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一、选择题
第3节 机械效率
测试时间:25 分钟
1. 做值日时,晓明将一桶水从一楼提到二楼,此过程中,关于做功的说法正确的选项是( )
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有用功
1. 答案 B 晓明将一桶水从一楼提到二楼,目的是提水,对水做的功是有用功,将桶和自身提升做的功是额外功,有用功加上额外功是总功。
2. 亮亮和体重较大的爸爸帮助邻居各扛一袋质量为5kg的大米,从一楼爬到三楼,爸爸用时较短,那么亮亮与爸爸所做的( )
A.有用功相等 B.总功相等
C.总功率相等 D.有用功和总功的比值相等
2. 答案 A 亮亮和爸爸的目的都是把 5kg 的大米从一楼扛到三楼,所做的有用功是对米做的功,因此有用功相等,故 A 说法正确;两人在扛米上楼的时候,克服自身重力所做的功为额外功,即 W 额=G 人h,h 相等,爸爸的体重较大,故爸爸做的额外功多,又因有用功相等,故爸爸做的总功多,但有用功与总功的比值小,因此 B、D 说法错误;爸爸做的总功多,用的时间短,
𝑊
由 P=𝑡 知,爸爸的总功率较大,C 说法错误。
3. 小聪测量了如下图的滑轮组的机械效率,他先后进行了两次实验,将钩码分别匀速竖直提升h1和h2的高度(h1>h2)。对两次实验中一些物理量进行比拟,正确的选项是(其中s为绳子自由端通过的距离,H为动滑轮上升的高度,不计绳重和摩擦)( )
A.s1=s2B.H1=H2C.η1=η2 D.𝑊有用1=𝑊有用2
3. 答案 C 由图知,该滑轮组由 3 段绳子承当物重,那么绳子自由端通过的距离 s=3h(h 为钩码被提升的高度),动滑轮上升
𝑊有用 𝐺h
总
的高度与钩码上升的高度相等,那么 h1=H1,h2=H2,由于 h1>h2,那么 H1>H2,s1>s2;因 W 有用=Gh,所以𝑊有用1>𝑊有用2;η= 𝑊 =𝐹𝑠=
𝐺h𝐺
𝐹 × 𝑛h=3𝐹,G、F 不变,那么 η1=η2。应选 C。
4.(多项选择)如下图,物体重150N,挂在杠杆中点,人用100N的竖直向上的拉力将物体提高0.5m,在此过程中,以下说法正确的选项是( )
A. 人用的拉力所做的功为 100J
B. 用杠杆提升物体所做的有用功为 50J
C. 额外功为 25J
D. 杠杆的机械效率为 75%
4. 答案 ACD 人用 100N 的竖直向上的拉力将物体提高 0.5m 时,由相似三角形可知,拉力作用点沿竖直方向移动的距离:H=2h=2×0.5m=1m,人用的拉力所做的功:W 总=FH=100N×1m=100J,故 A 正确;用杠杆提升物体所做的有用功:W 有
=Gh=150N×0.5m=75J,故 B 错误;因总功等于有用功和额外功之和,所以,额外功:W 额=W 总-W 有=100J-75J=25J,故 C 正确;杠
75J
杆的机械效率:η=100J=75%,故 D 正确。
5. 以下关于功、功率、机械效率的说法正确的选项是( )
A. 做功多的机器机械效率一定高
B. 功率小的机器做功慢
C. 机械效率高的机器功率一定大
D. 功率大的机器做功时间一定短
5. 如下图为用瓶起子开启瓶盖的情景,选项图中关于该瓶起子使用时的杠杆示意图正确的选项是( )
6. 答案D 用瓶起子开启瓶盖时,瓶起子绕其前端与瓶盖接触处转动,故该接触点是瓶起子的支点;瓶起子受到瓶盖向下的阻力,D选项正确。
二、填空题
7. 如下图的斜面长6米,高1.5米,不计摩擦时,沿斜面用牛的拉力可以把重800牛的重物拉上去,但因摩擦力的存在,实际用了225牛的拉力,那么重物从斜面底部拉至顶部的过程中,有用功为,总功为,机械效率为,摩擦力为。
𝐺h 800N × 1.5m
解析假设不计摩擦,那么W有用=W总,即Gh=Fs,F=𝑠=6m=200N;假设实际拉力F'=225N,有用功W有用
𝑊有用 1200J
𝑊 额 150J
1200J=150J,摩擦力 f= 𝑠 = 6m =25N。
1
8. 如下图,一根均匀的细木棒 OC,OA=4OC,B 为 OC 的中点。在 C 点施力将挂在 A 点的重为 180N 的物体匀速提升 0.2m,木
棒的机械效率为90%。这里的木棒是一种简单机械,称为,提升该物体做的有用功是J,木棒重为N(不计摩擦)。
8. 答案 杠杆 36 10
1
解析 根据图示可知,木棒可以绕 O 点转动,故该木棒是杠杆;有用功:W 有=Gh=180N×0.2m=36J;因为 OA=4OC,B 为 OC 的中
总
𝑊有𝑊有
点,所以 OB=2OA,故当物体上升 0.2m 时,B 点将上升 h'=0.4m;不计摩擦,由 η=𝑊
36J
36J + 𝐺木 × 0.4m,解得 G 木=10N。
=𝑊有
+ 𝑊额
和 W 额=G 木h'可得:90%=
三、实验探究题
9. 如下图是同学们探究“影响滑轮组机械效率因素〞的实验装置,请答复以下问题:(忽略摩擦及绳重)
(1) 实验中用到的测量工具除刻度尺外还有什么?
