12.3 机械效率（专题训练）【十大题型】（解析版）

123 机械效率（专题训练）【十大题型】 一．有用功和额外功（共6 小题） 二．机械效率的概念（共3 小题） 三．机械效率的大小比较（共6 小题） 四．功的原理（共6 小题） 五．机械效率的计算（共6 小题） 六．增大或减小机械效率的方法（共4 小题） 七．滑轮（组）的机械效率（共10 小题） 八．斜面的机械效率（共7 小题） 九．斜面机械效率的测量实验（共4 小题） 一十．杠杆机械效率的测量实验（共3 小题） 一．有用功和额外功（共6 小题） 1．（2023 春•花溪区校级月考）用一个滑轮匀速提升重物，重物移动的距离和绳子自由端 竖直移动的距离随时间变化关系的图像如图所示。若物体的重力为80，作用在绳子自由 端的拉力F 为45。关于这一过程下列说法正确的是（ ） ．该滑轮在这一工作过程是定滑轮 B．绳子末端移动的速度是25m/s ．动滑轮重10 D．克服物体重力所做的有用功是8 【答】D 【解答】解：、由物体的重力为80，作用在绳子自由端的拉力F 为45 可知，F＜G，因 为定滑轮不省力，所以该滑轮在这一工作过程不是定滑轮，故错误； B、由图像可知，绳子末端移动的速度v＝ ＝ ＝5m/s＝005m/s，故B 错误； 、由以上分析知，用一个动滑轮匀速提升重物，则＝2，在不计绳重和摩擦时，F＝G 物 +G 动，解得，G 动＝2F G ﹣ 物＝2×45 80 ﹣ ＝10，故错误； D、由重物移动的距离和绳子自由端竖直移动的距离，由图像可知，绳子移动距离s＝ 20m，则物体上升高度＝10m＝01m，克服物体重力所做的有用功＝G＝80×01m＝8，故 D 正确。 故选：D。 2．（2023•龙岗区校级开学）小红用如图所示的滑轮向左匀速拉动物体，下列说法正确的 是（ ） ．物体重力做的功是有用功 B．拉力F1做的功是额外功 ．拉力F 做的功是总功 D．克服物体受到的摩擦力做的功是总功 【答】 【解答】解： D、由图知，是水平使用动滑轮拉动物体，物体没有沿重力方向移动距离，所以重力不 做功；克服物体与地面间的摩擦力做的功为有用功，故D 错误； B、由图知，是水平使用动滑轮拉动物体，拉力F1做的功（克服物体与地面间的摩擦力 做的功）为有用功，故B 错误； 、绳子自由端的拉力F 做的功包括有用功、额外功，为总功，故正确； 故选：。 3．（2023 春•印江县月考）简单机械在我们生活中应用非常广泛，好动手的小明同学分别 用杠杆、斜面和滑轮组将同一物体移动到相同高度，做有用功（ ） ．杠杆最多 B．斜面最多 ．滑轮组最多 D．一样多 【答】D 【解答】解：用杠杆、斜面和滑轮组将同一物体举到相同的高度，根据公式有＝G 可知， 做的有用功相等。 故选：D。 4．（2023 秋•上高县期末）如图甲，、B 是两个完全相同的物体，琴琴同学分别将、B 两 物体拉到斜面顶端，对物体做功情况如图乙所示，请问对物体做的有用功是 2 ，对 物体B 做的额外功是 05 。 【答】2；05。 【解答】解：由图乙可知，对物体做的总功为3，额外功为1，故对物体做的有用功有＝ 总﹣额＝3 1 ﹣＝2； 、B 是两个完全相同的物体，都拉到斜面顶端，故对物体B 做的有用功和对物体做的有 用功相同；由图乙可知，对物体B 做的总功为25，故对物体B 做的额外功 B 额＝B 总﹣有＝25 2 ﹣＝05。 故答为：2；05。 5．（2023 秋•庐江县期末）如图，30 的拉力F 水平拉着重为200 的物体在水平路面匀速移 动05m 的距离。物体所受摩擦力为50，则拉力做的有用功为 25 。 【答】25。 