初中物理竞赛教程基础篇第13讲机械效率机械能附强化训练题及答案docxWord格式.docx
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3.机械能
动能和势能统称为机械能。
动能和势能之间可以相互转化，在转化过程中若没有能量的损失或其他能量的补充，机械能的总和保持不变，机械能是守恒的。
机械能和其他形式的能之间也可以相互转化。
无论是动能和势能之间的相互转化，
还是机械能和其他形式的能之间的相互转化常常是通过做功的过程来实现的。
在转化过程中，所做的功越多，一种形式的能转化为另一种形式的能就越多。
能量的转化多少可
以用做功的多少来量度。
在国际单位制中能的单位与功的单位相同，也是焦（J）
13.2难点解释
13.2.1理解机械效率的意义
1.机械效率η总小于1
机械效率是反映机械性能优劣的主要标志之一，它反映了机械对总功的利用率。
理想机械：
W总=W有用（或W输入=W输出，W动=W阻）
实际机械：
W总=W有用+W额外（或W输入=W输出+W额外，W动=W有用阻力+W无用阻力）
在实际机械中，由于W有用<
W总，所以机械效率η总小于1.
2.机械效率和功率的区别
机械效率和功率是从不同方面反映机械性能的物理量，它们之间没有必然联系。
功率大
表示机械做功快，机械效率高表示机械对总功的利用率高。
功率大的机械不一定效率高。
例
如内燃机功率可以达到6000马力（1马力=735瓦），但机械效率只有30%~40%。
反之，效
率高的机械功率不一定大。
例如安装在儿童玩具汽车里的电动机，机械效率可达80%以上，
但功率只有几瓦。
如果P输入和P输出分别表示机械的输入功率和输出功率，则机械效率也可以表示为η=P输
出/P输入。
3.组合机械的机械效率
在合机械中，入功（功）和出功（有用功）往往是相的，同的功于某一
部机器来是出功，而另一部机器来却是入功。
例如，机起重机，机
的出功就是起重机的入功。
由两种机械合而成的合机械中，其中
η1=W有用1/W总1，
η2=W
有用
2/W
总，而W总
2=W
有用，因此，可得合机械的机械效率
η=η。
2
1
1?
η2
13.2.2正确理解能的概念.
一个物体能做功，个物体就具有能。
由力学和运学的律，可以出运物体
具有的能Ek=1/2mv2，重力能Ep=mgh，性能Ej=1/2kx2
能是一个状量。
它可以用一些状参量（如速度
v，高度h，形x等）表示出其量
的多少。
能量的多少是可以改的。
起重机的索用力把重物提高使物体的重力能增大，
在引力作用下行得越来越快，其能增大，用力拉簧使其伸而性能增
大⋯⋯在物体能量改程中，
通常伴随着有力物体或物体克服阻力做功，所以功是能
量改的量度。
没有外力物体做功（或者只有重力、力物体做功）
，在物体
能与能相互化的程中，机械能量将保持不。
如
13-1所示，
一个球从某一高度由静止开始下落，光滑地面反再回到原高度
（空气阻力不）。
当球在A放具有重力能，下落到
B球既
有能（有速度），又有重力能（有高度）。
落到C（C零
高度）球的重力能零，能最大。
在此程中球的重力能化成
能，而A的重力能最大，
C的能最大，B的重力能与能之和等于
A的重
力能，也等于C的能。
球在C生形使能化成性能，再化成能，
球被回A。
在此程中，能又化成重力能，机械能的和扔保持不（即机械
能守恒）。
若地面不光滑，空气阻力作用不可忽略，球便不能回原高度，表明球在运
程中有机械能化成其他形式的能（如内能）
，机械能的量就会减少。
机械能和其他形式的能之可以相互化，例如水站水机机做功，将机械能化能，而机将能重新化机械能。
汽和火的内燃机通燃气推气缸中的活塞做功，将燃料的化学能化汽的能。
代生活和生中随可的各种力机械，小到玩具、大到气机，都是将能、化学能等其他形式的能化能
的能量化器。
13.3例题解析
13.3.1理解有用功、额外功、总功和机械效率的含义
例1用动力臂是阻力臂2倍的杠杆，将重400N的货物提高20cm，手像下压杠杆的力
是220N，人做的功是_________J，其中的有用功是________J，杠杆的机械效率是______.
