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物理九年级全册第十一章 简单机械和功5 机械效率精练
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这是一份物理九年级全册第十一章 简单机械和功5 机械效率精练，文件包含115机械效率考点解读原卷版docx、115机械效率考点解读解析版docx等2份试卷配套教学资源，其中试卷共49页， 欢迎下载使用。
1、机械效率的概念
（1）概念：有用功跟总功的比值叫做机械效率，通常用百分数表示。
①有用功：利用机械做功的时候，对人们有用的功就叫做有用功。
②额外功：并非我们需要但又不得不做的功叫做额外功。
③总功：有用功与额外功的和叫总功。
④总功的计算：W总=Fs；W总=W有用+W额外
⑤有用功的计算方法：W有用=Gh；W有用=W总-W额外
⑥额外功的计算方法：W额外=G′h，W额外=f摩s；W额外=W总-W有用
（2）计算公式：用W总表示总功，用W有用表示有用功，用η表示机械效率，则：。
由于额外功不可避免，有用功只是总功的一部分，因而机械效率总小于1。
（3）提高机械效率的主要办法：
①在有用功一定时，尽量减少额外功，采用减轻机械自身的重力和加润滑油来减少摩擦的措施；
②在额外功一定时，增大有用功，在机械能够承受的范围内尽可能增加每次提起重物的重力，充分发挥机械的作用。
2、机械效率的计算和大小比较
机械效率表达式为，对于三种简单机械的机械效率的计算总结如下：
机械效率的大小比较：
（1）机械效率由有用功和总功两个因素共同决定，不能理解成：“有用功多，机械效率高”或“总功大，机械效率低”。
（2）当总功一定时，机械做的有用功越多（或额外功越少），机械效率就越高；
（3）当有用功一定时，机械所做的总功越少（或额外功越少），机械效率就越高；
（4）当额外功一定时，机械所做的总功越多（或有用功越多），有用功在总功中所占的比例就越大，机械效率就越高。
3、机械效率的应用及改变方法
（1）有用功是由使用机械的目的所决定的，当用斜面提升物体时，克服物体重力做的功就是有用功，W有=Gh；
（2）额外功是克服相互接触物体间的摩擦阻力所做的功，对于斜面而言，W额=fs；
（3）总功是指动力对所做的功，一般情况下使用斜面时，动力做功W总=Fs；
（4）由功的原理：“动力对机械所做的功等于机械克服阻力所做的功”，而机械克服阻力所做的功就包含了有用功和额外功，即：W总=W有+W额；
（5）机械效率是有用功与总功的比值，只能小于1（理想状态下可能等于1），并且无单位
斜面的机械效率，在同一斜面上，由于倾斜程度相同，即；
一定，故在同一斜面上拉同一物体（粗糙程度相同）时，在斜面上所移动的距离（或物体被提升的高度）不同时，机械效率是相同的；
（6）斜面的机械效率与斜面的倾斜程度、斜面的粗糙程度有关，斜面粗糙程度相同时，斜面的倾斜程度越大，机械效率越高；斜面的倾斜程度一定时，斜面越粗糙，机械效率越低。
提高机械效率的主要办法：
①有用功一定时，尽量减少额外功，采用减轻机械自身的重力和加润滑油来减少摩擦的措施；
②额外功一定时，增大有用功，在机械能够承受的范围内尽可能增加每次提起重物的重力，充分发挥机械的作用。
4、有关机械效率的探究实验
滑轮（组）机械效率的测量实验：
实验目的：测量滑轮组的机械效率
实验原理：
注意事项：
（l）匀速拉动弹簧测力计，目的是保证弹簧测力计的示数F大小不变；
（2）为了便于读数，钩码下沿和绳子末端在刻度尺上的位置最好取整数；
（3）多次测量的目的是进行一些必要的比较，利用不完全归纳法总结规律，而不是求平均值；
实验结论：使用同一滑轮组提升不同的重物时，重物越重，滑轮组的机械效率越大。
斜面机械效率的测量实验：
实验目的：探究斜面的机械效率
实验原理：
实验结论：斜面越陡机械效率越高，斜面越缓，机械效率越低。
杠杆机械效率的测量实验：
用如图所示的实验装置测量杠杆的机械效率，实验时，竖直向上匀速拉动弹簧测力计，使挂在较长杠杆下面的钩码缓缓上升．
（1）实验中，将杠杆拉至图中虚线位置，测力计的示数F为0.5N，钩码总重G为1.0N，钩码上升高度h为0.1m，测力计移动距离s为0.3m，则杠杆的机械效率为66.7%．请写出使用该杠杆做额外功的一个原因：由于使用杠杆时需要克服摩擦做功；
（2）为了进一步研究杠杆的机械效率与哪些因素有关，一位同学用该实验装置，先后将钩码挂在A、B两点，测量并计算得到下表所示的两组数据：
根据表中数据，能否得出“杠杆的机械效率与所挂钩码的重有关，钩码越重其效率越高”的结论？答：不能；
请简要说明两条理由：①两次实验时钩码没有挂在同一位置；②仅根据一次对比实验所得结论是不可靠的。
【考点1 机械效率的概念】
【典例1-1】（2023•金坛区二模）甲、乙两种机械的机械效率分别是80%和65%，则下列说法正确的是（ ）
A．使用甲机械省力
B．使用甲机械做功快
C．在相同的时间内，使用甲机械做的有用功多
D．乙机械的额外功在总功中占的比例大
【答案】D
【分析】（1）机械效率是指有用功占总功的百分比；
（2）功率是表示做功快慢的物理量。
【解答】解：A、机械效率高是指做的功中有用功占的比例高，与是否省力无关，故A错误；
B、机械效率高是指做的功中有用功占的比例高，与做功的快慢，即功率无关，故B错误；
C、机械效率是指有用功占总功的百分比，由于总功未知，故不能确定甲机械做的有用功多，故C错误；
D、乙的机械效率较低，说明有用功占总功的比例小，相应的，额外功占总功的比例就比较大，故D正确。
故选：D。
【典例1-2】（2023•封开县一模）机械效率越高的简单机械，必定是有用功占总功的比例越 大 （选填“大”或“小”），机械效率的数值总 小于 （选填“大于”、“等于”或“小于”）1。以同样速度行驶的列车和小汽车， 列车 （选填“列车”或“小汽车”）动能大。
【答案】大；小于；列车。
【分析】（1）机械效率是指有用功和总功的比值，额外功在总功中占的比例越小，则机械效率越高；因为总功等于有用功加额外功，所以机械效率总小于1，机械效率的大小与额外功有关；
（2）影响动能大小的因素是物体的质量和速度，质量越大、速度越大，动能越大。
【解答】解：（1）机械效率越高的简单机械，有用功在总功中占的比例越大；
因为使用任何机械都要做额外功，且有用功与额外功之和等于总功，所以有用功一定小于总功，而机械效率等于有用功与总功的比值，所以机械效率总小于1；
（2）列车和小汽车以相同的速度行驶时，速度相同，列车的质量大，因此列车具有的动能大。
故答案为：大；小于；列车。
【变式1-1】（2022春•滦南县期末）下列说法中正确的是（ ）
A．机械效率越高，机械越省力
B．机械效率越高，机械做的有用功一定越多
C．功率越大的机械做功时机械效率一定越高
D．有用功在总功中所占的比例越大，机械效率一定越高
【答案】D
【分析】①使用机械时，有用功与总功的比值叫机械效率；
②物体在单位时间完成的功叫功率，是表示做功快慢的物理量。
【解答】解：AD．机械效率是有用功跟总功的比值，这个比值越大机械效率越高，与机械是否省力无关，故A错误，D正确；
B．因为机械效率是用功跟总功的比值，所以做的有用功越多，机械效率不一定越大，故B错误；
C．功率是表示做功快慢的物理量，功率的大小与机械效率的高低没有关系，故C错误；
故选：D。
【变式1-2】（2022•江西）明代学者宋应星（江西人）著有《天工开物》，如图所示，是书中描绘古代劳动人民用桔槔汲水的场景。桔槔属于 杠杆 （选填“杠杆”“滑轮”或“轮轴”），使用时，机械效率η ＜ 1（选填“＞”“＜”或“＝”）。
【答案】杠杆；＜。
【分析】（1）根据使用桔槔时动力臂与阻力臂的关系判断杠杆的类型；
（2）由于存在额外功，机械效率小于1。
【解答】解：使用桔槔时，桔槔能绕悬挂点转动，桔槔属于杠杆；
用桔槔汲水时，要提升桔槔、水桶做额外功，使得有用功小于总功，机械效率η＜1。
故答案为：杠杆；＜。
【考点2 机械效率的计算和大小比较】
【典例2-1】（2023•任城区校级二模）用相同的滑轮组成甲、乙两个滑轮组，分别用其将A、B两个物体在相同时间内匀速提升相同的高度，两次的拉力F1＝F2，不计绳重和摩擦。下列说法错误的是（ ）
A．两物体所受重力GA＜GB
B．两次做的有用功W1＝W2
C．两次拉力做功的功率P1＜P2
D．两滑轮组的机械效率η甲＜η乙
【答案】B
【分析】（1）由图知，n1＝2，n2＝3，不计绳重和摩擦，利用F＝（G+G动），已知F1＝F2，比较G1和G2大小关系；
（2）根据W＝Fs比较功的大小；
（3）根据P＝比较功率大小；
（4）将重物匀速提升相同高度h，动滑轮重力相同，额外功相同，根据重力的关系判断出有用功的大小，根据η＝×100%判断机械效率。
【解答】解：A、左图中n1＝2，不计绳重和摩擦，则F1＝（GA+G动），提升重物的重力：GA＝2F1﹣G动；
右图中n2＝3，不计绳重和摩擦，则F2＝（GB+G动），提升重物的重力：GB＝3F2﹣G动；
因为F1＝F2，所以可得GA＜GB；故A正确；
B、A、B两个物体在相同时间内匀速提升相同的高度，则A中拉力移动的距离s1＝2h，B中拉力移动的距离s2＝3h，F1＝F2，W1＝F1s1，W2＝F2s2，所以W1＜W2，故B错误；
C、时间相同，W1＜W2，P1＝，P2＝，则P1＜P2，故C正确；
D、将重物匀速提升相同高度h，动滑轮的重力相同，则额外功相同，
因为GA＜GB，所以由W有用＝Gh可知W有用1＜W有用2，
所以乙图滑轮组的有用功在总功中所占的比例较大，则乙图滑轮组的机械效率较高，即η甲＜η乙，故D正确。
故选：B。
【典例2-2】（2023春•郓城县期中）如图所示，用两滑轮采用不同的绕绳方法，将同一重物匀速提升相同的高度（不计绳重和摩擦），则拉力F1 ＞ F2，两装置的机械效率η1 ＝ η2。
【答案】＞；＝。
【分析】由滑轮组的结构知道承担物重的绳子股数n，则绳子自由端移动的距离s＝nh，拉力F＝（G物+G轮）；
把相同的重物匀速提升相同的高度，做的有用功相同；不计绳重及摩擦，利用相同的滑轮和绳子、提升相同的高度，做的额外功相同；而总功等于有用功加上额外功，可知利用滑轮组做的总功相同，再根据机械效率公式判断两装置机械效率的大小关系。
【解答】解：由图可知，承担物重的绳子股数分别为：n1＝2，n2＝3；
不计绳重及摩擦，由F＝（G物+G轮）可知绳子自由端受到的拉力分别为：
F1＝（G物+G轮），F2＝（G物+G轮），
由此可知，F1＞F2；
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，总功也相同，
由η＝×100%可知，两装置的机械效率相同，即η1＝η2。
故答案为：＞；＝。
【典例2-3】（2023•南海区二模）如图甲是一种剪式千斤顶，如乙图通过旋转手柄连接带螺纹的螺杆，就能轻易地顶起小车。这种千斤顶是利用 斜面 （只要写出一种简单机械）来省力的；小华在一次给小汽车换胎工作中，转动手柄把质量为1.5t的小车的一后轮顶起了20cm，若顶起小车后轮的力只需车重的三分之一，则这个过程中所做的有用功为 1000 J，小华做的总功是5000J，则此次工作千斤顶的机械效率是 20% 。（g取10N/kg）
【答案】斜面；1000；20%。
【分析】这种千斤顶省力费距离是利用斜面的原理工作的；
