初二物理尖端班讲义春季班第12讲 机械效率.教师版

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1、机械效率12漫画释义 知识互联网知识导航有用功对人们有用的功叫有用功 (即: 不用任何机械时所必须做的功) 额外功对人们无用但不得不做的功叫额外功总功有用功和额外功之和叫总功. 机械效率 有用功跟总功的比值叫机械效率. 通常用机械效率来表示有用功占总功的百分比, 用表示, 表达式为. 由于有用功总小于总功, 所以机械效率总小于1. 只有理想机械, 在时, . 机械效率是小于1的数, 没有单位. 机械效率越高, 做功性能越好. 机械效率解题技巧1. 机械效率含义的考察有用功指不用任何机械时所做的功.2. “滑轮组的机械效率”含义: , 其中有用功指不用任何机械时提拉动滑轮下面物体时所做的功. 如

2、右图所示, , “提升物体A的机械效率”含义: , 有用功是指不用任何机械直接拉物体A上升时所做的功, 即, . 若题目中问“此装置的机械效率”, 则应该仔细读题, 研究题目中指明的提升目的, 找到有用功. 3. 竖直方向滑轮组, 不计绳重及摩擦时, 机械效率表达式化简(以上图为例) : 完全出水面后, 滑轮组的机械效率: 水中匀速提升, 滑轮组的机械效率: 模块一: 机械效率的影响因素夯实基础 【例1】 某同学想用图所示的装置及钩码来探究用动滑轮提升重物时的有用功跟总功的关系. 他将实验数据记录在下面的表格中. 分析下表中的实验数据可得出的结论是:当 时, 动滑轮的有用功与总功的关系式为 .

3、所挂钩码受到的重力G物/N1.01.01.01.01.01.0弹簧测力计的示数F拉/N0.60.60.60.60.60.6钩码上升的高度h/m0.100.150.200.250.300.35绳端上升的高度s / m0.200.300.400.500.600.70有用功W有用/J0.100.150.200.250.300.35总功W总/J0.120.180.240.300.360.42【答案】 该动滑轮所挂重物为1N; 【例2】 (2013石景山一模) 如图所示为测量滑轮组机械效率的实验装置, 已知钩码总重6N. (1) 实验时要竖直向上匀速拉动弹簧测力计, 将弹簧测力计向上移动15cm, 拉力

4、大小如图所示, 拉力F所做的功为 J. (2) 该滑轮组的机械效率为 . (保留小数点后一位) 【答案】 0.36; 83.3% F序号钩码重/N钩码上升的距离/cm弹簧测力计的示数/N弹簧测力计上升的距离/cm机械效率12511566.7%2351.4153451583.3%【例3】 (2013通州二模) 在“探究影响滑轮组机械效率的因素”实验中, 小芳用如图所示的滑轮组分别做了3组实验, 如图甲、乙、丙所示, 实验数据记录如下: (1) 进行第3次测量时, 弹簧测力计示数为 N; (2) 空格处滑轮组的机械效率约为 %(保留三位有效数字) ; (3) 分析实验数据, 小芳得出的实验结论是:

5、 滑轮组的机械效率与 有关. 甲乙丙01N234501234501N234501234501N234501234501N2012 【答案】 1.6; 71.4; 被提升物体(钩码)的重力【例4】 (2013丰台一模) 如图甲所示, 是测量滑轮组机械效率的示意图. 用弹簧测力计拉动绳子的自由端, 将总质量为500g的重物从A位置匀速提升到位置, 同时弹簧测力计从图中的B位置匀速竖直上升到位置, 在这个过程中, 弹簧测力计的示数如图乙所示, 请你根据实验完成下列问题: (g取10N/kg) (1) 弹簧测力计对绳的拉力F所做的功为 J; (2) 该滑轮组的机械效率是 . (保留一位小数) 【答案】

