初中人教版12.3 机械效率课堂检测

这是一份初中人教版12.3 机械效率课堂检测，共12页。试卷主要包含了有用功和额外功， 机械效率等内容，欢迎下载使用。

一、有用功和额外功
1．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。在这两个情景中水桶中都有水。那么下列分析中正确的是（ ）
A．两个情景中，两人对水做的功都是有用功
B．两个情景中，两人对水做的功都是总功
C．两个情景中，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
【答案】D。
【解析】小红的目的是打水，因此对水做的功是有用功，而小军的目的是将塑料桶打捞上来，对塑料桶做的功才是有用功，此时桶中水是无用的但又不能不提上来，因此对水做的功是额外功。
故选D。
2．一体重是500 N的同学用重10 N的水桶，提起重为100 N的水沿楼梯送到5 m高的宿舍里使用，完成这一次提水，他做的有用功和额外功分别是（ ）
A．500 J，50 J B．500 J，2 550 J
C．550 J，2 000 J D．2 550 J，50 J
【答案】B。
【解析】完成一次提水，对水做的功是有用功，W有＝G水h＝100 N×5 m＝500 J；
克服自身重及对水桶做的功是额外功，W额＝G额h＝(500 N＋10 N)×5 m＝2 550 J。
故选B。
3. 小明用动滑轮提升重为800N的物体，所用的拉力为500N，物体上升的高度为1m，则人做的总功为____J，有用功为______J，额外功为_______J。
【答案】1000；800；200.
【解析】物体上升的高度为1m，则人拉绳子移动的距离为s=2m，
人做的总功为W总=Fs =500N×2m=1000J
有用功为W有=Gh =800N×1m=800J
根据W总= W有+ W额
W额= W总-W有=1000J-800J=200J
4．小华同学将一箱书搬上楼，可以有两种方法：一是把所有的书一起搬上楼；二是先搬一部分书上楼，再搬剩下的部分。假设他上楼的速度相同，则用这两种方法搬书过程中（ ）
A．人做的总功相同B．人做的有用功相同
C．人做的额外功相同D．人做功的功率相同
【答案】B。
【解析】ABC. 这箱书的重力一定，楼的高度前后不变，由W=Gh可知，两次所做的有用功相等；方法一所做的额外功为克服自身重力所做的功，而方法二所做的额外功是两次克服自身重力所做的功，因此方法二的额外功大于第一次的额外功，故方法二的总功大于第一次的总功。所以B正确，AC错误。
D. 因上楼的速度相同，方法二需要上楼二次，所以方法二所用时间长；
由P＝eq \f(W,t)可知：P1>P2．D错误。
所以选B．
5．使用如图所示的滑轮组，用力F水平拉动重为G的物体A在水平路面匀速移动了S，移动速度为v，此过程中物体A受到的摩擦力为f，则（ ）
A．有用功为W有=FsB．F做功的功率为P=Fv
C．总功为W总=3FsD．额外功为W额外=fs
【答案】C。
【解析】A．有用功为物体克服与地面间的摩擦力做的功：W有=fs；故A错误；
BC．拉力F移动的距离3s，做的功为W总=3Fs，功率为P=3Fv；故B错误，C正确；；
D．额外功为W额外=W总- W有= 3Fs- fs；故D错误；
所以选C。
二、 机械效率
6. 如图1所示，用2.5N的拉力匀速竖直向上拉绳子自由端，将重为4N物体提升0.1m，不计绳重与摩擦，动滑轮机械效率为______；若物体重力变大，则动滑轮机械效率将______。（选填“增加”“减小”或“不变”）
【答案】80%，增加。
【解析】由图知n=2，不计绳重与摩擦，则动滑轮的机械效率
η＝ EQ \F(W有,W总)＝ EQ \F(Gh, Fs)＝ EQ \F(Gh, F×2h)＝ EQ \F(4N, 2×2.5N)×100%=80%
