人教版（2024）八年级下册12.3 机械效率课后复习题

这是一份人教版（2024）八年级下册12.3 机械效率课后复习题，文件包含人教版物理八年级下册同步讲义+专题训练123机械效率考点解读原卷版docx、人教版物理八年级下册同步讲义+专题训练123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53页， 欢迎下载使用。


知识点讲解
1、有用功和额外功
（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、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。
（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。
3、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。
4、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。
5、有关机械效率的探究实验
（1）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：
①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。
（2）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。
（3）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。
典例分析＋变式训练
考点1 有用功和额外功
【典例1-1】小明在超市从货架上拿起一个水杯并购买。到家他用这个水杯喝水，在水杯里倒满水后，他从桌面上拿起水杯。则他两次拿起水杯的过程中（ ）
A．对水杯所做的功都是有用功
B．对水杯所做的功都是额外功
C．购买水杯时，对水杯所做的功是有用功
D．喝水时，对水杯所做的功是有用功
【答案】C。
【解答】解：小明买茶杯，从货架上拿起一个水杯，克服茶杯重力做的功是有用功；
他用这个水杯喝水，在水杯里倒满水后，他从桌面上拿起水杯，目的是端水，因此对水做的功为有用功，克服茶杯重力做的功是额外功，
综上分析可知，选项ABD错误、C正确。
故选：C。
【典例1-2】一位工人师傅利用长4.5m、高1.5m的斜面，用500N沿斜面的力把重1200N的箱子匀速推到车上，工人师傅做的总功是 2250 J，有用功是 1800 J。这里产生额外功的原因是 克服摩擦做功 。
【答案】2250；1800；克服摩擦做功。
【解答】解：（1）工人做的有用功：
W有用＝G物h＝1200N×1.5m＝1800J；
（2）工人所做的总功：
W总＝Fs＝500N×4.5m＝2250J；
（3）利用斜面将物体推到车上的过程中，要克服摩擦做额外功。
故答案为：2250；1800；克服摩擦做功。
【变式1-1】两人用同样的水桶从同一处提水，给同样远处、同样的水桶注满水。其中一个人每次都将水桶装满，另一个人每次都不装满，则两人做功的大小情况是（ ）
A．装满水桶者做的功多
B．不装满水桶者做的功多
C．两人做的功一样多
D．装满水桶者做的有用功多
【答案】B。
【解答】解：由于两人都需要将缸灌满（缸相同），所以需要取水的质量相同；由于将水提升的高度相同，所以两人所做的有用功相同。但不装满水桶者每次提的水较少，需要多提几次，因此做的额外功较多，需要做的总功也越多。
故选：B。
【变式1-2】图甲中用力F1水平拉着重为G的物体在水平路面上匀速移动s的距离。图乙中用力F2通过动滑轮拉着该物体在同一水平路面上匀速移动s的距离。请写出在使用动滑轮的过程中，额外功的表达式 （2F2﹣F1）s 。
【答案】（2F2﹣F1）s。
【解答】解：
使用动滑轮拉力端移动的距离s′＝2s，拉力做的总功W总＝F2s′＝F2×2s＝2F2s；
使用动滑轮做的有用功，等于直接拉物体做的功，即W有＝F1s；
额外功W额＝W总﹣W有＝2F2s﹣F1s＝（2F2﹣F1）s。
故答案为：（2F2﹣F1）s。
考点2 机械效率的概念
【典例2-1】下列关于机械效率的说法中正确的是（ ）
A．越省力的机械，机械效率越高
B．所做有用功越多的机械，机械效率越高
C．做功相等的情况下，额外功越少的机械，机械效率越高
D．做功越快的机械，机械效率越高
【答案】C。
【解答】解：
A、机械效率是指有用功占总功的百分比，与是否省力没有必然的联系，故A说法错误；
B、效率指有用功占总功的比值，有用功多，如果额外功更多，则效率不一定高，故B说法错误；
C、做功相等的情况下，额外功越少的机械，有用功占的越多，所以机械效率越高，故C说法正确；
D、机械做功越快，表示功率越大，机械效率与功率间没有必然联系，故D说法错误。
故选：C。
【典例2-2】使用任何机械都不可避免的要做额外功，有用功总是 小于 （选填“大于”、“等于”或“小于”）总功，所以机械效率总是 小于 （选填“大于”、“等于”或“小于”）1，机械效率通常用 η 表示。