6、 (1) 0.64 (2) 78.1%能力提升【例5】 (2012海淀初二期末) 小明用如图所示方法测量滑轮组的机械效率, 下表中记录了他测量的部分实验数据和前两次测量的结果. (1) 图中弹簧测力计是小明第三次测量时的示数, 请你读出此弹簧测力计的示数值并计算出该次测得的滑轮组的机械效率, 分别填入下表的空格中. (取) 实验次数重物质量重物上升距离弹簧测力计示数拉力作用点移动距离滑轮组机械效率123(2) 根据表格中的数据分析可以得出滑轮组的机械效率与提升重物质量的关系是 . (3) 从以上各次所测的数据中, 能否计算出动滑轮所受的重力? 为什么? 答: . 【答案】 (1) 1.2 83

7、.3%(2) 被提升的重物质量越大, 机械效率越高(3) 不能, 因为实际还有绳重, 轴摩擦等【例6】 (2011 东城二模图21) 小亮认为: 滑轮组的机械效率由滑轮组本身决定, 与被提升的重物无关. 请利用如图所示的实验装置和若干个质量已知的钩码设计实验, 证明小亮的看法是不正确的. 【答案】 在动滑轮下挂1个钩码, 用已调零的弹簧测力计竖直向上匀速拉绳端, 记录绳端移动距离s和钩码移动距离h, 所挂钩码的质量m, 弹簧测力计的示数F, 利用公式求滑轮组的机械效率1; 增加钩码, 仿照上述方法测机械效率2. 1不等于2, 说明小亮的看法不正确. 01N2345012345【例7】 (201

8、1 顺义二模) 李明用如图所示的实验装置和质量分别为m1=50g、m2=100g、m3=150g的小铁块3个(图中未画出)、细线3条. 要求利用上述实验装置和小铁块等设计一个实验, 探究“使用同一滑轮组提升物体时, 滑轮组的机械效率与所提升的物体重力大小的关系”, 请写出实验步骤、画出实验数据记录表. (弹簧测力计的量程为05N)【答案】 (1) 将弹簧测力计调零, 按示意图组装实验器材, 用细线分别将三个铁块系好, 并将细 线的另一端系一个套. (1分)(2) 在滑轮组下挂质量为m1的铁块, 用弹簧测力计拉住绳端, 竖直向上缓慢匀速拉动, 使铁块m1匀速上移一段距离, 将绳端移动距离s和铁块

9、移动距离h, 所挂钩码的质量m1和弹簧测力计的示数F1分别记录在表格中. (1分)(3) 仿照步骤(2), 在滑轮组下分别挂质量为m2、m3的铁块, 进行实验并记录s、h, 质量m2、m3及拉力F2、F3等实验数据; (1分)(4) 在滑轮组下分别挂质量为m4=m1+m3、m5=m2+m3、m6=m1+m2+m3的铁块, 进行实验并记录s、h, 质量m4、m5、m6及拉力F4、F5、F6等实验数据; (1分)(5) 利用公式, 分别计算出六次滑轮组的机械效率1、2、3、4、5、6, 并将数据记录在表格中. (1分)实验数据记录表(1分)m/kgmg/NF/Ns/mh/mW总/JW有用/J模块二

10、: 滑轮组中的机械效率夯实基础 【例8】 (多选) 下面关于功、功率、机械效率说法正确的是 ( ) A. 功率大的机械做功一定快B. 功率大的机械做功一定多C. 机械做功少, 功率一定小, 机械效率一定低D. 有用功一定时, 额外功少的机械, 机械效率一定高【答案】 AD 乙F甲【例9】 (2013丰台二模) 用一个定滑轮和一个动滑轮组成滑轮组有两种绕线方法. 小华和小军各选取一种方法做实验. (1) 小华采用了如图甲所示的绕线方法组装滑轮组. 她通过滑轮组用4N 的拉力F将重10.2N的物体匀速提升了0.2m的距离, 则此滑轮组的机械效率为 . (2) 小军采用了另一种绕线方法组装滑轮组(乙

