2026年《机械效率》习题及参考答案

2026年《机械效率》习题及参考答案一、单项选择题（每小题3分，共30分）1.2025年教育部深化义务教育劳动课程改革后，某校在校园劳动实践基地开辟了农耕种植区，学生在翻整土地时使用了杠杆式松土工具，关于该工具工作时的机械效率，下列说法正确的是（）A.机械效率一定小于1，因为额外功不可避免B.做的有用功越多，机械效率一定越高C.做功越快，机械效率一定越高D.增大手柄处摩擦力可以提高机械效率参考答案：A解析：任何机械在工作过程中，都需要克服机械自身重力、部件之间的摩擦做额外功，因此有用功永远小于总功，机械效率一定小于1，因此A选项说法正确。机械效率是有用功与总功的比值，在总功一定的情况下，有用功越多，机械效率才越高，选项B没有说明总功一定，因此说法错误。做功快慢是功率的物理意义，功率与机械效率是两个完全独立的物理量，二者没有必然联系，功率大的机械做功快，但机械效率不一定高，因此C选项说法错误。增大手柄处摩擦力，会增大克服摩擦力做的额外功，在有用功不变的情况下，总功增大，有用功与总功的比值减小，机械效率降低，因此D选项说法错误。2.某智能仓储物流基地使用自动导引车（AGV）将货物沿斜面搬运到货运卡车上，已知货物质量为150kg，斜面长3m，高1m，AGV沿斜面的推力恒为600N，g取10N/kg，该过程中斜面的机械效率为（）A.60%B.66.7%C.83.3%D.90%参考答案：C解析：首先计算搬运货物的有用功，有用功是克服货物重力做的功，计算公式为W有=Gh=mgh，代入数据可得W有=150kg×10N/kg×1m=1500J。推力做的总功为推力与沿推力方向移动距离的乘积，即W总=Fs=600N×3m=1800J。机械效率为有用功与总功的比值，因此η=W有/W总×100%=1500J/1800J×100%≈83.3%，因此C选项正确。额外功为W额=W总-W有=1800J-1500J=300J，额外功是克服斜面摩擦力做的功，因此可算出货物受到斜面的摩擦力为f=W额/s=300J/3m=100N，符合实际搬运过程中的摩擦力范围。3.某分布式光伏电站项目施工现场，工人使用动滑轮提升光伏支架构件，已知构件重力为240N，工人对绳子自由端的拉力为150N，不计绳重，该过程中动滑轮的机械效率为（）A.60%B.80%C.85%D.90%参考答案：B解析：动滑轮绳子的有效段数n=2，因此绳子自由端移动距离s=2h，机械效率可推导为η=W有/W总=Gh/Fs=Gh/F×2h=G/(2F)，代入数据可得η=240N/(2×150N)=240/300×100%=80%，因此B选项正确。根据计算还可得出动滑轮的自重为G动=nF-G=2×150N-240N=60N，若后续提升重力更大的构件，动滑轮自重不变，额外功不变，有用功占总功的比例升高，机械效率会随之增大，这也是提升重物时选用大重量动滑轮不经济的核心原因。4.用同一个滑轮组提升不同重力的物体，不计绳重和摩擦，下列说法正确的是（）A.物体重力越大，滑轮组的机械效率越高B.物体重力越大，滑轮组的拉力越大，机械效率越低C.物体重力越大，额外功越少，机械效率越高D.物体重力越轻，额外功越少，机械效率越高参考答案：A解析：同一个滑轮组，动滑轮的自重不变，不计绳重和摩擦时，提升相同高度，额外功W额=G动h，因此额外功是固定不变的，物体重力越大，有用功W有=Gh越大，有用功占总功的比例η=W有/(W有+W额)=Gh/(Gh+G动h)=G/(G+G动)越大，因此机械效率越高，A选项说法正确。B选项中，物体重力越大拉力越大确实正确，但机械效率越低的结论错误；C选项中，物体重力越大，额外功不变，因此额外功越少的说法错误；D选项中，物体重力越轻，额外功不变，机械效率越低，因此错误。5.