1、 12.3 机械效率机械效率 1有用功：有用功：对人们有用的功，等于直接用手对重物所做的功（Gh）。 公式：W有用Gh（提升重物）=W 总W额=W总。 2额外功：额外功：并非我们需要但又不得不做的功。 公式：W额=W总W有用=G动h（忽略轮轴摩擦的动滑轮、滑轮组）。 3总功：总功：有用功加额外功或动力所做的功。 公式：W总=W有用W额=Fs=W有用。 4机械效率和功率的区别机械效率和功率的区别 功率和机械效率是两个不同的概念。功率表示做功的_，即单位时间内完成的功功率越大，做 功越快；机械效率表示机械做功的效率，即所做的总功中有多大比例的有用功，机械效率越大，有用功跟 总功的比值_。有用功总_
2、总功，所以机械效率总_。通常用百分数表示。某滑轮 机械效率为 60%表示有用功占总功的 60%。 提高机械效率的方法：减小机械自重、减小机件间的摩擦等。学科*网 快慢 越大 小于 小于 1 常考机械的有用功、总功、机械效率计算常考机械的有用功、总功、机械效率计算 简单机械 有用功 总功 额外功 机械效率 杠杆 W有用=Gh W总=Fs W额=W总W有用 Fs Gh W W 总 有 滑轮组 W有用=Gh W总=Fs W总=Gh+G动h （不计绳重和 摩擦） W额=W总W有用 W额=G动h （不计 绳重和摩擦） Fn G Fnh Gh Fs Gh W W 总 有 动动总 有 GG G hGGh G
3、h W W 斜面 W有用=Gh W总=Fl W总=Gh+fl （f 为摩擦力） W额=W总W有用 W额=fl （f 为摩擦力） Fl Gh W W 总 有 flGh Gh 【例题】【例题】如果世界上不存在一切摩擦，那么下列哪种现象不会发生 A饭将从我们嘴里滑掉 B人将寸步难行 C不能用螺钉螺母固定工件 D物体将飘浮在空中 参考答案参考答案：D 1水桶掉进水里，打捞时桶里带些水，下列所述中属于有用功的是 A把桶中水提高做的功 B把桶提高做的功 C提整个桶做的功 D手对绳子拉力做的功 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方式搬运，F1和 F2做功的 情况，以下判断正
4、确的是 A两种方式机械效率一定相等 B两种方式功率一定相等 C两种方式所做的总功一定相等 D两种方式所做的有用功一定相同 3如图所示，A 物体受到的重力是 100 N，在拉力 F 的作用下，能以 0.2 m/s 的速度在水平地面上向左匀速 直线运动。已知拉力 F=5 N，滑轮组的机械效率为 80%，则下列说法不正确的是 A拉力 F 的功率是 1 W B2 s 内绳子自由端移动的距离是 1.2 m C5 s 内拉力 F 所做功的大小是 15 J D物体 A 受到水平地面的摩擦力大小是 12 N 4下列关于功率的说法正确的是 A功率大的机械，机械效率一定高 B功率大的机械，做功一定多 C功率大的机
5、械，做功一定快 D功率大的机械，做功时间一定短 5小红用塑料桶从井中打水；小军把不小心掉进井中的塑料桶打捞上来。在这两个情形中水桶中都有水。 那么下列分析中正确的是 A两个情形中，两人对水做的功都是有用功 B两个情形中，两人对水做的功都是总功 C两个情形中，两人对水做的功都是额外功 D小红对水做的功是有用功，小军对水做的功是额外功 6用四个完全相同的滑轮和两根相同的绳子组成如图所示的甲、乙两个滑轮组，不计绳子与滑轮的摩擦， 则甲、乙两个滑轮组相比较，说法正确的是 A甲滑轮组最省力，机械效率也最高 B乙滑轮组最省力，机械效率也最高 C两个滑轮组省力程度不同，机械效率相同 D两个滑轮组省力程度不同
