11-3 如何提高机械效率 分层作业 初中物理沪粤版九年级上册（2023~2024学年）

第十一章机械功与及机械能11.3如何提高机械效率基础达标1.甲同学用水桶从井里提水，乙同学用绳把掉在井中的桶捞上来，水桶里带了一些水，关于两同学做有用功、额外功的说法正确的是()A．甲提水桶做的功都是有用功B．乙提水桶做的功都是有用功C．甲提水桶对桶做的功是额外功D．乙提水桶对桶做的功是额外功【答案】C【解析】甲同学的目的是提水，所以对水做的功是有用功，但是对桶又不得不做功，则对桶做的是额外功。乙同学的目的是提桶，所以对桶做的功是有用功，但是对水又不得不做功，则对水做的是额外功。故选C。2.以下说法错误的是()A．有用功有时候比额外功小B．有用功一定小于总功C．总功等于有用功与额外功之和D．额外功一定小于有用功【答案】D【解析】有用功可能大于、等于甚至小于额外功，故D说法错误。3.利用如图所示的滑轮，在粗糙水平面上匀速拉动物体，下列叙述正确的是()A．克服物体重力做的功是有用功B．克服物体受地面摩擦力做的功是有用功C．绳子自由端的拉力F做的功是有用功D．克服物体受地面摩擦力做的功是额外功【答案】B【解析】使用滑轮水平方向拉物体时，根据我们的目的，克服物体受地面摩擦力做的功是有用功，拉力做的功为总功，克服绳子与滑轮之间摩擦力做的功为额外功。4.如图所示，用竖直向上的力匀速拉动较长的杠杆，使重为36N的物体缓慢升高0.2m，拉力大小F＝16N，拉力移动的距离为0.5m。拉力所做的功为______J，有用功为______J，额外功为______J。【答案】8；7.2；0.8【解析】拉力所做的功是总功，W总＝Fs＝16N×0.5m＝8J，克服物体重力做的功是有用功，W有用＝Gh＝36N×0.2m＝7.2J，额外功W额外＝W总－W有用＝8J－7.2J＝0.8J。5.生产生活中常常会用到各种机械设备，下列说法中不正确的是()A．任何机械设备的效率总小于1B．减小机械内部摩擦可以提高其效率C．提高机械设备的效率可以节能减排D．使用机械设备做功越快，其效率越高【答案】D【解析】机械效率是有用功与总功的比值，机械效率的大小与做功快慢无关，故D不正确。6.如图所示，斜面长10m，高4m。用平行于斜面F＝50N的拉力，将重为100N的物体，从斜面的底端匀速拉到顶端。在此过程中，下列说法正确的是()A．利用此装置既可以省力，也可以省功B．物体受到的摩擦力为50NC．对物体所做的有用功为500JD．该斜面的机械效率为80%【答案】D【解析】使用任何机械都不省功，故A错误；将物体从斜面底端匀速拉到顶端所做的有用功W有用＝Gh＝100N×4m＝400J，所做的总功W总＝Fs＝50N×10m＝500J，额外功W额外＝W总－W有用＝500J－400J＝100J，物体所受的摩擦力f＝eq\f(W额外,s)＝eq\f(100J,10m)＝10N，该斜面的机械效率η＝eq\f(W有用,W总)×100%＝eq\f(400J,500J)×100%＝80%，故D正确。7.如图所示，用动滑轮提起重物。若重物重为900N，工人用F＝500N的拉力将重物沿竖直方向匀速提升了4m，则拉力所做的功为______J，此动滑轮的机械效率为______。【答案】4000；90%【解析】绳子自由端移动的距离为s绳＝2×4m＝8m，拉力所做的功W＝Fs＝500N×8m＝4000J，W有用＝Gh＝900N×4m＝3600J，动滑轮的机械效率η＝eq\f(W有用,W总)×100%＝eq\f(3600J,4000J)×100%＝90%。8.用如图所示装置测滑轮组的机械效率，已知物体重为5.4N，那么：(1)实验时拉动弹簧测力计应注意_________________。(2)若物体上升高度为10cm，弹簧测力计的示数如图所示，则拉力做的功为_____J。(3)这时滑轮组的机械效率是________。(4)若增加提升物体的重力，则此滑轮组的机械效率将会__________。【答案】（1）竖直向上匀速拉动（2）0.72（3）75%（4）增大【解析】(1)实验时拉动弹簧测力计应注意竖直向上匀速拉动，此时系统受到平衡力的作用，拉力大小才等于测力计示数。(2)如图所示，弹簧测力计的示数为2.4N，即拉力为2.4N，绳子的有效股数为3，则拉力做的功W＝Fs＝F×nh＝2.4N×3×10×10-2m＝0.72J。(3)这时滑轮组的机械效率η＝eq\f(W有用,W总)×100%＝eq\f(Gh,W总)×100%＝eq\f(5.4N×10×10-2m,0.72J)×100%＝75%。(4)若仅增加物重，则增加了有用功，有用功在总功中所占的比例变大了，故机械效率会增大。9.下列有关机械做功、功率、机械效率的说法，正确的是()A．效率越高的机械，功率越大B．做功越多的机械，功率越大C．做有用功越多的机械，效率越高D．