目錄
考情分析TOC \ "1-3" \h \u \l "_Tc31588" 2
知識(shí)建構(gòu) \l "_Tc25382" 2
\l "_Tc23180" 考點(diǎn)一 機(jī)械效率3
夯基·必備基礎(chǔ)知識(shí)梳理 \l "_Tc18617" 3
提升·必考題型歸納 \l "_Tc4452" PAGEREF _Tc4452 \h 4
\l "_Tc4480" 考向01 有用功、額外功和總功 PAGEREF _Tc4480 \h 4
\l "_Tc1988" 考向02 機(jī)械效率的概念與比較 PAGEREF _Tc1988 \h 6
\l "_Tc29273" 考向03 滑輪組的機(jī)械效率 PAGEREF _Tc29273 \h 8
\l "_Tc30441" 考向04 斜面機(jī)械效率 PAGEREF _Tc30441 \h 11
\l "_Tc22269" 考向05 杠桿機(jī)械效率 PAGEREF _Tc22269 \h 12
\l "_Tc32103" 考點(diǎn)二 測(cè)量滑輪組的機(jī)械效率 PAGEREF _Tc32103 \h 15
夯基·必備基礎(chǔ)知識(shí)梳理 \l "_Tc18022" PAGEREF _Tc18022 \h 15
提升·必考題型歸納 \l "_Tc17956" PAGEREF _Tc17956 \h 16
\l "_Tc18543" 考向06 測(cè)量滑輪組的機(jī)械效率 PAGEREF _Tc18543 \h 16
一、課標(biāo)考點(diǎn)分析
二、考情分析
《機(jī)械效率》是力學(xué)的重點(diǎn)內(nèi)容，也是必考內(nèi)容。對(duì)機(jī)械效率的相關(guān)考題在中考試卷中所占分值一般在2-7分之間，選擇題和填空題分值一般在2-3分之間，實(shí)驗(yàn)題和綜合計(jì)算題分值一般在4-7分之間。對(duì)本單元的考查，從出現(xiàn)概率看，主要有：機(jī)械效率的概念、影響機(jī)械效率的因素、機(jī)械效率的比較、滑輪組的機(jī)械效率及其相關(guān)計(jì)算、斜面的機(jī)械效率及其相關(guān)計(jì)算、測(cè)量滑輪組的機(jī)械效率等。
考點(diǎn)一 機(jī)械效率
一、有用功、額外功和總功
1.有用功、額外功和總功
(1)有用功：完成某項(xiàng)工作必須要做的功，叫做有用功，用W有表示。
(2)額外功：不得不克服動(dòng)滑輪本身所受的重力以及摩擦力等因素而多做一些功，這部分功叫做額外功，用表示W(wǎng)額。額外功是對(duì)人們沒有用但不得不做的功。
(3)總功：有用功與額外功之和是總共做的功，叫做總功，用W總表示?？偣?、有用功和額外功之間的關(guān)系為W總=W有+W額。
(4)總功、有用功、額外功的單位都是焦(J)。
2.三種簡(jiǎn)單機(jī)械的有用功、額外功和總功
二、機(jī)械效率
1.使用機(jī)械時(shí)額外功不可避免
使用機(jī)械做功時(shí)，額外功是不可避免的。由于額外功是我們不需要的，它白白浪費(fèi)能量，因此使用不同機(jī)械來對(duì)物體做功時(shí)，人們總是希望額外功越少越好，或者說有用功在總功中所占的比例越大越好。有用功占總功的比例反映了機(jī)械的一項(xiàng)性能，在物理學(xué)中用機(jī)械效率來表示這一性能。
2.機(jī)械效率
3.功、功率和機(jī)械效率的比較
4.機(jī)械效率的計(jì)算
機(jī)械效率的表達(dá)式為，三種簡(jiǎn)單機(jī)械的機(jī)械效率總結(jié)如下：
考向01 有用功、額外功和總功
【例1】如圖甲所示，用水平拉力F1=20N拉著重為500N的物體在水平路面上勻速移動(dòng)1m的距離， 如圖乙所示，用水平拉力F2=12.5N拉著同一物體在同一路面上也勻速移動(dòng)1m的距離，求圖乙中使用動(dòng)滑輪時(shí)的：
（1）有用功；
（2）總功；
（3）機(jī)械效率。
【答案】（1）20J；（2）25J；（3）80%。
【解析】（1）由圖甲：用水平拉力F1=20N拉著重為500N的物體在水平路面上勻速運(yùn)動(dòng)，可知物體在水平面上受到的摩擦力為
對(duì)滑輪組分析，可知繩子的股數(shù)為，物體水平方向移動(dòng)的距離為
故有用功為
（2）總功為
（3）根據(jù)機(jī)械效率公式可得滑輪組的機(jī)械效率為
答：（1）有用功為20J；（2）總功為25J；（3）機(jī)械效率為80%。
【變式1-1】如圖所示，小明利用兩個(gè)傾角不同的斜面進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，將同一木塊分別從兩斜面底端勻速拉至斜面頂端，下列說法正確的是（ ）。
A．若斜面粗糙程度相同，拉力所做的額外功W甲額＝W乙額
B．若斜面粗糙程度相同，拉力所做的額外功W甲額＞W(wǎng)乙額