6、，机械效率也不同 7通过测量滑轮组机械效率的实验，可得出下列各措施中能提高机械效率的是 A增加动滑轮，减小拉力 B减少提升重物重力，减小拉力 C减少提升高度，减少做功 D增加提升重物重力，增大有用功 8工人利用如图所示的滑轮组，将重 800 N 的物体竖直向上匀速提升 1 m，工人对绳的拉力为 500 N，则 滑轮组对重物所做的有用功 W有和该滑轮组此时的机械效率 分别是 AW有500 J 62.5% BW有500 J 80% CW有800 J 62.5% DW有800 J 80% 9用滑轮组提升重物，下列措施中能提高机械效率的是 A增加提升的高度，增大有用功 B增加动滑轮个数，使滑轮组更省力
7、 C增加被提升物体的重力，从而增大有用功 D增大提升的速度，从而减小额外功 10如图所示是一种小型千斤顶的示意图，当手往下压动摇臂时，能把重物抬高一段较小的距离。工人 在 2 s 时间里，用 100 N 的力，竖直向下压动摇臂 50 cm，把重 1 000 N 的重物匀速抬高 4 cm，则重物 上升的速度是_m/s，所做的有用功是_J，千斤顶的机械效率是_。 11工人师傅常利用斜面把重物搬运到汽车上，如图所示，汽车车厢底板高度 h=1.5 m，斜面长度 s=3 m。 现用力 F 沿斜面把重力为 G=1 800 N 重物匀速推到车上，若不计摩擦，推力 F 为_N。若实际存 在的摩擦力 f=300
8、 N，则工人师傅实际用的推力 F=_N，该斜面的机械效率是_。 12一座高达 40 m 的大桥，总长为 8 350 m，其中正桥只有 850 m，而两侧引桥却长达 7 500 m。一座大桥 为什么要有这么长的引桥呢？小明很奇怪，请教老师后，他明白了引桥相当于一个斜面。 （1）小明用如图所示的斜面进行模拟实验。在保持斜面高度不变的情况下，改变斜面的长度。发现斜 面越长， 拉动小车匀速上升的力 F 越小。 由此他明白了很长的引桥在汽车上桥是能起到_ （填 “省力”或“省功”）的作用。 （2）一辆总质量为 2 000 kg 的汽车以 10 m/s 的速度匀速通过一侧引桥（长 3 750 m），需要的
9、时间为 _s，所做的有用功为_J。（g 取 10 N/kg） 13如图所示，某人通过滑轮组将深井中的物体拉至井口。已知物体在 10 s 内被提升了 2 m，物体所受 重力 G=720 N，人对绳子水平向右的拉力 F=300 N。求： （1）物体上升的速度； （2）人匀速拉动绳子的功率； （3）人拉起物体时的机械效率。 14已知甲机器的机械效率是 65%，乙机器的机械效率是 80%，那么下列说法中正确的是 A甲机器一定比乙机器省力 B甲机器一定比乙机器省距离 C甲机器做的有用功一定比乙机器多 D以上说法都不对 15如图所示，在大小为 1 000 N 的拉力 F 作用下，滑轮组将 1 800 N
10、的重物匀速提升了 0.5 m，设滑轮组 摩擦不计。则在此过程中 A做的有用功是 500 J B做的总功是 1 500 J C滑轮组的机械效率是 90% D若减缓重物的提升速度，滑轮组的机械效率会相应的减小 16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，绳子受的拉力分别为 F1、F2，保持甲、 乙两绳自由端的速度相同，把相同的物体匀速提升相同的高度。若不计绳重及轴处摩擦，下列说法正 确的是 AF1和 F2大小不相等，滑轮组的机械效率相同 BF1和 F2大小不相等，F1和 F2的功率相同 C绳子自由端移动的距离不相等，物体运动的时间相同 D绳子自由端移动的距离相等，F1和 F2做的功相
