機械效率—滑輪、斜面、杠桿【知識點1】滑車架機械效率一、有用功、額外功、總功1．有用功：為達到目的必須做的功；2.額外功：為了達到目的并非須要又不得不做的功；3.總功：有用功和額外功的總和。4.機械效率：有用功跟總功的比值。叫機械效率，常用η表示。二、滑車架的機械效率1.滑車架機械效率的估算：水平問題：2.對于滑車架而言的公式運用（考慮G動，不考慮f）：3．提升滑車架機械效率的方式：①使用輕質動滑輪；②涂滑板油，減少f；都是降低W額③增大G物，減小W有；【典例】例1機械效率概念甲鏟車比乙鏟車的機械效率高，當它們分別把相同質量的物體勻速提高相同高度時，則（）A.甲鏟車的電動機做的有用功較多B.乙鏟車的電動機做的額外功較多C.甲鏟車的電動機做的總功較多D.甲、乙兩鏟車的電動機做的總功相同例2滑輪機械效率1.部份村民在新建住房時，常借助如圖所示的簡易滑輪提高建材。在一次提高建材的過程中，建筑工人用400N的拉力，將重600N的建材在10s內勻速提升3m.則下述判定正確的是（）A．滑輪所做的有用功為1200JB．滑輪遭到的重力為200NC．繩子自由端聯通的速率大小為0.3m/sD．該滑輪的機械效率η=75%2.如圖所示，用此裝置拉一重為100N的重物，使其在地面上做勻速直線運動，若不計滑輪重和磨擦，所需拉力為8N如何求杠桿的機械效率，則物體與地面間的磨擦力為16N．實際此裝置的機械效率為80%，欲使物體以0.6m/s的速率沿水平地面前進，這么實際拉力在5s內做的功為60J。
3.如圖所示，在豎直向下大小為10N的力F的作用下，重為4N物體A沿豎直方向勻速上升。已知重物A上升速率為0.2m/s，則下述說法一定正確的是（）A．滑輪重為2NB．該滑輪的機械效率為80%C．拉力F的功率為2WD．滑輪上升的速率為0.4m/s例3滑車架機械效率1.如圖所示，尺寸完全相同的滑輪，用相同的繩子繞成甲、乙兩個滑車架，分別提起重為G1和G2的兩個物體，不計磨擦與繩重，比較它們的省力情況和機械效率，下述說法正確的是（）A．若G1＝G2，則F1＜F2，甲的機械效率高B．若G1＝G2，則F1＞F2，乙的機械效率高C．若G1＜G2，則F1＜F2，甲、乙的機械效率相同D．若G1＜G2，則F1＜F2，乙的機械效率高2.如圖所示，借助輕質滑車架勻速帶動水平地面上重為300N的物體，拉力F的大小為30N，若物體和地面之間的磨擦力大小為45N，則A處的拉力大小和滑車架的機械效率分別為（）A．45N、50%B．45N、75%C．60N、50%D．60N、75%3.如圖所示，是一輛車輛通過滑車架將深井中的物體拉至井口的裝置圖。已知井深12m，物體重G=6×103N，車輛重G車=3×104N，車輛勻速拉繩午時的拉力F=2.2×103N，車輛遭到的阻力為車重的0.1倍。
求（1）將物體從井底拉至井口的過程中，車輛拉繩子的拉力對滑車架做了多少功？（2）滑車架的機械效率為多少？（保留一位小數）（3）車輛牽引力為多少？例4滑車架機械效率變化問題1.用圖甲所示的滑車架運送貨物上樓，每件貨物重100N，每次運送的量不定，圖乙記錄了在整個過程中滑車架的機械效率隨貨物重力降低而變化的圖像，由圖可知動滑輪重為300N，當某次運送3件貨物時，繩子的拉力F是300N，滑車架的機械效率為50%。（不考慮繩重和磨擦）2.某橋梁施工隊用如圖所示的滑車架打撈沉在湖底的車削。