C．若甲、乙斜面光滑，則拉力F甲＞F乙
D．若甲、乙斜面光滑，則拉力所做的總功W甲總＜W乙總
【答案】B。
【解析】AB．因?yàn)閮尚泵娴拇植诔潭认嗤?，甲斜面的傾斜程度較小，所以甲斜面的摩擦力較大，同時(shí)甲斜面長(zhǎng)度較大，由公式W額=fs
可知拉力做的額外功W甲額＞W(wǎng)乙額
故A錯(cuò)誤，B正確；
CD．同一木塊在高度相同的光滑斜面上運(yùn)動(dòng)，所以拉力做的功等于克服重力做的功，即Fs=Gh
木塊的重力和斜面的高度相同，所以拉力所做的總功相同，即W甲總=W乙總
由于甲斜面長(zhǎng)度較大，所以甲斜面上的拉力較小，即F甲＜F乙
故CD錯(cuò)誤。故選B。
【變式1-2】用同一滑輪組分別將物體M和N勻速提升相同的高度。不計(jì)繩重與摩擦，若提升M的過程滑輪組的機(jī)械效率較大。則提升M的（ ）。
A．額外功較小 B．和N的額外功相同 C．有用功較小 D．總功較小
【答案】B。
【解析】AB．用同一滑輪組分別將物體Ｍ和N勻速提升相同的高度，不計(jì)繩重與摩擦，則克服動(dòng)滑輪自重做的功為額外功的來源，根據(jù)，兩種情況下做的額外功相同，A不符合題意，B符合題意；
CD．滑輪組的機(jī)械效率：
因 相同，提升M的過程滑輪組的機(jī)械效率較大，故提升M的過程中做的總功大；兩種情況下做的額外功相同，故提升M的過程中做的有用功也較大，CD不符合題意。
故答案為：B。
考向02 機(jī)械效率的概念與比較
功率和機(jī)械效率都是機(jī)械本身性能的重要參數(shù)，但它們是完全不同的物理量，表示機(jī)械完全不同的兩個(gè)方面.功率表示做功快慢，機(jī)械效率表示有用功占總功的比值。
當(dāng)不計(jì)繩重和摩擦?xí)r，機(jī)械效率，即同一滑輪組，其機(jī)械效率η與G物和G動(dòng)有關(guān)，G動(dòng)一定時(shí),G物越大，η越大；G物一定時(shí)，G動(dòng)越大，η越小。
【例2】關(guān)于功的原理和機(jī)械效率的說法正確的是（ ）。
A．使用機(jī)械提升物體可以省功；
B．提升同一物體，使用省力杠桿一定比用等臂杠桿的機(jī)械效率大；
C．提升同一物體，使用動(dòng)滑輪一定比用定滑輪的機(jī)械效率大；
D．使用任何機(jī)械提升物體，機(jī)械效率都不可能達(dá)到100%
【答案】D。
【解析】A．根據(jù)功的原理，使用任何機(jī)械提升物體時(shí)，都不能省功，因?yàn)椴豢杀苊獾臅?huì)做額外功，故A錯(cuò)誤；
B．提升同一物體，使用省力杠桿不一定比用等臂杠桿的機(jī)械效率大，機(jī)械效率指的是有用功與總功之比，與是否省力無關(guān)，故B錯(cuò)誤；
C．提升同一物體，使用動(dòng)滑輪不一定比用定滑輪的機(jī)械效率大，機(jī)械效率指的是有用功與總功之比，與是否省力無關(guān)，故C錯(cuò)誤；
D．使用任何一個(gè)機(jī)械提升物體時(shí)，不可避免的會(huì)做額外功，故D正確。故選D。
【變式2-1】如圖所示，快遞小哥為了把較重的貨物裝入運(yùn)輸車，用同樣的器材設(shè)計(jì)了甲、乙兩種方式提升貨物。若把同一貨物勻速提升到同一高度，忽略繩重和摩擦。下列分析正確的是（ ）。
A．甲方式可以省力；
B．乙方式不能改變力的方向；
C．甲、乙兩種方式做的有用功相等；
D．甲、乙兩種方式的機(jī)械效率相等
【答案】C。
【答案】本題中有用功就是克服物體重力所做的功。對(duì)動(dòng)滑輪所做的功是額外功，總功等于有用功和額外功之和，機(jī)械效率是有用功與總功的比值。
A．由圖可知，甲方式是兩個(gè)定滑輪，定滑輪的本質(zhì)是等臂杠桿，不能省力，故A錯(cuò)誤；
B．乙方式是一個(gè)動(dòng)滑輪和定滑輪組成的滑輪組，不僅可以省力，也可以改變力的方向，故B錯(cuò)誤；
C．由題可知，甲乙兩滑輪組均將相同物體提升相同高度，由W有＝Gh可知，W甲有＝W乙有；故C正確；
D．由圖可知，甲方式是兩個(gè)定滑輪，乙方式是一個(gè)動(dòng)滑輪和定滑輪組成的滑輪組，乙方式做的額外功大于甲方式做的額外功，有用功相同、總功不相同，根據(jù)η＝×100%可知，兩個(gè)滑輪組的機(jī)械效率不相等，故D錯(cuò)誤。
【變式2-2】關(guān)于功率、機(jī)械效率的說法正確的是（ ）。
A．功率大的機(jī)器做功一定多 B．額外功占總功比值小的機(jī)器機(jī)械效率高
C．做功多的機(jī)器機(jī)械效率一定高 D．功率大的機(jī)器做功時(shí)間一定短
【答案】B。
【解析】A．功率是指做功的快慢，功率大的機(jī)器做功并不一定多，故A錯(cuò)誤；
B．根據(jù)機(jī)械效率公式
可知額外功占總功比值小的機(jī)器，有用功占比大，則其機(jī)械效率高，故B正確；