【解答】解：由题知，物体在水平路面匀速移动的距离s 物＝05m，物体所受摩擦力f＝ 50， 使用动滑轮水平拉动物体时，所做的有用功为克服物体与水平面间摩擦力做的功， 则拉力做的有用功为有＝fs 物＝50×05m＝25。 故答为：25。 6．（2023 秋•南沙区期末）早在3000 年前我们的祖先就设计了结构很合理的辘轳，通常用 于从井中提水。如图所示是古代民间的提水设施辘轳，由辘轳头、支架、井绳、水桶等 部分构成。某次取水时井绳拉着质量为10kg 的水缓慢上升了4m，水桶的质量为1kg， 在这一过程中，人做的总功为500。g 取10/kg。求此次取水的过程中： （1）所取水的重力为多少？ （2）人做的有用功为多少？ （3）人所做的额外功为多少？ 【答】（1）所取水的重力为100； （2）人做的有用功为400； （3）人所做的额外功为100。 【解答】解：（1）水的重力： G 水＝m 水g＝10kg×10/kg＝100； （2）人做的有用功： 有用＝G 水＝100×4m＝400； （3）人做的额外功： 额＝总﹣有用＝500 400 ﹣ ＝100。 答：（1）所取水的重力为100； （2）人做的有用功为400； （3）人所做的额外功为100。 二．机械效率的概念（共3 小题） 7．（2023 秋•仪征市期末）关于功、功率、机械效率，下列说法正确的是（ ） ．正在水平地面上滚动的足球，足球受到的重力做了功 B．功率越大的机械做功越快 ．用滑轮组提升货物时，功率越大，则机械效率就越高 D．经过不断改进，机器做功的机械效率可达到100% 【答】B 【解答】解：、足球在水平地面上滚动，重力的方向与运动方向垂直，足球受到的重力 对足球没有做功，故错误； B、功率是表示做功快慢的物理量，功率越大的机械做功越快，故B 正确； 、用滑轮组提升货物时，功率越大，不会改变有用功与总功的比值，不能改变滑轮组的 机械效率，故错误； D、使用任何机械都要做额外功，所以总功一定大于有用功，即有用功与总功的比值一 定小于1，也就是机械效率小于100%，故D 错误。 故选：B。 8．（2023 秋•宿城区期末）下列关于机械效率的说法正确的是（ ） ．越省力的机械，机械效率越高 B．做功越快的机械，机械效率越高 ．所做有用功越多的机械，机械效率越高 D．做功相等的情况下，额外功越少的机械，机械效率越高 【答】D 【解答】解：B．机械效率是指有用功占总功的百分比，与是否省力、做功快慢没有必 然的联系，故B 不符合题意； ．效率指有用功占总功的比值，有用功多，额外功多少不确定，则效率不一定高，故不 符合题意； D．做功相等的情况下，额外功越少的机械，有用功占总功的比值越大，所以机械效率 越高，故D 符合题意。 故选：D。 9．（2024•青山湖区模拟）如图是家庭阳台上的手摇晾衣架。晾衣架匀速上升过程中，上 升速度越快，机械 功率 越高；所挂衣物越重，机械 效率 越高。（均选填“功 率”或“效率”） 【答】功率；效率。 【解答】解：晾衣架匀速上升过程中，上升速度越快，根据P＝Fv 可知，晾衣架匀速上 升时需要的拉力F 不变，上升速度v 变大，故机械做功的功率变高（大）； 所挂衣物越重，所做的额外功基本不变，根据机械效率的公式可知，有用功在总功中所 占的比重越大，故它的机械效率越大。 故答为：功率；效率。 三．机械效率的大小比较（共6 小题） 10．（2023 秋•长治期末）在实践活动基地，同学们体验使用劳动工具对工作的影响。如 图所示，分别用甲、乙两种形式的滑轮组把重为400 的物体匀速向上提起相同的高度。 已知每个滑轮重为20，忽略绳子的重力及滑轮与绳子的摩擦。下列判断不正确的是（ ） ．甲方式中车对绳子的拉力为400 B．乙方式中人对绳子的拉力为210 ．