根据G＝mg计算小车的重力，根据题意计算顶起小车后轮的力，根据W＝Fs计算有用功；
根据η＝×100%计算机械效率。
【解答】解；这种千斤顶是利用斜面的原理工作的；
小车的重力G＝mg＝1.5×103kg×10N/kg＝1.5×104N，
顶起小车后轮的力F＝×1.5×104N＝5000N，
有用功W有用＝Fs＝5000N×0.2m＝1000J；
机械效率η＝×100%＝×100%＝20%。
故答案为：斜面；1000；20%。
【典例2-4】（2023•香洲区二模）某建筑工地上一台升降机工作时的平均功率为2.5×104W，运载质量为1.5×103kg的货物在10s内上升了9m，g取10N/kg。求此过程中：
（1）货物上升的平均速度；
（2）升降机做的有用功；
（3）升降机的机械效率。
【答案】（1）货物上升的平均速度0.9m/s；
（2）升降机做的有用功1.35×105J；
（3）升降机的机械效率54%。
【分析】（1）根据v＝计算货物上升的平均速度；
（2）根据W＝Gh计算升降机做的有用功；
（3）根据W＝Pt计算升降机做的总功，根据η＝×100%计算升降机的机械效率。
【解答】解；（1）货物上升的平均速度v＝＝＝0.9m/s；
（2）升降机做的有用功W有用＝Gh＝mgh＝1.5×103kg×10N/kg×9m＝1.35×105J；
（3）升降机做的总功W总＝Pt＝2.5×104W×10s＝2.5×105J，
升降机的机械效率η＝×100%＝×100%＝54%。
答：（1）货物上升的平均速度0.9m/s；
（2）升降机做的有用功1.35×105J；
（3）升降机的机械效率54%。
【变式2-1】（2023•姑苏区校级一模）如图所示，小州分别使用甲、乙、丙三种机械匀速提升物体M（绳长不变），测得物体M所受重力和拉力如表所示，则下列说法中正确的是（ ）
A．使用甲、乙、丙图中的三种机械时，丙图中机械最省力
B．使用甲、乙、丙图中的三种机械时，乙图和丙图中机械都能省力
C．使用甲、乙、丙图中的三种机械时，它们的机械效率均相等
D．使用甲、乙、丙图中的三种机械时，甲图中的机械效率最大
【答案】D
【分析】机械效率是有用功与总功之比，从图示可看出，甲图使用的是定滑轮，乙图使用的是动滑轮，丙图是斜面，对它们的机械效率进行比较。
【解答】解：
A、从图中信息可知，甲不省力，乙和丙所使用的拉力相同，故乙和丙图中机械省力效果相等，故A错误。
B、使用甲、乙、丙图中的三种机械时，由表中数据可知，在乙图和丙图的机械应用中并没有省力，B选项错误。
CD、甲机械为定滑轮，且s＝h，则使用时的机械效率：η甲＝＝＝＝90%，
乙机械为动滑轮，且s＝2h，则使用时的机械效率：η乙＝＝＝＝45%，
丙机械为斜面，使用时的机械效率：η丙＝＝＝45%，
故甲的机械效率最大，故C错误，D正确。
故选：D。
【变式2-2】（2022秋•东莞市期末）图所示，是建筑工地常用来搬运砖块的两种机械（滑轮组和起重机）。观察图中甲、乙两图，可知 乙 图的机械功率较大，观察图中丙图和 丁 图可得出：在相等的时间内，起重机比滑轮组做的功 多 。（选填“多”或“少”）
【答案】见试题解答内容
【分析】（1）根据W＝Gh＝mgh可知，搬运砖块的数量越多，上升相同的高度时，做的功越多；
（2）比较做功快慢有两种方法：①做相同的功，比较做功时间；②做功时间相同，比较做功的多少。
【解答】解：（1）由甲、乙两图可知，滑轮组与起重机搬运砖块的质量m、高度h均相同，根据W＝Gh＝mgh可知，两种机械做的功相等，
由图可知，滑轮组做功的时间比起重机长，所以乙图中起重机的机械功率较大；
（2）由丙、丁两图可知，滑轮组和起重机的做功时间相同，起重机搬运砖块多，根据W＝Gh＝mgh可知，起重机做的功多。
故答案为：乙；丁；多。
【变式2-3】（2022春•襄州区期末）等电梯费时，爬楼梯费劲，如图所示是某女大学生发明的“爬楼”自行车，3分钟爬20层楼，速度堪比电梯。若她的质量为60kg，当她3分钟爬楼的高度为60m，她克服重力所做的功为 3.6×104 J，她爬楼的功率为250W，则她爬楼的效率为 80 %。（g取10N/kg）
【答案】3.6×104；80。
【分析】（1）已知女大学生的质量，由G＝mg可求得其重力，已知爬楼的高度，由W＝Gh可求得她克服重力所做的功；
（2）已知爬楼的功率的时间，由P＝公式变形可求得总功，由η＝×100%可求得她爬楼的效率。
【解答】解：若她的质量为60kg，则她的重力G＝mg＝60kg×10N/kg＝600N，
她爬楼的高度为60m，则她克服重力做的功：
W有用＝Gh＝600N×60m＝3.6×104J；
已知她爬楼的功率P＝250W，所用时间t＝3min＝180s，
由P＝可得，则她做的总功：
W＝Pt＝250W×180s＝4.5×104J，
她爬楼的效率η＝×100%＝×100%＝80%。
故答案为：3.6×104；80。
【变式2-4】（2023•济南二模）如图为某建设工地，一台起重机在2min内消耗电能106J将重为30000N的混凝土预制料匀速提升了24m。g取10N/kg，通过计算回答：在提升过程中。
（1）起重机对混凝土预制料做了多少功？
（2）起重机对混凝土预制料做功的功率是多少？
（3）起重机的效率是多少？
【答案】（1）起重机对混凝土预制料做的功为720000J；
（2）起重机对混凝土预制料做功的功率是6000W；
（3）起重机的效率是72%。
【分析】（1）根据W＝Gh计算起重机对混凝土预制料做的功；
（2）根据P＝计算起重机对混凝土预制料做功的功率；
（3）根据η＝×100%计算起重机的效率。
【解答】解：（1）起重机对混凝土预制料做的功W有用＝Gh＝30000N×24m＝720000J；
（2）起重机对混凝土预制料做功的功率P有用＝＝＝6000W；
（3）起重机的效率η＝×100%＝×100%＝72%。
答：（1）起重机对混凝土预制料做的功为720000J；
（2）起重机对混凝土预制料做功的功率是6000W；
（3）起重机的效率是72%。
【考点3 机械效率的应用及改变方法】
【典例3-1】（2023•鼎湖区一模）如图所示，用拉力F使物体竖直匀速上升，下列说法正确的是（ ）
A．拉力F做的功是有用功
B．拉力对物体做的功是额外功
C．绳子自由端移动的距离是物体移动距离的3倍
D．增加物体的重力可以增加滑轮组的机械效率
【答案】D
【分析】用拉力F使物体竖直匀速上升，目的就是为了把物体提升一定的高度（提升重物做的功为有用功），拉力还要克服动滑轮重力和摩擦力做功（额外功），动滑轮上绳子段数为2段，增加提升物体重、保持良好的润滑都可以提高滑轮组的机械效率。
【解答】解：AB．提升物体做的功为有用功W有用＝Gh，拉力做的总功W总＝Fs，克服动滑轮重力和摩擦力做的功为额外功，故AB错误；
C．由图可知，n＝2，则s＝2h，即绳子自由端移动的距离是物体移动距离的2倍，故C错误；
D．由η＝可知，提升的物重增加时，有用功增加，额外功不变，机械效率增加，故D正确；
故选：D。
【典例3-2】（2022•十堰模拟）十堰人民的人均收入越来越高，很多家庭都用上了家用手摇晾衣架，A、B两滑轮中属于动滑轮的是 B ；若衣服和晾衣架的总重为120N，不计动滑轮重，绳重及摩擦，静止时绳的拉力F＝ 30 N。请你提出使用的提高手摇晾衣架机械效率的方法： 增大提升的物重或减小晾衣架重 。
【答案】见试题解答内容
【分析】①定滑轮和动滑轮的主要区别是：动滑轮会随物体一起运动，定滑轮不随物体运动；
②由图可以看出连接动滑轮绳子的股数，不计动滑轮重、绳重及摩擦，根据F＝求出静止时绳的拉力；
③在额外功一定时，增加物重可提高机械效率。减轻动滑轮的重也可以提高机械效率。
【解答】解：（1）A滑轮的轴是固定不动的，是定滑轮，B滑轮的轴与物体一起运动，是动滑轮；
（2）由图可知，连接动滑轮绳子的股数n＝4，不计动滑轮重、绳重及摩擦，
静止时绳的拉力：F＝＝＝30N；
（3）提高手摇晾衣架机械效率的方法有：增大提升的物重或减小晾衣架重等。
故答案为：B；30；增大提升的物重或减小晾衣架重。
【典例3-3】（2022秋•金坛区校级月考）做值日时，小阳将一桶水从一楼提到三楼。此过程中，小阳对水做的功是 有用 功，小阳克服自身重力做的功是 额外 功，一共做的功是 总 功（以上均选填“有用功”、“额外功”、“总功”）。
【答案】有用；额外；总。
【分析】小阳将一桶水从一楼提到二楼，目的是提水，对水做的功为有用功；把桶和自身提升做的功为额外功，有用功加上额外功等于总功。
【解答】解：小阳将一桶水从一楼提到三楼，目的是提水，则对水做的功为有用功，小阳克服自身重力做的功为额外功，小阳把水、桶、自身提升做的功为总功。
故答案为：有用；额外；总。
【典例3-4】（2023•沈阳二模）沈阳地铁3号线是即将建成运营的第六条地铁线路，建成后将有利于缓解道路交通压力、优化交通结构。如图是某处地铁施工时的起重机及其滑轮组的示意图。钢丝绳拉力F由电动机提供，拉力做功的功率为3000W，利用该滑轮组在30s内将质量为0.3t的沙土匀速吊出15m深的竖井。（g取10N/kg）求：
（1）拉力移动的速度：
（2）拉力的大小：
（3）该滑轮组的机械效率。
【答案】（1）拉力移动的速度为1.5m/s；
（2）拉力的大小为2000N；
（3）该滑轮组的机械效率为75%。
【分析】（1）由速度公式计算沙土上升速度，根据v＝nv物计算拉力移动的速度：
（2）根据P＝＝＝Fv计算拉力的大小：
（3）由G＝mg计算沙土的重力，根据η＝＝＝计算滑轮组的机械效率。
【解答】解：（1）沙土上升的速度：
v沙土＝＝＝0.5m/s，
由图知，承担重物绳子的段数n＝3，
所以拉力移动的速度：
v＝nv沙土＝3×0.5m/s＝1.5m/s；
（2）由P＝＝＝Fv可得，拉力的大小：
F＝＝＝2000N；
（3）沙土的重力：
G＝mg＝0.3×1000kg×10N/kg＝3000N，
滑轮组的机械效率：
η＝＝＝＝＝75%。
答：（1）拉力移动的速度为1.5m/s；
（2）拉力的大小为2000N；
（3）该滑轮组的机械效率为75%。
【变式3-1】（2022秋•沛县期中）用如图所示的动滑轮提升重物，下列措施能提高动滑轮机械效率的是（ ）
A．减小被提升物体的高度B．增大动滑轮的重力
C．减小绳子的拉力D．增大物体的重力
【答案】D
【分析】（1）提高动滑轮机械效率的方法：减小动滑轮的重力、加润滑油减小摩擦，这些方法可以减少额外功，从而提高机械效率；增加提升物体的重力，在额外功不变的情况下，增大有用功，从而提高机械效率；
（2）根据动滑轮的机械效率的计算公式可知，机械效率的高低与物体被提升的高度无关；若不计绳重和摩擦时，动滑轮的机械效率η＝＝；据此分析滑轮组机械效率与拉力大小无关。
【解答】解：A、由动滑轮的机械效率可知，机械效率的高低与物体被提升的高度无关，故A错误；
B、增大动滑轮的重力，在其他条件不变时，需要做的额外功增大，有用功不变，可以减小动滑轮的机械效率，故B错误；
C、若不计绳重和摩擦时，动滑轮的机械效率η＝＝；可以得出滑轮组机械效率与拉力大小无关，故C错误；
D、增大物体的重力，在其他条件不变时，所做的有用功会增大，额外功不变，这样有用功在总功中所占的比例就会增大，即动滑轮的机械效率增大，故D正确。
故选：D。