【答案】小于；小于；η。
【解答】解：机械工作时，因为额外功是不可避免的，而W总＝W有+W额，故有用功总是小于总功；
由机械效率公式η＝可以看出：机械效率总是小于1。
故答案为：小于；小于；η。
【变式2-1】关于机械的功、功率和机械效率，以下说法正确的是（ ）
A．利用机械越省力，机械效率越高
B．机械做功越快，机械效率越高
C．机械的功率越大，做功越多
D．机械的功率越小，做功越慢
【答案】D。
【解答】解：
A、机械效率是指有用功占总功的百分比，与是否省力没有必然的联系，故A错误；
B、机械做功越快，表示功率越大，单位时间内做的功越多，但机械效率不一定就高，故B错误；
C、功率越大，说明做功越快，但不能说明做功多少，故C错误；
D、功率是表示做功快慢的物理量，做功越慢，说明功率越小，故D正确。
故选：D。
【变式2-2】甲吊车比乙吊车的机械效率高，当它们分别把相同质量的物体匀速提升相同高度时，与乙吊车相比，甲吊车做的有用功 相同 ，总功 较少 。（填“较多”、“较少”或“相同”）
【答案】相同；较少。
【解答】解：根据公式W有用＝Gh＝mgh可知甲、乙吊车做的有用功相同；两辆吊车做的有用功相同，乙的效率较低，所以乙吊车做总功较多。
故答案为：相同；较少。
考点3 机械效率的计算和大小比较
【典例3-1】甲、乙两台机械，甲的机械效率是85%，乙的机械效率是80%，则（ ）
A．使用甲机械做功省力
B．使用乙机械做功省力
C．使用乙机械做功少
D．做同样多的功，使用甲机械的额外功少
【答案】D。
【解答】解：A、甲的机械效率是85%，乙的机械效率是80%，甲的效率大于乙的效率，但不能确定它们的省力、费力情况，故AB错误；
C、根据W＝Pt，时间相同，功率大的做功多，功率小的做少，与做功的多少无关，故C错误；
D、机械效率越高，额外功所占比重越小，甲的机械效率高，使用甲机械做的额外功少，故D正确。
故选：D。
【典例3-2】小亮不慎将质量为1kg的水桶掉到了井里，在将水桶捞出的同时，带上了2kg的水，若水桶升高的距离为2.5m，（g取10N/kg，不考虑绳重。）则下列说法正确的是（ ）
A．有用功是50J，机械效率是66.7%
B．有用功是50J，额外功是25J
C．额外功是25J，总功是75J
D．有用功是25J，机械效率33.3%
【答案】D。
【解答】解：由题意知，要将水桶捞出，所以克服水桶重力做的功是有用功；水桶中带了部分水，克服这些水的重力做的功是额外功；克服水桶重力和水的重力做功之和是总功。所以：
有用功为W有＝Gh＝mgh＝1kg×10N/kg×2.5m＝25J；
额外功为W额＝G水h＝m水gh＝2kg×10N/kg×2.5m＝50J；
总功为W总＝W有+W额＝25J+50J＝75J；
机械效率为η＝×100%＝×100%≈33.3%。
故选：D。
【典例3-3】如图，小明分别用甲、乙两滑轮把同一桶沙从一楼地面提到二楼地面，图甲中的滑轮为 定滑轮 ，用乙图中的滑轮可以 省力 ，用甲滑轮所做的有用功为W1，机械效率η1；用乙滑轮所做的有用功为W2，机械效率为η2，若不计绳重与摩擦，则W1 等于 W2，η1 大于 η2（均填“大于”“小于”或“等于”）。
【答案】定滑轮；省力；等于；大于。
【解答】解：由图可知甲是定滑轮，乙是动滑轮，可以省力，
因为小明分别用甲、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 等于W2，η1 大于η2。
故答案为：定滑轮；省力；等于；大于。
【典例3-4】如图甲所示，用滑轮组提升600N的重物，物体在拉力F的作用下20s匀速上升了8m。此过程中，拉力F做的功W随时间t的变化图像如图乙所示。求：
（1）拉力F的功率；
（2）滑轮组的机械效率；
（3）若克服动滑轮重力所做的额外功占总额外功的三分之二，则动滑轮的重力为多少N。
【解答】解：（1）由图乙知，20s拉力做的总功W总＝6000J，
所以拉力F的功率：P＝＝＝300W；
（2）克服重物做的有用功：
W有＝Gh＝600N×8m＝4800J，
滑轮组的机械效率：
η＝＝＝80%；
（3）额外功：
W额＝W总﹣W有＝6000J﹣4800J＝1200J，
由题知，克服动滑轮重力所做的额外功占总额外功的三分之二，
所以W动＝W额＝×1200J＝800J，
由W动＝G动h可得，动滑轮的重力：
G动＝＝＝100N。
答：（1）拉力F的功率为300W；
（2）滑轮组的机械效率为80%；
（3）动滑轮的重力为100N。
【变式3-1】两个完全相同的滑轮，分别以图示两种方式，将重为G的物体以相同的速度匀速竖直提升相同高度，不计绳重和摩擦，甲、乙的机械效率为η1、η2，拉力F1、F2做的功分别为W1、W2，功率分别为P1、P2，下列判断正确的是（ ）
A．F1＝2F2B．η1＞η2C．W1＞W2D．P1＝P2
【答案】B。
【解答】解：A、甲是定滑轮，乙是动滑轮，不计绳重和摩擦，甲的拉力等于物体的重力，而乙的拉力等于物体和滑轮总重的一半，故F1＜2F2，A错误；