【点拨】由杠杆动力臂是阻力臂2倍的条件，可得出作用在杠杆上动力通过的距离s。
【解析】设货物提高的高度为h，由功的原理，求得作用在杠杆上的动力通过的距离
S=2h=2×
0.2m=0.4m
根据功的计算式，得手做的功W总=Fs=220N×
0.4m=88J
有用功
W有用=Gh=400N×
0.2m=80J
根据机械效率的定义，求出杠杆的机械效率
η=W
有用/W
总=80J/88J≈0.91=91%
【答案】
88J，80J，91%
【反思】机械效率是有用功在总功中所占的比率，
解题的关键是分析有用功和总功，
就
能正确解决问题。
例2某人用动滑轮牵引物体A在水平地面上做匀速直线运动，如图13-2所示。
已知物体A受到摩擦力是36N，动滑轮的机械效率是75%，求绕过动滑轮的绳子对固定墙
B的拉力大小。
【点拨】利用动滑轮牵引物体时，由于定滑轮的机械效率小于1，因此动力F和绕过动
滑轮的绳子对固定墙B的拉力是不相等的。
而拉力F作用在绳子自由端移动的距离应是物
体A移动距离的2倍。
【解析】设作用在物体A上的拉力是F1，物体A受到的摩擦力为f，绕过定滑轮的绳
子对墙的拉力为F2，人通过绳子向左拉滑轮的力为F。
当物体在水平面上作匀速直线运动时，
f=F1=36N。
由于滑轮随物体一起在水平面上作匀速直线运动，去滑轮为研究对象，滑轮受到3个水
平作用力，即水平向左的作用力F和F2，以及水平向右的作用力F1，它们的关系是F1=F2+F。
根据机械效率的定义和绳子的自由端移动的距离
s与物体
A移动的距离
s的倍数关系，
可得
η=W有用/W总=F1s1/Fs
整理得F=F1s1/ηs=36N×
1/（0.75×
2）=24N
F2=F-F1=36N-24N=12N
【答案】12N
【反思】在解决实际机械使用的问题时，不能与理想机械混淆。
本题的关键就在于作用
力F大于绳子作用在固定墙B的力。
例3如图13-3所示，重力为500N的物体在沿斜面的拉力作用下，匀速的从斜面的下端移动到斜面的顶端。
已知斜面的长是高
的5倍，机械效率为80%，求斜面对物体的摩擦力。
【点拨】斜面上的物体受到重力、支持力、摩擦力和拉力等四个力的作用，由于物体所受
到的重力有沿斜面向下的分力，所以物体在拉力作用下匀速向上运动时受到的拉力F大于摩擦力f。
所以拉力做的功（即总功）是有用功和克服摩擦力所做的功之和。
【解答】拉力做的功W总=W有用+W无用=Gh+fL
根据机械效率的定义
η=W有用/W总=Gh/（Gh+fL）
整理后得，f=（1/η-1）Gh/L=（1/0.8-1）×
500N×
1/5=25N
【答案】25N
【反思】由于物体在拉力F的作用下沿斜面向上运动时受到摩擦力的作用，因此拉力F
做的功是总功，它既要克服有用阻力（即物体的重力），又要克服摩擦力而做功，利用机械
效率的定义，就可以解决此类问题。
11.3.2怎样理解能的概念和机械能的转化
例4下列说法中正确的是（）
A水从高处流向低处，势能减少，动能增加
B低空飞行的飞机只有动能
C用线悬挂着的物体没有做功，所以没有能量
D在光滑水平地面上匀速前进的物体，由于没有物体对它做功，所以没有能量
【点拨】物体能够对其他物体做功，则物理学中称这个物体具有能量。
而物体具有的动能是由物体的质量和它的运动速度大小决定的，物体的势能是由它的质量和它所处的位置高度或弹性体的弹性形变决定的。
【解析】A中水由高处向低处流动时，高度在减小，说明它的重力势能在减小，但流动
的速度在增大，说明水的动能在增大，A正确。
B低空飞行飞机离地面有一定高度，因此它具有重力势能。
B不对。
C物体同样有重力势能，C不对。
D中作匀速运动的物体它具有动能，因此它具有做功的本领，D不对。
【答案】A
【反思】根据能的概念，可以判断物体具有的能。
但是物体具有的机械能并不等于一定
具有动能，也不一定具有势能。
可能动能和势能都具有，也可能只具有其中一种，并且它们之间可以相互转化。
例5篮球运动员放手让篮球自由下落，球从离开手后落地到又回到手中，球的机械能是怎样转化的？
【点拨】物体的动能和势能统称为机械能。
动能和势能可以相互转化。
【解析】球离开手后向下运动，高度变低，速度变大，落地后球发生弹性形变，篮球恢复形变后，球继续上升，越升越高，速度越来越小。
所以当篮球下落时，重力势能转化为动能，落地后再转化为弹性势能。
当篮球恢复到弹性形变，弹性势能转化为动能，继续上升，再转化为重力势能。
【反思】动能和势能可以相互转化，在理想的条件下（如不考虑摩擦）机械能总量是
不变的，所以篮球能回到手中。
但考虑到物体克服摩擦力做功时，物体将有一部分机械能要
转化为其他形式的能，因此球落地后反弹上升时，它的机械能在减小，回到手中的高度是
减小的。
A卷
1.利用任何机械做功，额外功都是不可避免的，有用功在
____________中占的比例叫做机
械效率，机械效率总小于
_____________。
2.一台起重机将重力为5000N的重物匀速地提高4m，动力做功25000J，这台起重机做的总功为__________J，有用功___________J，额外功____________J，起重机的机械效率
为_____________。
2.说出下列物体各具有什么能？
（1）被投出的篮球：
______________；
（2）被压缩的弹簧：
（3）在水平道路上行驶的汽车：
_________________；
（4）提升的货物：
________________；
（5）地球同步卫星：
______________。
4.利用滑轮组将重3600N的货物提高4m，如果额外功是9600J，有用功是___________J，
总功是___________J，机械效率是_____________。
5.用250N的力在一根撬棒的一端将另一端的物体撬起，已知撬棒的动力臂与阻力臂之比是5:
2，机械效率是96%，则物体的重力为_____________N。
6.