11、同 17如图所示的两个滑轮组分别把重力相等的两个物体提升相同的高度，所用的拉力 F1=F2，比较两拉力所 做的功 W1、W2及两滑轮组的机械效率 1、2，则有 AW1W2，12 BW1W2，12 CW1=W2，1=2 DW12 18在一个高为 h、长为 L 的斜面上，用沿斜面向上的力 F 把重为 G 的木块匀速向上拉的过程中，如果斜 面的机械效率为 ，则木块和斜面间的摩擦力表达式错误的是 AF（1） B h FG L （) C h GG L D ()1 G h L 19某同学用如图所示的实验装置测量滑轮组的机械效率，相关数据记录在下表中： 实验次数 钩码重/N 钩码上升的 高度/m 绳端的拉力
12、/N 绳端移动的距 离/m 机械效率 1 4 0.10 1.8 0.3 2 6 0.10 2.5 0.3 3 6 0.15 2.5 （1）实验中，使用滑轮组提升重物时，应竖直向上_拉动弹簧测力计。 （2）第二次实验中，2 s 内钩码上升的高度为 0.1 m，则它运动的速度为_m/s。 （3）第三次实验中，绳端移动的距离为_m，滑轮组的机械效率为_。 （4） 分析比较第一、 二两次实验数据， 有用功W有1_W有2， 滑轮组的机械效率1_2 （两空均选填“”“=”或“”）由此可知，可采用_的方法来提高滑轮组的机械效率。 20用图示装置探究“斜面机械效率”，实验记录如表。 实验次数 物体种类 物重
13、G/N 斜面高 h/cm 沿斜面的拉 力 F/N 斜面长 s/cm 机械效率 /% 1 木块 4 15 1.1 90 60 2 小车 4 15 90 （1）沿斜面拉动物体时，应使其做_运动。 （2）根据图中测力计的示数，可知第 2 次实验的机械效率为_%由实验可得初步结论：斜 面倾斜程度相同时，_越小，机械效率越大。 （3）第 1 次实验中，木块所受摩擦力为_N。 21一辆汽车不慎陷入泥坑，司机用如图所示的滑轮组将汽车拖出已知整个过程中，水平拉力 F 是 1 104 N，汽车沿水平方向匀速移动了 4 m，滑轮组的机械效率为 80%求： （1）拉力 F 做的总功。 （2）有用功为多大？ 22（2
14、017 黄石卷）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% 23（2017 哈尔滨卷）用如图所示的装置研究滑轮组机械效率，下列说法不正确的是 A弹簧测力计通常要竖直向上匀速拉动 B测量机械效率的原理：= W W 有用 总 100% C机械效率与动滑轮重力的大小有关 D提高机械效率可以通过减小钩码的重力来实现 24 （2017 安徽卷）如图所示，当水平拉力F=50 N时，恰好可以使物体A沿水平地面向右做匀速直线运动。 已知物体重为200 N，所受地面的摩擦力约为80 N
15、，假如在5 s时间内，物体水平移动了0.6 m，不计绳和 滑轮的自重，则在此过程中 A拉力F做功为30 J B物体重力做功为120 J C拉力F做功的功率为12 W D该装置的机械效率约为60% 25（2017 广州卷）图1中力F1水平拉动重为G的物体A在水平路面匀速移动了s。改用滑轮组拉动A在同一 路面匀速移动s，拉力为F2（如图2）。此过程滑轮组 A总功为F2s B额外功为F1s C机械效率为 2 3 Gs Fs （ ） D额外功为3F2sF1s 26（2017 宜昌卷）小明同学做“测量滑轮组机械效率”的实验。（如图所示），用相同的滑轮组提升不同 数量的钩码，记录数据如表所示。 （1）观察
