九年级物理机械效率专项训练题

一、引言机械效率是九年级物理力学部分的重点和难点，它不仅涉及到功的基本概念，更侧重于对能量转化过程中有效利用程度的考量。理解并掌握机械效率，不仅能够深化对功和能关系的认识，更能培养分析实际问题、解决实际问题的能力。本次专项训练旨在通过一系列有针对性的题目，帮助同学们巩固机械效率的核心概念，熟练掌握相关计算方法，并能灵活运用于不同情境。二、核心概念回顾在进行专项训练之前，我们先来简要回顾一下机械效率的核心知识点：1.有用功(W_有)：为了达到某一目的而必须做的功。例如，用滑轮组提升重物时，克服重物重力所做的功就是有用功，即W_有=G·h(G为物重，h为物体被提升的高度)。2.额外功(W_额)：并非我们需要但又不得不做的功。例如，克服机械自身重力、克服摩擦所做的功。3.总功(W_总)：动力（或拉力）所做的功，它等于有用功与额外功之和，即W_总=W_有+W_额。通常，W_总=F·s(F为动力或拉力，s为动力作用点移动的距离)。4.机械效率(η)：有用功跟总功的比值叫做机械效率。计算公式为：η=W_有/W_总×100%。由于额外功的存在，机械效率总是小于1。三、专项训练题（一）选择题1.关于机械效率，下列说法中正确的是（）A.机械效率越高的机械，做的有用功越多B.机械效率越高的机械，做的总功越少C.做相同的有用功，总功越小的机械效率越高D.机械效率越高的机械越省力2.用一个动滑轮将一重为G的物体匀速提升h高度，动滑轮的重力为G_动（不计绳重和摩擦），则此次提升过程中，动滑轮的机械效率为（）A.G/(G+G_动)×100%B.G_动/(G+G_动)×100%C.G/(2F)×100%(F为拉力)D.(G+G_动)/G×100%3.如图所示（此处假设有一个简单的斜面示意图，斜面长为L，高为h，一物体在拉力F作用下沿斜面匀速向上运动），用沿斜面向上的力F把重为G的物体匀速拉上斜面顶端。已知斜面长为L，高为h，在此过程中，下列说法正确的是（）A.有用功为F·LB.总功为G·hC.额外功为F·L-G·hD.机械效率为G·h/(F·L)×100%（二）填空题1.用一个定滑轮将重为50N的物体匀速提升2m，所用拉力为55N。此过程中，有用功为______J，总功为______J，机械效率为______（结果保留一位小数）。2.某同学用一个动滑轮在20s内将重为400N的货物匀速提高了5m，所用的拉力为250N。则他做的有用功是______J，总功是______J，该动滑轮的机械效率是______，他做功的功率是______W。（三）计算题1.工人师傅用如图所示的滑轮组（不计绳重及摩擦）提升重物。已知物重G=900N，动滑轮重G_动=100N。求：（1）工人师傅需要施加的拉力F是多大？（2）若将重物匀速提升2m，此过程中拉力做的有用功W_有是多少？（3）该滑轮组的机械效率η是多少？2.一个斜面长5m，高1m，工人用沿斜面方向400N的力把重1600N的木箱匀速推到车上。求：（1）推力对木箱做的总功；（2）克服木箱重力做的有用功；（3）斜面的机械效率；（4）斜面对木箱的摩擦力。3.用一滑轮组将重为300N的物体匀速提升2m，已知滑轮组的机械效率为75%，绳端的拉力为100N。求：（1）有用功是多少？（2）总功是多少？（3）额外功是多少？（4）若用此滑轮组提升400N的物体，不计绳重和摩擦，所需的拉力是多大？此时滑轮组的机械效率将如何变化？四、参考答案与解析（一）选择题1.C解析：机械效率是有用功与总功的比值，其高低不单纯取决于有用功或总功的多少，A、B错误；做相同的有用功，总功越小，说明额外功越少，机械效率越高，C正确；机械效率高低与是否省力无关，D错误。2.A解析：用动滑轮提升重物，不计绳重和摩擦时，W_有=G·h，W_总=(G+G_动)·h（因为拉力F=(G+G_动)/2，绳子自由端移动距离s=2h，所以W_总=F·s=(G+G_动)/2·2h=(G+G_动)·h）。