《初中物理》机械效率.docx

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《初中物理》机械效率

机械效率

知识集结

知识元

机械效率概念

知识讲解

机械效率

1．有用功：

定义：

对人们有用的功。

公式：

滑轮：

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=

斜面：

W总=fL+Gh=FL

4．机械效率：

①定义：

有用功跟总功的比值。

②公式：

η=

斜面：

单个定滑轮：

单个动滑轮：

常规滑轮组：

③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%。

④提高机械效率的方法：

减小机械自重、减小机件间的摩擦。

机械效率的测量及影响因素

①原理：

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：

动滑轮越重，个数越多则额外功相对就多。

提升重物越重，做的有用功相对就多。

摩擦，若各种摩擦越大做的额外功就越多。

绕线方法和重物提升高度不影响滑轮机械效率。

例题精讲

机械效率概念

例1.

因为有用功总____〔填“大于、小于或等于”）总功，所以机械效率总小于1．提高机械效率的途径是减小____功，滑轮组的机械效率越高，说明额外功在总功中所占的比例____（填：

“越大”或“越小”）

例2.

如图所示，用相同的滑轮不同的绕法把不同的重物提起相同的高度（G甲>G乙），绳重摩擦忽略不计。

在物体匀速上升的过程中，甲图机械效率比乙___（选填“大”、“小”或“相等”），说明理由_________________________________________________________。

例3.

如图所示，分别用定滑轮、动滑轮把重力相同的甲、乙两物体（G甲=G乙>G动）在相同时间内匀速提升相同的高度（不计摩擦），则所用拉力F甲____F乙，拉力做功的功率P甲____P乙，机械效率η甲____η乙．（选填“>”、“<”或“=”）

例4.

如图所示，用甲、乙两种装置将物体匀速提升相同高度，物体重均为10N，滑轮重均为1N，不计绳重和摩擦，所用的拉力分别是F1和F2，机械效率分别是η1和η2，则F1___F2，η1___η2．（选填“>”、“<”或“=”）

例5.

如图所示，用同样的轻绳（不计绳重）和滑轮安装成甲、乙两种装置。

将同一物体匀速提升相同高度，则使用装置中机械效率___较高，使用乙装置_____能省力。

（选填“一定”或“不一定”）

例6.

如图所示的滑轮组，动滑轮重为50N，小明在10s内将200N的重物匀速提升2m，滑轮组的机械效率为_____，拉力F的功率为____W．（忽略绳重和摩擦）

机械效率的计算

知识讲解

机械效率：

①定义：

有用功跟总功的比值。

②公式：

η=

斜面：

单个定滑轮：

单个动滑轮：

常规滑轮组：

例题精讲

机械效率的计算

例1.'

（2019春∙岳池县期末）如图所示，工人利用滑轮组提升重为810N的物体，某段过程中物体匀速上升的速度为0.1m/s，工人拉力F的功率为90W，不计绳重和摩擦，求这段过程中：

（1）工人拉绳子的速度；

（2）作用在绳子自由端的拉力F；

（3）滑轮组的机械效率。

'

例2.'

（2019春∙宁津县期末）工人利用如图所示的滑轮组将重900N的物体竖直向上匀速提升0.5m，工人所用的拉力F为600N，（不计摩擦和绳重），求：

（1）人的拉力做的功为多少J？

（2）此滑轮组的机械效率为多少？

（3）若用此滑轮组提升重为1500N的物体，绳上拉力是多少N？

'

例3.'

（2019春∙泰兴市校级月考）如图所示，建筑工地上，工人用如图所示的装置将重为230N的建材从地面匀速送到6m高处，所用拉力F为125N，时间为20s，求：

（1）滑轮对重物的拉力大小；

（2）拉力F的功率；

（3）此过程中该装置的机槭效率。

'

例4.'

（2019春∙方城县期末）在如图所示的滑轮组装置中，用弹簧测力计竖直向上拉动细绳。

10s内将总重为6N的钩码匀速提升了10cm，拉力的大小如图所示，则提升钩码的过程中，求：

（1）绳子自由端拉力做的功；

（2）绳子自由端拉力做功的功率；

（3）额外功的大小；

（4）滑轮组的机械效率。

'

例5.'