BC、不计绳重和摩擦，因为物重相同，提升的高度相同，故甲做的有用功等于乙做的有用功；
因为甲用定滑轮提升，乙用动滑轮提升，所以甲做的额外功为零，小于乙做的额外功，故甲做的总功小于乙做的总功，故C错误；由前面分析可知，甲做的有用功等于乙做的有用功，甲做的总功小于乙做的总功，因为机械效率是有用功与总功的比值，故甲的机械效率大于乙的机械效率，故B正确；
D、又因为所用时间相同，由P＝可知甲的功率小于乙的功率，故D错误。
故选：B。
【变式3-2】两台机械所做的总功之比为2：1，它们的机械效率之比为3：4，则它们所做的有用功之比为（ ）
A．2：1B．3：4C．8：2D．3：2
【答案】D。
【解答】解：×＝。
故选：D。
【变式3-3】如图所示，分别使用甲、乙、丙三种方式把同一物体M匀速提升至相同高度（绳长不变），测得各拉力大小如图：
（1）利用机械丙提升物体M时 费力 （选填“省力、费力、不省力也不费力”）。
（2）F乙和F丙两个力所做的功分别为W乙、W丙，则W乙 ＜ W丙（选填“＞、＜、＝”）。
（3）机械乙与机械丙的效率分别为η乙、η丙，则η乙 ＞ η丙（选填“＞、＜、＝”）。
【答案】（1）费力；（2）＜；（3）＞。
【解答】解：（1）由图可知，甲直接提升物体，此时的拉力为10N，拉力等于物体重力，物体的重力等于10N；乙通过定滑轮提升物体，此时的拉力为11N，拉力大于物体重力；丙通过动滑轮提升物体，此时的拉力为11N，大于直接提升物体所用的力，所以利用机械丙提升M时费力；
（2）F乙和F丙两个力相等，物体上升相同的高度，由定滑轮和动滑轮的特点可知，F乙移动的距离是F丙移动距离的一半，根据W＝Fs可知，F丙所做的功要大，即W乙＜W丙；
（3）机械丙和机械乙把相同的物体提升相同的高度，根据W＝Gh可知，所做的有用功是相同的，F丙所做的总功要大，根据η＝×100%可知，机械丙的机械效率比机械乙的低，即η乙＞η丙。
故答案为：（1）费力；（2）＜；（3）＞。
【变式3-4】用如图所示的滑轮组，将重为450N的重物匀速提高2m，所用的拉力为200N。不计绳重和滑轮组的摩擦。
（1）此过程中人通过滑轮组所做的总功是多少？机械效率是多少？
（2）求动滑轮的重。
（3）此重物以0.2m/s的速度匀速上升，求此时拉力的功率。
【解答】解：（1）由图可知，n＝3，绳端移动的距离：s＝nh＝3×2m＝6m，
拉力做的功：W总＝Fs＝200N×6m＝1200J；
有用功：W有用＝Gh＝450N×2m＝900J，
该滑轮组的机械效率：η＝×100%＝×100%＝75%；
（2）不计绳重和滑轮组的摩擦，由F＝（G+G动）可得：
200N＝（450N+G动），
解得G动＝150N；
（3）已知物体上升速度v＝0.2m/s，绳子自由端移动速度v绳＝3v＝3×0.2m/s＝0.6m/s，
此时拉力的功率P＝＝＝Fv绳＝200N×0.6m/s＝120W。
答：（1）此过程中人通过滑轮组所做的总功是1200J；机械效率是75%；
（2）动滑轮的重为150N；
（3）此时拉力的功率为120W。
考点4 机械效率的应用及改变方法
【典例4-1】如图，用滑轮组拉着重为80N的物体沿水平地面匀速直线运动，拉力F为12N，滑轮组机械效率为75%，不计绳重、轮与轴间的摩擦。下列说法正确的是（ ）
A．此滑轮组动滑轮的重力为6N
B．用一个质量更小的滑轮替换最下面的滑轮，滑轮组的机械效率会增大
C．物体受到水平地面的摩擦力为20N
D．若在此物体上加一砝码，使其一起沿水平地面匀速直线运动，机械效率将变小
【答案】A。
【解答】解：AC、由图可知，连接动滑轮绳子的股数n′＝2，由于不计绳重、轮与轴间的摩擦，滑轮组的机械效率η＝＝＝＝，
所以物体受到的摩擦力：f＝ηnF＝75%×2×12N＝18N，故C错误，
因为不计绳重、轮与轴间的摩擦，绳端拉力F＝（f+G动），
所以动滑轮的重力：G动＝nF﹣f＝2×12N﹣18N＝6N，故A正确；
B、最下面的滑轮为定滑轮，定滑轮只改变力的方向，因此更换后不影响滑轮组的机械效率，故B错误；
D、在物体上加一砝码后，物体对地面的压力增加，根据滑动摩擦力影响因素，在接触面的粗糙程度不变时压力越大滑动摩擦力越大可知，此时物体受到的摩擦力f增大，
根据不计绳重、轮与轴间的摩擦时，机械效率η＝＝＝＝ 可知，G动不变，f增大，机械效率增大，故D错误。
故选：A。
【典例4-2】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。
【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4-1】在杂技表演中，有一项跳板节目，如图所示，支点在跳板的中央，此时跳板右端距离地面1m，当质量为80kg的甲表演者从距离跳板右端2m高的位置由静止落到跳板的右端时，这时会将质量为40kg的乙表演者弹起5m，恰好落在另一位表演者肩上扛的杆的座椅上。跳板的机械效率为（ ）
A．75%B．78%C．83%D．87%
【答案】C。
【解答】解：甲表演者做的总功：
W总＝G1h1＝m1gh1＝80kg×10N/kg×（2m+1m）＝2400J；
