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第11课时简单机械机械效率一、考题集粹试做1.(2013安徽,19)某实验小组进行测量滑轮组机械效率的实验,先用弹簧测力计测量钩码的重力G(如图甲),再按图乙所示连接方式组装好滑轮组,并分别记下钩码和弹簧测力计的起始位置。(1)图甲中弹簧测力计的示数为 N。(2)图乙中,为了测量绳子自由端的拉力F,A同学认为应该在弹簧测力计静止时读数,B同学认为应该在缓慢匀速提升时读数,正确的是 (选填“A”或“B”)同学的方法。(3)按照正确的测量方法,测出拉力F与钩码所受重力G的大小关系为F (选填“”“(4)测量钩码上升的高度h和弹簧测力计移动的距离s解析:(1)由题图知,测力计的分度值为0.2N,所以其示数为2.0N;(2)为了正确测量滑轮组提升物体时的拉力,需在缓慢匀速提升时读数,B同学正确;(3)由图知,滑轮组由3段绳子承担物重,所以F=G3,但其成立的条件是不考虑机械自重和摩擦;若考虑的话拉力F大于G3;(4)为了测量钩码和弹簧测力计移动的距离,从而计算有用功和总功,应分别记下钩码和弹簧测力计的起始位置。2.答案:(1)Gh1Fh2100%(2)杠杆的自重(3)变大解析:(1)有用功为W有=Gh1,总功W总=Fh2,则机械效率的表达式=W有W总100%=Gh1Fh2100%;(2)有用功是提升钩码所做的功,额外功主要是克服杠杆重力做的功,影响机械效率的因素主要是有用功和总功所占的比例;提升的钩码重一定说明有用功一定,所以影响杠杆机械效率的主要因素是杠杆自身的重力;(3)钩码的悬挂点在A点时,由杠杆的平衡条件得GOA=FOB;悬挂点移至C点时,由杠杆的平衡条件得GOC=FOB,经对比发现,由OA到OC力臂变大,所以拉力F也变大,如果仍使钩码提升相同的高度,那么杠杆提升的高度就会减小,额外功减小,因此杠杆的机械效率变大。3.答案:83.3%解析:该装置为动滑轮,拉力移动的距离是物体升高高度的2倍,机械效率等于有用功除以总功,有用功等于物体上升的高度乘以物重,总功等于拉力乘以绳子自由端移动的距离;=W有用W总=GhFs=GhFnh=GnF=mg2F=50kg10N/kg2300N=83.3%。4.答案:20如图所示:解析:最长的力臂是从支点到力的作用点的连线,即OA,再利用杠杆平衡的条件计算;要使杠杆平衡,并用力最小,此力应垂直于OA,根据动力动力臂=阻力阻力臂,FOA=40NOB,所以F=20N。5.B解析:拉力移动的距离为s=2h=23m=6 m,拉力做的总功为W总=Fs=250N6m=1500J,故A错误;有用功W有用=Gh=400N3m=1200J,滑轮组的机械效率为=W有用W总100%=1200J1500J100%=80%,故B正确;此题滑轮没有发生变化,所以在此过程中所做的额外功不变,由于物体的重力增加,所以有用功增大,由公式=W有用W总=W有用W有用+W额外可知,若用该动滑轮提升更重的货物,有用功在总功中所占的比值将增大,所以机械效率变大,故C错误;采用轻质滑轮完成原任务,额外功减小,由=W有用W总=W有用W有用+W额外可知,机械效率变大,故D错误。6.A解析:以哥哥的肩A为支点,由F1L1=F2L2可知,弟弟对杠杆的支持力F1=GOAAB=900N0.8m0.8m+1m=400N,由于压力和支持力是一对相互作用力,因此弟弟承担的压力为400N,故A正确;以O为支点,由F1L1=F2L2可知,兄弟二人对杠杆支持力之比为F1F2=L2L1=OAOB=0.8m1m,由于压力和支持力是一对相互作用力,因此兄弟二人承担的压力之比为45或54,故B、C错误;以弟弟的肩B为支点,由F1L1=F2L2可知,哥哥对杠杆的支持力F1=GOBAB=900N1m1m+0.8m=500N,由于压力和支持力是一对相互作用力,因此哥哥承担的压力为500N,故D错误。7.D解析:在A点用细线悬挂一重物,在B点施加一个竖直向下的动力时,动力臂最长;因此当动力沿虚线方向拉杠杆时,动力臂L1将变小,而阻力和阻力臂均不变,由F1L1=F2L2可知,动力F1将变大。