若物体重力变大，根据W=Gh知，有用功增加，额外功不变，由于
η＝ EQ \F(W有,W总)＝ EQ \F(W有, W有+ W额)＝ EQ \F(1, 1+ EQ \F(W额,W有))
所以，滑轮组的机械效率将增加。
图1 图2
7．如图2所示，是两个工人分别用滑轮按甲、乙两种方式把质量相同的两袋沙子从地面提到二楼，两种方式若不计绳重和摩擦，且G沙子>G滑轮。使用甲图中的滑轮的目的是______；使用乙图中滑轮的好处是可以______，机械效率更高的是______（选填“甲”或“乙”）。
【答案】改变力的方向；省力；甲。
【解析】甲是定滑轮，不省力，可以改变力的方向；乙是动滑轮，可以省力；
两种方式若不计绳重和摩擦，且G沙子>G滑轮。使用乙滑轮，需要把动滑轮提高，做的额外功比甲多，所以甲的机械效率高。
8．搬运工人站在水平高台上，用如图3所示的滑轮组将重物匀速竖直向上提升2 m，当提升货物重为360 N时，滑轮组的机械效率为75%，则动滑轮重为_______N(不计绳重和摩擦)；若将所提升货物重增大到480 N，此时滑轮组的机械效率为_________。
【答案】120；80%。
【解析】①W有＝Gh＝360 N×2 m＝720 J，
W总＝ eq \f(W有, η) ＝ eq \f(720 J, 75%) =960J
根据W总＝（G物+G动）h
960J＝（360N+G动）2m 得G动=120 N
②滑轮组的机械效率为
η＇＝ eq \f(W有,W总) ＝eq \f(W有,W有＋W额)＝eq \f(Gh,Gh＋G轮h)＝ eq \f(G,G＋G轮) = eq \f(480 N, 480 N＋120 N) =80%
图3 图4
9．如图4所示，重为300 N的物体在10 s内水平匀速移动了1.5 m，若物体受到地面的摩擦力为60 N，绳端所用的拉力F的功率为12 W，则绳端所用的拉力为_____N。滑轮组的机械效率为_____。
【答案】40，75%。
【解析】由图可知，n＝2，则绳端移动的距离：s绳＝ns物＝2×1.5 m＝3 m，
由P＝eq \f(W,t)可得，绳端所用拉力做的功：W总＝Pt＝12 W×10s＝120 J，
由W＝Fs可得，绳端所用的拉力：F＝eq \f(W总,s绳)＝eq \f(120 J,3 m)＝40 N；
克服物体摩擦力所做的有用功：W有＝fs物＝60 N×1.5 m＝90 J，
滑轮组的机械效率：η＝eq \f(W有,W总)×100%＝eq \f(90 J,120 J)×100%＝75%。
10．如图所示，斜面长0.5 m，高0.1 m，把重为50 N的物体匀速地拉向斜面顶端，弹簧测力计的示数为12.5N，则：
（1）有用功是多少？
（2）总功为多少？
（3）该斜面的效率为多少？
【答案】（1）5J；（2）6.25J；（3）80%
【解析】（1）所做的有用功：W有＝Gh＝50 N×0.1 m＝5 J
（2）拉力所做的总功：W总＝Fs＝12.5 N×0.5 m＝6.25 J；
（3）该斜面的效率为 η＝eq \f(W有,W总)＝eq \f(5J,6.25 J)×100%=80%；
11．如图，三种不同方法往楼上运沙子，绳重及摩擦不计，下面分析错误的是（ ）
A．三种方法运沙子上楼所做的有用功相同
B．甲方法没有使用滑轮，但所做的额外功最多，所以效率最低
C．乙、丙两种方法使用了动滑轮，可以省力但不能省功
D．丙方法做的额外功为60J
【答案】D
【解析】A．三种方法的最终目的都是要将100N的沙子提升6m，因此，其有用功为
W有＝Gh＝100 N×6 m＝600 J 是相同的；故A正确，不符合题意；
BD．甲种方法额外功为
W额外1＝G总1h＝（G人+ G桶）h＝（400N+20N）×6 m＝2520 J
乙种方法额外功为
W额外2＝G总2h＝（G动+ G桶）h＝（10N+20N）×6 m＝180 J
丙种方法额外功为
W额外3＝G总3h＝（G口袋+ G动）h＝（5N+10N）×6 m＝90 J