功率越大的机械，做功越快【答案】D【解析】机械做功快慢与机械效率没有关系，故A错误；由P＝eq\f(W,t)可以看出，功率大小决定于做功多少和所用时间，做功较多，时间不确定，功率大小不能确定，故B错误；机械效率是有用功与总功的比值，有用功较多，总功不确定，机械效率不能确定，故C错误；功率描述的是物体做功的快慢，所以功率越大的物体，做功越快，故D正确。 素养提升 10.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)，下列说法中正确的是()A．F1＞F2，F1移动距离多B．F1＜F2，F2移动距离多C．F1所做的额外功多D．两装置的机械效率相同【答案】D【解析】不计绳重和摩擦滑轮组的机械效率与所提物重和滑轮重有关，与绳子的绕法无关，提升相同物体到相同的高度，所做的有用功与额外功相同，故两装置的机械效率相同，故D正确。11.如图，用滑轮组帮助汽车脱困时，滑轮B的作用是______________；汽车被匀速拉动时，作用在绳子上的拉力F为1000N，滑轮组的机械效率为80%，则汽车受到的摩擦力为________N。【答案】改变力的方向；1600【解析】滑轮B为定滑轮，定滑轮不能省力，只能改变力的方向；由滑轮组的机械效率η＝eq\f(W有用,W总)＝eq\f(fs,Fns)＝eq\f(f,nF)可得，汽车受到的摩擦力f＝nFη＝2×1000N×80%＝1600N。12.小喻用如图所示的均匀杠杆OB将重为15N的货物匀速提升0.1m。经测量AB＝2m，OA＝0.4m，小喻所用拉力F＝4N，且方向始终竖直向上。(1)小喻做的有用功是多少？(2)小喻所用的杠杆的机械效率是多少？(3)若杠杆的重心处于OB的中点，忽略转轴O处的摩擦，杠杆的自重是多少？【答案】（1）小喻做的有用功W有用＝Gh＝15N×0.1m＝1.5J。（2）拉力移动的距离s＝eq\f(OB,OA)×h＝eq\f(2m＋0.4m,0.4m)×0.1m＝0.6m，小喻做的总功W总＝Fs＝4N×0.6m＝2.4J，杠杆的机械效率η＝eq\f(W有用,W总)×100%＝eq\f(1.5J,2.4J)×100%＝62.5%。（3）若不计摩擦力，则只克服杠杆的重力做的额外功W额外＝W总－W有用＝2.4J－1.5J＝0.9J，杠杆重心上升的高度为h′＝eq\f(\f(1,2)OB,OA)×h＝eq\f(\f(1,2)×2.4m,0.4m)×0.1m＝0.3m，由于W额外＝G杠杆h′，因此杠杆的重力G杠杆＝eq\f(W额外,h′)＝eq\f(0.9J,0.3m)＝3N。13.如图，一辆货车匀速从山底A开到山顶B。货车重为5.0×104N，发动机的功率50kW保持不变，山坡AB长2000m，高h为300m，牵引力保持2.5×104N不变，不计空气阻力。求：(1)货车从山底开到山顶所做的有用功。(2)山坡的机械效率。(3)货车在山坡上行驶时的摩擦力。【答案】（1）货车从山底开到山顶所做的有用功W有用＝Gh＝5.0×104N×300m＝1.5×107J。（2）货车从山底开到山顶所做的总功W总＝Fs＝2.5×104N×2000m＝5×107J，山坡的机械效率η＝eq\f(W有用,W总)×100%＝eq\f(1.5×107J,5×107J)×100%＝30%。（3）货车从山底开到山顶所做的额外功W额外＝W总－W有用＝5×107J－1.5×107J＝3.5×107J，由W额外＝fs可知，汽车在山坡上行驶时的摩擦力f＝eq\f(W额外,s)＝eq\f(3.5×107J,2000m)＝1.75×104N。【解析】在使用斜面做功的过程中，克服摩擦力所做的功是额外功，也是唯一的额外功。物体在斜面上所受摩擦力的计算：f＝eq\f(W额外,s)＝eq\f(W总－W有用,s)＝eq\f(Fs－Gh,s)。 培优拓展 14.某校科技小组设计了如图所示的一套从水中打捞物体的简单滑轮组装置，动滑轮的重力为50N，物体A的密度为1.5×103kg/m3，体积为0.04m3；通过滑轮组把A从水中匀速提升(A始终未露出水面)，不计绳重、摩擦及水的阻力，ρ水＝1×103kg/m3，g取10N/kg。求：(1)A浸没在水中时所受的浮力。(2)A露出水面前，滑轮组的机械效率。(3)若人的重力为625N，与水平地面的接触面积为500cm2，人对地面的压强。【答案】（1）A浸没在水中，A排开水的体积与A的体积相等，所以V排＝V＝0.04m3，A浸没在水中时所受的浮力F浮＝ρ水gV排＝1×103kg/m3×10N/kg×0.04m3＝400N。（2）A的重力为G＝mg＝ρVg＝1.5×103kg/m3×0.04m3×10N/kg＝600N，A露出水面前，滑轮组的机械效率为η＝eq\f(W有用,W总)×100%＝eq\f((G－F浮)h,(G－F浮)h＋