第 11 課時機械效率 考點知識聚焦考點機械效率三種功的概念 有用功 我們需要的、有價值的、必須要做的功,叫作有用功,記作W有用額外功 任何機械本身都要受到重力的作用,且機械在運行過程中,總存在著摩擦力。當我們使用機械時,必須克服機械自身部件的重力和摩擦力等做一定量的功。這部分對人們既無利用價值又不得不做的功,叫作額外功,記作W 額外總功 有用功與額外功之和是總共做的功,叫作總功,記作W總;W總= W有用+W額外 機械效率 定義 物理學中,將有用功跟總功的,叫作機械效率,用符號表示,=,總小于1豎直滑輪組 提高滑輪組機械效率的方法:增加物重;減小動滑輪重、繩重;減小摩擦等水平滑輪組 提高滑輪組機械效率的方法:增大物體與地面間的摩擦;減小動滑輪重、繩重、繩子摩擦等斜面 提高斜面機械效率的方法:增大斜面傾斜程度;減小摩擦考點知識聚焦 比值 例1 2018安慶二模如圖11-1甲所示,滑輪組在豎直向上的拉力F作用下,將重為100N的物體勻速提起,在5s時間內繩子自由端移動的距離為s=3m。圖乙是滑輪組工作時的拉力F與繩子自由端移動距離s的關系圖。圖乙中陰影部分的面積表示的物理量的大小是,計算滑輪組提升該重物時的機械效率為。熱點考向探究探究一滑輪機械效率的計算 甲 乙圖11-1120J83.3% 熱點考向探究 【變式1】 2018貴池區(qū)二模小明同學用如圖11-2所示的裝置拉動物體A,使重為200N的物體在3s內沿水平面勻速直線移動了4m,若A受到地面的摩擦力為50N,小明作用在繩子上的拉力F為30N,則拉力F的功率為W,該裝置的機械效率為。熱點考向探究 圖11-283.3%80 答案解:(1)如圖所示解析(1)動滑輪的支點O在繩子與滑輪左邊的接觸點上,動力F為繩子的拉力,方向豎直向上,過支點O向動力作用線作垂線段,就得到動力臂L 1。 【變式2】 2018包河區(qū)一模 動滑輪也可以看成一個變形的費力杠桿。如圖11-3所示,用豎直向上的拉力F通過動滑輪提升重物G。(1)請在圖中標出動滑輪的支點O,并作出拉力F的力臂L1。 熱點考向探究圖11-3 (2)用大小為10N的拉力F,將重為4N的物體G勻速豎直向上提升1m,則在此過程中,該動滑輪的機械效率為。熱點考向探究圖11-380% 例2 2018長豐縣三模如圖11-4所示,某工人用平行于斜面的力F將重為G的木箱勻速拉上斜邊長為s、高為h的斜面,斜面的傾角為。(1)請推導:若不計摩擦,F=Gsin。(2)實際中的斜面存在摩擦,若木箱質量為50kg,所用拉力為200N,斜面長為5m,高為1.6m,則斜面的機械效率為多少?木箱所受摩擦力的大小為多少?(g取10N/kg)熱點考向探究探究二斜面機械效率的計算 圖11-4 (2)實際中的斜面存在摩擦,若木箱質量為50kg,所用拉力為200N,斜面長為5m,高為1.6m,則斜面的機械效率為多少?木箱所受摩擦力的大小為多少?(g取10N/kg)熱點考向探究 圖11-4 【變式1】2018霍邱縣一模某同學利用長2m、高1.2m的斜面勻速拉動一重物,若其機械效率為75%,額外功僅為克服斜面對重物的摩擦力所做的功,則物體所受摩擦力與物體的重力之比為。熱點考向探究1：5 【變式2】2018當涂縣模擬利用如圖11-5所示的斜面裝置用時10s可以把重為500N的物體勻速拉到斜面頂端,斜面長為4m,高為2m,實際拉力為300N。求:(1)若沿斜面方向的拉力為F,物重為G,斜面長為L,高為H,請利用總功、有用功和額外功的關系推導出摩擦力f的表達式。(2)拉力做功的功率是多少?(3)該斜面裝置的機械效率是多少?熱點考向探究 圖11-5 (2)拉力做功的功率是多少?熱點考向探究(3)該斜面裝置的機械效率是多少? 熱點考向探究探究三杠桿機械效率的計算例3如圖11-6所示,一根均勻的細木棒OC,OA=OC,B為OC的中點。在C點施力將掛在A點的重為180N的物體勻速提升0.2m,木棒的機械效率為90%。提升該物體做的有用功是J,木棒重為N。(不計摩擦) 圖11-636 10 熱點考向探究突破測量滑輪組的機械效率【考點歸納】實驗器材:滑輪組、鐵架臺、細繩、彈簧測力計、刻度尺、鉤碼?