功的原理 1 内容：使用机械时，人们所做的功，都不会少于直接用手所做的功。即：使用任何机械都不省功。 2 说明： （1）功的原理是一个普遍的结论，对于任何机械都适用。 （2）功的原理告诉我们：使用机械要省力必须费距离，要省距离必须费力，既省力又省距离的机械 是没有的。 （3）使用机械虽然不能省功，但人类仍然使用，是因为使用机械或者可以省力、或者可以省距离、 也可以改变力的方向，给人类工作带来很多方便。 二、有用功、额外功、总功 1 有用功： （1）定义：使用机械时，对人们有用的功，用有表示。 （2）公式：有＝G 物 =总－额=η 总 2 额外功： （1）定义：并非需要但又不得不做的功，用额表示。 （2）公式：额＝G 动 =总－有=（1-η）总 （3）产生原因： 克服机械自重和容器重做功。 B 克服摩擦做功。 3 总功： （1）定义：有用功与额外功之和，用总表示。 （2）公式：总＝FS =有+额=有/η。 ▲敲桌子：一般来说，动力对机械所做的功是总功，机械对物体所做的功是有用功。 B 有用功和总功的判定，要根据工作目的来判定。目的不同，有用功和总功可能就不 同。 三、机械效率（η） 1 定义：有用功跟总功的比值。 2 公式：η=有/总×100%。 3 物理意义：机械效率是衡量机械性能好坏的重要标志。机械效率越高的机械，性能越好。 4 对机械效率的理解： （1）机械效率只跟有用功和总功有关，反映了有用功占总功的比例。 （2）机械效率与机械的功率、省力情况、力的大小、绕线方法和重物提升高度均无关系。 （3）机械效率总小于1，因为使用机械都要做额外功。 （4）同一机械的效率也不是固定不变的。 5 提高机械效率的方法： （1）减小摩擦。 （2）增大物重。（相同机械，提升物体越重，机械效率越高） （3）减轻机械自重。（提升重物相同，动滑轮越重，机械效率越低） 6 几种装置的机械效率： 四、实验：测机械 效率 1 实验原理：η=有/总 × 100%。 2 实验器材：弹簧测 力计、刻度尺、滑轮组、钩码等。 3 实验步骤： （1）测出钩码重力。 （2）组装滑轮组，记下测力计和钩码位置。 （3）在竖直方向上匀速拉动弹簧测力计，读出测力计示数，记下测力计和钩码通过的距离。 （4）算出机械效率。 （5）改变钩码个数或换用不同装置重复实验。 4 实验结论： （1）相同机械，提升物体越重，机械效率越高。 （2）提升重物相同，动滑轮越重，机械效率越低。 滑轮组 斜面 竖直方向 水平方向 装置图 机械效率 有＝G 物 有＝fS 物 有＝G 额＝G 动 / 额＝f 总＝FS 总＝FS 拉 总＝FS η=G 物/FS =G 物/F =G 物/G 物+G 动 η=fS 物/FS 拉 =f/F η=G/FS =G/G+fS 重难点突破 1．（2023 四川内江）如图所示，将重力为10 的物体沿斜面向上从底端匀速拉到顶端。若斜面长L 为 1m，斜面高为03m，拉力F 为4，拉力的功率为2，则此过程中，斜面的机械效率是________%，物体从斜 面底端运动到斜面顶端所用的时间是_______s。 2．（2023 山东泰安）用如图所示的滑轮组在10s 内将200 的重物匀速提升3m，滑轮组的机械效率为 80%，不计绳重和摩擦，拉力F 的功率为_________。 3．（2023 江苏连云港）重450 的箱子，在20 水平推力的作用下，沿水平路面做匀速直线运动，地面对箱 子的支持力大小为__________，箱子受到的阻力大小为________。如果用如图所示的滑轮组匀速提升该箱 子，拉力F=250，滑轮组的机械效率为____________。箱子以01m/s 的速度匀速上升的过程中，拉力的功 率为__________。 4．（2023 广东广州）用滑轮组进行“一瓶水提升一个人”活动，如图，水瓶匀速直线下降10m，使人匀 速升高05m，水瓶对绳的拉力为 ，绳b 对人的拉力为 。