11、图未画出) , 若用小军的绕法也匀速提升此物体, 则拉力为N. 【答案】 (1) 85% (2) 6【例10】 如图所示, 工人师傅用250N的力将重400N的物体匀速提升1m, 在此过程中滑轮组的机械效率是 ( ) A. 80%B. 62.5%C. 125%D. 20%【答案】A【例11】 如图所示, 用滑轮组提升重物时, 重200N的物体在5s内匀速上升了1m. 已知拉绳子的力F为120N, 如果不计绳重及摩擦, 则提升重物的过程中( ) A. 绳子自由端被拉下3mB. 动滑轮重20NC. 滑轮组的机械效率是83.3%D. 拉力F的功率是40W【答案】C【例12】 用滑轮组将密度为 2.8

12、103kg/m3, 质量为56kg金属块完全在水中匀速提升0.5m, 加在绳子自由端的拉力是F, 动滑轮重120N, 如图所示. 不计绳重及摩擦, g取10N/kg, 则下列说法正确的是 ( ) A. 金属块受到的重力与浮力是平衡力B. 拉力F的有用功是280JC. 金属块受到的浮力是200ND. 滑轮组的机械效率是75%【答案】CD【例13】 小强用如图所示的滑轮组匀速拉动物体A, 使重为2000N的物体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, 在这个过程中 ( ) A. 小强做的有用功为4500JB. 小强所用拉力F的功率为1

13、200WC. 该装置的机械效率为80%D. 重力做了12000J的功【答案】C【例14】 (2010海淀二模) 如图所示的装置, 已知物体A重为60N, 在水平拉力F的作用下, 物体以0.2m/s的速度做匀速直线运动, 物体与水平地面之间的摩擦力为12N, 若滑轮组的机械效率为80%, 则在4s内拉力F所做的功是 J. 【答案】 12能力提升甲F乙FA【例15】 (2013 昌平一模) 用如图甲所示的滑轮组(不计绳的质量和滑轮与轴的摩擦) 将一个重为78N的铁块A匀速提升2m, 拉力F做的功为200J. 若将铁块置于水中, 如图乙所示, 仍用此滑轮组将铁块A在水中匀速提升2m, (不计水的阻力

14、, 铁的密度为7.8103kg/m3), 则下列说法正确的是 ( )A. 两次提升过程, 滑轮组的机械效率不变B. 图乙所示提升过程与图甲所示提升过程相比, 滑轮组的机械效率减小了2%C. 拉力F做了180J的功D. 动滑轮所受重力为20N【答案】 CF【例16】 (2013 东城一模) 用如图所示的滑轮组提升重物, 不计绳重和滑轮轴处摩擦. 当重物A以0.1m/s的速度匀速上升时, 拉力F的功率为9W; 当在A的下方加挂一个重为90N的物体B匀速提升时, 滑轮组的机械效率是90%, 则: 只提升重物A时滑轮组的机械效率为 . A【答案】 80%甲【例17】 (2013 昌平二模) 为了将放置

15、在水平地面上、重G=100N的重物提升到高处. 小明同学设计了图甲所示的滑轮组装置. 当用图乙所示随时间变化的竖直向下拉力F拉绳时, 重物的速度和上升的高度h随时间t变化的关系图像分别如图丙和丁所示. 若重物与地面的接触面积S=510-2m2, 不计绳重和摩擦, 绳对滑轮的拉力方向均可看成在竖直方向. 则下列选项正确的是 ( )A. 在23s内, 拉力F的功率P为150WB. 在01s内, 重物对地面的压强p为600Pa C. 在12s内, 拉力F做的功W为375JD. 在23s内, 滑轮组的机械效率保留两位有效数字后为53%【答案】 B 【例18】 (2012西城初二期末) 一个质量为65k

