重难点13 功与机械效率 （原卷版）

专项七简单机械与机械效率重难点13功与机械效率考点一、功作用在物体上的力，使物体在力的方向上通过了一段距离，我们就说这个力对这个物体做了功。理解判断的依据：依据：做功的两个必要因素。重点：抓住力作用在物体上是否有“成效”。明白不做功的三种情况：物体受力，但物体没有在力的方向上通过距离，此情况叫“劳而无功”。物体移动了一段距离，但在此运动方向上没有受到力的作用(如物体因惯性而运动)，此情况叫“不劳无功”。物体既受到力，又通过一段距离，但两者方向互相垂直(如起重机吊起货物在空中沿水平方向移动)，此情况叫“垂直无功”。考点二、功的计算公式：W＝Fs，常用式W＝Gh(克服重力做功)，或W＝f阻s(克服摩擦阻力做功)单位：焦耳(J)，功的原理：使用任何机械都不省功。考点三、功率物理意义：表示物体做功的快慢。定义：功与做功所用时间之比叫做功率。计算式单位瓦(W)推导公式：注意区别功与功率：功(W)功率(P)概念当一个力作用在物体上，物体在这个力作用下通过一段距离。这个力对物体做了功功与做功所用时间之比单位功的单位是力的单位与距离的单位的乘积牛·米，也叫焦耳。1J=1N·m。功率的单位也是复合单位，焦/秒，叫做瓦特。1W=1J/S计算W=Fs其它以下三种情况力对物体不做功：

＜1＞“不劳无功”，物体通过了距离，但没有力作用在物体上；

＜2＞“不动无功”有力作用在物体上，物体静止不动，没有通过距离；

＜3＞“劳而无功”，有力作用在物体上，物体也通过了距离，但力的方向和通过的距离方向互相垂直，沿力方向上物体没有通过距离。比较做功快慢的方法有：

＜1＞比较相同时间内做的功，做功多的做功快；

＜2＞比较做相同的功所用时间，所用时间少的做功快；

＜3＞比较功和时间的比值，比值大的做功快。考点四、机械效率为了表示有用功在总功中所占的比例，物理学中引入了机械效率，它等于有用功W有与总功W总之比，符号为η。公式为，式中η表示机械效率，它是一个百分数。η的值越大，表明有用功在总功中所占的比例越大，机械的效率越高。η的值总小于100%，由于机械本身的摩擦力或重力不可能为零，所以额外功总是存在的，即有用功总是小于总功。考点五、简单机械与机械效率杠杆的机械效率①用杠杆提升物体时，有用功和总功的比值.称为杠杆机械效率。②杠杆机械效率公式：η＝(W有用/W总)×100％滑轮组的机械效率（不计绳重和轴摩擦）当动滑轮重一定时，物重越大，机械效率越大；当物重一定时，动滑轮重越大，机械效率越小。斜面的机械效率影响斜面机械效率的因素物体与斜面粗糙程度相同时，斜面倾角越大，机械效率越大；斜面倾角相同时，物体与斜面粗糙程度越大，机械效率越小。

考点六、机械效率实验考点一：功的定义及做功判断【探究重点】在分析做功情况时还应注意以下几点：当物体的受力方向与运动方向不垂直时，这个力就要做功。一个物体同时受几个力的作用时，有一些力做了功，有些力没有做功，因此讲做功必须指出是哪一个力对哪一个物体做功。什么叫物体克服阻力做功：若物体在运动方向上受到一个与此方向相反的力F的作用，我们通常说物体克服阻力F做了功。

【真题精讲】(2022·甘肃兰州·中考真题)如图所示的情境中，对物体不做功的是()A．图甲：用力搬石头，没有搬动 B．图乙：将重物从地面拉到高处C．图丙：推车向前运动 D．图丁：挺举杠铃的过程【巩固训练】下列依据公式W＝Fs所作出的判断中错误的是A．力学中所说的做功包含两个必要因素B．推教室墙壁虽耗费体力，但不做功C．推出的球在空中飞行时，推力不做功D．如图中，爬楼的人对拎的包没有做功考点二：做功计算【探究重点】熟练掌握功的定义及做功的两个必要条件。有力才有可能做功，没有力根本不做功。F与s的方向应在同一直线上(初中要求)(比如一个人提着一重物G，从山脚顺着一之字形的山路爬到山顶，此时人克服重力做功所移动的距离并不是山路的长，而是从山脚到山顶的高。)做功的多少，由W＝Fs决定，而与物体的运动形式无关。