C．功率大的機(jī)械、做功多的機(jī)械，額外功不一定小，機(jī)械效率不一定高，故C錯(cuò)誤；
D．功率大的機(jī)器說明做功快，但做功時(shí)間不一定短，故D錯(cuò)誤。
故選B。
【變式2-3】甲乙兩個(gè)滑輪組如圖所示，其中的每一個(gè)滑輪都相同，用它們分別將重物G1、G2提高相同的高度，不計(jì)滑輪組的摩擦，下列說法中錯(cuò)誤的是（ ）。
A．若G1=G2，拉力做的有用功相同；
B．若G1=G2，拉力做的總功不相同；
C．若G1=G2，甲的機(jī)械效率大于乙的機(jī)械效率；
D．用甲乙其中的任何一個(gè)滑輪組提起不同的重物，機(jī)械效率不變
【答案】D。
【解析】A．若G1=G2，將兩個(gè)重力相同的物體提高相同的高度，據(jù)W=Gh知，拉力做的有用功相同，故A正確，不符合題意；
B．由圖示知，不計(jì)滑輪組摩擦，甲滑輪組提起一個(gè)動(dòng)滑輪，乙滑輪組提起兩個(gè)動(dòng)滑輪，甲所做的額外功比乙所做的額外功小，G1=G2時(shí)，所做的有用功相同，所以拉力所做的總功不相同，故B正確，不符合題意；
C．若G1=G2，則兩個(gè)滑輪組所做的有用功相同，甲的額外功小于乙的額外功，甲的總功小于乙的總功，據(jù)知，甲的機(jī)械效率大于乙的機(jī)械效率，故C正確，不符合題意；
D．用相同的滑輪組提起不同的重物，物重起重，機(jī)械效率越高，故D錯(cuò)誤，符合題意。
故選D。
考向03 滑輪組的機(jī)械效率
計(jì)算滑輪組機(jī)械效率的方法有三種：
（1）分別求出W有、W總，運(yùn)用公式計(jì)算；
（2）已知繞繩方式，運(yùn)用（或）計(jì)算；
（3）對(duì)不計(jì)繩重及摩擦的豎直方向的滑輪組，運(yùn)用公式直接計(jì)算。
【例3】在建筑工地，用如圖所示的滑輪組把建筑材料運(yùn)送到高處。當(dāng)電動(dòng)機(jī)用1000N的力拉鋼絲繩，使建筑材料在10s內(nèi)勻速上升1m的過程中，額外功為300J，g取10N/kg。則下列說法中正確的是（ ）。
A．動(dòng)滑輪重為300N；
B．電動(dòng)機(jī)對(duì)鋼絲繩做功的功率為100W；
C．滑輪組的機(jī)械效率為70%；
D．建筑材料的質(zhì)量為270kg
【答案】D。
【解析】A．由圖知，n=3，額外功為300J，若忽略繩重和摩擦，動(dòng)滑輪的重力
但題目中缺少條件“忽略繩重和摩擦”，則動(dòng)滑輪的重力不等于300N，故A錯(cuò)誤；
B．繩子自由端移動(dòng)的距離s=3h=3×1m=3m
電動(dòng)機(jī)對(duì)鋼絲繩做功W總=Fs=1000N×3m=3000J
電動(dòng)機(jī)對(duì)鋼絲繩做功的功率為
C．滑輪組的機(jī)械效率為
D．建筑材料的重力
建筑材料的質(zhì)量為
故D正確。故選D。
【變式3-1】如圖所示，小華用滑輪組水平向左勻速拉動(dòng)A物體，A物體5s內(nèi)移動(dòng)了100cm，且A物體與水平地面的摩擦力大小為12N，已知滑輪組的機(jī)械效率為80%，則下列說法錯(cuò)誤的是（ ）。
A．拉力F大小為4N B．繩子自由端移動(dòng)的速度為0.6m/s
C．拉力F做功的功率為3W D．拉力F在5s內(nèi)對(duì)滑輪組做的額外功為3J
【答案】A。
【解析】B．動(dòng)滑輪上有三段繩子，則n=3，5s內(nèi)繩子自由端移動(dòng)的距離s繩=ns物=3×100×10-2m=3m
繩子自由端移動(dòng)的速度
故B正確，不符合題意；
AC．物體克服摩擦力做的有用功W有=fs物=12N×100×10-2m=12J
拉力做的總功
拉力F大小
拉力F做功的功率
故A錯(cuò)誤，符合題意；C正確，不符合題意。
D．拉力F在5s內(nèi)對(duì)滑輪組做的額外功W額=W總-W有=15J-12J=3J
故D正確，不符合題意。故選A。
【變式3-2】質(zhì)量為60kg的工人站在水平地面上，利用如圖滑輪組豎直向下拉動(dòng)繩子自由端，將一質(zhì)量為80kg的重物A以0.2m/s的速度勻速上升1m，此時(shí)該滑輪組的機(jī)械效率為80%（g取10N/kg）。對(duì)此工作過程及裝置以下說法正確的是（ ）。
A．動(dòng)滑輪重為200NB．拉力F的功率為100W
C．工人對(duì)繩的拉力做功1000JD．工人對(duì)地面的壓力為100N
【答案】ACD。
【解析】A．由圖中滑輪組的結(jié)構(gòu)知道 n=2，物體A的質(zhì)量m=80kg，則A的重力
GA=mg=80kg×10N/kg=800N
不計(jì)繩重和摩擦?xí)r，滑輪組的機(jī)械效率
解得G動(dòng)=200N，故A正確；
C．工人對(duì)繩子的拉力為
則工人對(duì)繩的拉力做的功為W=Fs=F×2h=500N×2×1m=1000J，故C正確；