对乙表演者做的有用功：
W有用＝G2h2＝m2gh2＝40kg×10N/kg×5m＝2000J；
跳板的机械效率为：η＝×100%＝×100%≈83%；
故选：C。
【变式4-2】如图甲所示，虚线框内是由两个相同的滑轮安装成的滑轮组，利用该滑轮组提升重为270N的物体所用的拉力为100N。物体和绳子自由端的运动情况如图乙所示，不计绳重和摩擦，则滑轮组中动滑轮重 30 N，拉力的功率为 150 W，该滑轮组的机械效率为 90% 。
【答案】30；150；90%。
【解答】解：（1）由图乙可知，物体上升高度h＝2m时，绳子自由端移动距离s＝6m，
由此可知，绳子的段数n＝＝＝3，
不计绳重和摩擦，由F＝（G+G动）可得，滑轮组中动滑轮重：
G动＝nF﹣G＝3×100N﹣270N＝30N；
（2）由图可知，v绳＝＝＝1.5m/s；
拉力的功率：P＝＝＝Fv＝100N×1.5m/s＝150W；
（3）不计绳重和摩擦，该滑轮组的机械效率：
η＝＝＝＝×100%＝90%。
故答案为：30；150；90%。
考点5 有关机械效率的探究实验
【典例5-1】为了研究机械效率与哪些因素有关，小明同学提出两个猜想：猜想一：机械效率是否与G物有关；猜想二：机械效率是否与G动有关。为了验证猜想，小明先用如图甲所示的装置不断改变G物，竖直向上匀速拉动弹簧测力计，计算并绘出η与G物关系如图乙（a）所示；然后换另一个不同重量的动滑轮，不断改变G物，计算并绘出η与G物关系如图乙（b）所示。根据图象他（ ）
A．只能验证猜想一
B．只能验证猜想二
C．既不能验证猜想一，也不能验证猜想二
D．既能验证猜想一，也能验证猜想二
【答案】D。
【解答】解：
由图（a）或者图（b）可知，当甲图中动滑轮的重力一定时，都有滑轮组的机械效率随提升物体重力的增大而增大，故可以验证猜想一；
在图（a）和图（b）中，提升物体的重力相同时，动滑轮的重力不同，滑轮组的机械效率不同，故可以验证猜想二。
综上可知，ABC选项错误、D正确。
故选：D。
【典例5-2】用如图所示的装置探究杠杆的机械效率与悬挂点的关系，OC是一根均匀的杠杆，且OA＝AB＝BC，分别把钩码挂在A点和B点进行实验（不计摩擦），收集的数据如下表：
（1）钩码挂在B点时的机械效率η＝ 80%
（2）从实验数据分析得出，杠杆的机械效率与悬挂点 有关 （有关/无关），影响杠杆的机械效率的因素有多个，请你再说出一个： 杠杆自重（所挂物体的重） 。
（3）分析表格中数据，请你求出杠杆的自重为 2N
（4）若把弹簧测力计由C点移到B位置，点O位置不变，仍将挂在A点的钩码提升相同的高度，则杠杆的机械效率将 不变 （填“变大”、“变小”或“不变”）
【答案】（1）80%； （2）有关；杠杆自重（所挂物体的重）； （3）2N；（4）不变。
【解答】解：（1）钩码挂在B点时的有用功：
W有用＝Gh＝6N×0.2m＝1.2J；
做的总功为：
W总＝Fs＝5N×0.3m＝1.5J；
钩码挂在B点时的机械效率：
η＝×100%＝×100%＝80%；
（2）由AB的机械效率可知，同一物体提升相同的高度，悬挂点不同，拉力不同，机械效率不同，说明杠杆的机械效率与悬挂点有关；
不计摩擦力，杠杆的重力和提升物体的重力也会影响杠杆的机械效率；
（3）由不计摩擦力，杠杆重力做的功为额外功；
第1次实验即物体挂在A点时，有用功：W有用＝Gh＝6.0N×0.2m＝1.2J；
总功为：W总＝Fs＝3N×0.6m＝1.8J；
额外功：W额＝W总﹣W有用＝1.8J﹣1.2J＝0.6J；
因为OA＝AB＝BC即OA＝OC，由重物移动0.2m，拉力F移动0.6m知：重物移动距离为拉力移动距离的，杠杆的重心会移动×0.6m＝0.3m；
可知杠杆自重：G杆＝＝＝2N。
若只将测力计的悬挂点由C移至B点，钩码还升高相同的高度，杠杆上旋的角度不变，杠杆升高的距离h不变，
所以Gh1+G杠h不变，所以Fh2也不变。根据η＝×100%，分母不变，分子不变，所以η不变。
故答案为：（1）80%； （2）有关；杠杆自重（所挂物体的重）； （3）2N；（4）不变。
【典例5-3】在“测量滑轮组的机械效率”的实验中，实验小组用如图所示的装置进行了实验，实验数据记录如表所示。
（1）实验过程中，应缓慢拉动弹簧测力计，使钩码竖直向上做 匀速直线 运动。
（2）表格中横线处应填的内容为 钩码所受的重力G/N 。
（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，重物所受重力越大，滑轮组的机械效率越 高 （选填“高”或“低”），当使用这个滑轮组提升8N重物时，滑轮组的机械效率可能是 C （填序号）。
A.90.9% B.89.5% C.95.5%
（4）分析3、4次实验的数据可知，滑轮组的机械效率与钩码上升的高度 无关 （选填“有关”或“无关”）。
（5）结合生产生活实际，用滑轮组提升重物时，下列选项中也可提高机械效率的是 B （填序号）。
A.增大绳重 B.减轻动滑轮重 C.加快物体提升的速度
【答案】（1）匀速直线；（2）钩码所受的重力G/N；（3）高；C；（4）无关；（5）B。