比如：在竖直向上，物体克服重力做功，功的大小为W＝Gh；在水平方向上，物体克服摩擦力做功，功的大小为W＝fs。

【真题精讲】（2022·山东临沂）北京路沂河大桥改造工程是我市今年重大工程之一，截至2月27日，质量为2.5万吨的南幅老桥桥面由560个液压千斤顶顶升到位（如图）。桥面被以5mm/min的速度共顶升3.1m，g取10N/kg，下列判断正确的是（）。A.南幅老桥桥面重2.5×105N B.1h内桥面可被连续顶升3mC.千斤顶共对桥面做功7.75×108J D.千斤顶应用了流体压强的特点【巩固训练】小红同学用一个距离手3m高的定滑轮拉住重100N的物体，从滑轮正下方沿水平方向移动4m，如图所示，若不计绳重和摩擦，他至少做了多少功()A．200J B．300J C．400J D．500J考点三：功率【探究重点】功率与功是两个不同的物理量，“功”表示做功的“多少”，而“功率”则表示做功的“快慢”，“多少”与“快慢”的意义不一样，只有在做功时间相同时，做功多的就做功快；否则，做功多，不一定做功就快，即“功率”不一定就大，也就是说:功率与功和时间两个因素有关。由P＝W/t变形为P＝F·v可知：功率一定时，力F与速度v成反比。【真题精讲】(2022·湖北·荆州市教育科学研究院中考真题)如图所示，工人往车上装重物时，用长木板搭个斜面，工人用平行于斜面向上的力，把重物沿斜面从底端匀速推到顶端。下列说法正确的是()A．用斜面可以省力也可以省功B．匀速推动重物的速度越大，推力越大C．匀速推动重物的速度越大，推力做功越多D．匀速推动重物的速度越大，推力的功率越大【巩固训练】（2022·四川南充）如图所示，某工人师傅用平行于斜面向上、大小为500N的推力，把木箱从长4m的斜面底端推到顶端用时10s，整个过程木箱的平均速度为________m/s，推力的平均功率为_________W。考点四：机械效率【探究重点】机械效率没有单位，小于1，常用百分数表示。直接原因是：机械内部有摩擦力，机械本身有重力等。

【真题精讲】(2022·山东菏泽·中考真题)如图所示，在快递仓库内工人把重为600N的货物用滑轮组以0.2m/s的速度匀速提升，忽略摩擦及绳重，该过程中滑轮组的机械效率为80%，则()A．工人所用的拉力为200NB．动滑轮的重力为100NC．拉力的功率为150WD．提升重力不同的货物时，此滑轮组机械效率不变【巩固训练】(2021·湖北宜昌市·中考真题)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，做功越快考点五：简单机械与机械效率【探究重点】杠杆机械效率公式：η＝(W有用/W总)×100％滑轮组(竖直方向提升物体)：(G为物重，h为物体提升高度，F为拉力，S为绳子自由端走的距离)

滑轮组(水平方向拉动物体)：(f为摩擦力，l为物体移动距离，F为拉力，S为绳子自由端走的距离)

斜面的机械效率：(h为斜面高，S为斜面长，G为物重，F为沿斜面对物体的拉力)【真题精讲】(2022·山东威海·中考真题)如图所示，为了把两件相同货物搬运到汽车上，工人用相同材质的木板搭建了AB、CD两个斜面，用沿斜面向上的力将其中一件货物从斜面的底端匀速推到顶端，另一件货物用同样的方法沿斜面搬运。下列说法正确的是()A．沿斜面推动更省力B．沿斜面推动，工人克服货物重力做的功更多C．无论利用哪个斜面，工人克服货物重力做功的功率一定相同D．沿斜面推动货物的过程中，货物的机械能增大【巩固训练】两个完全相同的滑轮，分别以图中两种方式，将重为的物体以相同的速度匀速竖直提升了1m，不计绳重和摩擦，甲、乙的机械效率、，拉力、做的功分别为、，功率分别为、，下列判断正确的是()A． B． C． D．考点六：机械效率实验【探究重点】杠杆机械效率：(G为物重，h为物体提升高度，F为拉力，S拉力移动的距离)。滑轮组(竖直方向提升物体)：(G为物重，h为物体提升高度，F为拉力，S为绳子自由端走的距离)。