B．已知物體A移動(dòng)的速度vA=0.2m/s，則工人拉繩子的速度v人=2vA=2×0.2m/s=0.4m/s
則拉力F的功率為，故B錯(cuò)誤；
D．工人對(duì)繩子的拉力和繩子對(duì)人的拉力是一對(duì)相互作用力，則繩子對(duì)人的拉力為F人=F=500N
工人的質(zhì)量m人=600kg
工人的重力為G人=m人g=600kg×10N/kg=600N
則地面對(duì)人的支持力為F支=G人-F人=600N-500N=100N
則人對(duì)地面的壓力為F壓=F支=100N
故D正確。故選ACD。
考向04 斜面機(jī)械效率
對(duì)于斜面，有W總=W有+W額=Gh+fs，故斜面的機(jī)械效率，在實(shí)際計(jì)算時(shí)可根據(jù)題中已知條件靈活選用公式。
【例4】如圖所示，斜面高為1m，長(zhǎng)為4m，用沿斜面向上大小為75N的拉力F，將重為200N的木箱由斜面底端勻速緩慢拉到頂端，下列關(guān)于做功的判斷正確的是（ ）。
A．木箱受到的重力做功的大小為800J B．拉力F對(duì)木箱做功的大小為300J
C．木箱受到的合力做功的大小為125J D．木箱受到斜面的支持力做功的大小為200J
【答案】B。
【解析】A．由題意知，木箱的重力G=200N，斜面高h(yuǎn)=1m，則克服重力做功W有用=Gh=200N×1m=200J，故A錯(cuò)誤；
B．拉力F做的功W總=Fs=75N×4m=300J，故B正確；
C．木箱沿斜面勻速緩慢運(yùn)動(dòng)，處于平衡狀態(tài)，則木箱所受合力為零，由W=Fs可知，合力做功大小為0J，故C錯(cuò)誤；
D．木箱移動(dòng)方向與支持力方向垂直，木塊沒有在支持力的方向上通過一定的距離，所以斜面的支持力做功為0J，故B錯(cuò)誤。故選B。
【變式4-1】如圖所示，斜面與水平地面夾角為30°，某快遞員用500N的力，將重800N的貨物沿斜面勻速推上車廂，不考慮斜面形變，貨物所受摩擦力方向沿斜面向 _____；斜面的機(jī)械效率為 _____。不改變斜面與地面夾角和貨物質(zhì)量，采用 _____的方法可以提高斜面的機(jī)械效率。
【答案】①下；②80% ；③減小木板粗糙程度。
【解析】[1]貨物相對(duì)斜面向上運(yùn)動(dòng)，所受的斜面的摩擦力沿斜面向下。
[2]如圖所示，斜面的長(zhǎng)度為l，其高度
斜面的機(jī)械效率
[3]斜面與地面夾角和貨物質(zhì)量不變，即有用功保持不變，可通過減少額外功來提高斜面的機(jī)械效率。為了減少額外功，可減小摩擦力，壓力不變時(shí)，可通過改變接觸面的粗糙程度來改變摩擦，所以可通過減小木板表面的粗糙程度來提高機(jī)械效率。
【變式4-2】如圖所示，斜面長(zhǎng)，高。工人在6s內(nèi)將重的物體從底端沿斜面向上勻速拉到頂端，拉力是。此過程中工人做的有用功為______J，斜面的機(jī)械效率為_______。
【答案】360；80。
【解析】(1)工人利用斜面提升重物，所做的有用功W有用=Gh=600N0.6m=360J
即此過程中工人做的有用功為360J。
(2)斜面的機(jī)械效率η===80
即斜面的機(jī)械效率為80。
考向05 杠桿機(jī)械效率
杠桿機(jī)械效率的計(jì)算對(duì)于杠桿，不計(jì)摩擦?xí)r，有W總=W有+W額=Gh+G桿h桿，其中，G桿為桿的重力，h桿為杠桿重心移動(dòng)的距離。故杠桿的機(jī)械效率，在實(shí)際計(jì)算時(shí)可根據(jù)需要靈活選用簡(jiǎn)便的公式。
【例5】如圖所示，一根質(zhì)地均勻的細(xì)木棒OC，OA=（1/4）OC，B為OC的中點(diǎn)。在C端用始終豎直向上的50N的拉力將掛在A點(diǎn)的重為180N的物體勻速提升0.1m。提升該物體做的有用功是 J,總功是 J,木棒的機(jī)械效率為 (不計(jì)摩擦)。
【答案】18；20；90%。
【解析】提升該物體做的有用功
由題意可知, OA=（1/4）OC，由比例關(guān)系可知，拉力端(C端)上升的高度s=4h=4×0.1m=0.4m,
提升該物體做的總功
木棒的機(jī)械效率。
答案為：18；20；90%。
【變式5-1】小明用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置研究“杠桿的機(jī)械效率”時(shí)，將總重為的鉤碼掛在鐵質(zhì)杠桿上，彈簧測(cè)力計(jì)作用于點(diǎn)，現(xiàn)豎直向上勻速拉動(dòng)彈簧測(cè)力計(jì)，使杠桿從水平位置開始逐漸上升，帶動(dòng)鉤碼上升的高度為，彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)為，其移動(dòng)的距離為（鉤碼重不變），則下列說法正確的是 。
A．此時(shí)杠桿的機(jī)械效率為；