【解答】解：（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直线运动，此时系统处于平衡状态，测力计示数等于拉力大小；
（2）在“测量滑轮组的机械效率”的实验中，用钩码代替重物，所以格中横线处应填的内容为钩码所受的重力G/N；
（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；
由以上结论可知，当使用这个滑轮组提升8N重物时，机械效率应该高于提升6N重物时的机械效率90.9%，故AB不符合题意，C符合题意，故选：C；
（4）分析3、4次实验的数据可知，滑轮组的机械效率与钩码上升的高度无关；
（5）A、增大绳重，增大了额外功，有用功与总功的比值变小，机械效率变小，故A错误；
B、减轻动滑轮重，减小了额外功，有用功与总功的比值变大，机械效率大，故B正确；
C、由（3）知，滑轮组的机械效率与钩码上升的高度无关，根据v＝分析，机械效率与物体提升的速度无关，故C错误；
故选：B。
故答案为：（1）匀速直线；（2）钩码所受的重力G/N；（3）高；C；（4）无关；（5）B。
【变式5-1】某实验小组利用图示装置研究杠杆的机械效率。保持O点位置不变，竖直向上拉动弹簧测力计使重为G的钩码缓慢匀速上升，在此过程中弹簧测力计的读数为F，利用刻度尺分别测出C、B两点上升的高度为h1、h2，忽略杠杆自重，则下列说法不正确的是（ ）
A．杠杆机械效率的表达式为×100%
B．在如图水平位置拉升时F×OB＝G×OC
C．若只将钩码的悬挂点由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
D．若弹簧测力计始终竖直向上拉，则测力计示数不断变化
【答案】D。
【解答】解：
A、有用功是提升钩码所做的功，钩码上升高度为h1，则W有＝Gh1，
测力计拉力做的功为总功，拉力端上升高度为h2，则W总＝Fh2，
所以，杠杆机械效率的表达式为η＝＝，故A正确；
B、忽略杠杆自重，由图示根据杠杆平衡条件可知，在水平位置拉升时：F×OB＝G×OC，故B正确；
C、悬挂点由A移至C点时，如果仍使钩码提升相同的高度，则有用功相同；钩码从A点到C点，钩码还升高相同的高度，则杠杆旋转的角度减小，杠杆提升的高度h减小，则总功减小，所以杠杆的机械效率变大，故C正确；
D、若弹簧测力计始终竖直向上拉，动力臂与阻力臂的比值不变（等于），阻力（即钩码和杠杆的总重力）不变，由杠杆平衡条件可知，拉力不变，即测力计示数不变，故D错误。
故选：D。
【变式5-2】为了探究斜面的机械效率与斜面倾斜程度之间的关系，探究小组的同学利用木板、刻度尺、弹簧测力计、木块等器材设计了如图所示的实验装置，实验测得的数据如表：
请你根据表中的数据解答下列问题：
（1）实验中要求用沿平行斜面向上的力拉木块在斜面上做 匀速直线 运动，该过程中木块的机械能 变大 （选填“变大”、“不变”或“变小”）。
（2）第2次实验中，拉力所做的有用功为 0.9 J，斜面的机械效率为 50% ，斜面对木块的摩擦力为 0.9 N。
（3）斜面的机械效率与斜面的倾斜程度之间的关系是： 当接触面粗糙程度一定时，斜面越陡，其机械效率越高 。
（4）试列举出生活中利用斜面的一个实例： 盘山公路 。
【答案】（1）匀速直线；变大；（2）0.9；50%；0.9；（3）当接触面粗糙程度一定时，斜面越陡，其机械效率越高；（4）盘山公路。
【解答】解：
（1）实验中要求用沿斜面向上的力拉着木块在斜面上做匀速直线运动，动能不变，因木块高度变大，重力势能变大，该过程中木块的机械能变大；
（2）第2次实验中，斜面的机械效率：η＝＝＝×100%＝50%。
在第2次实验中，有用功W有＝Gh＝3N×0.3m＝0.9J，总功W总＝Fs＝1.8N×1m＝1.8J，
额外功：W额＝W总﹣W有＝1.8J﹣0.9J＝0.9J，
根据W额＝fs可得摩擦力：
f＝＝＝0.9N；
（3）由表中数据可知：当接触面粗糙程度一定时，斜面越陡，其机械效率越高；
（4）生活中利用斜面的实例：盘山公路。
故答案为：（1）匀速直线；变大；（2）0.9；50%；0.9；（3）当接触面粗糙程度一定时，斜面越陡，其机械效率越高；（4）盘山公路。
【变式5-3】某实验小组在做“测量滑轮组机械效率”的实验中得到的数据如下表所示，第1、2、3次实验装置分别如图甲、乙、丙所示。
（1）表格中第2次测力计自由端移动的距离s＝ 0.3 m。
（2）在实验操作中应竖直向上 匀速 拉动弹簧测力计，小组同学发现实验过程中边拉动边读数，弹簧测力计示数不稳定，应该静止读数，你认为他的想法 不正确 （选填“正确”“不正确”）。
（3）比较第1次实验和第2次实验，可得结论：使用同样的滑轮组， 增大重物的重力 可以提高滑轮组的机械效率。
（4）由第2、3次实验可得结论：使用不同的滑轮组，提升相同的重物时，动滑轮的个数越多（质量越大），滑轮组的机械效率 低 。
【答案】（1）0.3；（2）匀速；不正确；（3）增大重物的重力；（4）低。
【解答】解：（1）根据图乙可知，n＝3；h＝0.1m，则，s＝3h＝3×0.1m＝0.3m；