斜面的机械效率：(h为斜面高，S为斜面长，G为物重，F为沿斜面对物体的拉力)。【真题精讲】（2021·四川绵阳·中考真题）用如图所示装置探究斜面省力大小及机械效率是否与斜面倾角、表面粗糙程度有关。甲、乙斜面倾角相等，与丙的不相等；甲、丙斜面表面粗糙程度相同，与乙的不相同。先用弹簧测力计竖直向上匀速缓慢提升重物0.24m高，弹簧测力计示数F0＝20.0N；再分别在三个斜面上沿斜面向上匀速缓慢拉动这个重物到同一高度，弹簧测力计示数和斜面长度如表所示。次数斜面弹簧测力计示数F/N斜面长度L/m省力大小ΔF/N（ΔF＝F0﹣F）机械效率η%1甲17.40.30？92.02乙18.20.301.887.93丙14.00.406.0？根据表中数据回答下列问题：（1）斜面甲省力大小ΔF甲＝_______N；（2）斜面丙的机械效率η丙＝_______；（3）比较甲、乙实验结果，可以认为_______；比较甲、丙实验结果，可以认为_______（选填序号，有可能不止一项正确）。A．斜面省力大小与斜面倾角有关B．斜面省力大小与斜面表面粗糙程度有关C．斜面省力大小与斜面倾角和表面粗糙程度都有关D．斜面机械效率与斜面倾角有关E.斜面机械效率与斜面表面粗糙程度有关F.斜面机械效率与斜面倾角和表面粗糙程度都有关【巩固训练】用如图所示的实验装置探究滑轮组的机械效率，下列说法正确的是()A．实验时弹簧测力计可以在静止时读数B．实验时不用刻度尺也可以测量出滑轮组的机械效率C．滑轮组的机械效率与动滑轮重力的大小无关D．同一滑轮组的机械效率随所挂钩码的重力增大而增大，最终可以达到100%以下吉祥物运动项目中涉及到的做功情况，下列叙述正确的是()排球比赛中，运动员击排球的过程中，运动员对排球做了功B．举重比赛中，运动员举起杠铃不动的时候，运动员对杠铃做了功C．射击比赛中，子弹离开枪口以后，还在对子弹做功D．赛艇比赛中，运动员划着赛艇在水平湖面上做匀速直线运动，赛艇的重力对赛艇做了功(2020邵阳)一物体受到5N竖直向上的拉力作用，沿水平方向以0.2m/s的速度匀速运动了10s，拉力对物体做的功为()A．0J B．1J C．10J D．50J一位初三的同学，从教学楼的一楼跑到三楼用了10s，则他上楼过程中的功率大约是()A．3W B．30W C．300W D．3000W滑轮组来控制导线的松紧程度。某次导线对滑轮N的拉力为F，配重水泥块（重为G）被匀速拉升的高度为h（不考虑滑轮自重，绳重和绳与滑轮之间的摩擦）。下列说法中正确的是（）。A.M是动滑轮；B.拉力F=2G；C.拉力F做的功为3Fh；D.拉力F移动的速度与配重G上升的速度相同(2020威海)在一次沿直杆滑降训练中，消防员从5m高处滑到离地面20cm处悬停，先后经历了a､b､c､d四个阶段(每个阶段经历的时间相同)。整个训练过程，速度随时间变化的规律如图所示，下列说法正确的是()A．消防员的重力在b阶段做功最多B．只有b阶段，消防员处于平衡状态C．消防员四个阶段都在克服摩擦力做功D．a阶段，滑杆受到的摩擦力等于消防员的重力用如图所示的滑轮组匀速提起1200N的重物G，若要将重物提升0.3m，则拉力F移动的距离为_________，若拉力大小为500N，则机械效率为_________，可采用_________措施提高该滑轮组机械效率。