B．實(shí)驗(yàn)過程中測(cè)力計(jì)拉力的力臂長(zhǎng)短不變；
C．若將鉤碼移動(dòng)到點(diǎn)，測(cè)力計(jì)的示數(shù)將增大；
D．若增加鉤碼的重力，重復(fù)實(shí)驗(yàn)，則杠桿的機(jī)械效率不變
【答案】C。
【解析】．根據(jù)題意可知，，，，
則杠桿的機(jī)械效率：；故錯(cuò)誤；
．根據(jù)圖示可知，杠桿在水平位置時(shí)，拉力與垂直，則此時(shí)的力臂最長(zhǎng)，當(dāng)豎直向上勻速拉動(dòng)彈簧測(cè)力計(jì)時(shí)，拉力不再與垂直，則力臂會(huì)減小，故錯(cuò)誤；
．鉤碼的重力不變，將鉤碼移動(dòng)到點(diǎn)時(shí)，根據(jù)圖示和題意可知，阻力和動(dòng)力臂都不變，阻力臂增大，由可知，動(dòng)力將增大，即測(cè)力計(jì)的示數(shù)將增大，故正確；
．若增加鉤碼的重量，重復(fù)實(shí)驗(yàn)，因不計(jì)轉(zhuǎn)軸處的摩擦，克服鐵質(zhì)杠桿重力做的功為額外功，則有用功增大，額外功不變，根據(jù)，則杠桿的機(jī)械效率將變大，故錯(cuò)誤。
故選：。
【變式5-2】某實(shí)驗(yàn)小組利用圖示裝置研究杠桿的機(jī)械效率，實(shí)驗(yàn)的主要步驟如下：
①用輕繩懸掛杠桿一端的D點(diǎn)作為支點(diǎn)，在A點(diǎn)用輕繩懸掛總重為G的鉤碼，在占點(diǎn)用輕繩豎直懸掛一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)，使杠桿保持水平；
②豎直向上拉動(dòng)彈簧測(cè)力計(jì)緩慢勻速上升(保持0點(diǎn)位置不變)，在此過程中彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)為F，利用刻度尺分別測(cè)出A、B兩點(diǎn)上升的高度為h1、h2。
回答下列問題：
(1)杠桿機(jī)械效率的表達(dá)式為η=____________；(用已知或測(cè)量的物理量符號(hào)表示)
(2)本次實(shí)驗(yàn)中，若提升的鉤碼重一定，則影響杠桿機(jī)械效率的主要因素是:___________；
(3)若只將鉤碼的懸掛點(diǎn)由A移至C，O、B位置不變，仍將鉤碼提升相同的高度，則杠桿的機(jī)械效率將_________(選填“變大”、“變小”或“不變”)。
【答案】；杠桿的自重；變大。
【解析】（1）有用功為W有=Gh1，總功W總=Fh2，則機(jī)械效率的表達(dá)式η=×100%=×100%．
（2）有用功是提升鉤碼所做的功，額外功主要是克服杠桿重力做的功，影響機(jī)械效率的因素主要是有用功和總功所占的比例；提升的鉤碼重一定說明有用功一定，所以影響杠桿機(jī)械效率的主要因素是杠桿自身的重力．
（3）鉤碼的懸掛點(diǎn)在A點(diǎn)時(shí)，由杠杠的平衡條件得G?OA=F?OB；懸掛點(diǎn)移至C點(diǎn)時(shí)，由杠杠的平衡條件得G?OC=F?OB，經(jīng)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，由OA到OC力臂變大，所以拉力F也變大，杠桿提升的高度減小，額外功減小，因此杠桿的機(jī)械效率變大。
考點(diǎn)二 測(cè)量滑輪組的機(jī)械效率
一、測(cè)量滑輪組的機(jī)械效率
【實(shí)驗(yàn)原理】
【實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)】
(1)組裝一個(gè)滑輪組，使用該滑輪組分別提起重力不同的物體，比較每次的機(jī)械效率；
(2)換用較重的動(dòng)滑輪，組裝和(1)相同的滑輪組，使用該滑輪組分別提起和(1)相同的重物，比較和(1)提起相同重物時(shí)的機(jī)械效率。
【實(shí)驗(yàn)器材】刻度尺、鉤碼、彈簧測(cè)力計(jì)、滑輪、長(zhǎng)約2m的細(xì)繩、鐵架臺(tái)等。
【實(shí)驗(yàn)過程】
(1)用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)出鉤碼所受的重力G并填入表格；
(2)按照?qǐng)D甲組裝滑輪組，分別記下鉤碼和繩端的位置；
(3)如圖乙所示，勻速緩慢拉動(dòng)彈簧測(cè)力計(jì)，使鉤碼升高，從彈簧測(cè)力計(jì)上讀出拉力F的值，用刻度尺測(cè)出鉤碼上升的高度h和繩端移動(dòng)的距離s，將這三個(gè)量填入表格中；
(4)利用公式計(jì)算出有用功W有、總功W總、機(jī)械效率η并填入表格中；
(5)改變鉤碼的數(shù)量，重復(fù)上面的實(shí)驗(yàn)（多次實(shí)驗(yàn)，消除偶然因素）；