【变式3-2】（2023•榆阳区二模）在实践活动基地，小壮体验使用劳动工具对工作的影响。如图所示，分别用甲、乙两种形式的滑轮组把重为400N的物体匀速向上提起相同的高度。每个滑轮重20N，两次物体均以0.5m/s的速度匀速上升，忽略绳子的重力及滑轮与绳子的摩擦。下列判断正确的是（ ）
A．甲、乙两种方式都能省功
B．乙方式比甲方式更省力
C．甲、乙两种方式的机械效率相等
D．甲、乙两方式中拉力的功率之比为3：2
【答案】C
【分析】（1）根据功的原理分析能否省功；
（2）由图可知承担动滑轮绳子的股数，利用不计绳重和摩擦时F＝（G+G动）比较哪种方式更省力；
（3）利用不计绳重和摩擦时η＝＝＝＝分析两种方式的机械效率；
（4）绳子自由端移动的速度v＝nv物，利用P＝＝＝Fv求拉力做功的功率，进而求出甲、乙两方式中拉力的功率之比。
【解答】解：A、由功的原理可知，使用任何机械都不省功，故A错误；
B、由图可知n甲＝3、n乙＝2，因为不计绳重和摩擦，所以F甲＝（G+G动）＝（400N+20N）＝140N，F乙＝（G+G动）＝（400N+20N）＝210N，因此甲方式更省力，故B错误；
C、两种方式中提升的物体重力相等，动滑轮的重力也相等，由不计绳重和摩擦时η＝＝＝＝可知，两种方式的机械效率相等，故C正确；
D、两种方式中绳子自由端移动的速度：v甲＝n甲v物甲＝3×0.5m/s＝1.5m/s，v乙＝n乙v物乙＝2×0.5m/s＝1m/s，
由P＝＝＝Fv可知，甲、乙两方式中拉力的功率分别为：P甲＝F甲v甲＝140N×1.5m/s＝210W，P乙＝F乙v乙＝210N×1m/s＝210W，
因此甲、乙两方式中拉力的功率之比：P甲：P乙＝210W：210W＝1：1，故D错误。
故选：C。
【变式3-3】（2023•吉林一模）如图所示，利用滑轮组帮助汽车脱困，汽车在5s内沿直线匀速前进1m，作用在绳子上的拉力F为1000N，拉力做功的功率为 400 W；若该滑轮组的机械效率为80%，则汽车受到的阻力为 1600 N。
【答案】400；1600。
【分析】（1）由图可知n＝2，绳子自由端移动的距离s＝ns物，利用W总＝Fs求拉力做的总功，利用P＝求拉力做功的功率；
（2）利用η＝＝＝＝求汽车受到的阻力。
【解答】解：（1）由图可知n＝2，绳子自由端移动的距离：s＝ns物＝2×1m＝2m，
拉力做的总功：W总＝Fs＝1000N×2m＝2000J，
拉力做功的功率：P＝＝＝400W；
（2）由η＝＝＝＝可知，汽车受到的阻力：f＝ηnF＝80%×2×1000N＝1600N。
故答案为：400；1600。
【变式3-4】（2023•召陵区一模）小明利用假期去参加社会实践活动，他在建筑工地了解到如图甲所示的起重机在某次工作时，先将质量为10kg的长方体货物从地面上的A点匀速竖直提升到B点，再从B点匀速水平移动20s到达C点，所用时间及各点间距离如图乙所示，长方体货物与地面的接触面积为0.02m2，g取10N/kg。
（1）若货物静止在A点时，起重机的绳子对它的拉力为50N，则货物对地面的压强为多少？
（2）起重机将货物从A点移动到C点的整个过程中所做功的功率为多少？
（3）若要提高起重机的机械效率，请你说出一种可行的方法 减小绳和机械之间的摩擦 。
【答案】（1）若货物静止在A点时，起重机的绳子对它的拉力为50N，则货物对地面的压强为2.5×103Pa；
（2）起重机将货物从A点移动到C点的整个过程中所做功的功率为20W；
（3）减小绳和机械之间的摩擦
【分析】（1）求出货物的重力，对货物进行受力分析，再求出货物对地面的压力，根据求出货物对地面的压强；
（2）根据W＝Fs计算出起重机将货物从A点移动到C点的整个过程中所做的功，再计算出整个过程所用的时间，根据可求出起重机做功的功率；
（3）提高机械效率的主要办法：
①在有用功一定时，尽量减少额外功，采用减轻机械自身的重力和加润滑油来减少摩擦的措施；
②在额外功一定时，增大有用功，在机械能够承受的范围内尽可能增加每次提起重物的重力，充分发挥机械的作用。
【解答】解：（1）货物的重力为：G＝mg＝10kg×10N/kg＝100N，
货物对地面的压力为：F压＝G﹣F拉＝100N﹣50N＝50N，
则货物对地面的压强为：；
（2）起重机将货物从A点移动到C点的整个过程中所做的功为：
在从A到B的过程中，W＝Gs1＝100N×5m＝500J，
在从B到C的过程中，是水平移动，由于在力的方向上没有移动距离，拉力不做功，
所用的时间为：t＝t1+t2＝5s+20s＝25s，
起重机做功的功率为：；
（3）增加提升货物的重力；减小绳和机械之间的摩擦。
【考点4 有关机械效率的探究实验】
【典例4-1】（2023•市北区二模）探究滑轮组机械效率实验：
（1）第二次试验时，测力计示数如图所示，此时绳子自由端受到的拉力为 1.8 N，滑轮组机械效率
为 74.1% ；
（2）分析实验数据，可初步得出的实验结论：同一滑轮组的机械效率与 提升物体的重力 有关。
【答案】（1）1.8；74.1%；（2）提升物体的重力。
【分析】（1）根据测力计分度值读数，从而可知绳子自由端受到的拉力，根据机械效率公式得出滑轮组机械效率；
（2）纵向分析实验数据得出实验结论。
【解答】解：（1）第二次试验时，测力计示数如图所示，测力计分度值为0.2N，示数为1.8N，此时绳子自由端受到的拉力为1.8N，滑轮组机械效率：
η＝×100%≈74.1%；
（2）纵向分析实验数据，可初步得出的实验结论：同一滑轮组的机械效率与提升物体的重力有关。
故答案为：（1）1.8；74.1%；（2）提升物体的重力。
【典例4-2】（2022秋•金坛区期中）某兴趣小组对滑轮和杠杆的机械效率进行了实验探究。
（1）如图分别用甲、乙两相同滑轮把同一桶沙从一楼地面提到二楼地面，滑轮重力小于沙和桶的总重力。用甲滑轮绳端所施加的拉力为F1，做的总功为W1，机械效率为η1；用乙滑轮绳端所施加的拉力为F2，所做的总功为W2，机械效率为η2，若不计摩擦和绳重，则：F1 ＞ F2（＞/＜/＝），W1 ＜ W2（＞/＜/＝），η1 ＞ η2（＞/＜/＝）。
（2）如图丙所示，用竖直向上的力匀速拉动质量分布均匀的杠杆，杠杆转动过程中，拉力F的大小将 不变 （变大/变小/不变）。现用竖直向上的拉力将重为36N的物体缓慢升高10cm，拉力大小F为16N，拉力移动的距离为25cm，此时杠杆的机械效率为 90% 。若将重物的悬挂点由A点（为第1次）向右移至B点（为第2次），将重物提升相同的高度，两次有用功 相等 （相等/不等），第 2 （1/2）次杠杆的机械效率高。
【答案】（1）＞；＜；＞；（2）不变；90%；相等；2。
【分析】（1）由图可知甲是定滑轮，乙是动滑轮，定滑轮只改变力的方向，不能改变力的大小，定滑轮既可以改变力的大小，也可以改变力的方向；
利用乙滑轮做的额外功多，由“分别用甲、乙两滑轮把同一桶沙从一楼地面提到二楼地面”可知两种情况的有用功，再根据总功等于有用功加上额外功，可以比较出两种情况的总功大小。然后利用即可比较出二者机械效率的大小；
（2）由图示可知，当重物被提升的过程中，根据数学知识可知动力臂与阻力臂的关系，再根据杠杆平衡条件可知拉力的变化；
杠杆提升物体时，对物体做有用功，拉力做的功是总功，根据求出机械效率；
将物体的悬挂点从A点移至B点，物体还升高相同的高度，杠杆上旋的角度减小，克服杠杆重做功减小，有用功不变，额外功减小，总功减小，进而判断机械效率的变化。
【解答】解：（1）设沙桶的重力是G，由图示可知，甲图中是定滑轮，若不计摩擦和绳重，拉力F1＝G，图乙是动滑轮，拉力，滑轮重力小于沙和桶的总重力，所以F1＞F2；
因为分别用甲、乙两滑轮把同一桶沙从一楼地面提到二楼地面，所以两种情况的有用功相同；
当有用功一定时，甲中所做的总功为对一桶沙所做的功，利用机械时做的额外功越少，则总功就越少，机械效率就越高；
又因为乙是动滑轮，乙中所做的总功还要加上对动滑轮所做的功，利用乙滑轮做的额外功多，则总功越多，机械效率越低，即W1＜W2，η1＞η2；
（2）由图示可知，当重物被提升的过程中，根据数学知识可知动力臂与阻力臂的比值不变，且重物的重力不变，由杠杆平衡条件可知拉力不变；
物体上升的高度h＝10cm＝0.1m，拉力移动的距离为s＝25cm＝0.25m，
此时杠杆的机械效率为：；
杠杆提升物体时，对物体做有用功，克服杠杆重做额外功，并且W有用+W额＝W总；
设杠杆重心升高的距离为h，所以，Gh1+G杠杆h＝Fh2，G不变，h1不变，G杠杆不变，
物体从A点到B点，物体还升高相同的高度，有用功不变；
杠杆上旋的角度减小，杠杆升高的距离h变小，克服杠杆重力所做的额外功变小；
则Gh1+G杠杆h变小，所以Fh2也变小；根据可知，总功变小，有用功不变，所以η变大，即第2次杠杆的机械效率高。
故答案为：（1）＞；＜；＞；（2）不变；90%；相等；2。
【典例4-3】（2023•海珠区一模）（1）小芳把重10N的物体从水平地面竖直向上匀速提升2m。小芳对物体做的功为 20 J。
（2）小明猜想：“图中斜面提升物体，接触面粗糙程度不变时，物体越轻，机械效率越高”。设计一个实验，多次测量斜面的机械效率，检验其猜想。
①实验步骤（已准备图中的斜面、有凹槽的物体，若需要可补充器材）： 弹簧测力计、刻度尺、钩码 。
②写出测量第一次机械效率的表达式η＝ ×100% 。
③写出判断小明猜想是否正确的依据 在凹槽中添加不同数量的钩码，多次实验，求出每次的机械效率并进行比较，如果添加钩码较少时，机械效率高，则小明的猜想是正确的，否则就是错误的。 。
【答案】（1）20；（2）①弹簧测力计、刻度尺、钩码；②×100%；③在凹槽中添加不同数量的钩码，多次实验，求出每次的机械效率并进行比较，如果添加钩码较少时，机械效率高，则小明的猜想是正确的，否则就是错误的。
【分析】（1）根据W＝Gh求出小芳对物体做的功；
（2）①根据η＝＝×100%和探究的目的分析；
②根据η＝＝×100%写出第一次机械效率的表达式；
③根据探究的目的分析。
【解答】解：（1）小芳对物体做的功为：W＝Gh＝10N×2m＝20J；
（2）①由η＝×100%＝×100%可知，实验过程中需要测量拉力、物重、物体移动的距离，物体上升的高度，所以需要弹簧测力计和刻度尺；
又因为实验过程中需要改变物重，所以还需要钩码；
②设凹槽受到的重力为G凹槽，凹槽在斜面上运动的距离为s凹槽，
则测量第一次机械效率的表达式η＝×100%＝×100%；
③本实验是探究斜面提升物体，接触面粗糙程度不变时，物体越轻，机械效率越高的猜想是否正确，所以判断小明猜想是否正确的依据是：在凹槽中添加不同数量的钩码，多次实验，求出每次的机械效率并进行比较，如果添加钩码较少时，机械效率高，则小明的猜想是正确的，否则就是错误的。
故答案为：（1）20；（2）①弹簧测力计、刻度尺、钩码；②×100%；③在凹槽中添加不同数量的钩码，多次实验，求出每次的机械效率并进行比较，如果添加钩码较少时，机械效率高，则小明的猜想是正确的，否则就是错误的。
【变式4-1】（2023•庐江县三模）小张同学测量如图所示滑轮组的机械效率，部分实验数据如表。
（1）第1次实验时，弹簧测力计示数如图所示，为 0.6 N。
（2）第2次实验时，滑轮组的机械效率是 62.5% 。
（3）分析1、2、3次实验的数据可知，使用同一滑轮组提升重物时，重物重力越 大 （选填“大”或“小”），滑轮组的机械效率越高。
【答案】（1）0.6；（2）62.5%；（3）大。