(2020绵阳)宽握距引体向上要求：两手用宽握距正握(掌心向前)单杠，略宽于肩，两脚离地，两臂自然下垂伸直，用力将身体往上拉起，下巴超过单杠时稍作停顿，然后回复完全下垂，即为完成1次，小明同学体重600N，正握单杠且两臂自然下垂伸直时，下巴与单杠的高度差是0.4m，他在某次测试中，1min内完成了10次引体向上，则他完成1次引体向上至少做功_______J，整个测试过程中做功的平均功率最小是______W。坡长10m，顶端与底端高度差为6m，一个工人沿斜坡向上用150N的力将质量为20kg的货箱从坡底端匀速缓慢地推到顶端的过程中，对货箱做的功是___________J，克服摩擦力做的功是___________J，摩擦力是___________N。(g=10N/kg)(2021·湖北宜昌市·中考真题)小勇放学后，背着重40N的书包沿水平路面走了200m，用时3min，又用1min爬上了大约9m高的四楼回到了家，小勇的重力为600N。则他在回家过程中对书包所做的功为______J，他所做总功的功率是______W。（2022·广东·珠海市第九中学一模）为了将放置在水平地面上重G=100N的重物提升到高处。小明同学设计了图（甲）所示的滑轮组装置。当小明用图（乙）所示随时间变化的竖直向下拉力F拉绳时，物体上升速度v随时间变化关系图像为图（丙），物体上升的高度h随时间t变化的关系图像分别如图（丁）所示。若重物与地面的接触面积S=5×10-2m2，不计摩擦和绳重，绳对滑轮的拉力方向均可看成在竖直方向。求：（1）匀速提升物体时，拉力F的功率为多少W?滑轮组的机械效率η为多少?（2）在1~2s内，拉力F做的功W为多少J?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．做功越快的机械，功率越大C．做有用功越多的机械，效率越高 D．做功越多的机械，功率越大如图所示，工人师傅利用斜面将货物装上汽车。已知货物重为2000N，师傅用沿斜面向上1000N的推力将货物从斜面底端匀速推至斜面顶端。斜面长4m、高1.5m，则()A．使用斜面向汽车上装货物可以省功B．此过程中的有用功为4000JC．斜面的机械效率为60%D．货物受到斜面对它的摩擦阻力为250N如图所示，将同一物体分别沿光滑的斜面AB、AC以相同的速度从底部匀速拉倒顶端A，已知AB>AC施加的力分别为F1、F2，拉力做的功为W1、W2，则下列判断中正确的是()A．F1=F2；W1=W2 B．F1>F2；W1>W2C．F1＜F2；W1＜W2 D．F1＜F2；W1=W2(2020安顺)仅用8天就建成的武汉火神山医院，彰显的不仅是中国速度，更是战胜疫情的坚强决心。如图所示，为了在最短的时间完成地面基础建设，上百台挖掘机同时工作，其目的是增大所有挖掘机总的()A．机械效率 B．功率 C．功 D．有用功如图所示，OQ是水平地面，物体在水平拉力作用下，从O匀速直线运动到Q，OP段拉力为300N，做的功为，功率为，PQ段拉力为200牛，做的功为，功率为，则()A．