（2）在实验操作中应竖直向上匀速拉动弹簧测力计；他的想法不正确；
（3）比较第1次实验和第2次实验，滑轮组相同，提起的重物不同，提起的重物越重，滑轮组的机械效率越高；可得结论：使用同样的滑轮组，增大重物的重力可以提高滑轮组的机械效率；
（4）由第2、3次实验可得结论：使用不同的滑轮组，提升相同的重物时，动滑轮的个数越多（质量越大），额外功在总功中的比值越大，机械效率越低。
故答案为：（1）0.3；（2）匀速；不正确；（3）增大重物的重力；（4）低。
巩固训练
一、选择题。
1．（2022春•汉寿县期末）施工工地上，一个滑轮组经改进后提高了机械效率，用它把同一物体匀速提升同样的高度，改进后和改进前相比（ ）
A．总功不变，有用功变大B．总功不变，额外功减小
C．有用功不变，总功减小D．总功不变，有用功减小
【答案】C。
【解答】解：把同一物体匀速提升同样的高度，由W有＝Gh可知，前后两次做的有用功不变；一个滑轮组经改进后提高了机械效率，是因为额外功减少了，总功减少了；故ABD错误，C正确。
故选：C。
2．（2023•工业园区校级模拟）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，相同时间把相同的重物匀速提升相同的高度。若不计绳重及摩擦，下列说法正确的是（ ）
A．绳子受的拉力F1和F2大小相等
B．滑轮组的机械效率相同
C．拉力对滑轮组所做的功不相等
D．拉力对滑轮组所做的功的功率不相等
【答案】B。
【解答】解：A．甲滑轮组中动滑轮上有2段绳子，则拉力（G物+G动），
乙滑轮组中动滑轮上有3段绳子，则拉力（G物+G动），
F1＞F2，故A错误；
B．不计绳重及摩擦时，滑轮组的额外功相等，均等于克服动滑轮重力做的功，做的有用功W有＝G物h也相等，则滑轮组的机械效率相等，故B正确；
CD．甲滑轮组中绳端移动的距离为物体移动距离的2倍，乙滑轮组中绳端移动的距离为物体移动距离的3倍，由W＝Fs，可知拉力做的功相等，相同时间内拉力对滑轮组所做的功的功率也相等，故CD错误。
故选：B。
3．（2023•桂林一模）某滑轮组的机械效率，合理的是（ ）
A．0%B．0.07%C．82%D．120%
【答案】C。
【解答】解：由于使用滑轮组时一定会提升物体做有用功，由η＝×100%可知，滑轮组的机械效率一定大于0%，而0.07%几乎等于0%，同时使用滑轮组时一定会克服机械自重做额外功，因此滑轮组的机械效率一定小于100%，故ABD不合理，C合理。
故选：C。
二、填空题。
4．（2022•宜宾）小洪在一次劳动中，欲将重为600N的货物搬到距地面2m高的平台上。他用长为4m的木板搭成斜面如图，并用沿着斜面向上大小为400N的力将货物匀速从底端推到顶端，小洪在该过程中做的有用功为 1200 J，斜面起到了 省力 （选填“省力”或“省功”）的作用。
【答案】1200；省力。
【解答】解：小洪在该过程中做的有用功为：W有＝Gh＝600N×2m＝1200J；
物体的重力G＝600N，沿斜面的推力F＝400N，F＜G，所以斜面是一种省力的简单机械。
故答案为：1200；省力。
5．（2022春•青龙县期末）杠杆的平衡条件是 动力×动力臂＝阻力×阻力臂 ，这个平衡条件就是古希腊物理学家 阿基米德 发现的杠杆原理。使用简单机械可以给人们的生活带来便利。
（1）旗杆的顶端安装着一个 定 （选填“定”或“动”滑轮）。
（2）使用剪刀时，把被剪物体尽量靠近剪刀的转动轴，目的是 减小 （选填“增大”或“减小”）阻力臂，这样剪断物体更省力。物理学中，将 有用功 和 总功 的比值叫做机械效率。
【答案】动力×动力臂＝阻力×阻力臂；阿基米德；（1）定；（2）减小；有用功；总功。
【解答】解：杠杆的平衡条件是：动力×动力臂＝阻力×阻力臂，这一规律最早是阿基米德发现的。
（1）在升旗时，旗杆顶端的滑轮轴固定不动，是定滑轮，使用该滑轮的优点是可以改变力的方向；
（2）剪刀在使用过程中，在同样的情况下，往剪刀转动轴靠近，减小了阻力臂，由F1L1＝F2L2可知：阻力和动力臂一定时，阻力臂L2越小，动力越小、越省力，因此这样做的目的是减小阻力臂，可以省力；
使用机械时，有用功与总功的比值叫机械效率。
故答案为：动力×动力臂＝阻力×阻力臂；阿基米德；（1）定；（2）减小；有用功；总功。
6．（2022•榆林模拟）如图是液压起重车的示意图。使用时液压杆将起重臂顶起，同时通过与钢索连接的电动机工作，可将重物吊起到需要的地方。
（1）如图所示的滑轮是 动 滑轮，液压杆顶起起重臂的过程中，该起重臂可看做一个 费力 杠杆。
（2）当起重臂在如图位置稳定后，电动机将重为6000N的物体以0.5 m/s的速度匀速吊起，此时滑轮组的机械效率是80%，若此过程中不计绳重和摩擦，则电动机对钢索的拉力为 2500N ；在不超过钢索的承受范围，被提升的重物越重，滑轮组的机械效率越 大 （选填“小”或“大”）。
【答案】（1）动；费力；（2）2500N；大。
【解答】解：（1）由图可知，滑轮的轴心随圆轮的转动而移动，所以该滑轮是动滑轮；