工人使用撬棍撬动挡路的巨石，撬棍属于杠杆机械，已知撬起重1200N的巨石上升高度为0.1m，工人对撬棍做的总功为150J，则该过程中撬棍的机械效率为（）A.80%B.75%C.85%D.90%参考答案：A解析：杠杆做的有用功是克服被撬动物体重力做的功，即W有=Gh=1200N×0.1m=120J，已知总功W总=150J，因此η=W有/W总×100%=120J/150J×100%=80%，A选项正确。杠杆的额外功主要来自克服杠杆自身重力做功和克服支点处的摩擦做功，因此总功一定大于有用功，机械效率永远小于1，符合机械效率的基本规律。6.下列关于机械效率的说法中，正确的是（）A.功率大的机械，机械效率一定高B.额外功占总功的比例越小，机械效率越高C.越省力的机械，机械效率越高D.有用功不同，机械效率一定不同参考答案：B解析：功率是表示做功快慢的物理量，机械效率是有用功与总功的比值，二者是完全独立的两个物理量，没有必然联系，功率大的机械机械效率不一定高，因此A选项错误。总功等于有用功加额外功，因此η=W有/W总=(W总-W额)/W总=1-W额/W总，因此额外功占总功的比例越小，机械效率越高，B选项说法正确。机械省力与否与机械效率没有关系，例如动滑轮可以省力，但需要克服动滑轮自重做额外功，机械效率比不省力的定滑轮更低，因此C选项错误。机械效率是比值，与有用功、总功的绝对值无关，例如有用功100J、总功200J，机械效率为50%，有用功200J、总功400J，机械效率同样为50%，因此有用功不同，机械效率可能相同，D选项错误。7.用同一个动滑轮组装成两种不同绕线方式的滑轮组，分别提升同一个重物到相同高度，不计绳重及摩擦，两种绕线方式下的机械效率分别为η1和η2，则二者的大小关系为（）A.η1>η2B.η1<η2C.η1=η2D.无法比较参考答案：C解析：同一个动滑轮，动滑轮自重相同，不计绳重和摩擦，额外功全部为克服动滑轮自重做的功，提升相同高度时，W额=G动h，因此两种情况下额外功相同。提升同一个重物到相同高度，有用功W有=Gh也相同，总功W总=W有+W额，因此总功也相同，所以η=W有/W总，二者机械效率相等。也可以通过推导公式验证：η=G/(G+G动)，公式中不包含绳子有效段数n，因此机械效率与绕线方式无关，C选项正确。8.山区农户使用斜面将农用机械搬运到农用车上，若想提高斜面的机械效率，下列方法可行的是（）A.增大斜面的倾斜程度B.增加斜面的长度C.增加机械提升的高度D.减轻被搬运机械的重力参考答案：A解析：斜面的机械效率可推导为η=Gh/(Gh+fs)，其中摩擦力f=μN=μGcosθ，斜面长度s=h/sinθ，代入可得η=Gh/(Gh+μGcosθ×h/sinθ)=G/(G+μGcotθ)=1/(1+μcotθ)，其中θ为斜面与水平面的夹角，μ为接触面的动摩擦因数。由此公式可知，斜面倾斜程度越大，θ越大，cotθ越小，因此η越大，A选项正确。当斜面倾斜程度不变时，θ不变，μ不变，因此η不变，与斜面长度、提升高度无关，因此B、C选项错误。实际搬运过程中，即使忽略推导公式的理想性，减轻被搬运物体重力也不会改变机械效率的大小，只有改变倾斜程度或接触面粗糙程度才能改变机械效率，因此D选项错误。9.工人用n=3的滑轮组提升建材，已知动滑轮重100N，定滑轮重80N，不计绳重和摩擦，提升重500N的建材匀速上升2m，下列说法正确的是（）A.绳子自由端的拉力大小为250NB.绳子自由端移动距离为4mC.滑轮组的机械效率约为83.3%D.提升过程中的额外功为360J参考答案：C解析：不计绳重和摩擦，拉力的计算公式为F=(G物+G动)/n，定滑轮固定在支架上，不随建材运动，因此克服定滑轮自重不做功，定滑轮自重不需要计入拉力计算，代入数据可得F=(500N+100N)/3=200N，因此A选项中拉力250N的说法错误。B选项中，绳子自由端移动距离s=nh=3×2m=6m，因此B选项移动距离4m的说法错误。C选项中，有用功W有=Gh=500N×2m=1000J，额外功W额=G动h=100N×2m=200J，总功W总=1000J+200J=1200J，η=1000J/1200J×100%≈83.3%，因此C选项正确。