16、g的工人, 用如图所示的装置提升重物. 当竖直向上匀速提升物体A时, 工人对地的压力为450N, 滑轮组的机械效率为80%, 滑轮组对物体A做功10000J. 求: (1) 物体A上升的距离; (2) 当竖直向上匀速提升重1000N的物体B时, 工人对地面的压力是多大? 【答案】 (1) 12.5m (2) 410NF拉G人F支图1(1) 以工人为研究对象受力分析如图1. 以物体和动滑轮为研究对象受力分析如图2 1分提升物体A时, F拉AG人F支A650N450N200N 1分由hA 得W总A=12500J1分人收绳的距离s=62.5m 1分5F拉G轮图2G物体A上升的距离h=12.5m 1分

17、GA=800NG轮=5F拉AGA=5200N800N=200N 1分(2) F拉B(G轮+GB) /5(200N+1000N) /5240NF压BF支BG人F拉B650N240N410N 1分模块三: 最大机械效率问题夯实基础 【例19】 (2012 东城二模) 如图所示是提升路面砖的装置. 质量为70 kg的工人与地面的接触面积为500 cm2, 吊箱重200N, 每块砖重100N, 滑轮的摩擦和绳重均可忽略不计. 工人用拉力F在4s内匀速提升10块砖, 升高2m, 此装置的机械效率为80%. (取g =10N/kg)则 ( )A. 工人做的额外功是2000J B. 拉力F的功率是500WC

18、. 工人对地面的压强是1500PaD. 此装置的机械效率最高可达85%【答案】 C能力提升【例20】 (2009 海淀初三上期中考试) 在装修房屋时, 一个质量为85kg的人, 用如图所示的装置(包括滑轮组及装货物的框架)提升地板砖运到房间中. 已知装货物的框架重100N, 每块地板砖重100N, 滑轮与轴的摩擦和绳重均忽略不计, 当提升8块地板砖时, 人对框架底的压力为F1, 当提升11块地板砖时人对框架底的压力为F2, 且F1:F2=5:3. (取)求:(1) 动滑轮的质量; (2) 此装置提升整块地板砖时的最高机械效率. 【答案】 (1) 5kg (2) 60%思维拓展训练 (选讲)【拓

19、1】 (2012顺义二模) (多选) 用滑轮组把一个物体从地面匀速提升h高度, 机械效率为. 对滑轮组进行处理后, 还将该物体从地面匀速提升h高度, 机械效率为, 发现. 则对滑轮组的处理方式是 ( ) A. 把动滑轮换轻一些的 B. 换粗一点的绳子拉C. 在绳和轮之间加润滑油 D. 在轮与轴之间加润滑油【答案】 AD (模块一: 机械效率的影响因素)【拓2】 (2011昌平初二期末) 用如图甲所示装置打捞水池里的实心均匀物体A, A的体积为0.02m3、密度为2.7103 kg/m3, 物体A在水下运动过程中, 所受水的阻力与速度的关系如图乙所示; 当物体A被完全拉出水面在空中被匀速向上拉动

20、时, 滑轮组的机械效率为80%. 则当物体A在水面下以0.6m/s的竖直向上的速度匀速运动时, 拉力F的功率为 W. (不计绳重与绳和轮间摩擦, g取10N/kg) 【答案】 411 (模块二: 滑轮组中的机械效率)【拓3】 (2011 丰台一模) 如图所示, 滑轮组在拉力F1=45N的作用下, 拉着物体A以3m/s的速度做匀速直线运动, 绳子的伸长及滑轮的摩擦不计, 拉力F1的功率为P1; 用该滑轮组拉着物体B以1.5m/s的速度做匀速直线运动, 所用拉力F2的功率为P2, 滑轮组的机械效率为75%; 已知P1:P2=3:2, 则物体B做匀速直线运动时受到的阻力为 N.【答案】 15 (模块