【分析】（1）实验过程中，应缓慢拉动弹簧测力计，使钩码竖直向上做匀速运动，此时系统处于平衡状态，测力计示数等于拉力大小；根据弹簧测力计分度值得出弹簧测力计示数；
（2）根据W有＝Gh得出第2次实验时所做的有用功，根据W总＝Fs得出第2次做的总功，根据η＝求出滑轮组的机械效率；
（3）分析1、2、3次实验的数据得出结论。
【解答】解：（1）测力计分度值为0.1N，第1次实验时，弹簧测力计示数为0.6N。
（2）第2次实验时所做的有用功为：
W有＝Gh＝1.5N×0.05m＝0.075J；
第2次做的总功为：
W总＝Fs＝0.8N×0.15m＝0.12J，
滑轮组的机械效率为：η＝×100%＝×100%＝62.5%，
（3）分析1、2、3次实验的数据可知，使用同一滑轮组提升重物时，重物重力越大，滑轮组的机械效率越高。
故答案为：（1）0.6；（2）62.5%；（3）大。
【变式4-2】（2022•杭州模拟）某实验小组利用图示装置研究杠杆的机械效率，实验的主要步骤如下：
①用轻绳悬挂杠杆一端的O点作为支点，在A点用轻绳悬挂总重为G的钩码，在B点用轻绳竖直悬挂一个弹簧测力计，使杠杆保持水平；
②竖直向上拉动弹簧测力计缓慢匀速上升（保持O点位置不变），在此过程中弹簧测力计的读数为F，利用刻度尺分别测出A、B两点上升的高度为h1、h2。回答下列问题：
（1）本次实验中，若提升的钩码重一定，不计装置的摩擦，则影响杠杆机械效率的主要因素是 杠杆自身的重力 。
（2）该杠杆机械效率的表达式是 ×100% 。（用题中给出的字母表示）
（3）若将钩码的悬挂点由A移至C，O、B位置不变，仍将钩码提升相同的高度，则杠杆的机械效率将 变大 （变大/变小/不变）。请简要说明理由 钩码的重力和上升高度均不变，则有用功不变，但杠杆重心上升的高度减小，额外功减小，总功减小，根据机械效率的公式可知杠杆的机械效率变大 。
【答案】（1）杠杆自身的重力；（2）×100%；（3）变大；钩码的重力和上升高度均不变，则有用功不变，但杠杆重心上升的高度减小，额外功减小，总功减小，根据机械效率的公式可知杠杆的机械效率变大。
【分析】（1）机械效率是有用功和总功的比值，它反映了有用功在总功中所占比例的大小，影响机械效率的因素从有用功和额外功两方面考虑；
（2）使用杠杆克服钩码的重力做功，有用功等于克服钩码重力做的功，总功等于弹簧测力计的拉力做的功，机械效率等于有用功和总功的比值；
（3）将钩码的悬挂点由A移至C，仍将钩码提升相同的高度，有用功不变；额外功是克服杠杆重力做的功，分析杠杆重心上升高度的变化，可知额外功和总功的变化情况，据此结合机械效率的公式分析。
【解答】解：
（1）影响机械效率的因素主要是有用功和总功所占的比例；提升的钩码重一定说明有用功一定，所以影响杠杆机械效率的主要因素是杠杆自身的重力。
（2）有用功为W有＝Gh1，总功W总＝Fh2，则机械效率的表达式η＝×100%＝×100%；
（3）若将钩码的悬挂点由A移至C，而O、B位置不变，仍将钩码提升相同的高度，则有用功不变，但杠杆重心上升的高度减小，额外功减小，总功减小，根据机械效率的公式η＝可知杠杆的机械效率变大。
故答案为：
（1）杠杆自身的重力；（2）×100%；（3）变大；钩码的重力和上升高度均不变，则有用功不变，但杠杆重心上升的高度减小，额外功减小，总功减小，根据机械效率的公式可知杠杆的机械效率变大。
【变式4-3】（2023•卧龙区校级一模）汽车沿着盘山公路，可以驶上高耸入云的山峰，请用弹簧测力计、斜面（尽量光滑）、刻度尺、带挂钩的小物块等器材，设计一个实验说明：上山的公路为什么修的弯弯曲曲如盘龙，而不是从山下直通山顶？操作步骤：
（1） 用弹簧测力计竖直拉起小木块，记下弹簧测力计的示数G ；
（2） 把木块放在斜面上，用弹簧测力计拉小木块沿斜面向上运动，当小木块匀速运动时记下弹簧测力计的示数F ；
（3）改变斜面的倾斜角度，再次重复上述实验。
实验现象： 竖直拉小木块时用的力最大，沿斜面拉小木块时，斜面坡度越小，用的力越小；斜面坡度越大，用的力越大 ；
若已测出斜面的高和长分别h和L，则斜面的机械效率表达式为： η＝×100% 。
【答案】见试题解答内容
【分析】操作步骤：用弹簧测力计测量不同斜面坡度下拉力大小，通过比较得出斜面有省力的作用。
计算斜面的机械效率：利用W＝Gh求拉力做的有用功，利用W＝Fs求拉力做的总功，斜面的机械效率等于有用功与总功之比。
【解答】解：
操作步骤：
（1）用弹簧测力计竖直拉起小木块，记下弹簧测力计的示数G；
（2）把木块放在斜面上，用弹簧测力计拉小木块沿斜面向上运动，当小木块匀速运动时记下弹簧测力计的示数F；
实验现象：
竖直拉小木块时用的力最大，沿斜面拉小木块时，斜面坡度越小，用的力越小；斜面坡度越大，用的力越大。
计算斜面的机械效率：
拉力做的有用功：W有用＝Gh，
拉力做的总功：W总＝FL，
斜面的机械效率：η＝×100%＝×100%。
故答案为：
（1）用弹簧测力计竖直拉起小木块，记下弹簧测力计的示数G；
（2）把木块放在斜面上，用弹簧测力计拉小木块沿斜面向上运动，当小木块匀速运动时记下弹簧测力计的示数F；
竖直拉小木块时用的力最大，沿斜面拉小木块时，斜面坡度越小，用的力越小；斜面坡度越大，用的力越大；
η＝×100%。
一、选择题。
1．（2023春•通州区期中）关于功、功率和机械效率，下列说法正确的是（ ）
A．作用在物体上的力越大，对物体做功越多
B．力对物体做功越快，功率就越大
C．力对物体做功越多，功率就越大
D．有用功越多，机械效率就越大
【答案】B
【分析】（1）功等于力与力方向上的距离的乘积，即W＝Fs；
（2）功率表示物体做功快慢的物理量，即P＝；
（3）机械效率等于有用功与总功的比值，反映了有用功在总功中所占比例的大小。
【解答】解：A、作用在物体上的力越大，对物体所做的功不一定越多，因为在力方向上的距离不明确，故A错误；
B、功率表示物体做功快慢的物理量，物体做功越快，功率越大，故B正确；
C、力对物体做功越多，功率不一定越大，因为所用的时间不明确，故C错误；
D、机械做的有用功越多，机械效率不一定越高，因为有用功在总功中占的比例不明确，故D错误。
故选：B。
2．（2022秋•昭阳区月考）10月1日清晨，北京天安门广场举行庄严的升国旗仪式，关于升旗过程中的一些数据，下列说法正确的是（ ）
A．一面国旗的质量约为50g
B．升国旗时国旗上升的速度约为5m/s
C．带动国旗上升的电动机的效率可达到100%
D．旗手的正常体温约为37℃
【答案】D
【分析】此题考查对生活中常见物理量的估测，结合对生活的了解和对物理单位的认识，找出符合实际的选项。
【解答】解：A、一面国旗的质量约为200g左右，故A错误；
B、升国旗时，一首国歌时长约50s，旗杆高约10m，国旗上升的速度约为v＝＝＝0.2m/s＝20cm/s，故B错误；
C、带动国旗上升的电动机要克服阻力做功效率不可能达到100%，故C错误；
D、人体的正常体温约为37℃，并且变化的幅度很小，故D正确。
故选：D。
3．（2021•鲤城区校级模拟）如图所示，用相同的滑轮和绳子分别组成甲、乙两个滑轮组，分别用甲、乙两个滑轮组在相同时间内将重为G的物体匀速提升相同的高度，不计绳重及摩擦，则下列说法正确的是（ ）
A．绳自由端的拉力F甲＜F乙
B．拉力所做的功W甲＞W乙
C．拉力的功率P甲＞P乙
D．滑轮组的机械效率η甲＝η乙
【答案】D
【分析】（1）不计绳重及摩擦，由滑轮组的结构知道承担物重的绳子股数n，由F＝（G+G动）分析拉力大小；
（2）利用相同的滑轮和绳子、提升相同的高度，做额外功相同；而总功等于有用功加上额外功，可知利用滑轮组做的总功相同；
（3）利用功率公式判断拉力做功功率的大小关系；
（4）根据效率公式判断滑轮组机械效率的大小关系。
【解答】解：A、甲滑轮组有两段绳子承担物重，乙滑轮组有三段绳子承担物重，不计绳重及摩擦，F甲＝（G+G动），F乙＝（G+G动），则F甲＞F乙，A错误；
B、因忽略绳重与摩擦时，克服物体重力做的功为有用功，且两滑轮组将物体提升相同高度，由W有＝Gh可知，两滑轮组做的有用功相等．利用相同的滑轮和绳子、提升相同的高度，做额外功相同；而总功等于有用功加上额外功，可知利用滑轮组做的总功相同，则两滑轮组拉力做的总功相等，即W甲＝W乙，B错误；
C、两滑轮组拉力所做功相同，做功时间相同，所以两个滑轮组拉力的功率相同，即P甲＝P乙，C错误；
D、两滑轮组做的有用功即为克服物重所做的功，因此有用功相同、总功相同，故两滑轮组的机械效率相同，D正确。
故选：D。
4．（2023春•顺义区期中）在生产和生活中经常使用各种机械，下列说法正确的是（ ）
A．使用任何机械都可以省力
B．使用任何机械都可以省功
C．使用机械时，有用功越大，机械效率越高
D．使用机械时，有用功占总功的比例越大，机械效率越高
【答案】D
【分析】（1）使用机械可以在省力、改变动力的方向或移动的距离上得到好处，给人们带来方便，做到方便快捷等；使用机械有这么多的好处，这正是人们使用机械的目的，但使用任何机械都不能省功。
（2）机械效率指的是有用功和总功之比。
【解答】解：A、使用有的可以省力，有的费力，例如费力杠杆，故A错误；
B、使用机械时，省力的机械费距离，省距离的机械费力，不能省功，故B错误；
CD、使用机械时，有用功占总功的比例越大，机械效率越高，故C错误，D正确。
故选：D。
5．（2022秋•沭阳县期末）如图所示，关于简单机械，下列说法不正确的是（ ）
A．如图甲是一个省力杠杆
B．如图乙使用定滑轮可以改变力的方向
C．如图丙使用斜面可以省功
D．如图丁使用滑轮组可以省力
【答案】C
【分析】（1）杠杆的种类有三种：①省力杠杆，动力臂大于阻力臂，省力但费距离；②费力杠杆，动力臂小于阻力臂，费力但省距离；③等臂杠杆，动力臂等于阻力臂，既不省距离也不省力；
（2）使用定滑轮可以改变力的方向；
（3）任何机械都不能省功；
（4）滑轮组可以改变力的大小，也可以改变力的方向，也可以既改变力的大小又改变力的方向。
【解答】解：A．图中杠杆的动力臂大于阻力臂，能够省力，是省力杠杆，故A正确；
B．使用定滑轮不省力，但可以改变力的方向，故B正确；
C．任何机械都不能省功，使用斜面可以省力、但不可以省功，故C错误；
D．使用滑轮组可以省力，故D正确。
故选：C。
6．（2023•黄埔区一模）分别使用甲、乙两个滑轮组将重为10N的物体A在2s内匀速拉升20cm，拉力大小如图所示，下列说法正确的是（ ）
A．甲更省力
B．乙绳子自由端移动距离更大
C．两次所做的有用功都是200J
D．此过程F1做的功比F2做的功多
【答案】D
【分析】（1）使用两个滑轮组分别提升同一物体A，比较绳端的拉力大小，即可判断哪个更省力；
（2）确定两个滑轮组承担物重的绳子股数n，绳子自由端移动距离s＝nh，据此得出绳子自由端移动距离的大小关系；
（3）利用W＝Gh比较所做有用功的关系；
（4）利用W＝Fs计算拉力做的功（总功），进而比较大小关系。
【解答】解：次数
钩码悬挂点
钩码总重G/N
钩码移动距离h/m
拉力F/N
测力计移动距离s/m
机械效率η/%
1
A点
1.5
0.10
0.7
0.30
71.4
2
B点
2.0
0.15
1.2
0.30
83.3
GM
F甲
F乙
F丙
9N
10N
10N
10N
次数
物重N
提升高度/m
拉力N
绳端移动距离m
机械效率η
1
2
0.1
1.0
0.3
66.7%
2
4
0.1
0.3
实验次数
