初中物理苏科版九年级全册5 机械效率优秀一课一练

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11.5机械效率
【知识梳理】
一、三种功
1.有用功：人利用机械在达到目的的过程中，所做的对人们有用的功，叫做有用功。有用功相当于不使用机械时，人直接对物体所做的功。
注意：机械的使用目的，决定了有用功是克服哪个力做功。
2.额外功：在工作时，人们不需要的但不得不做的功，叫做额外功。使用机械时，由于克服机械摩擦以及机械自重所做的功就是额外功。
3.总功：动力做的功，也即有用功加额外功。

二、机械效率
机械效率：有用功跟总功的比值叫机械效率。
1.公式
（1）定义式：
（2）变形式：
注意：有用功总小于总功，机械效率总小于1。机械效率用百分数表示，公式中的百分号不可省略。
2.机械效率的常见错误理解
错误一：机械越省力，机械效率越高
解释：一般情况下，机械越省力就越复杂，额外功就越多，机械效率就越低。
错误二：机械做功越多，机械效率越高
解释：机械做功越多，有用功、额外功、总功均增多，机械效率不变。
错误三：机械功率越大，机械效率越高
解释：机械功率越大，做功越快，但机械效率与功率无关。
3.提高机械效率的方法：
（1）额外功一定时，增大有用功；
（2）有用功一定时，减小额外功；
（3）增大有用功的同时减小额外功。
4.实验：探究影响滑轮组机械效率的因素
（1）实验原理：
（2）需要测量的物理量：物体的重力G、物体被提升的高度h、拉力F、绳子自由端移动的距离s
（3）实验器材：钩码、铁架台、滑轮、细线；弹簧测力计、刻度尺
（4）实验方法：控制变量法
①探究滑轮组的机械效率与物重的关系时，使用相同的滑轮组，改变所挂钩码的数量；
②探究滑轮组的机械效率与动滑轮重力的关系时，控制所挂钩码的数量相同，改变滑轮组中动滑轮的重力；
（5）实验操作
①按照图示安装滑轮组，测钩码重力G并记钩码和绳端的位置；
②用弹簧测力计缓慢拉动绳端，使钩码匀速上升，读出拉力F的值，并测出钩码上升的高度h和绳端移动的距离s；记录实验数据填入表格中；
③多次改变钩码的数量，重复步骤（2）实验；
④改变绳子的绕法，重复步骤（2）实验；
⑤用动滑轮质量不同的两个滑轮组吊相同的构码，重复步骤（2）实验；
⑥分别计算出机械效率，分析测量结果，讨论影响机械效率的因素。
（6）注意事项：
①实验中弹簧测力计沿竖直方向匀速拉动，目的是保证拉力等于弹簧测力计的示数；
②绳子自由端移动的距离和物体上升高度的关系s=nh(n为作用在动滑轮上绳子的股数)；
③在读数时，不能停住，要在匀速运动时度测力计示数，因为静止时读数小于匀速运动时的读数；
④没有刻度尺也能完成实验，可以通过绕绳的方式即n’的股数来确定物体上升的高度和绳端移动距离的倍数关系。
（7）交流反思：
①分析实验数据，总结滑轮组机械效率的影响因素：物体重力、动滑轮重力；
②提高滑轮组机械效率的方法：减少机械间的摩擦、减小动滑轮的重力、增加物重；
③滑轮组的机械效率与物体被提升的高度及滑轮组的绕线方式无关；
④物重增大，额外功也变大，是因为随着物重的增加，滑轮与轴之间的摩擦力增大，克服摩擦力做的额外功增加。
（8）实验结论：
在其他条件相同时，动滑轮越重，机械效率越低；在绳子所能承受的范围内，所吊物体越重，机械效率越高。
5.实验：探究影响斜面机械效率的因素
（1）实验原理：
（2）需要测量的物理量：物体的重力G、斜面的高度h、拉力F、斜面的长度s
（3）实验器材：斜面、重力不同长方体物块、弹簧测力计、刻度尺、毛巾、棉布、大木块（用来垫高）
（4）实验方法：控制变量法
①探究斜面的机械效率与斜面倾斜程度的关系时，控制物体重力、与斜面接触面积、斜面长s不变，改变的是斜面的高度h从而改变斜面倾斜程度；
②探究斜面的机械效率与物体斜面之间接触面大小的关系时，控制木块的重量G不变，斜面长s不变，斜面的高度h不变，改变的是物体斜面接触面积使（用同一个长方体物块，使它的不同面与题意个斜面接触）
③探究斜面的机械效率与它的粗糙程度的关系时，控制木块的重量G不变，斜面长s不变，斜面的高度h不变，改变的是斜面的粗糙程度（使用同一个长方体物块的同一个面，使它分别在倾角相同的木板、铺由毛巾、棉布的斜面上运动）；
④探究斜面的机械效率与物体的重力的关系时，控制斜面粗糙程度相同、接触面积相同，斜面长s不变，斜面的高度h不变，改变物体重力G。
（5）注意事项：
要使用弹簧测力计拉着物体沿斜面方向匀速运动。
（6）实验表格下表可供参考（按照下表做实验时需要控制斜面粗糙程度一定）
（7）结论：
①在其他条件一定时，斜面的倾斜程度越大，机械效率越高；
②斜面的机械效率与物体斜面之间接触面大小无关；
③在其他条件一定时，斜面表面粗糙程度越大，机械效率越低；
④斜面的机械效率与物体重力无关。
（8）提高斜面机械效率的方法：