已知型腔的容積是0.16m3，密度是3.5×103kg/m3，滑車架向下勻速帶動浸入在水底的型腔時，人在繩子的自由端施加的拉力F=1700N．（不考慮磨擦及水的阻力，g取10N/kg）求：（1）型腔的質量是多少？型腔浸入在水底時，遭到的壓強是多少？（2）滑車架向下勻速帶動浸入在水底的型腔時，機械效率是多大？（3）型腔從水里升到海面上的過程中，滑車架的機械效率將怎樣變化，并剖析緣由。例5滑車架機械效率實驗小樂完成了“測滑車架機械效率”的試驗后，得到下表所示的實驗數據：請你對小樂各次試驗數據進行剖析比較，回答下述問題：（1）小樂所采用的實驗裝置圖是乙。
（2）通過小樂的實驗可知，影響滑車架機械效率的誘因是提高物體的重力（或動滑輪的重力）。（寫出一個即可）（3）在繩重和磨擦都不計的情況下，選擇第一次的鉤碼和動滑輪，用另一圖示的繩子繞法來做實驗，滑車架的機械效率是否相同？請通過推論剖析。（4）因為實驗過程中邊帶動邊讀數，彈簧測力計示數不穩定，有朋友便建議應靜止時讀數，老師覺得這樣的做法會造成測出的機械效率與實際值不符，請問緣由是靜止時讀數測力計示數偏小，求出的機械效率偏大。【變式訓練】1.工人師父借助如圖所示的裝置勻速提高重物，不計繩重和磨擦，下述說法正確的是（）A．減小提高重物的速率，可以減小有用功B．減少動滑輪的重力，可以增強機械效率C．減少定滑輪的重力，可以減少額內功D．減小提高重物的高度，可以增強機械效率2.如圖所示物體A重力為20牛，用滑車架分別按甲、乙兩種方式提高重物和水平聯通。A物體在水平面滑動時遭到的磨擦力為15N，F1＝12N，F2＝6N，A物體在10s內勻速聯通的距離均為0.6m，則在該過程中，下述剖析正確的是（）A．甲的機械效率等于乙的機械效率B．F1做功比F2做功慢C．兩種方式中所做的有用功一樣多D．甲圖中動滑輪的重力為4N3.如圖所示，A物體遭到的重力是100N，在拉力F的作用下，能以0.2m/s的速率在水平地面上向左做勻速直線運動，已知拉力F＝5N，滑車架的機械效率為80%，則下述說法正確的是（）A．拉力F的功率是1WB．2s內繩子自由端聯通的距離是1.4mC．5s內拉力F所做功的大小是20JD．物體A遭到水平地面的磨擦力大小是12N4.搬運工人站在水平高臺上，用如圖所示的滑車架將重物勻速豎直向下提高2m，當提高貨物重為360N時，滑車架的機械效率為75%，則動滑輪重為120N（不計繩重和磨擦）；若將所提高貨物重減小到480N，此時滑車架的機械效率為80%。
5.如圖1所示，用滑車架提高煤礦內重為7840N的物體M，車輛勻速前進了20m。此過程中，車輛拉力F所做的功W隨車輛運動的距離s的變化關系如圖2所示。不計繩重和磨擦，動滑輪有重力。（1）由圖可知，拉力F總共做的功W=80000J（2）物體M上升的高度是10m。（3）該滑車架的機械效率為多大？6.工人用如圖甲所示的滑車架借助袋子運送建材上樓，每次運送量不定。滑車架的機械效率隨重力不同的建材變化的圖象如圖乙所示，滑輪與鋼繩間的磨擦力及袋子和繩重忽視不計。求：（1）若工人用300N的拉力，將建材勻速豎直向下提高了6m，工人所做功；（2）當所運送建材的重為400N時，工人作用在繩子上的拉力；（3）當滑車架的機械效率為80%時，所運送建材遭到的重力。【知識點2】斜面機械效率1.斜面是一種簡單機械，使用它可以省力，但要費距離。