钩码重力G/N
钩码上升高度h/cm
拉力F/N
绳端移动距离s/cm
机械效率η
1
10
5
15
55.6%
2
1.5
5
0.8
15
3
20
5
10
15
66.7%
1、机械效率的概念
（1）概念：有用功跟总功的比值叫做机械效率，通常用百分数表示。
①有用功：利用机械做功的时候，对人们有用的功就叫做有用功。
②额外功：并非我们需要但又不得不做的功叫做额外功。
③总功：有用功与额外功的和叫总功。
④总功的计算：W总=Fs；W总=W有用+W额外
⑤有用功的计算方法：W有用=Gh；W有用=W总-W额外
⑥额外功的计算方法：W额外=G′h，W额外=f摩s；W额外=W总-W有用
（2）计算公式：用W总表示总功，用W有用表示有用功，用η表示机械效率，则：。
由于额外功不可避免，有用功只是总功的一部分，因而机械效率总小于1。
（3）提高机械效率的主要办法：
①在有用功一定时，尽量减少额外功，采用减轻机械自身的重力和加润滑油来减少摩擦的措施；
②在额外功一定时，增大有用功，在机械能够承受的范围内尽可能增加每次提起重物的重力，充分发挥机械的作用。
2、机械效率的计算和大小比较
机械效率表达式为，对于三种简单机械的机械效率的计算总结如下：
机械效率的大小比较：
（1）机械效率由有用功和总功两个因素共同决定，不能理解成：“有用功多，机械效率高”或“总功大，机械效率低”。
（2）当总功一定时，机械做的有用功越多（或额外功越少），机械效率就越高；
（3）当有用功一定时，机械所做的总功越少（或额外功越少），机械效率就越高；
（4）当额外功一定时，机械所做的总功越多（或有用功越多），有用功在总功中所占的比例就越大，机械效率就越高。
3、机械效率的应用及改变方法
（1）有用功是由使用机械的目的所决定的，当用斜面提升物体时，克服物体重力做的功就是有用功，W有=Gh；
（2）额外功是克服相互接触物体间的摩擦阻力所做的功，对于斜面而言，W额=fs；
（3）总功是指动力对所做的功，一般情况下使用斜面时，动力做功W总=Fs；
（4）由功的原理：“动力对机械所做的功等于机械克服阻力所做的功”，而机械克服阻力所做的功就包含了有用功和额外功，即：W总=W有+W额；
（5）机械效率是有用功与总功的比值，只能小于1（理想状态下可能等于1），并且无单位
斜面的机械效率，在同一斜面上，由于倾斜程度相同，即；
一定，故在同一斜面上拉同一物体（粗糙程度相同）时，在斜面上所移动的距离（或物体被提升的高度）不同时，机械效率是相同的；
（6）斜面的机械效率与斜面的倾斜程度、斜面的粗糙程度有关，斜面粗糙程度相同时，斜面的倾斜程度越大，机械效率越高；斜面的倾斜程度一定时，斜面越粗糙，机械效率越低。
提高机械效率的主要办法：
①有用功一定时，尽量减少额外功，采用减轻机械自身的重力和加润滑油来减少摩擦的措施；
②额外功一定时，增大有用功，在机械能够承受的范围内尽可能增加每次提起重物的重力，充分发挥机械的作用。
4、有关机械效率的探究实验
滑轮（组）机械效率的测量实验：
实验目的：测量滑轮组的机械效率
实验原理：
注意事项：
（l）匀速拉动弹簧测力计，目的是保证弹簧测力计的示数F大小不变；
（2）为了便于读数，钩码下沿和绳子末端在刻度尺上的位置最好取整数；
（3）多次测量的目的是进行一些必要的比较，利用不完全归纳法总结规律，而不是求平均值；
实验结论：使用同一滑轮组提升不同的重物时，重物越重，滑轮组的机械效率越大。
斜面机械效率的测量实验：
实验目的：探究斜面的机械效率
实验原理：
实验结论：斜面越陡机械效率越高，斜面越缓，机械效率越低。
杠杆机械效率的测量实验：
用如图所示的实验装置测量杠杆的机械效率，实验时，竖直向上匀速拉动弹簧测力计，使挂在较长杠杆下面的钩码缓缓上升．
（1）实验中，将杠杆拉至图中虚线位置，测力计的示数F为0.5N，钩码总重G为1.0N，钩码上升高度h为0.1m，测力计移动距离s为0.3m，则杠杆的机械效率为66.7%．请写出使用该杠杆做额外功的一个原因：由于使用杠杆时需要克服摩擦做功；
（2）为了进一步研究杠杆的机械效率与哪些因素有关，一位同学用该实验装置，先后将钩码挂在A、B两点，测量并计算得到下表所示的两组数据：
根据表中数据，能否得出“杠杆的机械效率与所挂钩码的重有关，钩码越重其效率越高”的结论？答：不能；
请简要说明两条理由：①两次实验时钩码没有挂在同一位置；②仅根据一次对比实验所得结论是不可靠的。
【考点1 机械效率的概念】
【典例1-1】（2023•金坛区二模）甲、乙两种机械的机械效率分别是80%和65%，则下列说法正确的是（ ）
A．使用甲机械省力
B．使用甲机械做功快
C．在相同的时间内，使用甲机械做的有用功多
D．乙机械的额外功在总功中占的比例大
【答案】D
【分析】（1）机械效率是指有用功占总功的百分比；
（2）功率是表示做功快慢的物理量。
【解答】解：A、机械效率高是指做的功中有用功占的比例高，与是否省力无关，故A错误；
B、机械效率高是指做的功中有用功占的比例高，与做功的快慢，即功率无关，故B错误；
C、机械效率是指有用功占总功的百分比，由于总功未知，故不能确定甲机械做的有用功多，故C错误；
D、乙的机械效率较低，说明有用功占总功的比例小，相应的，额外功占总功的比例就比较大，故D正确。
故选：D。
【典例1-2】（2023•封开县一模）机械效率越高的简单机械，必定是有用功占总功的比例越 大 （选填“大”或“小”），机械效率的数值总 小于 （选填“大于”、“等于”或“小于”）1。以同样速度行驶的列车和小汽车， 列车 （选填“列车”或“小汽车”）动能大。
【答案】大；小于；列车。
【分析】（1）机械效率是指有用功和总功的比值，额外功在总功中占的比例越小，则机械效率越高；因为总功等于有用功加额外功，所以机械效率总小于1，机械效率的大小与额外功有关；
（2）影响动能大小的因素是物体的质量和速度，质量越大、速度越大，动能越大。
【解答】解：（1）机械效率越高的简单机械，有用功在总功中占的比例越大；
因为使用任何机械都要做额外功，且有用功与额外功之和等于总功，所以有用功一定小于总功，而机械效率等于有用功与总功的比值，所以机械效率总小于1；
（2）列车和小汽车以相同的速度行驶时，速度相同，列车的质量大，因此列车具有的动能大。
故答案为：大；小于；列车。
【变式1-1】（2022春•滦南县期末）下列说法中正确的是（ ）
A．机械效率越高，机械越省力
B．机械效率越高，机械做的有用功一定越多
C．功率越大的机械做功时机械效率一定越高
D．有用功在总功中所占的比例越大，机械效率一定越高
【答案】D
【分析】①使用机械时，有用功与总功的比值叫机械效率；
②物体在单位时间完成的功叫功率，是表示做功快慢的物理量。
【解答】解：AD．机械效率是有用功跟总功的比值，这个比值越大机械效率越高，与机械是否省力无关，故A错误，D正确；
B．因为机械效率是用功跟总功的比值，所以做的有用功越多，机械效率不一定越大，故B错误；
C．功率是表示做功快慢的物理量，功率的大小与机械效率的高低没有关系，故C错误；
故选：D。
【变式1-2】（2022•江西）明代学者宋应星（江西人）著有《天工开物》，如图所示，是书中描绘古代劳动人民用桔槔汲水的场景。桔槔属于 杠杆 （选填“杠杆”“滑轮”或“轮轴”），使用时，机械效率η ＜ 1（选填“＞”“＜”或“＝”）。
【答案】杠杆；＜。
【分析】（1）根据使用桔槔时动力臂与阻力臂的关系判断杠杆的类型；
（2）由于存在额外功，机械效率小于1。
【解答】解：使用桔槔时，桔槔能绕悬挂点转动，桔槔属于杠杆；
用桔槔汲水时，要提升桔槔、水桶做额外功，使得有用功小于总功，机械效率η＜1。
故答案为：杠杆；＜。
【考点2 机械效率的计算和大小比较】
【典例2-1】（2023•任城区校级二模）用相同的滑轮组成甲、乙两个滑轮组，分别用其将A、B两个物体在相同时间内匀速提升相同的高度，两次的拉力F1＝F2，不计绳重和摩擦。下列说法错误的是（ ）
A．两物体所受重力GA＜GB
B．两次做的有用功W1＝W2
C．两次拉力做功的功率P1＜P2
D．两滑轮组的机械效率η甲＜η乙
【答案】B
【分析】（1）由图知，n1＝2，n2＝3，不计绳重和摩擦，利用F＝（G+G动），已知F1＝F2，比较G1和G2大小关系；
（2）根据W＝Fs比较功的大小；
（3）根据P＝比较功率大小；
（4）将重物匀速提升相同高度h，动滑轮重力相同，额外功相同，根据重力的关系判断出有用功的大小，根据η＝×100%判断机械效率。
【解答】解：A、左图中n1＝2，不计绳重和摩擦，则F1＝（GA+G动），提升重物的重力：GA＝2F1﹣G动；
右图中n2＝3，不计绳重和摩擦，则F2＝（GB+G动），提升重物的重力：GB＝3F2﹣G动；
因为F1＝F2，所以可得GA＜GB；故A正确；
B、A、B两个物体在相同时间内匀速提升相同的高度，则A中拉力移动的距离s1＝2h，B中拉力移动的距离s2＝3h，F1＝F2，W1＝F1s1，W2＝F2s2，所以W1＜W2，故B错误；
C、时间相同，W1＜W2，P1＝，P2＝，则P1＜P2，故C正确；
D、将重物匀速提升相同高度h，动滑轮的重力相同，则额外功相同，
因为GA＜GB，所以由W有用＝Gh可知W有用1＜W有用2，
所以乙图滑轮组的有用功在总功中所占的比例较大，则乙图滑轮组的机械效率较高，即η甲＜η乙，故D正确。
故选：B。
【典例2-2】（2023春•郓城县期中）如图所示，用两滑轮采用不同的绕绳方法，将同一重物匀速提升相同的高度（不计绳重和摩擦），则拉力F1 ＞ F2，两装置的机械效率η1 ＝ η2。
【答案】＞；＝。
【分析】由滑轮组的结构知道承担物重的绳子股数n，则绳子自由端移动的距离s＝nh，拉力F＝（G物+G轮）；
把相同的重物匀速提升相同的高度，做的有用功相同；不计绳重及摩擦，利用相同的滑轮和绳子、提升相同的高度，做的额外功相同；而总功等于有用功加上额外功，可知利用滑轮组做的总功相同，再根据机械效率公式判断两装置机械效率的大小关系。
【解答】解：由图可知，承担物重的绳子股数分别为：n1＝2，n2＝3；
不计绳重及摩擦，由F＝（G物+G轮）可知绳子自由端受到的拉力分别为：
F1＝（G物+G轮），F2＝（G物+G轮），
由此可知，F1＞F2；
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，总功也相同，
由η＝×100%可知，两装置的机械效率相同，即η1＝η2。
故答案为：＞；＝。
【典例2-3】（2023•南海区二模）如图甲是一种剪式千斤顶，如乙图通过旋转手柄连接带螺纹的螺杆，就能轻易地顶起小车。这种千斤顶是利用 斜面 （只要写出一种简单机械）来省力的；小华在一次给小汽车换胎工作中，转动手柄把质量为1.5t的小车的一后轮顶起了20cm，若顶起小车后轮的力只需车重的三分之一，则这个过程中所做的有用功为 1000 J，小华做的总功是5000J，则此次工作千斤顶的机械效率是 20% 。（g取10N/kg）
【答案】斜面；1000；20%。
【分析】这种千斤顶省力费距离是利用斜面的原理工作的；
根据G＝mg计算小车的重力，根据题意计算顶起小车后轮的力，根据W＝Fs计算有用功；
根据η＝×100%计算机械效率。
【解答】解；这种千斤顶是利用斜面的原理工作的；
小车的重力G＝mg＝1.5×103kg×10N/kg＝1.5×104N，
顶起小车后轮的力F＝×1.5×104N＝5000N，