在其他条件一定时，斜面的倾斜程度越大，机械效率越高，斜面表面粗糙程度越小，机械效率越高。所以提高斜面机械效率的方法是增大斜面的倾斜程度、减小斜面表面粗糙程度。
【易错点】
有用功要根据做功的目的为依据进行分析，也就是说目的到底是克服哪个力做的功。
【规律总结】
几种不同机械的机械效率
1.杠杆
①使用目的：使物体在竖直方向上升一定的距离
②有用功：克服物体自重所做的功，即
③额外功：克服杠杆自重及摩擦力所做的功。
④总功：拉力做的功，即
⑤机械效率：
2.竖直滑轮组
①使用目的：使物体在竖直方向上升一定的距离
②有用功：克服物体自重所做的功，即
③额外功：克服动滑轮、绳自重及摩擦力所做的功。若不计绳重和摩擦，
④总功：拉力做的功，即
⑤机械效率：
（不计绳重及摩擦）
3.水平滑轮组
①使用目的：使物体在水平方向移动一定的距离
②有用功：克服物体自重所做的功，即
③额外功：克服滑轮与绳之间的摩擦所做的功。
④总功：拉力做的功，即
⑤机械效率：
4.水中滑轮组（仅重物在水中）
①使用目的：使物体在竖直方向上升一定的距离
②有用功：克服物体重力与所受浮力的合力所做的功，即
③额外功：克服动滑轮、绳自重及摩擦力所做的功。若不计绳重和摩擦，
④总功：拉力做的功，即
⑤机械效率：
5.斜面
①使用目的：使物体在竖直方向上升一定的距离
②有用功：克服物体重力所做的功，即
③额外功：克服物体与斜面间的摩擦力所做的功，
④总功：拉力做的功，即
⑤机械效率：
6.水中斜面
①使用目的：使物体在竖直方向上升一定的距离
②有用功：克服物体重力与所受浮力的合力所做的功，即
③额外功：克服物体与斜面间的摩擦力所做的功，
④总功：拉力做的功，即
⑤机械效率：
7.组合机械
①使用目的：使物体在竖直方向上升一定的距离
②有用功：克服物体重力所做的功，即
③额外功：a.克服物体与斜面间的摩擦力所做的功，
b.克服动滑轮、绳自重及滑轮与绳间的摩擦所做的功。若不计绳重和滑轮与绳间的摩擦，
④总功：拉力做的功，即
⑤机械效率：
【典例分析】
1．（2022·江苏南通·九年级月考）做值日时，小阳将一桶水从一楼提到三楼．此过程中，关于做功的说法正确的是
A．对桶做的功是有用功B．对水做的功是有用功
C．对水做的功是额外功D．克服自身重力做的功是总功
【答案】B
【详解】
小阳目的是提水，对水做的功为有用功，故B正确、C错；
对桶做的功为额外功，所以A错；
小阳把水、桶、自身提升做的功为总功，所以D错．
2．（2022·陕西西安·九年级期末）下列关于功率、机械效率说法中，正确的是（ ）
A．机械效率越高，机械做功一定越快B．做功越多的机械，机械效率越高
C．做功越快的机械，功率越大D．功率越大的机械，做功一定越多
【答案】C
【详解】
A．机械效率是指有用功与总功的比值，功率表示物体做功的快慢，机械效率与机械功率大小没有直接关系，机械效率越高，机械做功不一定越快，故A错误；
B．有用功与总功的比值叫机械效率，与做功的多少没有直接关系，故B错误；
C．做功快的机械，说明单位时间内完成的功多，所以功率一定大，故C正确；
D．由W＝Pt可知，做功的多少与时间和功率有关，只是功率大，但时间短做功也不一定多，故D错误。
故选C。
3．（2022·广西贺州·九年级月考）如图所示，用F=12N的拉力竖直向上匀速提升木块，2s内木块升高的高度为0.1m，木块重力G=30N，在此过程中下列判断正确的是（ ）
A．拉力F做功为1.2JB．滑轮组做的有用功为3J
C．滑轮组机械效率为40%D．拉力F做功的功率为0.6W
【答案】B
【详解】
AB．滑轮组做的有用功为
W有用=Gh=30N×0.1m=3J
由图可知，动滑轮上的绳子段数n=3，则绳端的移动距离
s=nh=3h=3×0.1m=0.3m
拉力F做功为
W总=Fs=12N×0.3m=3.6J
故A错误，B正确；
C．机械效率
故C错误；
D．拉力F做功的功率
故D错误。
故选B。
【思路小结】
机械效率的计算最关键的是计算有用功、额外功、总功。有用功就是不用机械也要克服的阻力做的功。额外功是使用机械之后才需要克服的阻力做的功，总功就是克服一切阻力做的功。理解了这三种功的计算及关系，机械效率就迎刃而解了。
【精典训练】
一、单选题
1．（2022·河北石家庄·九年级期中）如图，利用轻质滑轮组以的速度匀速拉动水平地面上重为的物体，拉力的大小为。若物体和地面之间的摩擦力大小为，则拉力的功率和滑轮组的机械效率分别为（ ）
A．、 B．、 C．、 D．、
【答案】C
【解析】
从图可知，由段绳子与动滑轮相连，因为物体以的速度做匀速直线运动，因此处的速度为
则的功率
所以滑轮组的机械效率为
故ABD不符合题意，C符合题意。
故选C。
2．（2022·江苏无锡·九年级期末）利用四个相同的滑轮，组成如图所示的甲、乙两个滑轮组，用同样的时间，把质量不等的重物G甲、G乙（G甲