甲、乙两种方式做的有用功相等 D．甲、乙两种方式的机械效率相等 【答】D 【解答】解：、图甲中使用的是两个定滑轮，忽略绳子的重力以及滑轮与绳子的摩擦， 车对绳子的拉力：F 甲＝G＝400，故正确； B、图乙中使用的是一动一定的滑轮组，＝2，忽略绳子的重力以及滑轮与绳子的摩擦， 人对绳子的拉力：F 乙＝ （G+G 动）＝ （400+20）＝210，故B 正确； 、因为甲、乙两种方式提升物体的重力和高度都相等，所以，由有＝G 可知，甲、乙两 种方式做的有用功相等，故正确； D、忽略绳重及摩擦，甲中不做额外功，效率为100%，乙中要提升动滑轮，做额外功， 故乙的效率要小于100%，所以甲中滑轮组的机械效率比图乙中的高，故D 错误。 故选：D。 11．（2023 秋•京口区期中）如图，斜面B 和的粗糙程度相同、倾斜程度不同，将两个物 体沿斜面以相同的速度拉到点，F1＝F2，下列说法正确的是（ ） ．物体受到的滑动摩擦力大小相同 B．两个拉力做功相同 ．两个拉力做功的快慢相同 D．两个斜面的机械效率相同 【答】 【解答】解：、影响滑动摩擦力大小的因素有两个：压力大小和接触面的粗糙程度，物 体分别沿斜面B 和运动，接触面的粗糙程度相同，斜面越陡，则压力越小，滑动摩擦力 越小，由图知斜面更陡一些，所以fB＞f，故错误； BD、由题知，同一物体提升的高度相同，由有＝G 可知，有用功相同， 因B＞，且拉力相同，所以，由总＝Fs 可知，F1做的总功多，由η＝ 可知， 左边斜面的机械效率低，故BD 错误； 、两个拉力做功的快慢即为做功的功率P＝ ＝ ，因为F1＝F2，且两次物体的速 度相等，所以拉力做功的快慢相等，故正确。 故选：。 12．（2023 秋•花都区期中）如图所示，分别使用甲、乙、丙三种方式把同一物体M 匀速 提升至相同高度（绳长不变），测得各拉力大小如图所示，则（ ） ．利用丙图机械提升M 时省力 B．F 乙和F 丙两个力所做的功相等 ．乙图机械的机械效率比丙图机械高 D．通过图中数据无法计算丙图机械的机械效率 【答】 【解答】解：、由图可知，甲直接提升物体，此时的拉力为10：乙通过定滑轮提升物体， 此时的拉力为11V；丙通过动滑轮提升物体，此时的拉力为11V，大于直接提升物体所 用的力，所以利用机械丙提升M 时不省力，故错误； B、F 乙和F 丙两个力的大小相同，物体上升相同的高度，由定滑轮和动滑轮的特点可知， F 乙移动的距离是F 丙移动距离的一半，根据＝Fs 可知F 丙所做的功要大，故B 错误； 、机械丙和机械乙把相同的物体提升相同的高度，根据＝G 可知，所做的有用功是相同， F 丙所做的总功要大，根据η＝ 可知，机械丙的机械效率比机械乙的低，故正确； D、甲直接提升物体，此时的拉力为10，则物体的重力为G＝10；机械乙和丙的拉力已 知，由定滑轮和动滑轮的特点可知s 和的关系，根据η＝ ＝ ＝ 可以求出机械 效率的大小，故D 错误。 故选：。 13．（2023 秋•高州市期末）如图所示，工人们用相同的滑轮组装成不同的滑轮组、B，提 起等重的建材升高相同的高度，不计摩擦和绳重，拉力做的有用功1 ＝ 2，两滑轮组 的机械效率η ＝ ηB；若拉力移动的速度相同，则拉力的功率P1 ＜ P2（均选填 “＞”、“＜”或“＝”）。 【答】＝；＝；＜。 【解答】解：提起等重的建材升高相同的高度，由＝G 得到有用功相同，即1＝2， 不计摩擦和绳重，因滑轮相同，上升高度相同，由＝G 动可知额外功额相同，因为总＝有+ 额，所以总功相同， 根据 可知，两装置的机械效率相同，即η＝ηB， 不计摩擦和绳重，由图可知，图中滑轮组的动滑轮绕3 段绳，B 图中滑轮组的动滑轮绕 2 段绳，图中拉力 ， B 图中拉力 ， 所以F1＜F2， 拉力移动的速度相同，由 可知，拉力做功的功率P1＜P2。 