此过程（ ） ．有用功为300 B． 做的功等于 做的功 ． 做的功小于 做的功 D．滑轮组的机械效率为80% 5．（2023 四川广安）学习了简单机械知识后，某同学自制了如图所示的晾衣架。他将50 的衣物挂在横杆 上，拉绳使其匀速上升16m，用时5s（上升过程中，横杆保持水平），此过程该装置的机械效率为80% （不计绳重及摩擦）。下列分析正确的是（ ） ．拉力做功80 B．拉力的功率为20 ．动滑轮重125 D．若增大衣物的质量，机械效率将减小 6．（2023 湖南永州）如图所示，将一个重90 的物体从斜面底端匀速直线拉到斜面顶端，沿斜面向上的拉 力为36，在斜面上移动的距离s=12m，物体升高的高度=03m，则（ ） ．物体所受的摩擦力36 B．物体克服重力做功432 ．拉力做功27 D．斜面的机械效率625% 7．（2023·北京）用如图所示的装置提升重为800 的物体，动滑轮重为200。在卷扬机对绳子的拉力F 作用 下，物体在10s 内竖直匀速上升了2m。在此过程中，不计绳重和摩擦，下列说法正确的是（ ） ．物体上升的速度为04m/s B．滑轮组的有用功为2000 ．拉力F 的功率为100 D．滑轮组的机械效率为80% 8．（2023·内蒙古包头）在小区改造工程中，工人师傅用滑轮组提升建筑材料，如图所示。滑轮组挂在固 定的钢架上，每个滑轮重为150。绳子自由端受到的拉力F 为500，材料在30s 内匀速上升了3m，不计绳 重和摩擦，下列说法正确的是（ ） ．绳子自由端的速度为01m/s B．拉力F 的功率为50 ．滑轮组的机械效率为90% D．钢架受到的拉力为1500 参考答 1【答】75 2 【解析】拉动物体所做的有用功为 ，总功为 ，斜面的机械效率 是 根据 ，可得，物体从斜面底端运动到斜面顶端所用的时间是 2【答】75 【解析】由题意知 ，解得拉力F 做的功总=750。根据 得，拉力F 的 功率为 3【答】450 20 90% 50 【解析】箱子放在水平地面上时，箱子受到的重力与地面对箱子的支持力大小相等，方向相反，都作用在 箱子上，而且作用在同一条直线上，所以箱子受到的重力与地面对箱子的支持力是一对平衡力，故地面对 箱子的支持力大小为 箱子匀速直线运动时，箱子受到的阻力等于推力，所以箱子受到的阻力大小为 滑轮组的机械效率η= =90% 拉力端移动速度v=2×01m/s=02m/s，由P= ，可得，拉力做功的功率 4【答】D 【解析】． 做的功为有用功，大小为 ，故错误，不符合题意； B． 做的功为总功，大小为 ，故B 错误，不符合题意； D．滑轮组的机械效率为 ，故D 正确，符合题意。 5【答】B 【解析】．如图，滑轮组做的有用功 ，拉力做的功 ，故 错误； B．拉力的功率 ，故B 正确； ．滑轮组做的额外功 ，动滑轮与横杆的总重 ，则动滑轮的重小于125，故错误； D．若增大衣物的质量，滑轮组的额外功不变，有用功增多，由 可知，机械效率将提高，故D 错误。 6【答】D 【解析】B．克服物体重力做功即有用功为 ，拉力做的功即总功为 ，额外功为 ，由 可得，摩擦力为 ，故B 不符合题意； D．根据 可得，斜面的机械效率为 ，故D 符合题意。 7【答】D 【解析】．物体在10s 内竖直匀速上升了2m，上升的速度为 ，故错误； B．装置提升重为800 的物体，竖直匀速上升了2m，滑轮组的有用功为 ，故B 错误； ．由图知，=2，不计绳重和轮与轴间的摩擦，拉力为 ，拉力端 移动距离为 ，拉力做的总功 ，拉力做功的功率 ，故错误； D．滑轮组的机械效率为 ，故D 正确。 8【答】 【解析】．由图可知，动滑轮上的绳子根数=3，绳子在30s 内移动的距离为 ，由 可 知，绳子自由端的速度为 ，故错误； B．由 可知，拉力F 的功率为 ，故B 错误； ．材料的重力为 ，滑轮组的机械效率为 ，故正确； D．钢架受到的拉力为 ，故D 错误。