专题12.3 机械效率
课前预习
1.有用功 (W有用):人们为了达到工作目的____必须____要做的功。 2.额外功(W额):利用机械时不想需要但___不得不做____的功。 3.总功(W总):外力所做的功,即有用功和额外功的总__和___。
4.定义:机械效率是有用功与总功的比值,分析判定一个机械的机械效率高低要分析两个因素:有用功与总功。任何机械的机械效率都小于___1___. 5.计算公式:___ η=
W有用W总×100%_____。
6.提高机械效率的途径:尽可能增加提升物体的___重力___;减轻机械的___自身___重量;合理地减少部件间的有害___摩擦____。
知识点解读与例题突破
知识点1:有用功和额外功
1.有用功:使用机械时,对人们有用的功叫有用功。也就是人们不用机械而直接用手时必须做的功。在提升物体时,W有用= Gh
2.额外功:使用机械时,对人们没有用但不得不做的功叫额外功。
3.额外功的主要来源:①提升物体时,克服机械自重、容器重、绳重等所做的功。②克服机械的摩擦所做的功。
4.人们在使用机械做功的过程中实际所做的功叫总功,它等于有用功和额外功的之和。即:W总=W有用+W额 5.若人对机械的动力为F,则:W总= FS
【例题1】(2019山东威海)如图是一款健身拉力器原理图,斜面的倾角为30°,重500N的物块与固定在斜面底端的弹簧相连,小明通过定滑轮拉着物块沿斜面向上匀速运动2m的过程中(此过程弹簧始终处于被拉伸状态),小明对绳的拉力所做的功为1000J,克服弹簧拉力做功300J,则克服物块重力做的功为 J,物块与斜面之间摩擦力的大小为 N.(忽略绳重、滑轮与轴的摩擦)
【答案】500;100。
【解析】已知斜面的倾角为30°,物块沿斜面向上匀速运动2m,则斜面的高度h=s=×2m=1m, 克服物块重力做的功W有用=Gh=500N×1m=500J; W额=W总﹣W1﹣W有用=1000J﹣500J﹣300J=200J, 由W额=fs可得,物块与斜面之间摩擦力的大小f=知识点2:机械效率
(1)定义:有用功与总功的比值,叫机械效率。 (2)公式:η=
=
=100N。
W有用W总×100%
【例题2】(2019湖北荆州)湖北省第二届园林博览会将于2019年9月28日在荆州开幕。在某场馆建设中,采用了如图所示的装置提升重物,当工人师傅们用1000N的拉力F向下拉绳,使重1600N的重物匀速上升了5m,此过程中克服绳重和摩擦做功500J,下列说法中正确的是( )
A.拉力F做功为5×103 J
B.缠绕在动滑轮上每股绳的拉力为800N C.动滑轮重为300N D.滑轮组的机械效率为75% 【答案】C
【解析】A.由图知,n=2,拉力端移动距离:s=2h=2×5m=10m,
拉力F做功:W总=Fs=1000N×10m=1×104J,故A错;
B.已知绳子末端的拉力F为1000N,则缠绕在动滑轮上每股绳的拉力都为1000N,故B错; C.拉力做的有用功:W有用=Gh=1600N×5m=8×103J,
拉力做的额外功:W额总=W总﹣W有用=1×104J﹣8×103J=2×103J, 此过程中克服绳重和摩擦做功W额1=500J,
提升动滑轮做的额外功:W额2=W额总﹣W额1=2×103J﹣500J=1.5×103J, 由W=Gh可得动滑轮重力: G轮=
=
=300N,故C正确;
D.滑轮组的机械效率:η==×100%=80%,故D错。
【例题3】(2019湖北荆州)为了发展文化旅游事业,荆州市正在兴建华强方特文化主题园,建成后将通过最新的VR技术展示包括楚文化和三国文化在内的五千年华夏文明。园区建设中需把重1200N的木箱A搬到高h=2m,长L=10m的斜面顶端。如图所示,工人站在斜面顶端,沿斜面向上用时50s将木箱A匀速直线从斜面底端拉到斜面顶端,已知拉力F的功率为80W.求: (1)拉力F的大小;
(2)该斜面的机械效率是多少;
(3)木箱A在斜面上匀速直线运动时受到的摩擦力是多大。
【答案】(1)拉力F的大小为400N; (2)该斜面的机械效率是60%;
(3)木箱A在斜面上匀速直线运动时受到的摩擦力是160N。 【解析】(1)由P=得,拉力所做的功: W 总=Pt=80W×50s=4×103J, 由W=FL得,拉力F的大小:
F===400N。
(2)克服物重做功:
W 有=Gh=1200N×2m=2.4×103J, 则斜面的机械效率: η=
×100%=
×100%=60%。
(3)木箱 A 在斜面上匀速运动时克服摩擦做功: W额=W总﹣W有=4×103J﹣2.4×103J=1.6×103J,
由W额=fL得,木箱 A 在斜面上匀速运动时受到的摩擦力: f=
=
=160N。
习题精练
一、选择题
1.下列关于简单机械在实际应用中的说法正确的是( ) A.指甲剪是省力省功的机械 B.定滑轮不省力,但能改变力的方向 C.滑轮组既省力,又省距离,还省功 D.斜面的机械效率可以达到100% 【答案】B.
【解析】(1)根据指甲剪的结构和功的原理分析; (2)定滑轮的实质是等臂杠杆; (3)根据滑轮组的特点可做出判断; (4)机械效率永远小于1.
A.指甲剪由三条杠杆组成,其中既有省力杠杆也有费力杠杆,但其最终可以达到省力的目的,所以为省力机械,但使用任何机械都不省功,故A错误;
B.定滑轮的实质是等臂杠杆,不省力也不费力,但可以改变力的方向,故B正确; C.滑轮组可以省力,但费距离,且不可能省功,故C错误;
D.使用任何机械都要做额外功,所以机械效率不可能达到100%,故D错误.
2.(2019湖北宜昌)如图所示的吊车有大小两个吊钩,在确保安全的前提下,下列关于吊车机械效率说法正确的是( )
A.吊起相同货物,使用小吊钩机械效率高 B.吊起相同货物,上升速度快机械效率高 C.每次吊起的货物越少,机械效率越高 D.货物升高的高度越高,机械效率越高 【答案】A
【解析】在物理学中,我们把有用功与总功的比值称为机械效率,即机械效率的高低与有用功的大小、总 功的大小或额外功的大小有关;故利用控制变量的方法分析判断即可。
(1)使用小吊钩吊起相同货物时,小吊钩(小动滑轮)的重力小,做的额外功少,在有用功一定的情况下,总功小,其机械效率高,故A正确;
(2)由机械效率公式η可知,机械效率的高低与上升速度、货物升高的高度无关,故BD错误; (3)每次吊起的货物越少,有用功越少,有用功在总功中所占比例越小,所以机械效率越低,故C错误。 3.(2019湖南株洲)在测量图甲所示滑轮组机械效率η的实验中,通过改变物重G或动滑轮重G动进行多次实验,得到了形如图乙所示的效率与物重或动滑轮重的关系,图中纵轴表示机械效率的倒数η1,若不计绳重与摩擦,则橫轴可能表示( )
﹣
A.G 【答案】BC
【解析】由图可知,物体由3段绳子承担,
B.G1
﹣
C.G动 D.
2020人教版八年级下册物理精讲精练 12-3 机械效率(解析版)