(6)換用較重的動(dòng)滑輪組成滑輪組，重復(fù)(2)~(5)步，將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記入表格。
【實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)】
【數(shù)據(jù)分析】
(1)由1、2、3三次實(shí)驗(yàn)可知，使用同一滑輪組，當(dāng)提升重為1.5N的鉤碼時(shí)，它的機(jī)械效率是71%；當(dāng)提升重為3N的鉤碼時(shí)，它的機(jī)械效率是83%；當(dāng)提升重為4.5N的鉤碼時(shí)，它的機(jī)械效率是88%；
可見，同一機(jī)械在不同做功過程中使用，其機(jī)械效率不同.同一滑輪組，提升的物體越重，其機(jī)械效率越高。
(2)由1、4(2、5或3、6)兩次實(shí)驗(yàn)可知，使用兩個(gè)動(dòng)滑輪重量不同的滑輪組提升相同的鉤碼升高相同高度，做的有用功相同，動(dòng)滑輪較重的所做的額外功多，機(jī)械效率低。
【數(shù)據(jù)結(jié)論】
(1)使用同一滑輪組提升重力不同的物體時(shí)，機(jī)械效率不同，被提升的物體越重，機(jī)械效率越高；
(2)使用不同的滑輪組提升同一物體時(shí)，升高相同的高度，動(dòng)滑輪較重的(或動(dòng)滑輪多的)滑輪組的機(jī)械效率較低。
2.影響滑輪組機(jī)械效率的主要因素與改進(jìn)措施
考向06 測(cè)量滑輪組的機(jī)械效率
1．影響滑輪組機(jī)械效率的因素滑輪組是人們經(jīng)常使用的簡(jiǎn)單機(jī)械，用同一滑輪組提升物體G升高h(yuǎn)時(shí)，滑輪組對(duì)物體做的功為有用功，而人對(duì)滑輪組的拉力F做的功為總功，F(xiàn)移動(dòng)的距離s=nh(n為與動(dòng)滑輪相連繩子的段數(shù))，則滑輪組的機(jī)械效率；
若不計(jì)摩擦力，而動(dòng)滑輪的重為G’，那么提升動(dòng)滑輪做的功就是額外功，則滑輪組的機(jī)械效率還可表示為。討論這個(gè)表達(dá)式可知，對(duì)于同一滑輪組(G’一定)，提升重物越重，滑輪組的機(jī)械效率越高；而提升相同重物時(shí)，動(dòng)滑輪越少、越輕的滑輪組，機(jī)械效率越高。
2．提高滑輪組機(jī)械效率的方法
(1)減小額外功在總功中占的比例?？刹扇「倪M(jìn)機(jī)械結(jié)構(gòu)、減小摩擦阻力等方法。如可使滑輪組在滿載情況下工作，以增大有用功在總功中的比例，在滑輪的轉(zhuǎn)軸中加潤(rùn)滑油，以減小摩擦阻力，或減小滑輪組中動(dòng)滑輪的自重等，即在有用功一定的情況下，減小額外功，提高效率。
(2)增大有用功在總功中所占的比例，在額外功不變的情況下，增大有用功的大小。
(3)換用最簡(jiǎn)單的機(jī)械。
【例6】以下方法不能提高滑輪組的機(jī)械效率的是（ ）。
A.在滑輪的轉(zhuǎn)動(dòng)軸中加潤(rùn)滑油，以減小摩擦力
B.減小動(dòng)滑輪的自重
C.盡量增大所提升物體的重力
D.盡量使物體移動(dòng)的距離增大
【答案】D。
【解析】機(jī)械效率為有用功與總功的比，增加有用功或減少額外功可以提高效率。
A. 在滑輪的轉(zhuǎn)動(dòng)軸中加潤(rùn)滑油，以減小摩擦力，可以減小克服摩擦力做的額外功，能提高機(jī)械效率；
B. 提升滑輪做的功為額外功，所以減小滑輪的自重，即減小了額外功，可以提高效率；
C. 使用同一滑輪組做功時(shí)，額外功是基本不變的，當(dāng)盡量增大所提升物體的重力時(shí)，有用功增加，有用功占的比例增加，即機(jī)械效率會(huì)提高；
D. 根據(jù)可知，距離在計(jì)算效率時(shí)會(huì)約去，即機(jī)械效率跟提升物體的高度無關(guān)，故D錯(cuò)誤。
故D錯(cuò)誤，符合題意。
【變式6-1】在“測(cè)量滑輪組的機(jī)械效率”的實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)小組用如圖所示的裝置進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄如表所示，第三次實(shí)驗(yàn)時(shí)的拉力如圖所示。
（1）實(shí)驗(yàn)中應(yīng)豎直向上___________拉動(dòng)彈簧測(cè)力計(jì)使鉤碼上升；
（2）表格中編號(hào)①的數(shù)據(jù)應(yīng)為___________；編號(hào)②的數(shù)據(jù)應(yīng)為___________；
（3）比較實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)論是：使用同樣的滑輪組，提升的物體越重，滑輪組的機(jī)械效率越___________；