因为三种方法中的有用功相同，甲种方法的额外功最多，所以机械效率最低，故B正确，不符合题意，D错误，符合题意；
C．根据功的原理，乙、丙两种方法使用了动滑轮，可以省力，但多移动了距离，可以省力但不能省功，故C正确，不符合题意。
故选D。
12．在园林博览会某场馆建设中，采用了如图5所示的装置提升重物，当工人师傅们用1 000 N的拉力F向下拉绳，使重1 600 N的重物匀速上升了5 m，此过程中克服绳重和摩擦做功500 J，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800 N
C．动滑轮重为300 N D．滑轮组的机械效率为75%
【答案】C。
【解析】A.由题图知，n＝2，拉力端移动距离：s＝2h＝2×5 m＝10 m，
拉力F做功：W总＝Fs＝1 000 N×10 m＝1×104 J，故A错；
B. 已知绳子末端的拉力F为1 000 N，则缠绕在动滑轮上每股绳的拉力都为1 000 N，故B错；
C. 拉力做的有用功：W有＝Gh＝1 600 N×5 m＝8×103 J，
拉力做的额外功：W额总＝W总-W有＝1×104 J-8×103 J＝2×103 J，
此过程中克服绳重和摩擦做功W额1＝500 J，
提升动滑轮做的额外功：W额2＝W额总-W额1＝2×103J-500 J＝1.5×103 J，
由W＝Gh可得动滑轮重力：G轮＝eq \f(W额2,h)＝eq \f(1.5×103J,5 m)＝300 N，故C正确；
D. 滑轮组的机械效率：η＝eq \f(W有,W总)＝eq \f(8×103J,1×104 J)×100%＝80%，故D错。
所以选C.
图5
图6
13．如图6所示，在斜面上将一个重为15 N的物体匀速从斜面底端拉到顶端，沿斜面向上的拉力F＝6 N，斜面长s＝1.2 m、斜面高h＝0.3 m。下列说法正确的是( )
A．克服物体重力做功7.2 J B．额外功为1.8 J
C．物体受到的摩擦力为2.25 N D．斜面的机械效率为37.5 %
【答案】C。
【解析】A.克服物体重力做功(即有用功)：W有＝Gh＝15 N×0.3 m＝4.5 J，故A错误；
B. 拉力做的总功：W总＝Fs＝6 N×1.2 m＝7.2 J
则额外功：W额＝W总－W有＝7.2 J－4.5 J＝2.7 J，故B错误；
C. 由W额＝fs可得，物体受到的摩擦力：
f＝eq \f(W额,s)＝eq \f(2.7 J,1.2 m)＝2.25 N，故C正确；
D. 斜面的机械效率：
η＝eq \f(W有,W总)×100%＝eq \f(4.5 J,7.2 J)×100%＝62.5%，故D错误。
所以选C。
14．用如图所示的滑轮组拉动物体A，使物体A以0.2m/s的速度水平向左匀速运动10s，已知物体A重500N，物体A受到的摩擦力为120N，拉力F的功率为30W，下列说法正确的是（ ）
A．绳子自由端移动的距离为2m
B．克服物体A与地面间摩擦力做的功是额外功
C．滑轮组的机械效率为80%
D．相同情况下，若用该滑轮组匀速拉动质量更大的物体，滑轮组的机械效率不变
【答案】C
【解析】A．由题意可知，物体移动的距离
s＝vt＝0.2m/s×10s＝2m
动滑轮上有三股绳，绳端移动的距离是物体移动距离的3倍，为6m，故A错误；
B．克服物体A与地面的摩擦力所做的功为有用功，不是额外功，故B错误；
C．由题意及前面分析可知，有用功为
W有＝fs＝120N×2 m＝240 J
总功为拉力所做的功，由功率计算公式变形可知总功为
W总＝Pt＝30W×10s＝300 J
滑轮组的机械效率为η＝eq \f(W有,W总)＝eq \f(240J,300J)×100%＝80%，故C正确；
D．相同情况下，若用该滑轮组匀速拉动质量更大的物体时，物体与地面的摩擦力增大，有用功增大，而系统的额外功不变，有用功占总功的比值增大，滑轮组的机械效率应该增大，故D错误。