8.D解析:斜面的高为h,物体的重力为G,有用功为W有用=Gh,斜面长为L,拉力为F,总功为W总=FL,则机械效率为=W有用W总=GhFL;而物体与斜面的摩擦力为f,额外功为W额外=fL,则总功为W总=W有用+W额外=Gh+fL,故机械效率为=W有用W总100%=GhGh+fL100%,故D正确。A选项是有用功与额外功的比值,不是机械效率;B选项是有用功与有用功的比值,不是机械效率;C选项是有用功与(总功加上额外功)的比值,不是机械效率。9.答案:如图所示:解析:动滑轮的本质是(竖直拉绳子时)动力臂是阻力臂2倍的杠杆,使用时可以省一半的力,但是不能改变力的方向;动滑轮的支点O在绳子与边框的接触点上,动力F为绳子的拉力,方向向上,过支点O向动力作用线画垂线,就得到动力臂L。一、考点考法集训1.D解析:在使用开瓶器时,支点在最前端,而A、B图的支点错误;动力F1方向向上,而阻力F2方向向下,所以C错误,D正确。2.B解析:运动员一手撑住桨柄的末端(视为支点),另一手用力划桨,根据杠杆平衡条件F1L1=F2L2可知,船桨在使用过程中,动力臂小于阻力臂,是费力杠杆;为省力,可将用力划桨的手远离支点,故A错误,B正确;为省距离,可将用力划桨的手靠近支点,但更费力,故C、D均错误。3.答案:75%48解析:摩擦力f=0.3G=0.3300N=90N,滑轮组的机械效率:=W有用W总100%=fs3Fs100%=f3F100%=90N340N100%=75%;拉力移动速度v=3v物=30.4m/s=1.2 m/s,拉力的功率:P=Wt=Fst=Fv=40N1.2m/s=48W。4.答案:2.610.475%1.70.65解析:在斜面中,拉力做功是总功,克服物重做功是有用功,克服物体与斜面的摩擦做功是额外功。拉力做的总功为W总=Fs=2.6N4m=10.4J。克服物重做的有用功为W有用=Gh=3.9N2m=7.8N。斜面的机械效率为=W有用W总100%=7.8J10.4100%=75%。若使用滑轮组提升物体时,=W有用W总100%=GhFs100%=G3F100%=75%拉力F=G375%100%=3.9N375%=1.73N利用滑轮组做的总功为W总=Fs=1.73N0.5m3=2.6J额定功为W额外=W总(1-)=2.6J(1-75%)=0.65J。5.答案:(1)匀速83.3%(2)增大解析:(1)在实验操作中应竖直向上匀速拉动弹簧测力计,这样弹簧测力计处于平衡状态,弹簧测力计的示数才反映了拉力的大小;由图示滑轮组可知,承重绳子的有效股数:n=3,弹簧测力计的分度值为0.2N,弹簧测力计的示数为2.4N,W有=Gh=6N0.1m=0.6J,由于重物有3段绳子承担,则绳子自由端移动的距离:s=3h=30.1m=0.3 m,总功:W总=Fs=2.4N0.3m=0.72J,滑轮组机械效率:=W有W总100%=0.6J0.72J100%83.3%;(2)整个滑轮组保持不变,即额外功不变,因为对重物做的功为有用功,增加重物的重力,有用功增加,机械效率会增大。6.答案:(1)0.05m/s(2)1.5J75%(3)5N解析:(1)重物上升的速度v=ht=0.1m2s=0.05m/s;(2)有用功:W有用=Gh=15N0.1m=1.5J;由题图可知:拉力移动距离s=2h=20.1m=0.2m,所以总功W总=Fs=10N0.2m=2J,杠杆的机械效率=W有用W总100%=1.5J2J100%=75%(3)克服硬棒的重力做的额外功:W额=W总-W有用=2J-1.5J=0.5J,由W额=Gh知长硬棒的重力G棒=W额h=0.5J0.1m=5N。点拨:(1)根据v=st求出重物上升的速度;(2)根据W有用=Gh求出有用功;根据图中信息,求出拉力移动距离,根据W总=Fs求出总功,根据=W有W总求出机械效率;(3)在提升物体的过程中,克服硬棒的重力做的功是额外功,根据W额=Gh求出硬棒的重力。
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