依據，可知Fl=Gh+fl，借助這個多項式可求物體與斜面間的磨擦力。2.提升斜面機械效率的方式①增大斜面傾斜程度；②減小斜面的粗糙程度；【典例】例1斜面機械效率估算1.如圖所示，在探究“斜面的機械效率”的實驗中，以下說法錯誤的是（）A．用彈簧測力計沿斜面向下拉鐵塊時，應盡量勻速B．斜面的傾斜程度影響斜面的機械效率C．鐵塊在勻上升過程中拉力和磨擦力是一對平衡力D．斜面的傾斜程度越小，沿斜面所用的拉力越小2.一個重為G的物體分別沿如圖所示的左右兩個斜面，被推上同一個平臺，假如沿兩個斜面推進物體時所受磨擦力一樣大，這么兩個斜面相比（）A．用左斜面省力少，機械效率比右高B．用右斜面省力多，機械效率比左高C．兩個斜面做的有用功一樣，效率也一樣D．條件不足，難以判定3.如圖所示，工人沿斜面用一定大小的力F把一重為600N的物體從斜面頂部勻速推到底部（不考慮物體的大小）。
已知斜面長L=3m，高h=1.5m。（1）若該過程中斜面的效率為60%，求此時物體遭到的磨擦力；（2）若斜面光滑沒有磨擦，請剖析推理說明隨著斜面傾斜角度的減小，推力F的變化情況；例2斜面機械效率的影響誘因如圖所示是小明探究“斜面的機械效率”實驗裝置圖。實驗前他做了如下猜測：A．斜面的機械效率可能與斜面的粗糙程度有關。B．斜面的機械效率可能與斜面的傾斜度有關。他在實驗時，首先在傾斜的木板上，用彈簧測力計拉著鐵塊沿斜面向下做勻速直線運動，并記錄實驗數據。后保持斜面夾角不變，在木板上分別墊麻布、玻璃的方式又做了二次實驗，每次實驗中彈簧測力計都拉著同一鐵塊沿斜面向下做勻速直線運動。實驗數據如下：（1）第1次實驗，斜面機械效率是80%；（2）按照小明的實驗操作，推測A是正確的。按照獲得的實驗數據，可得到的較完整的推論是：在斜面傾斜程度相同時，斜面越光滑，機械效率越高；（3）為了驗證另一個推測是否正確，小明應當怎樣進行實驗？寫出他的實驗方案。須要控制斜面的粗糙程度和物體的重力不變，改變斜面與水平面的傾角，分別在不同角度下測出機械效率，再比較機械效率的大小，得出推論。例3綜合如圖所示，小明用180N沿斜面的拉力，通過動滑輪用繩子把重為500N的木架，由斜面底端勻速向下帶動4m，位置下降2m，不計滑輪和繩子的重力。
則小明對木架做的有用功為1000J，斜面的機械效率為69.4%，斜面對物體施加的磨擦力為110N【變式訓練】1.在探究“斜面的機械效率”的實驗中，測得圖中斜面的機械效率為80%，這表示（）A．若物重為1N，則沿斜面向下的拉力為0.8NB．若斜面寬度為1m，則斜面的高度為0.8mC．若拉力做功1J，則有0.8J的功用于提高重物D．若拉力做功1J，則有0.8J的功用于克服磨擦力2.有AB和AC兩個高度相等、長度不等的斜面，二者粗糙程度完全相同。現將同一物體分別沿斜面AB和AC由底端勻速拉至頂端，此過程中，物體克服重力做的功WB=WC（選填“=”“＜”或“＞”，下同），物體遭到的磨擦力fB＜fC，斜面的機械效率ηB＞ηC。3.現有一把刻度尺、一個彈簧秤、一重力為G的物塊從寬度為S的木板、木塊A．請設計一個“探究斜面的額外功（W額外）與斜面的水平寬度（L）是否有關”的實驗中。（1）如圖所示，某老師用彈簧測力計將重力G=5.0N的物塊從寬度S=0.50m的木板搭成一個斜面底端勻速拉至斜面頂端。在實驗中，調整斜面的高度為h=0.20m，將物塊從斜面底端勻速拉至頂端的過程中，彈簧測力計的示數F=4.0N，則有用功為1J，機械效率為50%。
