第十三讲+ 效率专题.docx
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第十三讲+效率专题
第十四讲效率
【知识梳理】
机械效率典型计算公式
【重难点】
理解有用功、额外功、总功及之间的关系；理解机械效率，会应用机械效率的公式来解决问题；知道任何机械都不省功。
【典型例题】
类型一：
竖直放置滑轮组
例，如图的滑轮组，滑轮重10牛。
提升100牛的重物时，它的机械效率是多少？
提升200牛的重物时，它的机械效率是多少？
类型二：
水平放置的滑轮组
例、如图1所示，用此装置拉一重为100N的重物，使其在地面上做匀速直线运动，若不计滑轮重和摩擦，所需拉力为8N，则物体与地面间的摩擦力为_____N。
实际此装置的机械效率为80%，欲使物体以0.6m/s的速度沿水平地面前进，那么实际拉力为_____N，拉力在5s内做的功为_____J。
类型三：
斜面及应用
例，一斜面长为3m，高为1m，把一重为600N的重物沿这个斜面匀速拉上斜面顶端时，
（1）如果是光滑斜面，拉力F为多少N？
（2）如果实际所用的拉力为250N，则拉力做的总功、有用功、额外功、斜面的机械效率及物体与斜面间的摩擦力分别为多大？
【经典例题】
一选择题
1做值日时，小阳将一桶水从一楼提到二楼。
此过程中，关于做功的说法正确的是（）
A．对桶做的功是有用功B．对水做的功是有用功
C．对水做的功是额外功D．克服自身重力做的功是总功
2某建筑工地要将同一个箱子从地面搬上二楼，如果分别采用如图所示的两种搬运方式，关于F1和F2做功及相关情况，以下判断正确的是（）
A．两种方式所做的总功一定相等B．两种方式功率一定相等
C．两种方式机械效率一定相等D．两种方式所做的有用功一定相等
3如图所示，用动滑轮把一个物体匀速拉起，不计摩擦，则下列说法中正确的是（）
A．拉起的物体质量越大，机械效率越高B．动滑轮的质量越大，机械效率越高
C．拉起物体的速度越大，机械效率越高 D．物体被拉起的越高，机械效率越高
4.在不计摩擦和绳子质量的情况下，分别使用定滑轮、动滑轮、滑轮组（两个定滑轮和两个动滑轮）匀速提升同一物体到同一高度处，其机械效率分别为η定、η动、η组，则下列选项正确的是（）
A．η组<η动<η定B．η定<η动<η组C．η动<η定<η组D．η定<η组<η动
5.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，把相同的重物匀速提升相同的高度，若不计绳重及摩擦，下列说法正确的是（）
A．绳子受的拉力F1和F2大小相等，滑轮组的机械效率相同
B．绳子受的拉力F1和F2大小不相等，滑轮组的机械效率不同
C．绳子自由端移动的距离不相等，拉力对滑轮组所做的功相等
D．绳子自由端移动的距离不相等，拉力对滑轮组所做的功不相等
6如图所示，用一个重为9N的动滑轮来提升物体，在实际工作中竖直向上的拉力为30N，则动滑轮的机械效率（）
A．一定等于85%B．一定大于85%
C．一定小于85%D．以上情况都有可能
7在铁架台上固定一个由定滑轮和一个动滑轮组成的滑轮组，在绳子末端用竖直方向0.8N的拉力使2N重的物体匀速上升，下面说法正确的是（）
A．滑轮组的机械效率是83.3％B．滑轮组的机械效率是66.7％
C．绳端移动速度与物体上升速度相同D．绳端移动速度是物体上升速度的两倍
8用一个定滑轮和一个动滑轮组成的滑轮组把重150N的物体匀速提升1m，不计摩擦和绳重，滑轮组的机械效率为60％，则下列选项错误的是（）
A．拉力大小一定是125NB．有用功一定是150J
C．总功一定是250J
D．动滑轮重一定是100N
二填空题
1.如图为某建筑工地搬运建筑材料的装置。
图中滑轮D与滑厢相连，滑轮A固定在地面上，钢丝绳的拉力由电动机提供。
在此装置中，滑轮A的作用是____________。
已知滑厢和滑轮D的总质量为m1，厢内建筑材料的质量为m2，滑厢与地面的接触面积为S。
当拉力大小为F时，滑厢仍静止在地面上，此时滑厢对地面的压强P＝________________________
（用文中字母表示）。
当拉力增大为F′时，滑厢匀速直线上升，在此过程中，滑轮组的机械效率将_______________（选填“变大”、“不变”或“变小”）。
（不计绳重和摩擦）
2.如下图B所示，斜面长5m，高1m，工人用沿斜面方向400N的力把重1600N的木箱匀速推到车上，推力对木箱做的功是__________J，斜面的机械效率是__________。