21、二: 滑轮组中的机械效率)【拓4】 (2011.11海淀初三上期中考试) 一个质量为60kg的工人, 用如图所示的滑轮组提升重物. 在他将重为480N的物体A以0.2m/s的速度匀速提起的过程中, 作用在绳子自由端的拉力大小为300N. 不计绳的质量和滑轮与轴的摩擦, g 取10N/kg. 求: 假定绳子足够结实, 则该工人站在地面上使用该滑轮组提升重物时, 滑轮组的最大机械效率. 【答案】 (模块三: 最大机械效率问题)以动滑轮和A物体整体为研究对象, 受力分析. 则G动=2F-GA=2300N-480N=120N 工人施加在滑轮组绳子自由端的最大拉力F最大=G人=m人g=60kg10N/k

22、g=600N , 解出: 此时滑轮组的机械效率最大 【拓5】 (2012.1 朝阳初三期末) 学校里进了一批劳技材料, 现需要把材料运送到2m高的平台上. 质量为60kg的小阳站在水平地面上, 利用如图所示装置提升A袋材料和M袋材料. 小阳施加竖直向下的拉力F1时, 使质量为72kg的A袋材料以0.1m/s速度匀速上升, 此时小阳对地面的压强为p1, 整个装置的机械效率1; 当小阳施加竖直向下的拉力F2时, 使M袋材料以0.2m/s速度匀速上升, 此时小阳对地面的压强为p2, 整个装置的机械效率2为70%. 已知p1:p2=5:6, 四个滑轮的质量相同, 不计绳重和轴摩擦, g取10N/kg,

23、 则( )A. 每个滑轮重为60NB. 小阳提升A袋材料时, 整个装置的机械效率是83%C. 当小阳施加竖直向下的拉力F2时的功率为90WD. 小阳使用该装置提升材料的最大机械效率是90%【答案】 A (模块三: 最大机械效率问题)实战演练【练1】 (2012 海淀一模) 在探究影响滑轮组机械效率高低的因素时, 一位同学设计了如图所示的四个滑轮组, 并将所测数据填入如下实验数据记录表. 序号动滑轮重G动/N钩码总重G/N钩码上升高度h/m测力计拉力F/N测力计移动距离s/m机械效率1120.110.366.7%2140.11.670.379.8%3240.12.00.366.7%4140.12

24、.50.280%(1) 由第1次和第2次实验数据可知, 用滑轮组提升物体, 当滑轮组一定时, 滑轮组的机械效率可能与 提起的物重有关. (2) 由第2次和第 次实验数据可知, 用滑轮组提升物体, 当被提升的物体一定时, 滑轮组的机械效率可能与动滑轮重提起的物重有关. 【答案】 (1) 被提升物体的重(或钩码总重) ; (2) 3 甲F1乙F2【练2】 (2013 东城二模) 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, 绳子受的拉力分别为F1、F2, 保持甲、乙两绳自由端的速度相同, 把相同的物体匀速提升相同的高度. 若不计绳重及轴处摩擦, 下列说法正确的是 ( )A. F1和F2大

25、小不相等, 滑轮组的机械效率相同B. F1和F2大小不相等, F1和F2的功率相同C. 绳子自由端移动的距离不相等, 物体运动的时间相同D. 绳子自由端移动的距离相等, F1和F2做的功相同【答案】 A【练3】 (2011朝阳一模)(多选) 如图所示, 是建筑工人利用滑轮组从竖直深井中提取泥土的情形. 某次操作中, 工人用400N的拉力F在1min内将总重为900N的泥土匀速提升5m. 在这段时间内 ( ) A. 拉力F做的有用功4500JB. 拉力F做功的功率约33WC. 动滑轮重300ND. 滑轮组的机械效率75%【答案】 ADF2B乙F1甲A【练4】 (2012 门头沟二模) 有A、B两