有用功W有用＝Fs＝5000N×0.2m＝1000J；
机械效率η＝×100%＝×100%＝20%。
故答案为：斜面；1000；20%。
【典例2-4】（2023•香洲区二模）某建筑工地上一台升降机工作时的平均功率为2.5×104W，运载质量为1.5×103kg的货物在10s内上升了9m，g取10N/kg。求此过程中：
（1）货物上升的平均速度；
（2）升降机做的有用功；
（3）升降机的机械效率。
【答案】（1）货物上升的平均速度0.9m/s；
（2）升降机做的有用功1.35×105J；
（3）升降机的机械效率54%。
【分析】（1）根据v＝计算货物上升的平均速度；
（2）根据W＝Gh计算升降机做的有用功；
（3）根据W＝Pt计算升降机做的总功，根据η＝×100%计算升降机的机械效率。
【解答】解；（1）货物上升的平均速度v＝＝＝0.9m/s；
（2）升降机做的有用功W有用＝Gh＝mgh＝1.5×103kg×10N/kg×9m＝1.35×105J；
（3）升降机做的总功W总＝Pt＝2.5×104W×10s＝2.5×105J，
升降机的机械效率η＝×100%＝×100%＝54%。
答：（1）货物上升的平均速度0.9m/s；
（2）升降机做的有用功1.35×105J；
（3）升降机的机械效率54%。
【变式2-1】（2023•姑苏区校级一模）如图所示，小州分别使用甲、乙、丙三种机械匀速提升物体M（绳长不变），测得物体M所受重力和拉力如表所示，则下列说法中正确的是（ ）
A．使用甲、乙、丙图中的三种机械时，丙图中机械最省力
B．使用甲、乙、丙图中的三种机械时，乙图和丙图中机械都能省力
C．使用甲、乙、丙图中的三种机械时，它们的机械效率均相等
D．使用甲、乙、丙图中的三种机械时，甲图中的机械效率最大
【答案】D
【分析】机械效率是有用功与总功之比，从图示可看出，甲图使用的是定滑轮，乙图使用的是动滑轮，丙图是斜面，对它们的机械效率进行比较。
【解答】解：
A、从图中信息可知，甲不省力，乙和丙所使用的拉力相同，故乙和丙图中机械省力效果相等，故A错误。
B、使用甲、乙、丙图中的三种机械时，由表中数据可知，在乙图和丙图的机械应用中并没有省力，B选项错误。
CD、甲机械为定滑轮，且s＝h，则使用时的机械效率：η甲＝＝＝＝90%，
乙机械为动滑轮，且s＝2h，则使用时的机械效率：η乙＝＝＝＝45%，
丙机械为斜面，使用时的机械效率：η丙＝＝＝45%，
故甲的机械效率最大，故C错误，D正确。
故选：D。
【变式2-2】（2022秋•东莞市期末）图所示，是建筑工地常用来搬运砖块的两种机械（滑轮组和起重机）。观察图中甲、乙两图，可知 乙 图的机械功率较大，观察图中丙图和 丁 图可得出：在相等的时间内，起重机比滑轮组做的功 多 。（选填“多”或“少”）
【答案】见试题解答内容
【分析】（1）根据W＝Gh＝mgh可知，搬运砖块的数量越多，上升相同的高度时，做的功越多；
（2）比较做功快慢有两种方法：①做相同的功，比较做功时间；②做功时间相同，比较做功的多少。
【解答】解：（1）由甲、乙两图可知，滑轮组与起重机搬运砖块的质量m、高度h均相同，根据W＝Gh＝mgh可知，两种机械做的功相等，
由图可知，滑轮组做功的时间比起重机长，所以乙图中起重机的机械功率较大；
（2）由丙、丁两图可知，滑轮组和起重机的做功时间相同，起重机搬运砖块多，根据W＝Gh＝mgh可知，起重机做的功多。
故答案为：乙；丁；多。
【变式2-3】（2022春•襄州区期末）等电梯费时，爬楼梯费劲，如图所示是某女大学生发明的“爬楼”自行车，3分钟爬20层楼，速度堪比电梯。若她的质量为60kg，当她3分钟爬楼的高度为60m，她克服重力所做的功为 3.6×104 J，她爬楼的功率为250W，则她爬楼的效率为 80 %。（g取10N/kg）
【答案】3.6×104；80。
【分析】（1）已知女大学生的质量，由G＝mg可求得其重力，已知爬楼的高度，由W＝Gh可求得她克服重力所做的功；
（2）已知爬楼的功率的时间，由P＝公式变形可求得总功，由η＝×100%可求得她爬楼的效率。
【解答】解：若她的质量为60kg，则她的重力G＝mg＝60kg×10N/kg＝600N，
她爬楼的高度为60m，则她克服重力做的功：
W有用＝Gh＝600N×60m＝3.6×104J；
已知她爬楼的功率P＝250W，所用时间t＝3min＝180s，
由P＝可得，则她做的总功：
W＝Pt＝250W×180s＝4.5×104J，
她爬楼的效率η＝×100%＝×100%＝80%。
故答案为：3.6×104；80。
【变式2-4】（2023•济南二模）如图为某建设工地，一台起重机在2min内消耗电能106J将重为30000N的混凝土预制料匀速提升了24m。g取10N/kg，通过计算回答：在提升过程中。
（1）起重机对混凝土预制料做了多少功？
（2）起重机对混凝土预制料做功的功率是多少？
（3）起重机的效率是多少？
【答案】（1）起重机对混凝土预制料做的功为720000J；
（2）起重机对混凝土预制料做功的功率是6000W；
（3）起重机的效率是72%。
【分析】（1）根据W＝Gh计算起重机对混凝土预制料做的功；
（2）根据P＝计算起重机对混凝土预制料做功的功率；
（3）根据η＝×100%计算起重机的效率。
【解答】解：（1）起重机对混凝土预制料做的功W有用＝Gh＝30000N×24m＝720000J；
（2）起重机对混凝土预制料做功的功率P有用＝＝＝6000W；
（3）起重机的效率η＝×100%＝×100%＝72%。
答：（1）起重机对混凝土预制料做的功为720000J；
（2）起重机对混凝土预制料做功的功率是6000W；
（3）起重机的效率是72%。
【考点3 机械效率的应用及改变方法】
【典例3-1】（2023•鼎湖区一模）如图所示，用拉力F使物体竖直匀速上升，下列说法正确的是（ ）
A．拉力F做的功是有用功
B．拉力对物体做的功是额外功
C．绳子自由端移动的距离是物体移动距离的3倍
D．增加物体的重力可以增加滑轮组的机械效率
【答案】D
【分析】用拉力F使物体竖直匀速上升，目的就是为了把物体提升一定的高度（提升重物做的功为有用功），拉力还要克服动滑轮重力和摩擦力做功（额外功），动滑轮上绳子段数为2段，增加提升物体重、保持良好的润滑都可以提高滑轮组的机械效率。
【解答】解：AB．提升物体做的功为有用功W有用＝Gh，拉力做的总功W总＝Fs，克服动滑轮重力和摩擦力做的功为额外功，故AB错误；
C．由图可知，n＝2，则s＝2h，即绳子自由端移动的距离是物体移动距离的2倍，故C错误；
D．由η＝可知，提升的物重增加时，有用功增加，额外功不变，机械效率增加，故D正确；
故选：D。
【典例3-2】（2022•十堰模拟）十堰人民的人均收入越来越高，很多家庭都用上了家用手摇晾衣架，A、B两滑轮中属于动滑轮的是 B ；若衣服和晾衣架的总重为120N，不计动滑轮重，绳重及摩擦，静止时绳的拉力F＝ 30 N。请你提出使用的提高手摇晾衣架机械效率的方法： 增大提升的物重或减小晾衣架重 。
【答案】见试题解答内容
【分析】①定滑轮和动滑轮的主要区别是：动滑轮会随物体一起运动，定滑轮不随物体运动；
②由图可以看出连接动滑轮绳子的股数，不计动滑轮重、绳重及摩擦，根据F＝求出静止时绳的拉力；
③在额外功一定时，增加物重可提高机械效率。减轻动滑轮的重也可以提高机械效率。
【解答】解：（1）A滑轮的轴是固定不动的，是定滑轮，B滑轮的轴与物体一起运动，是动滑轮；
（2）由图可知，连接动滑轮绳子的股数n＝4，不计动滑轮重、绳重及摩擦，
静止时绳的拉力：F＝＝＝30N；
（3）提高手摇晾衣架机械效率的方法有：增大提升的物重或减小晾衣架重等。
故答案为：B；30；增大提升的物重或减小晾衣架重。
【典例3-3】（2022秋•金坛区校级月考）做值日时，小阳将一桶水从一楼提到三楼。此过程中，小阳对水做的功是 有用 功，小阳克服自身重力做的功是 额外 功，一共做的功是 总 功（以上均选填“有用功”、“额外功”、“总功”）。
【答案】有用；额外；总。
【分析】小阳将一桶水从一楼提到二楼，目的是提水，对水做的功为有用功；把桶和自身提升做的功为额外功，有用功加上额外功等于总功。
【解答】解：小阳将一桶水从一楼提到三楼，目的是提水，则对水做的功为有用功，小阳克服自身重力做的功为额外功，小阳把水、桶、自身提升做的功为总功。
故答案为：有用；额外；总。
【典例3-4】（2023•沈阳二模）沈阳地铁3号线是即将建成运营的第六条地铁线路，建成后将有利于缓解道路交通压力、优化交通结构。如图是某处地铁施工时的起重机及其滑轮组的示意图。钢丝绳拉力F由电动机提供，拉力做功的功率为3000W，利用该滑轮组在30s内将质量为0.3t的沙土匀速吊出15m深的竖井。（g取10N/kg）求：
（1）拉力移动的速度：
（2）拉力的大小：
（3）该滑轮组的机械效率。
【答案】（1）拉力移动的速度为1.5m/s；
（2）拉力的大小为2000N；
（3）该滑轮组的机械效率为75%。
【分析】（1）由速度公式计算沙土上升速度，根据v＝nv物计算拉力移动的速度：
（2）根据P＝＝＝Fv计算拉力的大小：
（3）由G＝mg计算沙土的重力，根据η＝＝＝计算滑轮组的机械效率。
【解答】解：（1）沙土上升的速度：
v沙土＝＝＝0.5m/s，
由图知，承担重物绳子的段数n＝3，
所以拉力移动的速度：
v＝nv沙土＝3×0.5m/s＝1.5m/s；
（2）由P＝＝＝Fv可得，拉力的大小：
F＝＝＝2000N；
（3）沙土的重力：
G＝mg＝0.3×1000kg×10N/kg＝3000N，
滑轮组的机械效率：
η＝＝＝＝＝75%。
答：（1）拉力移动的速度为1.5m/s；
（2）拉力的大小为2000N；
（3）该滑轮组的机械效率为75%。
【变式3-1】（2022秋•沛县期中）用如图所示的动滑轮提升重物，下列措施能提高动滑轮机械效率的是（ ）
A．减小被提升物体的高度B．增大动滑轮的重力
C．减小绳子的拉力D．增大物体的重力
【答案】D
【分析】（1）提高动滑轮机械效率的方法：减小动滑轮的重力、加润滑油减小摩擦，这些方法可以减少额外功，从而提高机械效率；增加提升物体的重力，在额外功不变的情况下，增大有用功，从而提高机械效率；
（2）根据动滑轮的机械效率的计算公式可知，机械效率的高低与物体被提升的高度无关；若不计绳重和摩擦时，动滑轮的机械效率η＝＝；据此分析滑轮组机械效率与拉力大小无关。
【解答】解：A、由动滑轮的机械效率可知，机械效率的高低与物体被提升的高度无关，故A错误；
B、增大动滑轮的重力，在其他条件不变时，需要做的额外功增大，有用功不变，可以减小动滑轮的机械效率，故B错误；
C、若不计绳重和摩擦时，动滑轮的机械效率η＝＝；可以得出滑轮组机械效率与拉力大小无关，故C错误；
D、增大物体的重力，在其他条件不变时，所做的有用功会增大，额外功不变，这样有用功在总功中所占的比例就会增大，即动滑轮的机械效率增大，故D正确。
故选：D。
【变式3-2】（2023•榆阳区二模）在实践活动基地，小壮体验使用劳动工具对工作的影响。如图所示，分别用甲、乙两种形式的滑轮组把重为400N的物体匀速向上提起相同的高度。每个滑轮重20N，两次物体均以0.5m/s的速度匀速上升，忽略绳子的重力及滑轮与绳子的摩擦。下列判断正确的是（ ）
A．甲、乙两种方式都能省功
B．乙方式比甲方式更省力
C．甲、乙两种方式的机械效率相等
D．甲、乙两方式中拉力的功率之比为3：2