则η=W_有/W_总=G·h/[(G+G_动)·h]=G/(G+G_动)×100%。A正确，B、D错误。C选项中F若为实际拉力，则η=W_有/W_总=G·h/(F·s)，对于动滑轮s=2h，故η=G/(2F)×100%，但题目中已给出G_动，且不计绳重和摩擦，故A是更直接的答案。3.CD解析：有用功是克服物体重力做的功，即W_有=G·h，A错误。总功是拉力做的功，即W_总=F·L，B错误。额外功W_额=W_总-W_有=F·L-G·h，C正确。机械效率η=W_有/W_总=G·h/(F·L)×100%，D正确。（二）填空题1.100，110，90.9%解析：W_有=G·h=50N×2m=100J；定滑轮不省力也不省距离，s=h=2m，W_总=F·s=55N×2m=110J；η=W_有/W_总×100%=100J/110J×100%≈90.9%。2.2000，2500，80%，125解析：W_有=G·h=400N×5m=2000J；动滑轮，s=2h=10m，W_总=F·s=250N×10m=2500J；η=W_有/W_总×100%=2000J/2500J×100%=80%；功率P=W_总/t=2500J/20s=125W。（三）计算题1.解：（1）由图可知，承担物重的绳子段数n=2（此处需根据实际图示判断，若图中为2段绳则n=2，若为3段则n=3，此处假设为常见的2段或3段，以2段为例，若为3段，方法类似）。不计绳重及摩擦，拉力F=(G+G_动)/n=(900N+100N)/2=500N。（2）有用功W_有=G·h=900N×2m=1800J。（3）绳子自由端移动距离s=n·h=2×2m=4m。总功W_总=F·s=500N×4m=2000J。机械效率η=W_有/W_总×100%=1800J/2000J×100%=90%。答：（1）拉力F是500N；（2）有用功是1800J；（3）机械效率是90%。（*注：若n=3，则F=(900N+100N)/3≈333.3N，s=6m，W_总=333.3N×6m≈2000J，η=1800J/2000J=90%。机械效率与n无关，因为额外功仅来自动滑轮重力。*）2.解：（1）推力做的总功W_总=F·L=400N×5m=2000J。（2）克服木箱重力做的有用功W_有=G·h=1600N×1m=1600J。（3）斜面的机械效率η=W_有/W_总×100%=1600J/2000J×100%=80%。（4）额外功W_额=W_总-W_有=2000J-1600J=400J。克服摩擦力做的功为额外功，即W_额=f·L，所以摩擦力f=W_额/L=400J/5m=80N。答：（1）总功是2000J；（2）有用功是1600J；（3）机械效率是80%；（4）摩擦力是80N。3.解：（1）有用功W_有=G·h=300N×2m=600J。（2）由η=W_有/W_总得，总功W_总=W_有/η=600J/75%=800J。（3）额外功W_额=W_总-W_有=800J-600J=200J。（4）由W_总=F·s得，绳子自由端移动距离s=W_总/F=800J/100N=8m。承担物重的绳子段数n=s/h=8m/2m=4。不计绳重和摩擦，W_额=G_动·h，所以动滑轮重G_动=W_额/h=200J/2m=100N。提升400N物体时，所需拉力F'=(G'+G_动)/n=(400N+100N)/4=125N。此时，由于物重增加，有用功在总功中所占的比例增大，故机械效率将变大。答：（1）有用功是600J；（2）总功是800J；（3）额外功是200J；（4）拉力是125N，机械效率将变大。五、总结与提升机械效率的计算，关键在于准确区分有用功、额外功和总功。在分析具体问题时，首先要明确做功的目的，从而确定有用功；动力所做的功通常为总功；总功与有用功的差值即为额外功。对于不同的简单机械（如杠杆、滑轮、滑轮组、斜面），其有用功、总功的计算方式略有不同，但核心公式η=W_有/W_总×100%是通用的。在解决问题时，要注