16、如图中测力计的示数，表格中编号的数值是_N，的数值是_。 （2）小明通过分析表格中的数据，得到了提高滑轮组机械效率的方法，汽车作为一种“机械”，提高效 率对节能减排有重要意义， 请你指出以下三种提高效率的方法中， 方法_是与本实验同理的。 方法一：鼓励人们“拼车”出行，使汽车尽量装满人员。 方法二：汽车制造厂用新材料减轻汽车重量。 方法三：经常给汽车做保养，保持良好的润滑。 （3）小明发现绳端移动的距离与钩码提升高度有固定的倍数关系，于是他认为钩码数量一定时，无论 将钩码提升多高，都不影响该滑轮组的机械效率。小芳则认为：钩码提升的高度不同，有用功就 不同，机械效率就变化了，你认为_的看法是正确
17、的。 1B【解析】我们的目的就是为了把水桶提上来，所以对水桶做的功为有用功；但水桶里面有一些水，又 不得不对水做功，所以对水做的功为额外功；必须通过绳子才能把水桶提上来，但对绳子做的功又没有 用，却又不得不做，所以手拉绳子做的功也是额外功。故选 B。学科*网 2D【解析】不管用什么机械做功，只要提升的物体和提升的高度相同，则做的有用功相同。所以题中用 两种方法搬运同一个箱子到二楼做的有用功相同，其他不能确定。故选 D。 4C【解析】A有用功与总功的比值叫机械效率，与功率的大小无关。故 A 错误；B功率反映做功的快 慢，功率大则做功快，做功的多少还与时间有关，故 B 错误；C功率反映做功的快慢，
18、功率大则做功 快。故 C 正确；D功率等于功和做功时间的比值，功率大，但功的多少不知，无法判定做功的时间， 故 D 错误。 5D【解析】用水桶从井中提水的时候，目的是提水，所以对水做的功是有用功，对桶做的功是额外功； 桶掉到井里，从井里把桶捞上来，目的是捞桶，所以对桶做的功是有用功，对水做的功是额外功；有用 功和额外功之和是总功，故 D 正确. 6C【解析】由图可知，甲滑轮组由 2 股绳子承担物体和动滑轮的总重力，乙滑轮组由 3 股绳子承担物体 和动滑轮的总重力，所以乙滑轮组更省力；甲、乙两滑轮组将同一重物提升相同高度，由 W有用=Gh 可知 有用功相同，由 W额外=G动h 可知额外功相同，由
19、 W总=W有用+W额外可知总功相同，由 W W 有 总 可知机械效 率相同。故选 C。 7D【解析】滑轮组的机械效率与物重、动滑轮重、摩擦、绳重有关，物体越重滑轮组的机械效率越高； 动滑轮越轻，机械效率越高；摩擦越小，绳子越轻滑轮组的机械效率越高，故选 D。 8D【解析】W有=Gh=800 N 1 m=800 J，工人通过滑轮组提升物体，绳子股数 n=2，s=nh=2 1 m=2 m； 则 W总=Fs=500 N 2 m=1 000 J； 800 J =100%=100%80% 1000 J W W 有 总 。故选 D。 100.02 40 80% 【解析】重物上升的速度 v 0.04 m =
20、 2s h t 0.02 m/s，所做的有用功 W有用Gh1 000 N0.04 m 40 J，总功 W总Fs100 N 0.5 m50 J，所以千斤顶的机械效率是 40 J 100%=100% 50 J W W 有 总 80%。 11900 1 200 75% 【解析】若不计摩擦，则 W有W总，即 GhF 所以 F 1800 N 1.5 m 33m Gh m 900 N；若实际存 在的摩擦力 f300 N， 则工人师傅实际用的推力 F900 N+300 N=1 200 N， 有用功 W有Gh1 800 N1.5 m2 700 J；总功 W总Fs1 200 N3 m3 600 J；该斜面的机械