（2019春∙澧县期末）用如图所示的滑轮组将一质量24kg的物体10s内匀速提高了2m，若所用的拉力为100N，不计绳重和摩擦。

（g取10N/kg）

（1）该滑轮组的机械效率为多少？

（2）拉力的功率是多少？

（3）若用此滑轮组匀速提升540N的物体需要多大拉力？

'

例6.'

（2019∙富阳区三模）兴趣小组的同学制作了一个登山缆车的模型，模型由两个相同的车厢、两个定轴轮子、牵引索及其他一些附件组成，部分结构如图所示。

他们进行了一次缆车运行，车厢A从甲处运载着13个钩码上行到乙处，车厢B从乙处运载着5个钩码下行到甲处，甲处与乙处间的高度差是1米、水平距离是3米，每个钩码质量是50克。

拖动牵引索的电动机的额定功率为6瓦，电动机的额定电压为15伏。

缆车模型的这次运输所用的时间是5秒，电动机的输出功率为额定功率的60%，g取10牛/千克。

请计算：

（1）电动机正常工作时的电流；

（2）缆车模型在这一次运行过程中做的总功；

（3）缆车模型在这一次运行过程中做的有用功。

（4）缆车模型的机械效率。

'

滑轮组机械效率

知识讲解

（1）滑轮组提升重物时有

，因为W有用=Gh，W总=Fs，所以有

，又因为s=nh，所以有

，如果不计摩擦和绳重，则有

，所以

（2）①滑轮组的机械效率与动滑轮的重力有关，G物相同时，G动越大、η越小；

②滑轮组的机械效率与被提升物体的重力有关，G动相同时，G物越大、η越大；

③同一滑轮组的机械效率与绕绳方式无关．

例题精讲

滑轮组机械效率

例1.'

（2019∙蒙城县模拟）如图甲是一副小型起重机吊起货物的图片，货物挂在动滑轮的下端，绳子的自由端通过放置在起重机上的卷扬机竖直向上拉动，最右端时为了防止吊起货物时起重机向左倾倒而挂的配重。

起重机吊起重物时主要结构可简化成如图乙所示。

已知AB、CD、DE水平且长度为1m，BC段的水平距离CF也为1m，前轮与地的接触点在B点的正下方，后轮与地的接触点在D点的正下方。

起重机的自重（含配重）为3×104N，重心在CD中点。

起重机的钢丝绳重和滑轮与轴之间的摩擦不计，g取10N/kg。

（1）为使起重机吊起货物时不发生倾倒，求起重机最多能吊起货物的质量m；

（2）当起重机吊起质量m1=2×102kg的物体以v=0.5m/s的速度匀速上升时，卷扬机的输出功率P1=1.1kW．求此时滑轮组的机械效率η；

（3）当起重机吊起质量m2=3×102kg的物体仍以v=0.5m/s的速度匀速上升时，求卷扬机的输出功率P2。

'

例2.'

（2019∙京口区校级模拟）在装修房屋时，一个质量为85kg的人，用图所示的装置（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g=10N/kg）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。

'

例3.

（2019秋∙武侯区校级月考）配重M单独置于水平地面上静止时，对地面压强为3×105Pa，将配重M用绳系杠杆的B端，在杠杆的A端悬挂一滑轮，定滑轮重150N，动滑轮重90N，杠杆AB的支点为O，OA：

OB=5：

3，由这些器材组装成一个重物提升装置，如图所示。

当工人利用滑轮组提升重力为210N的物体以0.4m/s的速度匀速上升时，杠杆在水平位置平衡，此时配重M对地面压强为1×105Pa．（杠杆与绳重、滑轮组的摩擦均不计，g取10N/kg），求解以下物理量：

（1）工人利用滑轮组提升重物的拉力为_____N，绳子自由端下降的速度是_____m/s，此滑轮组的机械效率是_____。

（2）作用在杠杆A端的力为_____N，配重M质量是_______。

（3）为使配重M不离开地面，人对绳的最大拉力是_____N。

例4.'