（2）概述實驗的步驟、需要檢測的化學量：用彈簧測力計將重力為G的物塊從寬度為S的木板搭成一個高度為h的斜面底端勻速拉至斜面頂端，拉力大小為F。物體的重力G，彈簧測力計的拉力F、斜面的長s、斜面的高度h，額外功（W額外）的表達式為W額外=W總-W有用=FS-Gh。（3）在實驗中，用彈簧測力計拉物體在斜面上做勻速直線運動，物體遭到的磨擦力f與拉力F的大小關系為f大于F（選填“＞”、“=”或“＜”）。4.如圖所示，使勁F將重為100N的物體勻速拉上高為1m、斜邊長為2m的斜面，已知斜面的機械效率為80%。（1）求所用的拉力F大小；（2）若物體重為G，與斜面之間的磨擦力為f，斜面長為s高為h，拉力為F．好多朋友都覺得，物體勻速上升的過程中，拉力F與磨擦力f是一對平衡力。試依據有用功、額外功和總功之間的關系，證明：拉力F＞f。5.由側面與滑車架組合成的機械，若斜面機械效率為η1，滑車架的機械效率η2，求證組合機械效率η=η1*η2。【知識點3】杠桿機械效率杠桿機械效率：（其中h為物體上升的高度，s為動力作用點聯通的距離）【典例】例1杠桿機械效率估算如圖所示，物體重150N，掛在杠桿中點，人用100N的豎直向中將物體提升0.5m，在此過程中，下述說法不正確的是（）A．人用的拉力所做的功為100JB．用杠桿提高貨物所做的有用功為50JC．額外功為25JD．杠桿的機械效率為75%例2杠桿機械效率影響誘因某實驗小組借助圖示裝置研究杠桿的機械效率，實驗的主要步驟如下：①用輕繩懸掛杠桿一端的O點作為支點，在A點用輕繩懸掛總重為G的鉤碼，在B點用輕繩豎直懸掛一個彈簧測力計，使杠桿保持水平；②豎直向下帶動彈簧測力計平緩上升（保持O點位置不變），在此過程中彈簧測力計的讀數為F，借助刻度尺分別測出A、B兩點上升的高度為h1、h2，回答下述問題：（1）杠桿機械效率的表達式為η=Gh1/Fh2×100%（用字母符號表示）。
（2）本次實驗中，若提高的鉤碼重一定，則影響杠桿機械效率的主要誘因是杠桿的自重。（3）若將鉤碼的提高高度變為原先的2倍，A、O、B三點在杠桿上的位置不變，則杠桿的機械效率將不變（選填變大、變小或不變）。（4）若只將鉤碼的懸掛點由A移至C，O、B在杠桿上的位置不變，仍將鉤碼提高相同的高度，則杠桿的機械效率將變大（選填變大、變小或不變）。例3杠桿機械效率動態問題小金用如圖所示的實驗裝置檢測杠桿的機械效率。實驗時保持豎直向下帶動杠桿，使掛在杠桿下邊的鉤碼緩緩上升（支點O處的磨擦不計）問：（1）重為5N的鉤碼掛在A點時，人的拉力F為4N．鉤碼上升0.3m時，動力作用點C上升0.5m，此時機械效率ηA多大？（2）小金為了進一步研究杠桿的機械效率與什么誘因有關，仍用該實驗裝置，將鉤碼移到B點，再度平緩提高杠桿使動力作用點C一直上升0.5m，此時桿桿機械效率為ηB問：人的拉力F與第一次鉤碼在A相比變小（選填“變大”“變小”或“不變”）。比較兩次機械效率的大小，ηA大于ηB（選填“大于”“小于”或“等于”），寫出推論過程。變式：仍用該實驗裝置，將鉤碼移到B點，再度平緩提高杠桿使物體上升到相同高度，此時桿桿機械效率為ηB。