21、效率 W W 有 总 2 700 J 3600 J 75%。 12（1）省力 （2）375 8 105 【解析】（1）汽车利用斜面上升时，增大了运动的距离，故可以省力，但却不能省功。 （2）汽车通过引桥的时间为 t 3750 m 10 m/s s v 375 s，汽车通过引桥到达大桥时，上升的高度为大桥 的高，即 40 m。故所做的有用功为 WGhmgh2 000 kg 10 N/kg 40 m8 105 J。 13（1）0.2 m/s （2）180 W （3）80% 【解析】（1）物体上升的速度为1 2 m 0.2 m/s 10s h v t ； （2）绳子的自由端的速度为 v2=3v1=3
22、 0.2 m/s=0.6 m/s； 人拉动绳子的功率为 P=Fv2=300 N 0.6 m/s=180 W； （3）人拉起物体时的机械效率为 = 720 N 100%100%100%100%100% 33 300 N WGhGhG WFsFnhF 有 总 =80%。 15 C 【解析】 由图可知， n=2， 则绳端移动的距离： s=nh=2 0.5 m=1 m， 则做的总功： W总=Fs=1 000 N 1 m=1 000 J，故 B 不正确；做的有用功：W有=Gh=1 800 N 0.5 m=900 J，故 A 不正确；滑轮组的机械效率： 900J 100%100%90% 1000J W W
23、 有 总 ， 故 C 正确； 由100%100%100% WGhGh WFsFnh 有 总 100% G nF 可知，减缓重物的提升速度时，G、n、F 均不变，则滑轮组的机械效率不变，故 D 不正 确。故选 C。 16A【解析】不计绳重及摩擦，AB、拉力 1 FGG n 物轮 （），n1=3，n2=2，绳子受的拉力： 1 1 3 FGG 物轮 （）， 2 1 2 FGG 物轮 （），F1F2，动滑轮重相同，提升的物体重和高度相同，W额 =G轮h，W有用=G物h，利用滑轮组做的有用功相同、额外功相同，总功相同， W W 有用 总 ，滑轮 组的机械效率相同；已知甲、乙两绳自由端的速度相同，而拉力不
24、同，由 P=Fv 知：拉力 F1和 F2的功 率不相同。所以选项 A 正确、B 错误；CD、绳子自由端移动的距离 s=nh，n1=3，n2=2，提升物体的 高度 h 相同，s1=3h，s2=2h，可见 s1s2；物体上升速度不同，上升高度相同，所以所用时间不同。选 项 C、D 均错误。故选 A。 17D【解析】从图可知，左图有三段绳子在拉动滑轮和重物，s1=3h，右图有四段绳子在拉动滑轮和重物，s2=4 h，W1=F1s1=F1 3h=3F1h，W2=F2s2=F2 4h=4F2h，而 F1=F2，两拉力所做总功的关系为：W12。故选 D。 18C【解析】人对物体所做的总功：W总=FL，人对物
25、体所做的有用功：W有=Gh；W总=W有+W额，W额 =W总W有=FLGh，W额=fL，摩擦力： WFLGhh fFG LLL 额 （ ），故 B 正确，但不符合 题意，C 错误，符合题意；人对物体所做的总功：W总=FL， W W 有用 总 ，W有用=W总 =FL，W 总 =W有+W额，W额=W总W有=FLFL，W额=fL，摩擦力：1 WFLFL fF LL 额 （），故 A 正确，但不符合题意；人对物体所做的有用功：W有=Gh； W W 有 总 ， WGh W 有 总 ，W总= W有+W额，W额=W总W有= 1 = hGh GhG ，W额=fL，摩擦力： 1Wh fG LL 额 ， 故 D 正
26、确，不符合题意。故选 C。 19（1）匀速 （2）0.05 （3）0.45 80% （4） 增加物重 （4）根据第 1 次和第 2 次数据可知，有用功分别为：W有1=G1h1=4 N 0.1 m=0.4 J；W有2=G2h2=6 N 0.1 m=0.6 J；所以，W有1W有2；总功分别为：W总1=F1s1=1.8 N 0.3 m=0.54 J；W总2=F2s2=2.5 N 0.3 m=0.75 J；机械效率分别为： 1 1 1 0.4J 100%74% 0.54J W W 有 总 ； 2 2 2 0.6J 100%80% 0.75J W W 有 总 ；两次所 用滑轮组相同，但第二次物重大于第