D选项中，很多同学容易误将定滑轮自重算入额外功，得出额外功(100N+80N)×2m=360J，但定滑轮不随物体移动，克服定滑轮重力不做功，因此额外功只有200J，D选项错误。10.我国东部沿海某抽蓄储能电站，需要在下池蓄水期将下水库的水抽到上水库，一台额定功率2.5kW的抽水水泵，正常工作1分钟可将12m³的水提升到上水库10m高的位置，已知水的密度为1×10³kg/m³，g取10N/kg，则该水泵工作时的机械效率为（）A.60%B.70%C.80%D.90%参考答案：C解析：抽水水泵做的有用功是克服水的重力做的功，水的质量m=ρV=1×10³kg/m³×12m³=1.2×10^4kg，水的重力G=mg=1.2×10^4kg×10N/kg=1.2×10^5N，有用功W有=Gh=1.2×10^5N×10m=1.2×10^6J。水泵做的总功是水泵电机做的功，W总=Pt=2.5×10³W×60s=1.5×10^6J，因此机械效率η=W有/W总×100%=1.2×10^6J/1.5×10^6J×100%=80%，C选项正确。水泵的额外功主要来自克服机械摩擦做功、克服管道阻力做功和电机发热损耗，因此机械效率小于1，符合实际工程情况。二、多项选择题（每小题4分，共12分，漏选得2分，错选不得分）1.下列关于机械效率和功率的说法中，错误的是（）A.机械效率越高，机械做功一定越快B.做相同的有用功，额外功越少，机械效率越高C.功率越大的机械，做功一定越多D.有用功在总功中占的比例越大，机械效率越高参考答案：AC解析：机械效率反映的是有用功占总功的比例，功率反映的是做功的快慢，二者没有必然联系，机械效率高的机械功率不一定大，做功不一定快，因此A选项说法错误，符合题意。机械效率η=W有/(W有+W额)，做相同的有用功，额外功越少，总功越少，η越大，因此B选项说法正确，不符合题意。功率是单位时间内做的功，做功多少等于功率乘以时间，功率大的机械如果工作时间短，做功不一定多，因此C选项说法错误，符合题意。机械效率的定义就是有用功与总功的比值，因此比值越大，机械效率越高，D选项说法正确，不符合题意。本题要求选错误选项，因此答案为AC。2.工人使用滑轮组提升重物，不计绳重和摩擦，下列措施中能有效提高滑轮组机械效率的是（）A.增加提升物体的重力B.减小动滑轮的重力C.增大提升物体的高度D.增大提升物体的速度参考答案：AB解析：不计绳重和摩擦，滑轮组的机械效率推导为η=G/(G+G动)=1/(1+G动/G)，由此公式可知，提升物体的重力G越大，G动/G越小，η越大，因此A选项正确；动滑轮的重力G动越小，G动/G越小，η越大，因此B选项正确。提升高度h出现在公式中会被消去，因此改变提升高度不改变机械效率，C选项错误；提升速度改变不改变有用功和总功的比值，只改变功率，因此不改变机械效率，D选项错误。3.用完全相同的滑轮组装成甲（n=2）、乙（n=3）两个滑轮组，在相同时间内分别将相同重力的物体提升到相同高度，不计绳重和摩擦，下列说法正确的是（）A.甲滑轮组的拉力F1大于乙滑轮组的拉力F2B.甲滑轮组的机械效率等于乙滑轮组的机械效率C.甲滑轮组的总功大于乙滑轮组的总功D.甲滑轮组拉力的功率大于乙滑轮组拉力的功率参考答案：AB解析：不计绳重和摩擦，拉力F=(G+G动)/n，甲滑轮组n=2，乙滑轮组n=3，动滑轮重力相同，物体重力相同，因此F1=(G+G动)/2，F2=(G+G动)/3，F1>F2，A选项正确。机械效率η=G/(G+G动)，G和G动都相同，因此机械效率相等，B选项正确。总功W总=W有+W额=Gh+G动h，物体重力G相同，提升高度h相同，动滑轮重力G动相同，因此总功相同，C选项错误。功率P=W总/t，总功相同，时间t相同，因此功率相等，D选项错误。三、实验探究题（共28分）1.