3．用图4所示的滑轮组甲和乙，提起同样重的物体时甲滑轮组的机械效率为η甲，乙滑轮组的机械效率为η乙，则可判定η甲______η乙；如果用乙滑轮组第一次提起重G1的重物，机械效率为η1，第二次提起重为G2的重物（G1>G2），机械效率为η2，则可判定η1______η2。
（不考虑绳重和摩擦的影响，且动滑轮的重力相等）
4.．用“用一动、一定”滑轮组来匀速提升物体，不计绳重及摩擦，已知每个滑轮重10N，使用时机械效率为75％，则当物体被提升60cm的过程中，额外功为J，总功为J，有用功为J，被提升物体重为N，施于绳端的拉力为N或N。
三探究实验题
1.在湛江港码头，小华看到工人利用斜面把货物推到车上，联想到上物理课时老师讲过的知识，小华想探究斜面的机械效率可能与哪些因素有关？
小华提出了以下的猜想：
A．斜面的机械效率可能与物体的重力有关；
B．斜面的机械效率可能与斜面的倾斜程度有关。
小华同学为了证实自己的猜想是否正确，于是他用同一块木板组成如图所示的装置进行了实验探究，记录的实验数据如下表：
实验
次数
斜面倾角θ
物块重量
G/N
斜面高度
h/m
沿斜面拉力F/N
斜面长
S/m
有用功
W有/J
总功
W总/J
斜面的机械效率
300
5.0
0.6
4.2
1.2
3.0
5.0
300
3.0
0.6
2.5
1.2
1.8
60%
450
3.0
0.8
2.8
1.2
2.4
3.4
71%
（1）在实验操作过程中，应沿斜面向上________________拉动木块；实验时要使木板的倾斜角变大，应该把木板下面的木块向_________移动（填“左”或“右”）。
（2）根据表格中数据，第①次实验斜面的机械效率为_________%，第②次实验中总功为____________J。
（3）通过对比实验①、②数据，可验证小华的猜想_______________（填写字母）；通过对比实验②、③数据，可以得出的探究结论是：
______________________________________________________________________________。
（4）此实验主要用到的研究方法是__________________________________________．
（5）除了小华的猜想以外，请你猜想斜面的机械效率还可能与_________________________________________________________________（写出一个）有关。
2.在“探究动滑轮的机械效率”时，某小组利用自重不同的两个动滑轮进行了如图所示的三次测量，数据记录如下：
实验
序号
钩码
重/N
动滑轮
重/N
拉力/N
钩码上升的高度/m
测力计移动
的距离/m
有用功/J
总功
/J
机械效率
/%
①
4
0.5
2.3
0.2
0.4
0.8
0.92
87.0
②
4
0.9
2.5
0.2
0.4
0.8
1.0
80.0
③
6
0.5
3.3
0.2
0.4
（a）
（b）
（c）
（1）完成表格中第3次数据（a）（b）（c）处的计算，填在下面的横线上：
（a）_________；（b）_____________；（c）____________。
（2）通过比较________________两次实验数据（选填实验序号），可知动滑轮的机械效率与动滑轮的自重______________（选填“有关”或“无关”）。
（3）小明认为“同一个机械，它的机械效率是一个定值”，通过比较________两次实验数据（选填实验序号），可知他的观点是________的（选填“正确”或“错误”）。
四综合计算题
1.如图所示，杠杆在竖直向下拉力F的作用下将一物体缓慢匀速提升，下表是提升物体时采集到的信息：
（1）若不计杠杆自重和摩擦，求拉力F的大小；
（2）若实际拉力F为90N，求拉力做的总功及杠杆的机械效率。
2.某建筑工地用如图所示的简易滑轮组将重4000N的砖块运到离地4m高的砌墙处，已知每个滑轮重100N，滑轮摩擦和绳重以及动滑轮下的挂网重忽略不计，若提升砖块的工人作用于绳的拉力最大为500N，求：
（1）提升一次砖的最大重力；
（2）提升一次砖时滑轮组的最大机械效率；
（3）若全部完成提砖任务，工人利用此滑轮组至少做多少额外功。
3.如图所示，用一电动机通过滑轮组匀速提升一重G=3000N的货物，货物在t=6s时间内上升高度为h=1m，电动机的轴对绳的拉力F=1200N，不计绳重和一切摩擦，求：