(2) 下表记录了实验中的局部数据:请算出第 4 次实验中的机械效率。(只写出计算结果)
次数
钩码重 G 物/N
动滑轮重 G 动/N
机械效率 η
1
2
0.5
80.0%
2
3
0.5
85.7%
3
4
0.5
88.9%
4
4
1.0
(3) 分析 1、2、3 次实验数据,你认为他们可以探究滑轮组机械效率与什么因素的关系?并写出你这样认为的理由。
9. 答案 (1)弹簧测力计 (2)80.0% (3)可以探究滑轮组机械效率与所提升物体重力的关系
理由:由表格可知𝐺物1=2N,𝐺物2=3N,𝐺物3=4N,有𝐺物1<𝐺物2<𝐺物3,η1=80.0%,η2=85.7%,η3=88.9%,有 η1<η2<η3,𝐺动1=𝐺动2
=𝐺动3=0.5N,可知:动滑轮重一定时,滑轮组所提升的物体越重机械效率越高。
𝐺ℎ
解析 (1)测量滑轮组机械效率的原理为 η=𝐹𝑠,所以要测量 G、F、h、s 四个量,测量工具为弹簧测力计和刻度尺。(2)G
总
𝑊有
𝐺物h
𝐺物4N
物=4N,G 动=1.0N,不计绳重和摩擦,那么η=𝑊
=𝐺
物h + 𝐺
动h=𝐺物 + 𝐺动=4N + 1.0N=80%。
10. 在“测量滑轮组的机械效率〞实验中,小丽用如下图的同一滑轮组提升不同钩码的方法,分别做了甲、乙、丙 3 次实验,实验数据记录如下:
实验次数
钩码所受的
重力 G/N
提升高度 h/m
拉力 F/N
绳端移动的距离 s/m
机械效率 η
1
2
0.05
1.0
0.15
66.7%
2
4
0.05
1.7
0.15
78.4%
3
6
0.05
2.4
0.15
①
(1) 实验中要竖直向上拉动弹簧测力计,使钩码升高。
(2) 分析以上实验数据可以得出结论:同一滑轮组的机械效率主要与有关。
(3) 假设将此滑轮组换一种绕绳方法,不计摩擦及绳重,提升相同的物体时,滑轮组的机械效率(选填“变大〞“变小〞或“不变〞)。
10.答案 (1)匀速 (2)83.3% (3)提起物体的重力 (4)不变
总
𝑊 有 𝐺ℎ
6N × 0.05m
解析 (1)实验中要竖直向上匀速拉动弹簧测力计;(2)第 3 次实验中,滑轮组的机械效率:η=𝑊
=𝐹𝑠=2.4N × 0.15m
≈83.3%;(3)实验选用的是同一滑轮组,动滑轮的重力不变;由表中实验数据可知,同一滑轮组提起的物体越重,滑轮组的机械效率越高,所以同一滑轮组的机械效率主要与提起物体的重力有关;(4)假设将此滑轮组换一种绕绳方法,动滑轮的重不
总
𝑊有
𝑊有
𝐺ℎ 𝐺
变,不计摩擦及绳重,由 η=𝑊
四、计算题
=𝑊有
+ 𝑊额
=𝐺ℎ + 𝐺
动h=𝐺 + 𝐺动
可知,提升相同的物体时,滑轮组的机械效率不变。
11. 如下图,搬运工人用滑轮组提升重 540N 的物体,所用的拉力 F 为 200N,物体以 0.2m/s 的速度匀速上升了 10s,(不计绳重及摩擦)求:
(1) 物体上升的高度;
(2) 拉力 F 所做的功;
(3) 假设物重只有 240N,滑轮组的机械效率。
11.答案(1)2m (2)1200J (3)80%
解析(1)物体上升的高度 h=vt=0.2m/s×10s=2m;
(2)由题图可知,物重由 3 段绳子承当,故绳子自由端移动的距离 s=3h=3×2m=6m,拉力 F 所做的功 W 总
1 1
=Fs=200N×6m=1200J;(3)不计绳重及摩擦,F=3G 总=3(G 物+G 动),G 动=3F-G 物=3×200N-540N=60N,假设物重只有 240N,那么拉力
1 1𝑊有'𝐺ℎ 𝐺
F'=3(G+G 动)=3×(240N+60N)=100N,机械效率 η=𝑊总'=𝐹'·3ℎ=3𝐹'=80%。
12. 用一个动滑轮、一个定滑轮组成的滑轮组来匀速提升重物,如下图,物重 G=600N,拉力 F=250N,那么在重物升高
0.5m 的过程中,所做的有用功、额外功及机械效率为多大?假设所提升重物重力为 750N,拉力为多大?此时的机械效率为多大?(不计绳重和摩擦)
12.答案 300J 75J 80% 300N 83.3%
解析 由图可知,n=3,绳子自由端移动的距离 s=nh=3×0.5m=1.5m,有用功𝑊有1=Gh=600N×0.5m=300J,总功𝑊总1
𝑊有1 300J
𝐺 + 𝐺动
=Fs=250N×1.5m=375J,额外功𝑊额1=𝑊总1-𝑊有1=375J-300J=75J,滑轮组的机械效率η1=𝑊总1=375J=80%;根据F=𝑛可求
𝐺' + 𝐺 动 750N + 150N
得动滑轮重:G 动=nF-G=3×250N-600N=150N,提升 750N 重物时的拉力:F'=
𝑛=3
=300N,此时滑轮组的机械效
𝑊有2 𝐺'ℎ 𝐺' 750N
率 η2=𝑊总2=𝐹'𝑠=𝑛𝐹'=3 × 300N≈83.3%。
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