27、1 次物重，机械效率也大于第一次的机械效率，所以可得：使用 同一滑轮组，增加物重可以提高滑轮组的机械效率。 20（1）匀速直线 （2）95.2 摩擦力 （3）0.43 【解析】（1）沿斜面拉动物体时，为使弹簧测力计的示数稳定，便于读数，所以应尽量使物体做匀速 直线运动。 （2）由图可知，第 2 次实验弹簧测力计的示数即拉力 F=0.7 N，则斜面的机械效率 WGh WFs 有 总 4N 0.15m 0.7N 0.9m 100%95.2%。 比较两次的机械效率可知， 第 2 次机械效率大， 斜面的倾斜程度相同， 小车所受的摩擦力小，由此可得结论：斜面倾斜程度相同时，摩擦力越小，机械效率越大。 （
28、3）由第 1 次实验的数据可知，沿斜面拉木块做的有用功 W有=Gh=4 N0.15 m=0.6 J，拉力做的总 功 W总=Fs=1.1 N 0.9 m=0.99 J，则额外功 W额=W总W有=0.99 J0.6 J=0.39 J，由 W额=fs 得，木块所受摩 擦力 0.39J 0.43N 0.9m W f s 额 。 21（1）1.2 105 J （2）9.6 104 J 22B【解析】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；
29、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。故选B。 23D【解析】A在实验操作中应竖直向上匀速拉动弹簧测力计，这样弹簧测力计处于平衡状态，弹簧测 力计的示数才反映了拉力的大小， 故A正确； B 测量机械效率的原理： = W W 有用 总 100%， 故B正确； C 题 图中滑轮组的机械效率与动滑轮的重力有关，在物重一定的条件下，动滑轮越重，机械效率越低，故C 正确；D减小钩码的重力，在额外功相同的情况下，有用功减小，有用功占总功的百分比减小，滑轮 组的机械效率减小，故D错误。故选D。 24C【解析】由于物体水平移
30、动，物体在重力的方向上（竖直向下）没有移动距离，所以重力不做功，即 重力做功为0 J，故B错误；由题图可知，该滑轮为动滑轮，绳子的有效股数n=2，则绳端移动的距离：s 绳=ns物=2 0.6 m=1.2 m，拉力F做的功：W总=Fs绳=50 N 1.2 m=60 J，故A错误；拉力F做功的功率：P= 60 J 5s W t 总 =12 W， 故C正确； 所受地面的摩擦力约为80 N， 则有用功约为： W有=fs物=80 N 0.6 m=48 J， 该装置的机械效率约为：= W W 有用 总 100%= 48 J 60 J 100%=80%，故D错误。故选C。 25D【解析】题图1中，因为物体做匀速运动，拉力和摩擦力平衡，所以F1=f；题图2中，同一物体在同一 路面上匀速运动，因为压力大小不变，接触面的粗糙程度不变，所以摩擦力不变，物体A受到的摩擦力 仍为f=F1，A因为滑轮组中有3段绳子拉着物体，所以s=3s，此滑轮组的总功为：W总=F2 3s=3F2s，故 A错误；BD此滑轮组的有用功：W有用=fs=F1s，则额外功为：W额=W总W有用=3F2sF1s，故B错误，D正 确；C此滑轮组的机械效率为：= W W 有用 总 = 11 22 33 F sF F sF ，故C错误。故选D。学科*网 26（1）2.3 87% （2）一 （3）小明