由图可知，液压杆对起重臂的力是动力，物体对起重臂末端的拉力是阻力，支点在O点，动力臂是支点到动力作用线的垂直距离，阻力臂是支点到阻力作用线的垂直距离，且阻力臂大于动力臂，所以起重臂是费力杠杆；
（2）由于不计绳重和摩擦，根据η＝×100%＝×100%＝×100%＝×100%可知，电动机对钢索的拉力F＝＝＝2500N；
根据不计绳重和摩擦，η＝×100%＝×100%＝×100%＝×100%＝×100%＝×100%可知，被提升的重物越重，滑轮组的机械效率越大。
故答案为：（1）动；费力；（2）2500N；大
7．（2023•花山区校级开学）如图所示，利用轻质滑轮组匀速拉动水平地面上重为400N的物体，若拉力的大小为F＝50N，绳A的拉力为FA＝80N，则滑轮组的机械效率为 80% 。
【答案】80%。
【解答】解：由图可知n＝2，滑轮组的机械效率为：η＝＝＝＝＝×100%＝80%。
故答案为：80%。
8．（2022春•香坊区校级期中）小德利用如图装置研究杠杆提升重物时的机械效率，实验中竖直向上拉动弹簧测力计，使杠杆匀速上升到虚线位置，在此过程中该杠杆属于 省力 杠杆；若仅将钩码从A点改挂到B点，仍将钩码提升相同高度，则杠杆的机械效率将 变大 （填“变大”、“不变”或“变小”）。
【答案】省力；变大。
【解答】解：此杠杆在使用时，动力臂大于阻力臂，属于省力杠杆；
当钩码从A点改挂到B点时，根据几何知识可知仍将钩码提升相同高度，有用功相同，杠杆转动的角度减小，重心上升的高度小，额外功减小，根据机械效率η＝＝可知，效率变大。
故答案为：省力；变大。
9．（2022•泰州模拟）如图所示，一根均匀的细木棒OC，OC＝4OA，B是OC的中点，在C点施力将挂在A点的重为180N的物体匀速提升10cm，木棒的机械效率为90%，则提升该物体做得有用功是 18 J，木棒的重为 10 N.（不计摩擦）
【答案】18；10。
【解答】解：已知物体上升高度h＝10cm＝0.1m，
则提升该物体做的有用功：W有＝G物h＝180N×0.1m＝18J；
根据η＝得，
提升该物体做的总功：W总＝＝20J；
提升该物体做的额外功：W额＝W总﹣W有＝20J﹣18J＝2J，
因为OC＝4OA，B为OC的中点，所以OB＝2OA；
故当物体上升h＝0.1m时，B点（杠杆的重心）将上升h′＝0.2m；
不计摩擦，提升杠杆所做的功即额外功，由W额＝G木h′可得：
G木＝＝10N。
故答案为：18；10。
三、实验探究题。
10．（2022•荔湾区校级模拟）如图，小明在做探究影响杠杆机械效率因素实验时，发现把同一钩码放在A点，弹簧测力计示数小；放在B点，弹簧测力计示数大。对此，小明猜想：“同一杠杆，同一物体在杠杆上的悬挂点离支点越近，机械效率越高。”请设计实验验证其猜想。
（1）除图中所示的器材以外，还需要的实验器材有 刻度尺 。
（2）画出记录实验数据的表格。
（3）写出实验步骤（可用画图或文字表述）和判断小明猜想是否正确的依据。
【答案】（1）刻度尺；（2）见解答图；（3）见解答部分。
【解答】解：（1）实验时需要测量钩码和测力计上升的高度，故需要刻度尺；
（2）使用杠杆克服重力做功，有用功等于克服重力做的功，总功等于弹簧测力计的拉力做的功，机械效率等于有用功与总功的比值，故实验时需要记录的数据有钩码的悬挂点、钩码的重力、钩码上升高度、拉力、测力计上升的高度、机械效率，据此画出实验数据表格；记录表格如下图所示：
。
（3）要验证猜想：同一杠杆，同一物体在杠杆上的悬挂点离支点越近，机械效率越高，需要控制物重、物体上升高度不变，只改变悬挂点离支点的距离，除图中所示的器材以外，还需要的实验器材有刻度尺；则实验步骤如下：
①按图组装好实验装置。
②把钩码悬挂在弹簧测力计的挂钩上，钩码静止时读出测力计的示数即钩码的重力G；
③把钩码悬挂在A点，用弹簧测力计测竖直方向匀速拉至钩码上升到某一高度，分别读出弹簧测力计匀速拉动时的示数；用刻度尺测出此时钩码上升的高度、测力计上升的高度。
④把钩码悬挂在B点，用弹簧测力计测竖直方向匀速拉至钩码上升到同一高度，分别读出弹簧测力计匀速拉动时的示数；用刻度尺测出此时钩码上升的高度、测力计上升的高度。
⑤根据η＝ 算出钩码在不同悬挂点时杠杆的机械效率。
⑥整理器材。
实验中的额外功是克服杠杆自重做的功，在有用功相同的情况下，钩码的悬挂点越靠近支点处，由于同一钩码上升相同高度时，杠杆移动的角度越大，杠杆的重心上升的距离越大，额外功越多，机械效率越低，故小明的猜想是错误的。
故答案为：（1）刻度尺；（2）见解答图；（3）见解答部分。
11．（2022秋•徐州期末）如图所示，在测量斜面的机械效率时，已知木块所受重力G为10N，斜面长s为0.5m，高h为0.2m。
（1）实验时，沿斜面拉动弹簧测力计，应尽量使木块做 匀速 直线运动；
（2）如果弹簧测力计示数为7.0N，则斜面的机械效率为 57% ；
（3）实验中，木块受到木板对它的摩擦力大小为 3 N；
（4）如果要提高斜面的机械效率，请你提出一个合理可行的方法： 增大斜面的倾角 。
【答案】（1）匀速；（2）57%；（3）3；（4）增大斜面的倾角。