；喗M繞線方法:奇動偶定原則。實驗中繩子要勻速、豎直拉動。表格內容的補充、數(shù)據(jù)的分析與處理。影響滑輪組機械效率的因素:a.提升物體的重力;b.動滑輪的重力;c.繩重、摩擦。實驗突破 熱點考向探究實驗結論:同一滑輪組,提升物體越重,機械效率越高;不同滑輪組提升同一重物,動滑輪越輕(個數(shù)越少),機械效率越高。滑輪組的機械效率與提升物體的高度和速度、繩子的段數(shù)、省費力均無關。提高滑輪組機械效率的方法:a.增加提升物體的重力;b.減小動滑輪的重力;c.減小繩重和摩擦等。有用功、額外功、總功的計算。缺少刻度尺時的滑輪組機械效率的計算:= 100%。實驗突破 例 在“測量滑輪組的機械效率”的實驗中,某組同學用同樣的滑輪安裝了如圖11-7甲、乙所示的滑輪組,實驗測得的數(shù)據(jù)如下表所示,回答下列問題:熱點考向探究 實驗次數(shù) 動滑輪的重力G動/N 物體的重力G物/N 物體上升的高度h/m 彈簧測力計的示數(shù)F/N 繩端移動的距離s/m 機械效率1 0.5 1 0.1 0.6 0.3 55.6%2 0.5 2 0.1 1.0 0.3 66.7%3 0.5 4 0.1 1.8 0.3圖11-6 熱點考向探究(1)本實驗需要用的測量儀器是 和。(2)實驗數(shù)據(jù)是用圖中所示的滑輪組測得的。實驗中沿拉動彈簧測力計,使物體緩緩上升。第3次實驗中應補充的數(shù)據(jù)是。(保留一位小數(shù)) 彈簧測力計 解析(1)本實驗所需的測量器材:彈簧測力計和刻度尺,由題表中數(shù)據(jù)可知有3段繩子承擔物重,由此得出滑輪組的繞繩方法?？潭瘸呒棕Q直方向勻速 74.1% 熱點考向探究(3)根據(jù)以上實驗數(shù)據(jù)可以得出如下結論:同一滑輪組的機械效率主要與有關?！緦嶒炌卣埂?4)分析表中的數(shù)據(jù)可知:隨著物重的增加,額外功(選填“變大”“變小”或“不變”),原因是。通過以上實驗,請寫出提高滑輪組機械效率的兩種方法:和 。 解析(3)由實驗數(shù)據(jù)可知同一滑輪組的機械效率主要由所提升的物重決定。(4)由表中數(shù)據(jù)可知,隨著物重的增大,額外功變大,滑輪組做的額外功為克服動滑輪重力和滑輪與繩子間摩擦力所做的功,且動滑輪的重力不變,則物重越大,摩擦力越大,克服摩擦力做功越多。變大物重克服摩擦做功更多增加提起的物重 減輕動滑輪重(或加強轉動部分的潤滑等) (5)若將此滑輪組換一種繞繩方法,不計摩擦及繩重,提升相同的物體時,滑輪組的機械效率 (選填“變大”“變小”或“不變”)。(6)小華同學發(fā)現(xiàn),實驗過程中邊拉動彈簧測力計邊讀數(shù)時,彈簧測力計示數(shù)不穩(wěn)定,所以他決定令彈簧測力計靜止時讀數(shù),再利用公式= 100%= 100%= 100%,通過測算重力、拉力和承擔動滑輪及物重的繩子段數(shù)得到機械效率。但小明認為如果這樣,測量的結果將比滑輪組真實的機械效率,其原因是 。熱點考向探究 解析(5)滑輪組的機械效率與繞繩方法無關。(6)小華的方式?jīng)]有考慮摩擦力,導致額外功減少,機械效率變高。不變高 沒有考慮摩擦力,導致額外功減少 1. 2018安徽4題2分如圖11-8所示,當工人師傅用400N的拉力向下拉繩時,可使重680N的重物勻速上升,此過程中滑輪組的機械效率為。中考真題回顧考點一滑輪及滑輪組機械效率的測量與計算 圖11-885% 2. 2010安徽5題2分地震時有發(fā)生,于是人們開始重視加固維修房屋,常常可以看到如圖11-9所示的場景。假如該工人通過滑輪把50kg的水泥緩緩提升4m到房頂上,所用拉力約300N。該滑輪的機械效率約為。(g取10N/kg,結果保留三位有效數(shù)字)中考真題回顧 圖11-983.3% 3. 2014安徽14題3分工人師傅使用一個動滑輪將400N的重物勻速提升到3m高處,假如拉力的方向豎直向上,大小為250N,不計繩重和摩擦,則 ()A.