26、个由不同材料制成的实心正方体, 它们的重力分别为G A、G B, 密度分别为A、B, 且B物体边长是A物体边长的两倍. 将A叠放于B正上方置于水平桌面上, A对B 的压强与B对桌面的压强相等. 用甲、乙两滑轮组分别匀速提升A、B两物体, 如图所示, 在相同时间内两物体被提升高度分别为hA和hB, 2hA=5hB. 已知两滑轮组动滑轮重分别为G甲和G乙, 且G甲G乙=13. 两滑轮组的机械效率分别为1和2, 功率分别为P1和P2. 若不计绳重和摩擦, 则下列判断正确的是 ( ) A. 1: 2=1:1 ;B. A: B=3: 8 C. P1:P2=5: 3D.GA: GB=1: 8 【答案】 A

27、A【练5】 (2012平谷一模) 如图所示, 用滑轮组拉重400N的物体A沿水平方向以0.02m/s的速度匀速运动, 滑轮组的机械效率为80%. 运动中物体A受到地面的摩擦阻力为200N, 人对地面的压强为20000Pa. 不计绳重、滑轮摩擦, 地面上的定滑轮与物体A相连的绳子沿水平方向, 地面上的定滑轮与动滑轮相连的绳子沿竖直方向, 人对绳子的拉力与对地面的压力始终竖直向下且在同一直线上. 已知人与地的接触面积为300cm2. 则下列计算结果正确的是 ( ) A. 绳子自由端受到拉力的大小是100NB. 人的重力为725NC. 绳子自由端运动的速度是0.01m/sD. 动滑轮重为100N【答

28、案】 B 【练6】 (2010海淀初三上期中) 如图甲所示是工人利用滑轮组从竖直深井中提取泥土的情形, 所用动滑轮和筐受到的总重力为20N. 某次操作中, 将重423N的泥土以0.4m/s的速度匀速提起, 在此过程中工人的拉力F所做的功随时间变化的图像如图乙所示. 细绳的质量忽略不计, g取10N/kg. 求:(1) 拉力F做功的功率; (2) 利用该装置提升泥土的机械效率; (3) 在提起泥土上升3m的过程中, 克服摩擦力做的功. 【答案】 (1)(2)(3) W额=W总-W有=Pt-Gh=180W7.5s-423N3m=81J 所以, 源自生活中的趣味物理知识（1）1、挂在壁墙上的石英钟,

29、 当电池的电能耗尽而停止走动时, 其秒针往往停在刻度盘上“9”的位置. 这是由于秒针在“9”位置处受到重力矩的阻碍作用最大. 2、将气球吹大后, 用手捏住吹口, 然后突然放手, 气球内气流喷出, 气球因反冲而运动. 可以看见气球运动的路线曲折多变. 这有两个原因: 一是吹大的气球各处厚薄不均匀, 张力不均匀, 使气球放气时各处收缩不均匀而摆动, 从而运动方向不断变化; 二是气球在收缩过程中形状不断变化, 因而在运动过程中气球表面处的气流速度也在不断变化, 根据流体力学原理, 流速大, 压强小, 所以气球表面处受空气的压力也在不断变化, 气球因此而摆动, 从而运动方向就不断变化. 3、天然气炉的

30、喷气嘴侧面有几个与外界相通的小孔, 但天然气但为什么不会从侧面小孔喷出, 而只从喷口喷出. 这是由于喷嘴处天然气的气流速度大, 根据流体力学伯努力原理, 流速大, 压强小, 气流表面压强小于侧面孔外的大气压强, 所以天然气不会以喷管侧面小孔喷出.4、会荡秋千的人, 不用别人帮助推, 就能越摆越高, 而不会荡秋千的人则始终也摆不起来, 正确的荡秋千动作: 人从高处摆下来的时候身子是从直立到蹲下, 而从最低点向上摆时, 身子又从蹲下到直立起来. 由于他从蹲下到站直时, 重心升高, 无形中就对自己做了功, 增大了重心势能. 因而, 每摆一次秋千, 都使荡秋千的人自身能量增加一些. 如此循环往复, 总能量越积越多, 秋千就摆地越来越高了. 81春季初二物理尖端班第12讲教师版