（1）滑轮组的机械效率是多少？
（2）电动机输出的总功率是多少？
（3）如果要匀速提起5400N的货物，电动机的轴对绳的拉力为多大？
4．随着社会的发展，人们生活水平的提高，人们的住房条件也得到了很大的改善。
小明家最近购置了一套新房，为了帮助爸爸将重600N的装修材料运送到6m高的楼上，小明利用物理课上学过的滑轮组，设计了如图20甲所示的材料搬运方案（其中每个滑轮重30N，绳子足够长，所能承受的最大拉力为250N，不计绳重及摩擦）。
（1）计算说明绳子的拉力是否超过绳子的最大承受力？
（2）小明爸爸观察了该装置后，他想如果将该装置的滑轮位置颠倒（图20乙）是否会更省力一些，请你按照小明爸爸的想法，用笔画线在乙图绕上绳子并说明小明爸爸的想法是否正确。
（3）求两种方案的机械效率之比？
（4）综合分析评估两个方案，你认为哪个方案更好一些？
说明理由。
5.为了将放置在水平地面上、重G=100N的重物提升到高处。
小明设计了图（甲）所示的滑轮组装置。
当小明用图（乙）所示随时间变化的竖直向下拉力F拉绳时，重物的速度υ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=5×10-2m2，不计摩擦，绳对滑轮的拉力方向均可看成在竖直方向。
求：
（1）在2~3s内，拉力F的功率P及滑轮组的机械效率η；
（2）在1~2s内，拉力F做的功W；
（3）在0~1s内，重物对地面的压强p。
6.如图所示，现将一重G1=8100N的实心铝块在水中匀速上提h=2m（未露出水面），已知每个滑轮重G2=900N，不计绳重和各种摩擦，不计水的阻力。
已知铝的密度ρ铝=2.7×103kg/m3，水的密度ρ铝=1.0×103kg/m3，g取10N/kg。
求：
（1）滑轮组的机械效率多大？
（2）若绳端拉力的功率为P=540W，则铝块上升的速度为多大？
7.现有一重为3000N的包装箱，工人师傅想把它搬到1.2m高的车厢上，他们用木板在车厢与地面之间搭成一个长度约为4m的简易斜面，如图所示，工人师傅站在地上用1200N的推力沿斜面把包装箱匀速推上车。
求：
（1）该斜面的机械效率是多少?
（2）包装箱在斜面上运动时所受摩擦力多大?
8.今年以来，湖北遭遇50年一遇的干旱天气，为了抗旱保收，农民们纷纷打井自救。
一台抽水机每分钟能将600kg的水抽到12m高的地方，抽水机的效率为60%。
（g=
10N/kg）问：
（1）12m高的水柱产生的压强有多大？
（2）抽水机每分钟能做多少有用功？
（3）抽水机的总功率多大？
9.如图所示，是某水上打捞船将一个完全密闭的正方体货箱缓慢地打捞出水面的起吊装置示意图。
货箱平放在海底，海底深度H＝30m，该货箱边长L=lm，货箱及内部货物的总重G货＝4.0×104N，动滑轮（只有一个）及附属配件的总重G滑轮＝1.0×104N。
不计绳重和滑轮摩擦及绳在水中受到的浮力，不考虑风浪、水流等的影响（海水的密度视为ρ=1.0×103m3、g取10N/kg、声音在海水中的传播速度为=1450m/s）试问：
（1）用声纳探测货箱上表面的回声的时间是多少?
（2）要将货箱从海底处匀速吊起到上表面刚露出水面的过程中，拉力F做了多少功?
（3）若货箱从刚露出水面到完全露出水面的过程中是被匀速提升的，请分析在此过程中，货箱所受浮力和滑轮组机械效率的变化情况。
10.“中国的三一，世界的三一”，三一重工集团自主创新研制的长臂泵车创造了多项吉尼斯纪录。
3月20日为支援福岛核电站，三一重工集团将62米泵车通过海路运往日本。
该泵车部分技术参数如下表所示：
（忽略一切摩擦，√2=1.4，√3=1.7）
名称
SYxTHB62米泵车
泵车总质量
51t
长臂总质量
8t
长臂伸直全长
62m
（1）海上运输船运载泵车前后，排开海水的体积变化了多少?
（ρ海水=1.0×103kg／m3）
（2）在水平地面上，泵车开始工作时，在液压顶的作用下缓慢伸展开多节长臂，使之由水平位置升起到与水平方向成30°夹角，历时1分40秒，此时液压顶恰好与完全伸直的长臂垂直。
长臂展开后简化成粗细均匀的杠杆模型，0A为长臂全长的1/10，如图所示。
求此时液压顶对长臂的作用力F的大小？
（3）在此过程中，液压顶对长臂做功的功率为多少?
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