比較兩次機械效率的大小，ηA大于ηB（選填“大于”“小于”或“等于”），寫出推論過程。【變式訓練】1.如圖所示，甲、乙杠桿的質量和厚度均相同，機械磨擦不計，分別使用甲、乙杠桿將物體A提高相同的高度，則在工作過程中，甲、乙杠桿的機械效率相比（）A．甲的大B．乙的大C．一樣大D．難以確定2.小明用如圖所示的裝置探究杠桿的機械效率。他將兩個鉤碼懸掛在B點，在A點用彈簧測力計保持豎直方向向下帶動杠桿，使其繞O點平緩轉動，推動鉤碼上升一定的高度h（不計磨擦）。下述說法正確的是（）A．杠桿轉動過程中，彈簧測力計的示數會變小B．僅降低鉤碼的個數，拉力所做的額外功減小C．僅將鉤碼的懸掛點從B點移到C點，拉力做的總功變大D．僅將拉力的作用點從A點移到C點，杠桿的機械效率不變3.如圖所示的實驗裝置研究“杠桿的機械效率”。實驗時，將總重為G的鉤碼掛在鐵質杠桿上，彈簧測力計作用于P點，現豎直向下勻速帶動彈簧測力計，鉤碼上升的高度為h，彈簧測力計的示數為F，其聯通的距離為s，則杠桿的機械效率η=Gh/Fs×100%（用題中字母表示）。若將彈簧測力計聯通到Q點，仍將鉤碼勻速提高h的高度，設此時彈簧測力計的示數為F'，杠桿的機械效率為η'，若不計轉軸O處的磨擦，則：F'＞F，η'=η（以上兩空都填“＞”“=”或“＜”）。
達標測量1.如圖所示，物體重均為50牛，在各自拉力F的作用下，物體10秒內勻速上升2米，（不計磨擦和繩重）其中機械效率最大的是（）A．B．C．D．2．如圖所示，用F1的力將物體B勻速提高h，若利用滑車架用F2的力把物體B勻速提高相同高度。下述說法正確的是（）A．使用滑車架過程中，繩子聯通距離是物體的上升高度的兩倍B．F1一定小于F2C．滑車架的機械效率為D．F2做功的功率比F1做功的功率大3．如如圖所示，小科同事用動滑輪拉重物提高到一定高度，重物的重力為G物，動滑輪的重力為G動．在提高過程中，物體上升的速率大小保持v不變，下述相關說法中正確的是（）A．在提高的過程中，繩子自由端的拉力仍然是B．在提高的過程中，繩子自由端拉力的功率起碼為（G物+G動）vC．在提高的過程中，物體的機械能是守恒的D．小科拉繩子的機械效率為4．質量為6kg的物體A置于水平桌面上，借助如圖所示的裝置在10N的拉力作用下使物體以1m/s的速率做勻速直線運動，已知滑車架機械效率為80%，不計滑輪和繩重，則下述說不正確的是（g取10N/kg）（）A．彈簧測力計的示數是10NB．物體A遭到水平桌面的磨擦力大于30NC．在1s內拉力F所克服的額外功為6JD．在A物體前面再放一個物體B時，滑車架機械效率小于80%5.在一個高為h、長為L的斜面上，用沿斜面向下的力F把重為G的鐵塊勻速向下拉的過程中，假如斜面的機械效率為η，則鐵塊和斜面間的磨擦力表達式錯誤的是（）6.如圖所示，物體A的重力為180N，物體B的重力為10N。
物體A遭到一個水平往右的拉力F，拉力F的功率為30W，在拉力F的作用下，物體B在2s內勻速上升4m。不計滑輪、繩子的自重及它們之間的磨擦，下述說法正確的是（）A．拉力F大小為20NB．該裝置的機械效率為66.7%C．拉力F做的功等于物體B克服重力做的功D．物體A往右做勻速直線運動的速率為4m/s7.如圖，李林想用如下裝置將重為170N物體抬高0.1m，已知杠桿0A長1m，B懸掛于杠桿中點處，杠桿自重10N，動滑輪重10N，則這套機械的機械效率為85%。8.