故答为：＝；＝；＜。 14．（2024•齐河县模拟）2024 年2 月23 日黄绮珊“绮望三十”小霞20 全球巡回演唱会在 马来西亚完美收官，年过半百的她高音仍然铿锵有力，下面是她演唱会的几个片段，根 据所学物理知识，回答问题。 【演唱会中——惊喜】 黄妈演唱会时演唱的《离不开你》，如图所示，F5的高音还是铿锵有力，高音通常是通 过声带上下振动来发声，音越高，振动得越快，黄妈的声带1s 可上下振动100 多次，每 次上升3m，身体施加得动力为5，声带肌肉之间的摩擦力为2，黄妈1s 声带做的有用功 是 9 ，机械效率为 60 %。 【演唱会后——难忘】珊瑚（黄绮珊粉丝名）在听完演唱会后仍恋恋不忘，打开手机听 黄妈的歌《向云端》，歌词“向云端，向云端，山那边……”，这首歌带着我们的心飞 向云端这首歌非常治愈，首发当天播放量就达到了3 亿，当我们加速从地面飞向云端时， 动能 变大 ，重力势能 变大 。（两空均选填“变大”、“变小”或“不变”） 【答】9；60；变大；变大。 【解答】解：（1）总＝Fs＝5×003m×100＝15； 额＝fS＝2×003m×100＝6 有＝总﹣额＝15 6 ﹣＝9； 机械效率η＝ ×100%＝ ×100%＝60%； （2）当我们加速从地面飞向云端时，我们的质量不变，速度变大，动能变大，高度变 大，重力势能变大。 故答为：9；60；变大；变大。 15．（2023 秋•增城区期末）使用两种不同的机械完成某项任务时的数据如图所示。 （1）甲的机械效率η 甲 大于 乙的机械效率η 乙（选填“大于”“等于”或“小 于”）； （2）求乙机械的额外功是多少。 【答】故答为：（1）大于；（2）1500。 【解答】解： （1）甲的机械效率为： η＝ ＝ ≈364%，故甲的机械效率为346%； 乙的机械效率为η＝1 75% ﹣ ＝25%，故则η 甲大于η 乙； （2）机械乙中， η＝ ＝25%，故总＝2000； 乙的额外功额＝总﹣有用＝2000 500 ﹣ ＝1500。 故答为：（1）大于；（2）1500。 四．功的原理（共6 小题） 16．（2023 春•覃塘区期末）在生产和生活中经常使用各种机械，关于机械的下列说法， 正确的是（ ） ．使用机械可以省力、省距离，也可以省功 B．机械做功越快，机械效率越高 ．功率越大的机械，做功越快 D．机械做功越多，机械效率越高 【答】 【解答】解：、我们使用机械有时是为了省力，有时是为了省距离，有时是为了改变力 的方向，但都不能省功，故错误； B、机械做功越快，表示功率越大，但不能说明机械效率越高，故B 错误； 、功率是表示做功快慢的物理量，功率越大的机械，做功越快，故正确； D、机械效率反映有用功占总功的比例或额外功占总功的比例，机械做功越多，但机械 效率不一定越高，故D 错误。 故选：。 17．（2023 秋•无锡期末）用如图所示的装置测量提升物体所做的功。经测量，斜面长s＝ 06m，高＝03m，图甲中用弹簧测力计沿斜面匀速拉动小车至高度处，测力计示数F1＝ 55，图乙中沿竖直方向匀速提升小车，使之上升高度，测力计示数F2＝10。关于该实验， 下列说法中错误的是（ ） ．斜面可以省力，但不能省功 B．斜面可以省力，也可以省功 ．拉力F1做功为33 D．拉力F2做功为3 【答】B 【解答】解：B、根据斜面的工作特点和功的原理可知，利用斜面提高物体可以省力， 但不能省功，故正确、B 错误； 、由＝Fs 可知，拉力F1做功1＝F1s＝55×06m＝33，故正确； D、拉力F2做功2＝F2＝10×03m＝3，故D 正确。 