用100N的力沿斜面向上拉物体，
已知物体重力为
400N，斜面的机械效率为
60%，则该
斜面的高度和斜面的长度之比为（
）
A.
20
：
3
B.
3
20
C.
4
1
D.
4
7.
关于机械效率
η
，下列说法中正确的是（
A.越省力的机械，η的值越大
B.功率越小的机械，η的值越小
C.额外功在总功中占的比值越小，η的值越大
D.因为η<
1，所以额外功总是小于有用功
8.如图13-4所示，假若没有阻力，滚摆在上升过程中（）
A.动能和势能都逐渐减小
B.势能和动能都逐渐增加
C.动能逐渐增加，势能逐渐减小
D.动能逐渐转化为势能，滚摆的机械能总量保持不变
9.骑自行车下桥时，尽管人不再蹬车，但车速却越来越大，这时（）
A.重力势能不断增大
B.重力势能转化为动能
C.机械能不断增大
D.惯性不断增大
10.如图13-5所示，A、B、C是三个高度相同而倾角不同的光滑斜面，让质量相同的小球沿斜面从顶端运动到底端，比较小球滚到底端时速度的大小为
（）
A.在A斜面的速度最大
B.在C斜面的速度最大
C.三个斜面的速度一样大
D.无法判断
11.甲球的质量是乙球质量的100倍，静止放在水平地面上，而乙球沿水平地面滚动，则（）
A.甲球的重力势能大于乙球的重力势能
B.乙球的动能大于甲球的动能
C.甲球的机械能大于乙球的机械能
D.以上三种可能都存在
12.一只垒球以某一速度飞向木栅栏，被木栅栏弹回来，而一辆汽车以相同的速度撞向木栅
栏，木栅栏就会被撞坏。
这是因为汽车具有（）
A.较大的势能
B.较大的弹性
C.较大的功率
D.较大的动能
13.用定滑轮、动滑轮、滑轮组分别提升同样重物，在不计摩擦阻力和绳子重力的情况下，
机械效率最高的是（）
A.动滑轮
B.滑轮组
C.定滑轮
D.都一样
14.使用斜面，由两人共同将木箱拉上汽车，为了提高斜面的机械效率，下面措施中可取的
是（）
A.以较快的速度将木箱匀速拉上汽车
B.以较慢的速度将木箱匀速拉上汽车
C.改由一人将木箱匀速拉上汽车
D.斜面长度不变，改用更光滑的斜面将木箱匀速拉上汽车
15.利用长10m，高4m的斜面，用50N沿斜面向上的拉力将重为100N的物体拉上斜面顶
端，则斜面的机械效率及斜面对物体的摩擦力大小分别为（）
A.80%，10N
B.80%，40N
C.50%，10N
D.50%，40N
16.机械效率为50%的起重机，在1min40s内把重48000N的货物匀速提升10m，求起重机所做的有用功率和总功率各为多少？
17.如图13-6所示的装置，机械效率为80%，物体A的质量为80kg，现以1m/s的速度匀速向下拉动动滑轮，求：
（1）拉力F的大小；
（2）有用功率。
18.测定由一个动滑轮和一个定滑轮组成的滑轮组的机械效率时，要求用三段绳子承担重物
的重力G，并在拉力的作用下上升h。
请回答：
（1）用文字或字母表示此实验中必须测
出的物理量；
（2）此实验中测出的机械效率η的表达式；
（3）此实验中影响滑轮组机械
效率的因素。
19.为保持城市清新空气，进入夏天后经常有洒水车在马路上洒水，如果一辆在水平地面上保持匀速直线运动的洒水车，在洒水的过程中它的动能如何变化？
20.沿长4m，高1m的斜面将重物从底部匀速推上斜面的顶端，所用的推力是
300N，已知
斜面的机械效率为75%，求：
（1）物体的重力；
（2）推动物体过程中克服阻力所做的功。
B卷
1.滑轮组的机械效率是80%，利用它将重为2000N的货物匀速举高10m，做的有用功是
__________J，总功是__________J，其中有__________J是额外功。
2.某人用重30N的吊桶将一桶水匀速上升拉到3m高处，已知拉力为98N，他，每拉一桶
水所做的总功为____________J，有用功为___________J，他提水的效率为_______。
3.重50N的物体，在沿斜面向上的拉力F=10N作用下，自底端匀速运动到顶端的时间为
20s，若斜面高为1.6m，机械效率为80%，则斜面长为___________m，物体在斜面上的运动速度是________________m/s。
4.甲、乙两人体重相同，甲乘缆车从山脚下登上山顶，乙沿山路从山脚下登上同一座山
的山顶，在山顶时，甲的重力势能___________乙的重力势能（选填“大于”、“等于”或“小于”）。
5.