（4）如果在第一次實(shí)驗(yàn)時(shí)，忽略繩重和摩擦，可以計(jì)算出動(dòng)滑輪的重力為___________N；
（5）結(jié)合生產(chǎn)生活實(shí)際，用滑輪組提升重物時(shí)，下列選項(xiàng)中也可提高機(jī)械效率的是___________。
A．增大繩重
B．減輕動(dòng)滑輪重
C．加快物體提升的速度
【答案】勻速；2.2；88.9%；高；0.4；B。
【解析】（1）[1]實(shí)驗(yàn)中應(yīng)豎直向上勻速拉動(dòng)彈簧測(cè)力計(jì)使鉤碼上升，此時(shí)系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)，測(cè)力計(jì)示數(shù)大小才等于拉力大小。
（2）[2]由圖知，1N之間有10個(gè)小格，每個(gè)小格代表0.1N，彈簧測(cè)力計(jì)的分度值為0.1N，測(cè)力計(jì)的示數(shù)為2.2N，故拉力為2.2N。
[3]第2次實(shí)驗(yàn)的機(jī)械效率為
（3）[4]實(shí)驗(yàn)選用的同一滑輪組，動(dòng)滑輪的重力不變，由表中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可知，同一滑輪組提升的物體越重，即做的有用功越大，因?yàn)樽龅念~外功不變，故滑輪組的機(jī)械效率越高。
（4）[5]根據(jù)表中數(shù)據(jù)，在第一次實(shí)驗(yàn)做的總功
做的有用功為
做的額外功為
因忽略繩重和摩擦，故所做額外功是克服動(dòng)滑輪重力所做的功，則動(dòng)滑輪的重力為
（5）[6]A．增大繩重，增大了額外功，有用功與總功的比值變小，機(jī)械效率變小，故A不符合題意；
B．減輕動(dòng)滑輪重，減小了額外功，有用功與總功的比值變大，機(jī)械效率大，故B符合題意；
C．滑輪組的機(jī)械效率為
可知，滑輪組的機(jī)械效率與鉤碼上升的高度無關(guān)，再根據(jù)可知，機(jī)械效率與物體提升的速度無關(guān)，故C不符合題意。故選B。
【變式6-2】用圖甲滑輪組做“探究動(dòng)滑輪的重對(duì)滑輪組機(jī)械效率的影響”實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中把不同的磁鐵吸附在動(dòng)滑輪邊框上以改變滑輪的重，每次實(shí)驗(yàn)都勻速拉動(dòng)繩端使物體上升10cm。不計(jì)繩重，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表。
（1）每次實(shí)驗(yàn)繩端移動(dòng)距離為______cm；
（2）第2次實(shí)驗(yàn)中拉力F的示數(shù)如圖乙，讀數(shù)為______N，第2次實(shí)驗(yàn)滑輪組的機(jī)械效率為______%。分析數(shù)據(jù)可知：在物重不變的情況下，動(dòng)滑輪越重滑輪組的機(jī)械效率越______；
（3）實(shí)驗(yàn)中若僅增大繩端移動(dòng)的距離，則滑輪組的機(jī)械效率將______；
（4）本實(shí)驗(yàn)中，在物重不變的情況下，動(dòng)滑輪變重時(shí)，由摩擦引起的額外功占總額外功的比例______（選填“變大”“變小”或“不變”）。
【答案】 ①. 30；②. 2.5；③. 80；④. 低；⑤. 不變；⑥. 變小。
【解析】（1）[1]從圖甲可以看出，繩子承重股數(shù)為n=3，因此繩端移動(dòng)距離為
（2）[2]測(cè)力計(jì)的分度值為0.1N，從圖乙看出，其讀數(shù)為2.5N。
[3]第2次實(shí)驗(yàn)中，滑輪組的機(jī)械效率為
[4]分析數(shù)據(jù)可知，在物重不變的情況下，從實(shí)驗(yàn)1至實(shí)驗(yàn)4，動(dòng)滑輪的重力逐漸變大，滑輪組的機(jī)械效率逐漸變小，故動(dòng)滑輪越重滑輪組的機(jī)械效率越低。
（3）[5]實(shí)驗(yàn)中若僅增大繩端移動(dòng)的距離，根據(jù)
可知，滑輪組的機(jī)械效率將不變。
（4）[6]四次實(shí)驗(yàn)中，物體上升的高度為
有用功為
第1次實(shí)驗(yàn)中，克服動(dòng)滑輪的重力所做的額外功
總功
摩擦引起的額外功為
摩擦引起的額外功占總額外功的比例為
第3次實(shí)驗(yàn)中，克服動(dòng)滑輪的重力所做的額外功
總功為
摩擦引起的額外功為
摩擦引起的額外功占總額外功的比例為
第4次實(shí)驗(yàn)中，克服動(dòng)滑輪的重力所做的額外功
總功為
摩擦引起的額外功為
摩擦引起的額外功占總額外功的比例為。
由此可知，在物重不變的情況下，動(dòng)滑輪變重時(shí)，由摩擦引起的額外功占總額外功的比例變小。