【答案】C
【分析】（1）根据功的原理分析能否省功；
（2）由图可知承担动滑轮绳子的股数，利用不计绳重和摩擦时F＝（G+G动）比较哪种方式更省力；
（3）利用不计绳重和摩擦时η＝＝＝＝分析两种方式的机械效率；
（4）绳子自由端移动的速度v＝nv物，利用P＝＝＝Fv求拉力做功的功率，进而求出甲、乙两方式中拉力的功率之比。
【解答】解：A、由功的原理可知，使用任何机械都不省功，故A错误；
B、由图可知n甲＝3、n乙＝2，因为不计绳重和摩擦，所以F甲＝（G+G动）＝（400N+20N）＝140N，F乙＝（G+G动）＝（400N+20N）＝210N，因此甲方式更省力，故B错误；
C、两种方式中提升的物体重力相等，动滑轮的重力也相等，由不计绳重和摩擦时η＝＝＝＝可知，两种方式的机械效率相等，故C正确；
D、两种方式中绳子自由端移动的速度：v甲＝n甲v物甲＝3×0.5m/s＝1.5m/s，v乙＝n乙v物乙＝2×0.5m/s＝1m/s，
由P＝＝＝Fv可知，甲、乙两方式中拉力的功率分别为：P甲＝F甲v甲＝140N×1.5m/s＝210W，P乙＝F乙v乙＝210N×1m/s＝210W，
因此甲、乙两方式中拉力的功率之比：P甲：P乙＝210W：210W＝1：1，故D错误。
故选：C。
【变式3-3】（2023•吉林一模）如图所示，利用滑轮组帮助汽车脱困，汽车在5s内沿直线匀速前进1m，作用在绳子上的拉力F为1000N，拉力做功的功率为 400 W；若该滑轮组的机械效率为80%，则汽车受到的阻力为 1600 N。
【答案】400；1600。
【分析】（1）由图可知n＝2，绳子自由端移动的距离s＝ns物，利用W总＝Fs求拉力做的总功，利用P＝求拉力做功的功率；
（2）利用η＝＝＝＝求汽车受到的阻力。
【解答】解：（1）由图可知n＝2，绳子自由端移动的距离：s＝ns物＝2×1m＝2m，
拉力做的总功：W总＝Fs＝1000N×2m＝2000J，
拉力做功的功率：P＝＝＝400W；
（2）由η＝＝＝＝可知，汽车受到的阻力：f＝ηnF＝80%×2×1000N＝1600N。
故答案为：400；1600。
【变式3-4】（2023•召陵区一模）小明利用假期去参加社会实践活动，他在建筑工地了解到如图甲所示的起重机在某次工作时，先将质量为10kg的长方体货物从地面上的A点匀速竖直提升到B点，再从B点匀速水平移动20s到达C点，所用时间及各点间距离如图乙所示，长方体货物与地面的接触面积为0.02m2，g取10N/kg。
（1）若货物静止在A点时，起重机的绳子对它的拉力为50N，则货物对地面的压强为多少？
（2）起重机将货物从A点移动到C点的整个过程中所做功的功率为多少？
（3）若要提高起重机的机械效率，请你说出一种可行的方法 减小绳和机械之间的摩擦 。
【答案】（1）若货物静止在A点时，起重机的绳子对它的拉力为50N，则货物对地面的压强为2.5×103Pa；
（2）起重机将货物从A点移动到C点的整个过程中所做功的功率为20W；
（3）减小绳和机械之间的摩擦
【分析】（1）求出货物的重力，对货物进行受力分析，再求出货物对地面的压力，根据求出货物对地面的压强；
（2）根据W＝Fs计算出起重机将货物从A点移动到C点的整个过程中所做的功，再计算出整个过程所用的时间，根据可求出起重机做功的功率；
（3）提高机械效率的主要办法：
①在有用功一定时，尽量减少额外功，采用减轻机械自身的重力和加润滑油来减少摩擦的措施；
②在额外功一定时，增大有用功，在机械能够承受的范围内尽可能增加每次提起重物的重力，充分发挥机械的作用。
【解答】解：（1）货物的重力为：G＝mg＝10kg×10N/kg＝100N，
货物对地面的压力为：F压＝G﹣F拉＝100N﹣50N＝50N，
则货物对地面的压强为：；
（2）起重机将货物从A点移动到C点的整个过程中所做的功为：
在从A到B的过程中，W＝Gs1＝100N×5m＝500J，
在从B到C的过程中，是水平移动，由于在力的方向上没有移动距离，拉力不做功，
所用的时间为：t＝t1+t2＝5s+20s＝25s，
起重机做功的功率为：；
（3）增加提升货物的重力；减小绳和机械之间的摩擦。
【考点4 有关机械效率的探究实验】
【典例4-1】（2023•市北区二模）探究滑轮组机械效率实验：
（1）第二次试验时，测力计示数如图所示，此时绳子自由端受到的拉力为 1.8 N，滑轮组机械效率
为 74.1% ；
（2）分析实验数据，可初步得出的实验结论：同一滑轮组的机械效率与 提升物体的重力 有关。
【答案】（1）1.8；74.1%；（2）提升物体的重力。
【分析】（1）根据测力计分度值读数，从而可知绳子自由端受到的拉力，根据机械效率公式得出滑轮组机械效率；
（2）纵向分析实验数据得出实验结论。
【解答】解：（1）第二次试验时，测力计示数如图所示，测力计分度值为0.2N，示数为1.8N，此时绳子自由端受到的拉力为1.8N，滑轮组机械效率：
η＝×100%≈74.1%；
（2）纵向分析实验数据，可初步得出的实验结论：同一滑轮组的机械效率与提升物体的重力有关。
故答案为：（1）1.8；74.1%；（2）提升物体的重力。
【典例4-2】（2022秋•金坛区期中）某兴趣小组对滑轮和杠杆的机械效率进行了实验探究。
（1）如图分别用甲、乙两相同滑轮把同一桶沙从一楼地面提到二楼地面，滑轮重力小于沙和桶的总重力。用甲滑轮绳端所施加的拉力为F1，做的总功为W1，机械效率为η1；用乙滑轮绳端所施加的拉力为F2，所做的总功为W2，机械效率为η2，若不计摩擦和绳重，则：F1 ＞ F2（＞/＜/＝），W1 ＜ W2（＞/＜/＝），η1 ＞ η2（＞/＜/＝）。
（2）如图丙所示，用竖直向上的力匀速拉动质量分布均匀的杠杆，杠杆转动过程中，拉力F的大小将 不变 （变大/变小/不变）。现用竖直向上的拉力将重为36N的物体缓慢升高10cm，拉力大小F为16N，拉力移动的距离为25cm，此时杠杆的机械效率为 90% 。若将重物的悬挂点由A点（为第1次）向右移至B点（为第2次），将重物提升相同的高度，两次有用功 相等 （相等/不等），第 2 （1/2）次杠杆的机械效率高。
【答案】（1）＞；＜；＞；（2）不变；90%；相等；2。
【分析】（1）由图可知甲是定滑轮，乙是动滑轮，定滑轮只改变力的方向，不能改变力的大小，定滑轮既可以改变力的大小，也可以改变力的方向；
利用乙滑轮做的额外功多，由“分别用甲、乙两滑轮把同一桶沙从一楼地面提到二楼地面”可知两种情况的有用功，再根据总功等于有用功加上额外功，可以比较出两种情况的总功大小。然后利用即可比较出二者机械效率的大小；
（2）由图示可知，当重物被提升的过程中，根据数学知识可知动力臂与阻力臂的关系，再根据杠杆平衡条件可知拉力的变化；
杠杆提升物体时，对物体做有用功，拉力做的功是总功，根据求出机械效率；
将物体的悬挂点从A点移至B点，物体还升高相同的高度，杠杆上旋的角度减小，克服杠杆重做功减小，有用功不变，额外功减小，总功减小，进而判断机械效率的变化。
【解答】解：（1）设沙桶的重力是G，由图示可知，甲图中是定滑轮，若不计摩擦和绳重，拉力F1＝G，图乙是动滑轮，拉力，滑轮重力小于沙和桶的总重力，所以F1＞F2；
因为分别用甲、乙两滑轮把同一桶沙从一楼地面提到二楼地面，所以两种情况的有用功相同；
当有用功一定时，甲中所做的总功为对一桶沙所做的功，利用机械时做的额外功越少，则总功就越少，机械效率就越高；
又因为乙是动滑轮，乙中所做的总功还要加上对动滑轮所做的功，利用乙滑轮做的额外功多，则总功越多，机械效率越低，即W1＜W2，η1＞η2；
（2）由图示可知，当重物被提升的过程中，根据数学知识可知动力臂与阻力臂的比值不变，且重物的重力不变，由杠杆平衡条件可知拉力不变；
物体上升的高度h＝10cm＝0.1m，拉力移动的距离为s＝25cm＝0.25m，
此时杠杆的机械效率为：；
杠杆提升物体时，对物体做有用功，克服杠杆重做额外功，并且W有用+W额＝W总；
设杠杆重心升高的距离为h，所以，Gh1+G杠杆h＝Fh2，G不变，h1不变，G杠杆不变，
物体从A点到B点，物体还升高相同的高度，有用功不变；
杠杆上旋的角度减小，杠杆升高的距离h变小，克服杠杆重力所做的额外功变小；
则Gh1+G杠杆h变小，所以Fh2也变小；根据可知，总功变小，有用功不变，所以η变大，即第2次杠杆的机械效率高。
故答案为：（1）＞；＜；＞；（2）不变；90%；相等；2。
【典例4-3】（2023•海珠区一模）（1）小芳把重10N的物体从水平地面竖直向上匀速提升2m。小芳对物体做的功为 20 J。
（2）小明猜想：“图中斜面提升物体，接触面粗糙程度不变时，物体越轻，机械效率越高”。设计一个实验，多次测量斜面的机械效率，检验其猜想。
①实验步骤（已准备图中的斜面、有凹槽的物体，若需要可补充器材）： 弹簧测力计、刻度尺、钩码 。
②写出测量第一次机械效率的表达式η＝ ×100% 。
③写出判断小明猜想是否正确的依据 在凹槽中添加不同数量的钩码，多次实验，求出每次的机械效率并进行比较，如果添加钩码较少时，机械效率高，则小明的猜想是正确的，否则就是错误的。 。
【答案】（1）20；（2）①弹簧测力计、刻度尺、钩码；②×100%；③在凹槽中添加不同数量的钩码，多次实验，求出每次的机械效率并进行比较，如果添加钩码较少时，机械效率高，则小明的猜想是正确的，否则就是错误的。
【分析】（1）根据W＝Gh求出小芳对物体做的功；
（2）①根据η＝＝×100%和探究的目的分析；
②根据η＝＝×100%写出第一次机械效率的表达式；
③根据探究的目的分析。
【解答】解：（1）小芳对物体做的功为：W＝Gh＝10N×2m＝20J；
（2）①由η＝×100%＝×100%可知，实验过程中需要测量拉力、物重、物体移动的距离，物体上升的高度，所以需要弹簧测力计和刻度尺；
又因为实验过程中需要改变物重，所以还需要钩码；
②设凹槽受到的重力为G凹槽，凹槽在斜面上运动的距离为s凹槽，
则测量第一次机械效率的表达式η＝×100%＝×100%；
③本实验是探究斜面提升物体，接触面粗糙程度不变时，物体越轻，机械效率越高的猜想是否正确，所以判断小明猜想是否正确的依据是：在凹槽中添加不同数量的钩码，多次实验，求出每次的机械效率并进行比较，如果添加钩码较少时，机械效率高，则小明的猜想是正确的，否则就是错误的。
故答案为：（1）20；（2）①弹簧测力计、刻度尺、钩码；②×100%；③在凹槽中添加不同数量的钩码，多次实验，求出每次的机械效率并进行比较，如果添加钩码较少时，机械效率高，则小明的猜想是正确的，否则就是错误的。
【变式4-1】（2023•庐江县三模）小张同学测量如图所示滑轮组的机械效率，部分实验数据如表。
（1）第1次实验时，弹簧测力计示数如图所示，为 0.6 N。
（2）第2次实验时，滑轮组的机械效率是 62.5% 。
（3）分析1、2、3次实验的数据可知，使用同一滑轮组提升重物时，重物重力越 大 （选填“大”或“小”），滑轮组的机械效率越高。
【答案】（1）0.6；（2）62.5%；（3）大。
【分析】（1）实验过程中，应缓慢拉动弹簧测力计，使钩码竖直向上做匀速运动，此时系统处于平衡状态，测力计示数等于拉力大小；根据弹簧测力计分度值得出弹簧测力计示数；
（2）根据W有＝Gh得出第2次实验时所做的有用功，根据W总＝Fs得出第2次做的总功，根据η＝求出滑轮组的机械效率；
（3）分析1、2、3次实验的数据得出结论。