用一只木桶从井中取水，第一次取半桶水，做功
，效率为η，第二次取满桶水，做
W1
功W，效率为η，两次相比较，W
，η
（选填“大于”、“等
1__________W21_________η2
于”或“小于”）。
人造卫星从远地点向近地点运动的过程中，
（
A.势能减少，动能增加，机械能不变
B.势能增加，动能减少，机械能不变
C.势能减少，动能不变，机械能减少
D.势能增加，动能不变，机械能增加
7.如图13-7所示，小球从离地h的高度沿着光滑的轨道滑下，使小球滑到光滑的离心轨道
顶端A（A端的高度小于h的高度）而不下落，此时（）
A.小球既有势能，又有动能
B.小球只有势能，没有动能
C.小球只有动能，没有势能
D.以上说法都不正确
8.分别用定滑轮、动滑轮和三股绳子承担重物的滑轮组提升同一物体，对绳子自由端所用
的拉力分别是100N、80N和60N，不计摩擦，比较它们的机械效率，则（）
A.定滑轮的机械效率最高
B.动滑轮的机械效率最高
C.滑轮组的机械效率最高
D.条件不足，无法比较
9.如图13-8所示，测定滑轮组的机械效率时，所用钩码的质量是200g，几位同学用弹簧测力计测出拉力F的读数分别如下列各项，其中肯定错误
的是（）
A.0.6N
B.0.7N
C.0.8N
D.0.9N
10.一钢球和乙铝球，体积相同，都为实心球。
钢球静止在水平桌面上，铝球在水平桌面上
匀速运动，则（）
A.两球的势能相等
B.两球的动能相等
C.两球的机械能一定不等
D.两球的机械能可能相等
11.如图13-9所示，斜面长为L，高为h，现用力F沿着斜面把重为G的物体从斜面底端匀
速拉至顶端，已知物体与斜面间的摩擦力为f，则斜面机械效率的
表达式为（）
A.η=Gh/（F+f）L
B.η=Gh/（F-f）L
C.η=Gh/fL
D.η=Gh/FL
12.滑轮组的机械效率为80%，便用它可以用100N的力匀速提起400N的重物，则此时负
担重物和动滑轮重力的绳子股数为（）
A.3股
B.4股
C.5股
D.6股
13.甲、乙两个相同的篮球在离地相同的高度处，分别以v1和v2的速度竖直向下抛出，且
v1>
v2，下列说法不正确的是（）
A.落地后反弹的高度相比较，甲球大于乙球
B.两球的总机械能相比较，甲球大于乙球
C.两球落地后反弹到最高处的动能相比较，甲球等于乙球
D.两球落地后反弹到最高处的重力势能相比较，甲球等于乙球
14.如图13-10所示的情景是一种叫做蹦极的游戏。
游戏者将一根有弹性的
绳子一端系在身上，另一端固定在高处，从高处跳下，图中a点是弹
性绳自然下垂时绳下端的位置，c点是游戏者所达到的最低点。
对于游
戏者离开跳台到最低点的过程中，下列说法正确的是（）
A.游戏者的动能一直在增大
B.游戏者减少的重力势能全部转化为动能
C.游戏者通过a点后，绳子具有弹性势能
D.游戏者通过c点时，他具有的机械能为零
15.小明从家里去上学，图13-11是他上学过程中的路程
请你判断小明动能最大的时段是（）
-时间图像，
A.在t1~t2时间内
B.在t2~t3时间内
C.在O~t1时间内
D.在三段时间内
16.某
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