（2019秋∙成都月考）小册设计的提升重物的装置如图甲所示。

小册站在地面上通过滑轮组提升重物，小册以拉力F1匀速竖直提升物体A的过程中，物体A的速度为v1，滑轮组的机械效率为ηA．小册以拉力F2匀速竖直提升物体B的过程中，物体B的速度为v2，滑轮组的机械效率为ηB．拉力F1、F2做的功随时间变化的图象分别如图乙中①、②所示。

已知速度之比v1：

v2=3：

1，体积之比VA：

VB=2：

3，密度之比ρA：

ρB=7：

8．不计绳的质量，不计滑轮与轴的摩擦。

求：

（1）拉力F1、F2做功的功率之比；

（2）拉力F1、F2之比；

（3）滑轮组的机械效率之比。

'

例5.'

（2019春∙秦安县期末）建筑工地上，工人用如图所示的装置将重为500N的建材从地面匀速送到6m高处，所用拉力为300N，时间为20s。

不计摩擦和绳重，（g取10N/kg）求：

（1）工人做的有用功；

（2）工人做功的功率；

（3）此过程中该装置的机械效率；

（4）如果用这个滑轮组匀速提起400N的重物，需要用多大的拉力？

'

例6.'

（2019春∙肥城市期末）小雨通过如图甲所示滑轮组将水中物体匀速提升至空中，他所用拉力F与绳子自由端移动的距离s的关系图象如图乙所示。

其中物体在空中匀速上升过程中滑轮组的机械效率为85%．每个滑轮等重，不计绳重、摩擦和水的阻力。

求：

（1）物体在空中上升1m，小雨做的功是多少？

（2）每个滑轮的重力是多少？

（3）物体完全在水中时滑轮组的机械效率是多少？

'

例7.'

（2019春∙濮阳期末）如图所示，搬运工人用滑轮组提升重540N的物体，所用的拉力F为200N，物体以0.2m/s的速度匀速上升了10s，（不计绳重，绳与滑轮的摩擦）求：

（1）物体上升的高度；

（2）拉力F所做的功的功率；

（3）若物重只有240N，滑轮组的机械效率。

'

杠杆机械效率

增大或减小机械效率的方法

知识讲解

机械效率的测量及影响因素

①原理：

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：

动滑轮越重，个数越多则额外功相对就多。

提升重物越重，做的有用功相对就多。

摩擦，若各种摩擦越大做的额外功就越多。

绕线方法和重物提升高度不影响滑轮机械效率。

例题精讲

增大或减小机械效率的方法

例1.

（2019∙大祥区模拟）小华对他的自行车进行维护，其中不是提高机械效率的措施是（　）

A．给轴承加润滑油

B．调节传动链条的松紧度

C．给轮胎打足气

D．更换车把手的塑料套

例2.

（2019∙东莞市一模）通过测量滑轮组机械效率的实验，可得出下列各措施中能提高机械效率的是（　）

A．增加提升重物的重力

B．改用质量小的定滑轮

C．减少提升高度，减少做功

D．增加动滑轮，减小拉力

例3.

（2019春∙太原期末）如图所示，用同一滑轮组分别将物体A和物体B匀速提升相同的高度，提升A的过程滑轮组的机械效率较高，若不计绳重与摩擦的影响，则提升A的过程中（　）

A．拉力较小

B．有用功较大

C．总功较小

D．额外功较小

例4.

（2019春∙襄州区期末）要提高某机械的机械效率，应该（　）

A．减小使用机械时动力所移动的距离

B．减小机械自身的重力和摩擦

C．减小总功

D．减小使用机械时动力

例5.

（2019秋∙洪泽区校级月考）使用动滑轮提升重物，能提高机械效率的做法是（　）

A．增加提升高度

B．提起更重的物体

C．增加动滑轮的重量

D．三种说法都对

例6.

（2019秋∙大丰区校级月考）如图所示，使用滑轮组提升重物时（不计绳重和摩擦），能提高机械效率的是（　）

A．减小提升重物的高度

B．减小被提升物的质量

C．减小定滑轮的重力

D．减小动滑轮的重力

例7.

（2019春∙兴庆区期末）下列几种方法中，可以提高机械效率的是（　）

A．有用功一定，增大额外功

B．额外功一定，增大有用功

C．有用功一定，增大总功

D．总功一定，增大额外功

当堂练习