【解答】解：（1）测力计分度值为0.1N，第1次实验时，弹簧测力计示数为0.6N。
（2）第2次实验时所做的有用功为：
W有＝Gh＝1.5N×0.05m＝0.075J；
第2次做的总功为：
W总＝Fs＝0.8N×0.15m＝0.12J，
滑轮组的机械效率为：η＝×100%＝×100%＝62.5%，
（3）分析1、2、3次实验的数据可知，使用同一滑轮组提升重物时，重物重力越大，滑轮组的机械效率越高。
故答案为：（1）0.6；（2）62.5%；（3）大。
【变式4-2】（2022•杭州模拟）某实验小组利用图示装置研究杠杆的机械效率，实验的主要步骤如下：
①用轻绳悬挂杠杆一端的O点作为支点，在A点用轻绳悬挂总重为G的钩码，在B点用轻绳竖直悬挂一个弹簧测力计，使杠杆保持水平；
②竖直向上拉动弹簧测力计缓慢匀速上升（保持O点位置不变），在此过程中弹簧测力计的读数为F，利用刻度尺分别测出A、B两点上升的高度为h1、h2。回答下列问题：
（1）本次实验中，若提升的钩码重一定，不计装置的摩擦，则影响杠杆机械效率的主要因素是 杠杆自身的重力 。
（2）该杠杆机械效率的表达式是 ×100% 。（用题中给出的字母表示）
（3）若将钩码的悬挂点由A移至C，O、B位置不变，仍将钩码提升相同的高度，则杠杆的机械效率将 变大 （变大/变小/不变）。请简要说明理由 钩码的重力和上升高度均不变，则有用功不变，但杠杆重心上升的高度减小，额外功减小，总功减小，根据机械效率的公式可知杠杆的机械效率变大 。
【答案】（1）杠杆自身的重力；（2）×100%；（3）变大；钩码的重力和上升高度均不变，则有用功不变，但杠杆重心上升的高度减小，额外功减小，总功减小，根据机械效率的公式可知杠杆的机械效率变大。
【分析】（1）机械效率是有用功和总功的比值，它反映了有用功在总功中所占比例的大小，影响机械效率的因素从有用功和额外功两方面考虑；
（2）使用杠杆克服钩码的重力做功，有用功等于克服钩码重力做的功，总功等于弹簧测力计的拉力做的功，机械效率等于有用功和总功的比值；
（3）将钩码的悬挂点由A移至C，仍将钩码提升相同的高度，有用功不变；额外功是克服杠杆重力做的功，分析杠杆重心上升高度的变化，可知额外功和总功的变化情况，据此结合机械效率的公式分析。
【解答】解：
（1）影响机械效率的因素主要是有用功和总功所占的比例；提升的钩码重一定说明有用功一定，所以影响杠杆机械效率的主要因素是杠杆自身的重力。
（2）有用功为W有＝Gh1，总功W总＝Fh2，则机械效率的表达式η＝×100%＝×100%；
（3）若将钩码的悬挂点由A移至C，而O、B位置不变，仍将钩码提升相同的高度，则有用功不变，但杠杆重心上升的高度减小，额外功减小，总功减小，根据机械效率的公式η＝可知杠杆的机械效率变大。
故答案为：
（1）杠杆自身的重力；（2）×100%；（3）变大；钩码的重力和上升高度均不变，则有用功不变，但杠杆重心上升的高度减小，额外功减小，总功减小，根据机械效率的公式可知杠杆的机械效率变大。
【变式4-3】（2023•卧龙区校级一模）汽车沿着盘山公路，可以驶上高耸入云的山峰，请用弹簧测力计、斜面（尽量光滑）、刻度尺、带挂钩的小物块等器材，设计一个实验说明：上山的公路为什么修的弯弯曲曲如盘龙，而不是从山下直通山顶？操作步骤：
（1） 用弹簧测力计竖直拉起小木块，记下弹簧测力计的示数G ；
（2） 把木块放在斜面上，用弹簧测力计拉小木块沿斜面向上运动，当小木块匀速运动时记下弹簧测力计的示数F ；
（3）改变斜面的倾斜角度，再次重复上述实验。
实验现象： 竖直拉小木块时用的力最大，沿斜面拉小木块时，斜面坡度越小，用的力越小；斜面坡度越大，用的力越大 ；
若已测出斜面的高和长分别h和L，则斜面的机械效率表达式为： η＝×100% 。
【答案】见试题解答内容
【分析】操作步骤：用弹簧测力计测量不同斜面坡度下拉力大小，通过比较得出斜面有省力的作用。
计算斜面的机械效率：利用W＝Gh求拉力做的有用功，利用W＝Fs求拉力做的总功，斜面的机械效率等于有用功与总功之比。
【解答】解：
操作步骤：
（1）用弹簧测力计竖直拉起小木块，记下弹簧测力计的示数G；
（2）把木块放在斜面上，用弹簧测力计拉小木块沿斜面向上运动，当小木块匀速运动时记下弹簧测力计的示数F；
实验现象：
竖直拉小木块时用的力最大，沿斜面拉小木块时，斜面坡度越小，用的力越小；斜面坡度越大，用的力越大。
计算斜面的机械效率：
拉力做的有用功：W有用＝Gh，
拉力做的总功：W总＝FL，
斜面的机械效率：η＝×100%＝×100%。
故答案为：
（1）用弹簧测力计竖直拉起小木块，记下弹簧测力计的示数G；
（2）把木块放在斜面上，用弹簧测力计拉小木块沿斜面向上运动，当小木块匀速运动时记下弹簧测力计的示数F；
竖直拉小木块时用的力最大，沿斜面拉小木块时，斜面坡度越小，用的力越小；斜面坡度越大，用的力越大；
η＝×100%。
一、选择题。
1．（2023春•通州区期中）关于功、功率和机械效率，下列说法正确的是（ ）
A．作用在物体上的力越大，对物体做功越多
B．力对物体做功越快，功率就越大
C．力对物体做功越多，功率就越大
D．有用功越多，机械效率就越大
【答案】B
【分析】（1）功等于力与力方向上的距离的乘积，即W＝Fs；
（2）功率表示物体做功快慢的物理量，即P＝；
（3）机械效率等于有用功与总功的比值，反映了有用功在总功中所占比例的大小。
【解答】解：A、作用在物体上的力越大，对物体所做的功不一定越多，因为在力方向上的距离不明确，故A错误；
B、功率表示物体做功快慢的物理量，物体做功越快，功率越大，故B正确；
C、力对物体做功越多，功率不一定越大，因为所用的时间不明确，故C错误；
D、机械做的有用功越多，机械效率不一定越高，因为有用功在总功中占的比例不明确，故D错误。
故选：B。
2．（2022秋•昭阳区月考）10月1日清晨，北京天安门广场举行庄严的升国旗仪式，关于升旗过程中的一些数据，下列说法正确的是（ ）
A．一面国旗的质量约为50g
B．升国旗时国旗上升的速度约为5m/s
C．带动国旗上升的电动机的效率可达到100%
D．旗手的正常体温约为37℃
【答案】D
【分析】此题考查对生活中常见物理量的估测，结合对生活的了解和对物理单位的认识，找出符合实际的选项。
【解答】解：A、一面国旗的质量约为200g左右，故A错误；
B、升国旗时，一首国歌时长约50s，旗杆高约10m，国旗上升的速度约为v＝＝＝0.2m/s＝20cm/s，故B错误；
C、带动国旗上升的电动机要克服阻力做功效率不可能达到100%，故C错误；
D、人体的正常体温约为37℃，并且变化的幅度很小，故D正确。
故选：D。
3．（2021•鲤城区校级模拟）如图所示，用相同的滑轮和绳子分别组成甲、乙两个滑轮组，分别用甲、乙两个滑轮组在相同时间内将重为G的物体匀速提升相同的高度，不计绳重及摩擦，则下列说法正确的是（ ）
A．绳自由端的拉力F甲＜F乙
B．拉力所做的功W甲＞W乙
C．拉力的功率P甲＞P乙
D．滑轮组的机械效率η甲＝η乙
【答案】D
【分析】（1）不计绳重及摩擦，由滑轮组的结构知道承担物重的绳子股数n，由F＝（G+G动）分析拉力大小；
（2）利用相同的滑轮和绳子、提升相同的高度，做额外功相同；而总功等于有用功加上额外功，可知利用滑轮组做的总功相同；
（3）利用功率公式判断拉力做功功率的大小关系；
（4）根据效率公式判断滑轮组机械效率的大小关系。
【解答】解：A、甲滑轮组有两段绳子承担物重，乙滑轮组有三段绳子承担物重，不计绳重及摩擦，F甲＝（G+G动），F乙＝（G+G动），则F甲＞F乙，A错误；
B、因忽略绳重与摩擦时，克服物体重力做的功为有用功，且两滑轮组将物体提升相同高度，由W有＝Gh可知，两滑轮组做的有用功相等．利用相同的滑轮和绳子、提升相同的高度，做额外功相同；而总功等于有用功加上额外功，可知利用滑轮组做的总功相同，则两滑轮组拉力做的总功相等，即W甲＝W乙，B错误；
C、两滑轮组拉力所做功相同，做功时间相同，所以两个滑轮组拉力的功率相同，即P甲＝P乙，C错误；
D、两滑轮组做的有用功即为克服物重所做的功，因此有用功相同、总功相同，故两滑轮组的机械效率相同，D正确。
故选：D。
4．（2023春•顺义区期中）在生产和生活中经常使用各种机械，下列说法正确的是（ ）
A．使用任何机械都可以省力
B．使用任何机械都可以省功
C．使用机械时，有用功越大，机械效率越高
D．使用机械时，有用功占总功的比例越大，机械效率越高
【答案】D
【分析】（1）使用机械可以在省力、改变动力的方向或移动的距离上得到好处，给人们带来方便，做到方便快捷等；使用机械有这么多的好处，这正是人们使用机械的目的，但使用任何机械都不能省功。
（2）机械效率指的是有用功和总功之比。
【解答】解：A、使用有的可以省力，有的费力，例如费力杠杆，故A错误；
B、使用机械时，省力的机械费距离，省距离的机械费力，不能省功，故B错误；
CD、使用机械时，有用功占总功的比例越大，机械效率越高，故C错误，D正确。
故选：D。
5．（2022秋•沭阳县期末）如图所示，关于简单机械，下列说法不正确的是（ ）
A．如图甲是一个省力杠杆
B．如图乙使用定滑轮可以改变力的方向
C．如图丙使用斜面可以省功
D．如图丁使用滑轮组可以省力
【答案】C
【分析】（1）杠杆的种类有三种：①省力杠杆，动力臂大于阻力臂，省力但费距离；②费力杠杆，动力臂小于阻力臂，费力但省距离；③等臂杠杆，动力臂等于阻力臂，既不省距离也不省力；
（2）使用定滑轮可以改变力的方向；
（3）任何机械都不能省功；
（4）滑轮组可以改变力的大小，也可以改变力的方向，也可以既改变力的大小又改变力的方向。
【解答】解：A．图中杠杆的动力臂大于阻力臂，能够省力，是省力杠杆，故A正确；
B．使用定滑轮不省力，但可以改变力的方向，故B正确；
C．任何机械都不能省功，使用斜面可以省力、但不可以省功，故C错误；
D．使用滑轮组可以省力，故D正确。
故选：C。
6．（2023•黄埔区一模）分别使用甲、乙两个滑轮组将重为10N的物体A在2s内匀速拉升20cm，拉力大小如图所示，下列说法正确的是（ ）
A．甲更省力
B．乙绳子自由端移动距离更大
C．两次所做的有用功都是200J
D．此过程F1做的功比F2做的功多
【答案】D
【分析】（1）使用两个滑轮组分别提升同一物体A，比较绳端的拉力大小，即可判断哪个更省力；
（2）确定两个滑轮组承担物重的绳子股数n，绳子自由端移动距离s＝nh，据此得出绳子自由端移动距离的大小关系；
（3）利用W＝Gh比较所做有用功的关系；
（4）利用W＝Fs计算拉力做的功（总功），进而比较大小关系。
【解答】解：次数
钩码悬挂点
钩码总重G/N
钩码移动距离h/m
拉力F/N
测力计移动距离s/m
机械效率η/%
1
A点
1.5
0.10
0.7
0.30
71.4
2
B点
2.0
0.15
1.2
0.30
83.3
GM
F甲
F乙
F丙
9N
10N
10N
10N
次数
物重N
提升高度/m
拉力N
绳端移动距离m
机械效率η
1
2
0.1
1.0
0.3
66.7%
2
4
0.1
0.3
实验次数
钩码重力G/N
钩码上升高度h/cm
拉力F/N
绳端移动距离s/cm
机械效率η
1
10
5
15
55.6%
2
1.5
5
0.8
15
3
20
5
10
15
66.7%
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