考點(diǎn)內(nèi)容
課標(biāo)要求
命題預(yù)測(cè)
有用功、額外功和總功
（1）知道機(jī)械效率；
（2）了解提高機(jī)械效率的意義和途徑；
（3）測(cè)量某種簡(jiǎn)單機(jī)械的機(jī)械效率
《機(jī)械效率》是《簡(jiǎn)單機(jī)械》中主要的內(nèi)容，也是進(jìn)一步認(rèn)識(shí)簡(jiǎn)單機(jī)械的重要內(nèi)容，通過對(duì)機(jī)械效率的理解加深對(duì)人類使用的工具發(fā)展歷程。
對(duì)機(jī)械效率的考查題型有：選擇題、填空題、實(shí)驗(yàn)探究題和綜合計(jì)算題等。
主要命題點(diǎn)有：認(rèn)識(shí)有用功、額外功和總功；機(jī)械效率的概念及影響機(jī)械效率的因素；機(jī)械效率的簡(jiǎn)單計(jì)算；常用簡(jiǎn)單機(jī)械的機(jī)械效率和測(cè)量滑輪組的機(jī)械效率等
機(jī)械效率及其比較
滑輪組的機(jī)械效率
斜面的機(jī)械效率
杠桿的機(jī)械效率
測(cè)量滑輪組的機(jī)械效率
種類
杠桿
滑輪組
斜面
圖示
有用功
W有=Gh
W有=Gh
W有=Gh
額外功
若不計(jì)摩擦：W額=G桿·h桿
若不計(jì)繩重及摩擦：W額=G動(dòng)h
W額=fl
總功
W總=Fs
W總=Fs
W總=Fl
三者關(guān)系
W總=W有+W額
定義
物理學(xué)中，將有用功跟總功的比值叫做機(jī)械效率，用η表示
公式
（機(jī)械效率是一個(gè)比值，它沒有單位，通常用百分?jǐn)?shù)表示）
物理意義
機(jī)械效率越高，做的有用功占總功的比例就越大
可變性
機(jī)械效率不是固定不變的，機(jī)械效率反映的是機(jī)械在一次做功過程中有用功跟總功的比值，同一機(jī)械在不同的做功過程中，有用功不同，機(jī)械效率也會(huì)不同
特點(diǎn)
因?yàn)槭褂脵C(jī)械時(shí)，不可避免地要做額外功，故任何機(jī)械的機(jī)械效率都小于1,只有在理想情況下機(jī)械效率才為1
注意
機(jī)械效率的高低與是否省力、滑輪組繩子的繞法、物體被提升的高度及速度等無關(guān)
物理量
意義
定義
符號(hào)
公式
單位
說明
功
做功，即能量的轉(zhuǎn)化
力與物體在力的方向上移動(dòng)距離的乘積
W
W=Fs
J
(1)功率大小由功和時(shí)間共同決定，單獨(dú)強(qiáng)調(diào)任何一方面都是錯(cuò)誤的。
(2)功率和機(jī)械效率是兩個(gè)不同的物理量，它們之間沒有直接關(guān)系
功率
表示物體做功的快慢
功與做功時(shí)間之比
P
W
機(jī)械效率
反映機(jī)械做功性能的好壞
有用功與總功之比
η
無
裝置圖
計(jì)算公式
杠桿
滑輪組
豎直提升物體
（1）已知拉力、物重及繩子段數(shù)時(shí)：
（2）不計(jì)繩重及摩擦?xí)r：
水平勻速拉動(dòng)物體
斜面
（1）；（2）
實(shí)驗(yàn)
次數(shù)
鉤碼所受的重力G/N
提升高度h/m
有用功W有/J
拉力F/N
繩端移動(dòng)的距離s/m
總功總J
機(jī)械效率η
1
1.5
0.2
0.3
0.7
0.6
0.42
71%
2
3
0.2
0.6
1.2
0.6
0.72
83%
3
4.5
0.2
0.9
1.7
0.6
1.02
88%
4
1.5
0.2
0.3
0.9
0.6
0.54
56%
5
3
0.2
0.6
1.4
0.6
0.84
71%
6
4.5
0.2
0.9
1.9
0.6
1.14
79%
影響因素
分析
改進(jìn)措施（提高效率）
被提升物體的重力
同一滑輪組，被提升物體的重力越大，做的有用功越多，機(jī)械效率越大
在機(jī)械承受的范圍內(nèi)，盡可能增加被提升物體的重力
動(dòng)滑輪的自重
有用功不變時(shí)，減小提升動(dòng)滑輪時(shí)做的額外功，可提高機(jī)械效率
改進(jìn)滑輪結(jié)構(gòu)，減輕滑輪自重
滑輪組自身部件的摩擦
機(jī)械自身部件的摩擦力越大，機(jī)械效率越低
對(duì)機(jī)械進(jìn)行保養(yǎng)，保持良好的潤(rùn)滑，減小摩擦
實(shí)驗(yàn)
次數(shù)
鉤碼所受的
重力G/N
鉤碼上升的
高度h/cm
拉力F/N
繩自由端移動(dòng)
的距離s/cm
機(jī)械效率η
1
2
10
0.8
30
83.3%
2
4
10
1.5
30
②
3
6
10
①
30
*
次數(shù)
G物/N
G動(dòng)/N
F/N
η/%
1
6.0
0.3
2.2
90.9
2
6.0
1.0
3
6.0
1.9
2.9
69.0
4
6.0
3.2
3.4
58.8

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