（14分）某实验小组开展“探究影响滑轮组机械效率的因素”实验，实验装置为n=3的同一个滑轮组，实验数据记录如下表：实验序号钩码重力G/N钩码上升高度h/m绳端拉力F/N绳端移动距离s/m机械效率η110.10.60.3220.11.00.366.7%340.11.80.3(1)计算第1次和第3次实验的机械效率，结果保留一位小数：第1次______，第3次______；(2)实验过程中，拉动弹簧测力计的正确操作是______；(3)根据表中三次实验数据，可以得出的实验结论是______；(4)若实验中弹簧测力计没有沿竖直方向拉动，而是斜向上拉动绳子自由端，其他操作正确，则测得的机械效率将______（选填“偏大”“偏小”或“不变”），原因是______。参考答案：(1)55.6%；74.1%解析：第1次实验中，W有1=G1h=1N×0.1m=0.1J，W总1=F1s=0.6N×0.3m=0.18J，η1=0.1J/0.18J×100%≈55.6%；第3次实验中，W有3=G3h=4N×0.1m=0.4J，W总3=F3s=1.8N×0.3m=0.54J，η3=0.4J/0.54J×100%≈74.1%。(2)沿竖直方向匀速缓慢拉动弹簧测力计解析：只有匀速缓慢拉动时，滑轮组处于平衡状态，绳子自由端的拉力大小等于弹簧测力计的示数，测量结果准确，如果拉动速度过快，会产生附加加速度，导致拉力测量偏大，影响最终机械效率的计算结果。(3)同一滑轮组，提升物体的重力越大，滑轮组的机械效率越高解析：三次实验使用同一个滑轮组，动滑轮自重、绳重、摩擦都不变，只有提升物体的重力不同，实验数据显示物体重力越大，机械效率越高，因此得出该结论。(4)偏小；斜向上拉动时，滑轮相当于以转轴为支点的杠杆，拉力斜拉时拉力的力臂更小，根据杠杆平衡条件，拉力会变大，因此测得的拉力比竖直拉动时更大，总功变大，有用功不变，因此机械效率偏小。2.（14分）某实验小组探究影响斜面机械效率的因素，实验器材有长木板、木块、弹簧测力计、刻度尺、毛巾，实验数据记录如下表：实验序号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s/m机械效率η1较缓50.21.51.02较陡50.32.21.068.2%3最陡50.42.81.0(1)计算第1次和第3次实验的机械效率，结果保留一位小数：第1次______，第3次______；(2)实验过程中，拉动木块的正确操作是______；(3)根据表中数据，可以得出的实验结论是：当斜面粗糙程度和木块重力一定时，______；(4)若要探究斜面机械效率与接触面粗糙程度的关系，请写出简要的实验操作步骤：参考答案：(1)66.7%；71.4%解析：第1次实验，W有=Gh=5N×0.2m=1J，W总=Fs=1.5N×1.0m=1.5J，η=1J/1.5J×100%≈66.7%；第3次实验，W有=5N×0.4m=2J，W总=2.8N×1.0m=2.8J，η=2J/2.8J×100%≈71.4%。(2)沿斜面匀速直线拉动木块解析：匀速拉动时，木块处于平衡状态，拉力大小稳定，弹簧测力计示数稳定，便于准确测量拉力的大小，如果加速拉动，拉力会大于摩擦力和重力分力的和，导致拉力测量偏大，机械效率测量偏小。(3)斜面倾斜程度越大，斜面的机械效率越高解析：实验控制了斜面粗糙程度和木块重力不变，只改变斜面的倾斜程度，实验数据显示倾斜程度越大，机械效率越高，因此得出该结论。(4)保持斜面倾斜程度不变、木块重力不变，将毛巾铺在斜面上，改变接触面的粗糙程度，然后沿斜面匀速拉动木块，记录拉力大小、斜面高度和长度，计算出此时斜面的机械效率，与原来木板接触面的机械效率进行比较，得出结论。解析：探究机械效率与粗糙程度的关系，需要用到控制变量法，只改变接触面粗糙程度这一个变量，控制其他可能影响机械效率的变量（斜面倾斜程度、物体重力）不变，因此按照上述步骤操作。四、计算题（共30分）1.（15分）乡村饮水安全改造项目中，工人需要将重1.2×10^4N的输水管道匀速提升到3m高的作业平台，使用的滑轮组绳子有效段数n=3，工人对绳子自由端的拉力为5000N，不计绳重和摩擦，求：(1)工人做的有用功；(2)滑轮