B．

C．

D．

（2022·四川南充）某科技小组设计了一种测量浑水密度的装置，如图所示，A是体积为10-3m3的均匀正方体浮子，B是圆形容器，C是固定在容器底部的定滑轮，通过细绳将A与滑轮组连接。当容器中盛有适量密度为1.0×103kg/m3的清水，连接浮子的绳子恰好不受拉力时，浮子的体积浸在清水中；当绳子末端拉力为F1时，浮子在清水中浸没后能缓慢匀速向下运动：把清水换成待测浑水后，绳子末端拉力为F2=3.1N时，浮子浸没后也能缓慢匀速向下运动。已知动滑轮质量为30g，g=10N/kg，不计绳子质量，伸缩，摩擦及水的阻力则（）。A.浮子的密度为0.6×103kg/m3；B.绳子拉力F1为2.1N；C.清水中浮子浸没后匀速运动时滑轮组的机械效率约为95%；D.浑水密度为1.2×103kg/m3如图所示，是两名运动员在相同时间举起相同质量的杠铃的示意图，由图可知，_____做的功多，_____做功的功率大。(均选填“甲”或“乙”)(2020永州)电动车因便捷、低碳、环保等优点深受市民喜爱。小刘骑电动车在平直的公路上匀速直线行驶3km，已知人和车的总质量为100kg，若阻力为人和车总重力的0.08倍，则阻力的大小为______N，整个过程电动车的牵引力做功为______J。(g＝10Nkg)“红牛”饮料能够迅速补充能量物质，并调节神经系统功能，从而取得提神醒脑、补充体力的功效，颇受消费者的欢迎，如表是“红牛”饮料营养成分的部分参数。(g取10N/kg)项目每100毫升能量230千焦蛋白质0克脂肪0克碳水化合物13.5克钠46毫克(1)“红牛”饮料的能量项目是230千焦/100毫升，该项目的含义与以下物理量的含义类似的是_________；A．热量B．内能C．热值D．比热容(2)小华同学质量为50kg，正常情况下步行上一层3m高的楼需要12s，她上一层楼做了多少功________？上楼时的功率是_________；(3)人体摄入的能量可以通过运动消耗掉，小华同学喝了一罐净含量250mL的上述“红牛”饮料，如果她能获得其全部能量，且把获得能量的30%用于爬楼，则正常情况下她能爬多少层楼_________？(每层楼高3m)（2022内蒙古赤峰）在建设桥梁时，需将一重为3×104N正方体桥梁部件从运输船上转移至河水中。（1）用吊车将该部件从运输船上匀速向上提升，如图甲所示。20s时间内，拉力F对部件做了6×104J的功，计算这个过程中：①拉力F做功的功率；②部件上升的距离。（2）如图乙所示，缓慢的将部件匀速投入水中。水对部件下表面的压力记作F1，水对部件上表面的压力记作F2，二者与部件下表面在水中的深度h的关系如图丙所示（忽略水的阻力）。求:图丙所示过程中，部件浸没时受到的浮力。(2020盘锦)工人利用滑轮组吊起重为2400N的路灯杆。如图所示，这是路灯杆一端刚被匀速拉起的简图。路灯杆离地后被匀速提升1m，绳端拉力F=1000N。下列说法正确的是()A．路灯杆一端刚被匀速拉起时，相当于费力杠杆B．路灯杆离地后，受到的拉力小于2400NC．路灯杆离地后，绳端拉力F做的功为1000JD．路灯杆离地后，滑轮组的机械效率为80%有一质量分布均匀的工件，正放时如图甲所示，倒放时如图乙所示，现要用力沿箭头方向将它推翻，变成如图丙方式放置。如果在图甲方式放置时推倒所所需要做的最小功为W1，图乙方式放置时推倒所需做的最小功为W2，则()A．W1>W2 B．W1＜W2 C．W1=W2 D．无法比较(2020深圳)如图所示，湖面上有一艘小船，站在岸上的人通过滑轮用100N的力拉绳子的自由端，在10s内小船向岸边匀速移动了5m，船在水平方向受到的阻力为160N。下列说法正确的是()A．人对船做的有用功为500J B．人做的总功为800JC．人做的有用功的功率为50W D．滑轮的机械效率为80%在内径约为1cm的玻璃管中注水近满，上端留一个气泡，用橡皮塞塞住管口，再将玻璃管翻转后竖直放置，气泡上升，如图所示。测得气泡上升40cm用时20s，则该过程中气泡所受浮力做功的功率最接近于()A．2×10﹣5W B．2×10﹣4W C．2×10﹣3W D．2×10﹣2W(2020三市一企)如图所示，用滑轮组提升重物，此时测力计示数为680N｡已知人的质量为50kg，每个滑轮的重力为20N，不计绳重及摩擦，下列说法正确的