故选：B。 18．（2023 秋•高新区校级期末）中华文明源远流长，古人的智慧除四大发明以外，还有 许多值得我们学习的机械。绞车是与辘轳相似的另一种机械，它从唐代起便被普遍应用， 成为建筑、军事必备器械之一。如图是我国古人利用绞车提升巨石的情景，下列说法正 确的是（ ） ．使用此装置可以省功 B．上方的滑轮可以改变力的方向 ．使用此装置可以省距离 D．绞车由动滑轮、定滑轮及轮轴组成 【答】B 【解答】解：、由功的原理可知，使用任何机械都不省功，所以此装置不能省功，故错 误； B、由图可知，上方的滑轮属于定滑轮，可以改变力的方向，故B 正确； 、轮轴的轮半径大于轴半径，使用时动力作用在轮上，省力但费距离，故错误； D、由图可知，绞车由上方的定滑轮及下面的轮轴组成，没有用到动滑轮，故D 错误。 故选：B。 19．（2023 秋•南昌县期中）省力的机械必然费距离；省距离的机械必然费力；既省力又 省距离的机械是 不存在 的（选填“存在”、“不存在”）。也就是说使用任何机 械都不能省 功 。这就是机械功原理。 【答】不存在；功。 【解答】解：由功的原理可知，使用任何机械都不能省功，既省力又省距离的机械是不 存在的。 故答为：不存在；功。 20．（2023 秋•亭湖区校级期中）如图所示，根据功的相关知识补全知识络图： ①“做功本领”应填 B ；（选填“”或“B”） ②处： P ＝ 。（填物理公式） ③使用机械可以省力或省距离，但不能省 功 。 【答】①B；②P＝ ；③功。 【解答】解：①能是指物体做功的本领，故“做功本领”应填B； ②功率表示做功的快慢，其公式为P＝ ，故处为P＝ 。 ③使用任何机械的过程中，可以省力、省距离或改变用力方向，但都不能省功。 故答为：①B；②P＝ ；③功。 21．（2022 秋•盱眙县期末）图甲是一个汽车引擎盖，被抬起的过程可近似看成一个能绕B 点转动的均匀直杠杆B（如图乙）；若引擎盖重G＝200，其重心在中点处，不计摩擦， 刚刚抬起时，作用在点竖直向上的力F＝ 100 ，使用杠杆 不能 （选填“能”或 “不能”）省功。 【答】100；不能。 【解答】解：重心在中点处，则B＝2B；杠杆在水平位置保持平衡，由FLB＝GLB可得 拉力的大小：F＝ ×G＝ ×200＝100； 功的原理告诉人们，省力又省距离的机械是不存在的，使用任何机械都不能省功。 故答为：100；不能。 五．机械效率的计算（共6 小题） 22．（2023 秋•天宁区校级月考）小亮不慎将质量为1kg 的水桶掉到了井里，在将水桶捞出 的同时，带上了2kg 的水，若水桶升高的距离为25m，（g 取10/kg，不考虑绳重。）则 下列说法正确的是（ ） ．有用功是80，机械效率是667% B．有用功是50，额外功是25 ．额外功是25，总功是75 D．有用功是25，机械效率333% 【答】D 【解答】解：由题意知，要将水桶捞出，所以克服水桶重力做的功是有用功；水桶中带 了部分水，克服这些水的重力做的功是额外功；克服水桶重力和水的重力做功之和是总 功。所以： 有用功为有＝G＝mg＝1kg×10/kg×25m＝25； 额外功为额＝G 水＝m 水g＝2kg×10/kg×25m＝50； 总功为总＝有+额＝25+50＝75； 机械效率为η＝ ×100%＝ ×100%≈333%。 故选：D。 23．（2023 春•日照期末）起重机的机械效率一般为40%～50% 之间，在某次工作中，起 重机把重5000 的物体匀速提升了3m，则它做的有用功是 15×10 4 。已知这时起重机 的机械效率为40%，那么起重机的电动机所做的功是 375×10 4 。 【答】15×104；375×104