拉力所做的功為750JB.該機械的效率為80%C.若用該動滑輪提升更重的貨物,機械效率將保持不變D.若采用輕質動滑輪完成原任務,機械效率將保持不變中考真題回顧 中考真題回顧 4. 2017安徽16題3分如圖11-10所示,當水平拉力F=50N時,恰好可以使物體A沿水平地面向右做勻速直線運動。已知物體重為200N,所受地面的摩擦力約為80N,假如在5s時間內,物體水平移動了0.6m,不計繩和滑輪的自重及繩與滑輪間的摩擦,則在此過程中 ()A.拉力F做功為30JB.物體重力做功為120JC.拉力F做功的功率為12WD.該裝置的機械效率約為60%中考真題回顧 圖11-10 中考真題回顧 5. 2013安徽19題8分某實驗小組進行“測量滑輪組機械效率”的實驗,先用彈簧測力計測量鉤碼的重力G,如圖11-11甲所示;再按如圖乙所示的繞線方式組裝好滑輪組,并分別記下鉤碼和彈簧測力計的起始位置。(1)圖甲中彈簧測力計的示數(shù)為N。中考真題回顧 圖11-11解析(1)題圖甲中彈簧測力計的量程為05N,其分度值為0.2N,故彈簧測力計的示數(shù)為2N。2 (2)圖乙中,為了測量繩子自由端的拉力F,A同學認為應該在彈簧測力計靜止時讀數(shù),B同學認為應該在緩慢勻速提升物體時讀數(shù),正確的是(選填“A”或“B”)同學的方法。中考真題回顧 圖11-11解析(2)因為滑輪組的機械效率是指使用滑輪組提升物體時的效率,所以測量滑輪組的機械效率時,不能在物體靜止時讀彈簧測力計的示數(shù),又因為做勻速直線運動的物體受力平衡,因此實驗中必須勻速豎直向上拉彈簧測力計,以保證物體勻速上升。B (3)按照正確的測量方法,測出的拉力F與鉤碼所受重力G的大小關系為F(選填“”“(4)實驗中要分別記下鉤碼和彈簧測力計的起始位置,是為了。測量鉤碼上升的高度h和彈簧測力計移動的距離s 1. 2012安徽17題3分如圖11-12所示,有一斜面長為L、高為h,現(xiàn)用力F沿斜面把重為G的物體從底端勻速拉到頂端。已知物體受到斜面的摩擦力為f,則下列關于斜面機械效率的表達式正確的是()A.=100% B.=100%C.=100%D.=100%中考真題回顧考點二斜面機械效率的計算 圖11-12 中考真題回顧 2. 2015安徽8題2分某同學利用斜面勻速提升重為500N的物體,已知沿斜面的拉力做功為1000J,斜面的機械效率為60%,則物體被提升的高度為m。中考真題回顧 1.2 2011安徽18題6分小明用如圖11-13所示的裝置探究“杠桿的機械效率”,每個鉤碼的質量為m,O為支點。(1)他將2個鉤碼懸掛在B點,在A點豎直向上勻速拉動彈簧測力計,拉力為F1,測得A、B兩點上升的高度分別為h1、h2,則此次杠桿的機械效率為=。(用物理量的符號表示) 中考真題回顧考點三杠桿機械效率的測量圖11-13 (2)他將2個鉤碼懸掛在C點,在A點豎直向上勻速拉動彈簧測力計,使C點上升高度為h2,則彈簧測力計的示數(shù)(選填“大于”“等于”或“小于”)F1,此次彈簧測力計做的功(選填“大于”“等于”或“小于”)第一次做的功。中考真題回顧 解析(2)鉤碼的懸掛點在B點時,由杠桿的平衡條件得F1OA=GOB;懸掛點移至C點時,由杠桿的平衡條件得F2OA=GOC。從圖中可以看出,OB比OC小,所以彈簧測力計的示數(shù)應變大。有用功不變,但杠桿提升的高度減小,額外功減小,又因為總功等于額外功與有用功之和,因此,此次彈簧測力計做的功小于第一次做的功。大于 小于 (3)他將3個鉤碼懸掛在C點,在A點豎直向上勻速拉動彈簧測力計,使C點上升高度仍為h2,則第3次杠桿的機械效率與前兩次相比(選填“最大”“最小”或“三次相等”)。中考真題回顧 解析(3)因為第一次與第二次做的有用功相等,并且第二次的額外功小,因此第一次的機械效率小于第二次的機械效率;將3個鉤碼懸掛在C點時,物體升高的高度不變,物重增加,由W有用=Gh2可得,有用功變大,但杠桿提升的高度與第二次相同,即額外功與第二次相同,因此第三次的機械效率大于第二次的機械效率。綜上所述,第三次的機械效率最大。最大