故选C。
15. 某班同学在“测量斜面的机械效率”实验时，所用实验器材有：长木板、支架、弹簧测力计、刻度尺、重力为5.4N木块（带挂钩）如图所示，将长木板和支架搭成长1.0m、高0.2m的斜面，用弹簧测力计沿斜面向上匀速拉动木块。
（1）如图所示，此时弹簧测力计对木块的拉力为______N；
（2）将木块匀速拉到斜面顶端，有用功为_____ J，总功为_____ J，斜面的机械效率为_____；
（3）木块与斜面的摩擦力为______N；
（4）在实验中若加速拉动木块到斜面顶端，则测得的机械效率与匀速拉动木块比较______（选填“偏大”、“偏小”或“不变”）请分析原因______。
【答案】（1）1.8；（2）1.08，1.8，60%；（3）0.72；（4）偏小，见解析。
【解析】（1）由图可知，弹簧测力计的分度值为0.2N，示数为1.8N。
（2）有用功为W有＝Gh＝5.4N×0.2 m＝1.08 J
总功为W总＝Fs＝1.8N×1 m＝1.8 J
斜面的机械效率为
η＝eq \f(W有,W总)＝eq \f(1.08J,1.8J)×100%＝60%，
（3）额外功为W额＝W总－W有＝1.8J－1.08J＝0.72J，
由W额＝fs得，木块所受摩擦力为
f＝eq \f(W额,s)＝eq \f(0.72J,1m)＝0.72N
（4）重物重力和提升高度不变，有用功不变，加速拉动物体，弹簧测力计的拉力变大，斜面长度不变，拉力所做的总功偏大，机械效率偏小。

16．（2022·湖北十堰·统考中考真题）如图所示，斜面与水平地面夹角为30°，某快递员用500N的力，将重800N的货物沿斜面匀速推上车厢，不考虑斜面形变，货物所受摩擦力方向沿斜面向 _____；斜面的机械效率为 _____。不改变斜面与地面夹角和货物质量，采用 _____的方法可以提高斜面的机械效率。
【答案】下；80%；减小木板粗糙程度。
【解析】货物相对斜面向上运动，所受的斜面的摩擦力沿斜面向下。
如图所示，斜面的长度为l，其高度h=0.5l
斜面的机械效率
η＝ EQ \F(W有,W总)＝ EQ \F(Gh, Fl)＝ EQ \F(G×0.5l, Fl)×100%＝ EQ \F(800N×0.5, 500N)×100%=80%
斜面与地面夹角和货物质量不变，即有用功保持不变，可通过减少额外功来提高斜面的机械效率。为了减少额外功，可减小摩擦力，压力不变时，可通过改变接触面的粗糙程度来改变摩擦，所以可通过减小木板表面的粗糙程度来提高机械效率
17．（2022·黑龙江哈尔滨·统考中考真题）如图所示，用一个动滑轮把重100N的沙袋从地面匀速提到6m高的楼上，所用拉力60N（绳重和摩擦不计），下列说法正确的是（ ）
A．动滑轮重40N B．绳子自由端通过的距离为12m
C．拉力做的有用功为720J D．动滑轮的机械效率为8.3%
【答案】B
【解析】A．由图知，n=2，因为不计绳重和摩擦时，F= EQ \F(1,n)（G+G动），
所以动滑轮的重力G动=2F-G=2×60N-100N=20N，故A错误；
B．绳子自由端移动的距离s=nh=2×6m=12m，故B正确；
C．拉力做的有用功
W有用=Gh=100N×6m=600J，故C错误；
D．拉力做的总功W总=Fs=60N×12m=720J
滑轮组的机械效率
η＝ EQ \F(W有,W总)×100%＝ EQ \F(600J, 720J)×100%=83.3%；故D错误。
所以选B。
18.（2022·四川乐山·中考真题）如图所示，在50N的水平拉力F的作用下，重600N的物体沿水平地面做匀速直线运动，物体与地面间的滑动摩擦力是自身重力的0.2倍，绳子自由端向前移动的速度为0.6m/s。则（ ）
A. 拉力F的功率为3W
B. 1min内物体移动的距离为36m
C. 1min内所做的有用功为1440J
D. 该滑轮组的机械效率为85%
【答案】C