【解答】解：（1）实验时，沿斜面拉动木块时，为使测力计的示数稳定，应尽量使木块做匀速直线运动；
（2）总功为：W总＝Fs＝7.0N×0.5m＝3.5J；
有用功为：W有用＝Gh＝10N×0.2m＝2J；
机械效率为：η＝＝≈57%；
（3）额外功：W额＝W总﹣W有用＝3.5J﹣2J＝1.5J，
由W额＝fs可知，摩擦力大小：f＝＝＝3N；
（4）斜面的机械效率与斜面的倾角有关，且斜面倾角越大，机械效率越高，所以要提高此实验斜面的机械效率，可以增大斜面的倾角。
故答案为：（1）匀速；（2）57%；（3）3；（4）增大斜面的倾角。
四、计算题。
12．（2022春•渝北区期末）扫地机器人是智能家用电器的一种，逐渐进入我们渝北普通家庭的生活。如图所示，是一款集自动清扫技术和人工智能设计于一体的地面清扫机器人，小王在室内运动场上试用中发现，该机器人在1min内沿直线匀速清扫的距离为18m，若它在运动中所受阻力为105N，求此过程中：
（1）机器人清扫地面时运动的速度（v），
（2）机器人克服阻力所做的功（W有）；
（3）如果机器人在这个过程中消耗的总能量W总＝2.1×103J，求该机器人的机械效率（η）。
【解答】解：（1）机器人清扫地面时运动的速度v＝＝＝0.3m/s；
（2）机器人克服阻力所做的功W有＝fs＝105N×18m＝1890J；
（3）该机器人的机械效率η＝＝＝90%。
答：（1）机器人清扫地面时运动的速度为0.3m/s；
（2）机器人克服阻力所做的功为1890J；
（3）该机器人的机械效率为90%。
13．（2022秋•柳北区校级期中）在修建柳州市城市轻轨的施工过程中，起重机在4s内将重力为5×104N的钢材沿竖直方向匀速提升了2m，而它的电动机做的功是2×105J。求：
（1）起重机对钢材所做的有用功；
（2）起重机所做的额外功；
（3）起重机的机械效率。
【解答】解：（1）钢材的重力：G＝5×104N，
起重机对钢材所做的有用功：W有＝Gh＝5×104N×2m＝105J；
（2）电动机做的功是总功，即W总＝2×105J，
起重机所做的额外功W额外＝W总﹣W有＝2×105J﹣105J＝105J；
（3）起重机的机械效率：
η＝×100%＝×100%＝50%。
答：（1）起重机对钢材所做的有用功为105J；
（2）起重机所做的额外功是105J。
（3）起重机的机械效率为50%。
14．（2022•蕲春县校级模拟）我国将于2035年全面禁售燃油汽车，用电动汽车替代传统燃油汽车成为趋势。表格中是某公司最新型水陆两用电动汽车（如图）的部分参数，假设车上只有司机一人，质量为60kg，请回答下列问题：（g＝10N/kg）
（1）电动汽车在地面上时对水平地面的压强是多大？
（2）若电动汽车在水面上匀速行驶，其排开水的体积多大？
（3）若电动汽车的电能转化为机械能的效率为η，汽车在水上与陆地上匀速行驶时速度为v，电动汽车在时间t消耗的电能为W时，求电动汽车匀速行驶所受阻力为多少？（用已知量的字母表示）
【解答】解：（1）电动汽车载司机一人时，则整车的总重力：
G总＝m总g＝（940kg+60kg）×10N/kg＝104N；
电动车对地面的压强：
p＝＝＝＝2.5×105Pa；
（2）在水面匀速行驶时，该车处于漂浮状态，浮力等于重力，即F浮＝G总＝104N，
由F浮＝ρgV排可得，其排开水的体积：
V排＝＝＝1m3；
（3）电动汽车消耗的电能为W时，电动汽车的电能转化为机械能的效率为η，
则电能转化为的机械能：W机＝ηW，
因为汽车匀速行驶，所以汽车受到的阻力等于牵引力等于，即f＝F，由P＝Fv可得，电动汽车匀速行驶所受阻力：F＝＝。
答：（1）电动汽车在地面上时对水平地面的压强是2.5×105Pa；
（2）电动汽车在水面上匀速行驶，其排开水的体积是1m3；
（3）电动汽车匀速行驶所受阻力为。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
悬挂点
钩码重力G/N
钩码上升高度h/m
拉力的大小F/N
拉力移动距离s/m
机械效率η
A
6
0.2
3
0.6
66.7%
B
6
0.2
5
0.3
序号
_________
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
2
10
0.8
30
83.3%
2
4
10
1.5
30
88.9%
3
6
10
2.2
30
90.9%
4
6
15
2.2
45
90.9%
实验
次数
斜面倾
斜程度
木块重力
G/N
斜面高度
h/m
沿斜面拉
力F/N
斜面长度
s/m
机械
效率
1
较缓
3
0.2
1.6
1
37.5%
2
较陡
3
0.3
1.8
1
3
最陡
3
0.4
2.0
1
60%
次数
钩码重G/N
钩码上升高度h/m
测力计拉力F/N
测力计移动距离s/m
机械效率η
1
2
0.1
0.9
0.3
74.1%
2
4
0.1
1.6
0.3
83.3%
3
4
0.1
1.1
0.5
72.7%
空车质量
轮胎与地面总接触面积
电池容量
最高时速
最大功率
940kg
400cm2
40kW•h
130km/h
100kW