小金用如圖所示的裝置研究某斜面的機械效率與鐵塊重力大小之間的關系，實驗時控制鐵塊與斜面的粗糙程度都相同，部份實驗數據如下表：⑴表中空格①的值是；⑵小明剖析實驗數據得出的初步推論是：在斜面夾角和鐵塊與斜面的粗糙程度不變時，斜面機械效率與鐵塊重力大小無關。對此，你對小明有何建議？；⑶為提升檢測的確切度，在用彈簧秤測拉力時，須要注意的事項是（寫一條即可）。9．往車上裝重物時，經常用長木板搭個斜面，把重物沿斜面推起來，如圖所示。工人用3m長的斜面，把1200N的重物提升1m。假定斜面很光滑，則須要施加的推力為400N；若實際使勁為500N，則斜面的機械效率為80%，推重物時，重物遭到的磨擦力為100N。
10.在“測量滑車架機械效率”的實驗中，楷書與朋友們用同一滑車架進行了三次實驗，如圖所示，每次實驗隸書沿豎直向下勻速帶動彈簧測力計，測得實驗數據記錄如表1：（1）第3次實驗中拉力F的大小為2.2N，測得滑車架的機械效率為90.9%（保留三位有效數字）；（2）剖析數據可知，使用同一滑車架，其機械效率η與物重G存在一定關系，比較符合三者關系的圖像是下述的D；（3）在檢測拉力時，楷書朋友認為彈簧測力計運動時不易于讀數，就讓彈簧測力計處于靜止時讀數，楷書測得的機械效率偏低（選填“偏高”、“偏低”或“不變”）。11．如圖所示，使勁F將重為100N的物體勻速拉上高為1m、斜邊長為2m的斜面，已知斜面的機械效率為80%（空氣阻力忽視不計）。（1）求物體所受磨擦力f大小；（2）如圖已知某斜面的寬度為S、高度h、一物體所受磨擦力f、重力G、機械效率η，用平行于斜面的力F將物體勻速拉到斜面頂端。試證明f＝F（1﹣η）12.小金借助珠子筆頭、鋼絲、細繩制成了如圖所示的滑車架，用大小為2N的力F將質量為600克的物體A豎直向下勻速提高10分米，取g=10N/kg）。求：⑴繩子自由端聯通的距離；⑵克服物體A重力做的功；⑶該裝置的機械效率。
13.小明做“測滑車架機械效率”實驗時，用圖中所示的滑輪，組裝成滑車架，（1）請在圖中畫出使用該滑輻條時最省力的繞法。用此滑車架將重為3.6N的物體勻速提起時，拉力的功率為0.36W，滑車架的機械效率為75%．（忽視磨擦及繩重）求：（2）繩子自由端聯通的速率和動滑輪的總重。（3）若用此滑車架提起大于3.6N的重物時，其機械效率將怎樣改變？說明理由。14.圖是某打撈船吊裝裝置結構示意簡圖。某次打撈作業中，該船將沉船于水下深處的一只密封車箱打撈出水面，已知該車箱質量20t，g取10N/kg，且不考慮風浪、水流等的影響。（1）若車箱從剛漏出海面到完全出水的過程中是被勻速提高的，請剖析在此過程中，車箱所受壓強和滑車架機械效率的變化情況，并簡略說明理由。（2）車箱完全出水后，又被勻速吊起1m，已知此時纜索拉力F為1×105N，則在此過程中拉力F所做的功是多少？吊裝裝置的滑車架機械效率是多少？15.某興趣小組用如圖甲所示的滑車架(物體與動滑輪用繩子a聯接)勻速帶動置于同一水平面上的不同物體，物體遭到的磨擦力從200N開始逐步降低如何求杠桿的機械效率，直至組裝滑車架的繩子b被扭斷，每次物體帶動的距離均為2m。通過實驗繪出了該滑車架機械效率隨物體遭到磨擦力大小變化的關系圖像如圖乙。(不計繩重和繩與滑輪間的磨擦)求：（1）動滑輪重力；（2）當滑車架的機械效率為80%，物體以0.2m/s的速率勻速運動時，該滑車架的有用功率；（3）一個重500N的朋友借助該滑車架，想獨自用豎直向上的力扭斷繩子b，請你通過估算剖析他能夠實現。