【解析】A．拉力F的功率为
P＝eq \f(W,t)＝eq \f(Fs,t)=Fv=50N×0.6m/s=30W；故A不符合题意；
B．如图滑轮组，一共有3段绳子分担动滑轮所受的拉力，故物体移动的速度为
v物＝eq \f(1,3) v绳＝eq \f(1,3)×0.6m/s=0.2m/s
1min内物体移动的距离为 s物＝v物t＝0.2 m/s×60s=12m，故B不符合题意；
C．物体与地面间的滑动摩擦力为f＝0.2G=120N
1min内所做的有用功为W有用=fs物=120N×12m=1440J，
故C符合题意；
D．1min内所做的总功为W总＝Pt＝30W×60s＝1800 J
该滑轮组的机械效率为
η＝ EQ \F(W有,W总)×100%＝ EQ \F(1440J, 1800J)×100%=80%
故D不符合题意。
所以选C。
19. （2022·江苏常州·统考中考真题）2022年4月，一头质量为180kg的海豚在昌江棋子湾受伤搁浅，被救援人员送至科研基地治疗。救援过程中，利用如图所示的滑轮组，在40s时间内，救援人员用500N的拉力拉动绳端，把轻质布兜内的海豚沿竖直方向匀速提升2m。g取10N/kg，问，此过程中：
（1）滑轮组对海豚做的有用功有多大？
（2）拉力做功的功率有多大？
（3）滑轮组的机械效率有多大？
【答案】（1）3.6×103J；（2）100W；（3）90%
【解析】（1）质量为180kg的海豚，被匀速提升2m，所以滑轮组对海豚做的有用功
W有用=G豚h= m豚gh=180kg×10N/kg×2m=3600J，
（2）由滑轮组可知，动滑轮上绳子根数n=4，绳子拉的距离s=4×2m=8m
拉力c做功W总＝Fs＝500N×8 m＝4000 J
拉力F做功的功率
P＝eq \f(W总,t)＝eq \f(4000 J,40s)=100W
（3）滑轮组的机械效率η＝ EQ \F(W有,W总)×100%＝ EQ \F(3600J, 4000J)×100%=90%
20．（2022·贵州铜仁·统考中考真题）课后延时服务社团活动中，“勇创”兴趣小组计划探究“影响滑轮组机械效率的因素”的实践活动，提出如下科学猜想；
猜想一：滑轮组机械效率可能与被提升物体的重力大小有关
猜想二：滑轮组机械效率可能与被提升物体的高度有关
现有实验器材支架、细绳、轻质滑轮2个、弹簧测力计（量程合适）、规格2N的钩码多个，实验装置如图所示；请你协助“勇创”兴趣小组完成实验；
（1）除上述实验器材，完成该实验还需要的测量工具是______；
（2）实验数据记录如下表：
①根据表格中的数据，第二次实验时滑轮组的机械效率为______；
②分析实验数据可得出结论同一滑轮组，物体提升相同高度，______，机械效率越高；
③若要验证猜想二，你的关键操作是______。
【答案】（1）刻度尺；（2）①78.4％；②物体的重力越大；③控制物体的重力和动滑轮的个数不变，改变物体上升的高度。
【解析】（1）在探究影响滑轮组机械效率的因素的实验中，需要测量物体和绳子端移动的距离，故还需要刻度尺。
（2）①由表格中的数据可知，物体上升的高度h=10cm=0.1m，绳子自由端移动的距离s=30cm=0.3m，则第二次实验时滑轮组的机械效率为
η＝ EQ \F(W有,W总)＝ EQ \F(Gh, Fs)＝ EQ \F(4N×0.1m, 1.7N×0.3m)×100%=78.4%
②分析实验数据可得，同一滑轮组，物体提升相同高度时，物体的重力越大，有用功越大，机械效率就越高。
③要验证滑轮组机械效率可能与被提升物体的高度有关，需要控制物体的重力和动滑轮的个数不变，改变物体上升的高度从而探究机械效率的变化情况。
次数
物体
重力/N
物体上升的
高度/cm
弹簧测力计
的示数/N
绳子自由端移动
的距离/cm
机械效率
1
2
10
1.0
30
66.75
2
4
10
1.7
30
3
6
10
2.4
30
83.3%