机械效率—滑轮、斜面、杠杆【知识点1】滑车架机械效率一、有用功、额外功、总功1．有用功：为达到目的必须做的功；2.额外功：为了达到目的并非须要又不得不做的功；3.总功：有用功和额外功的总和。4.机械效率：有用功跟总功的比值。叫机械效率，常用η表示。二、滑车架的机械效率1.滑车架机械效率的估算：水平问题：2.对于滑车架而言的公式运用（考虑G动，不考虑f）：3．提升滑车架机械效率的方式：①使用轻质动滑轮；②涂滑板油，减少f；都是降低W额③增大G物，减小W有；【典例】例1机械效率概念甲铲车比乙铲车的机械效率高，当它们分别把相同质量的物体匀速提高相同高度时，则（）A.甲铲车的电动机做的有用功较多B.乙铲车的电动机做的额外功较多C.甲铲车的电动机做的总功较多D.甲、乙两铲车的电动机做的总功相同例2滑轮机械效率1.部份村民在新建住房时，常借助如图所示的简易滑轮提高建材。在一次提高建材的过程中，建筑工人用400N的拉力，将重600N的建材在10s内匀速提升3m.则下述判定正确的是（）A．滑轮所做的有用功为1200JB．滑轮遭到的重力为200NC．绳子自由端联通的速率大小为0.3m/sD．该滑轮的机械效率η=75%2.如图所示，用此装置拉一重为100N的重物，使其在地面上做匀速直线运动，若不计滑轮重和磨擦，所需拉力为8N如何求杠杆的机械效率，则物体与地面间的磨擦力为16N．实际此装置的机械效率为80%，欲使物体以0.6m/s的速率沿水平地面前进，这么实际拉力在5s内做的功为60J。
3.如图所示，在竖直向下大小为10N的力F的作用下，重为4N物体A沿竖直方向匀速上升。已知重物A上升速率为0.2m/s，则下述说法一定正确的是（）A．滑轮重为2NB．该滑轮的机械效率为80%C．拉力F的功率为2WD．滑轮上升的速率为0.4m/s例3滑车架机械效率1.如图所示，尺寸完全相同的滑轮，用相同的绳子绕成甲、乙两个滑车架，分别提起重为G1和G2的两个物体，不计磨擦与绳重，比较它们的省力情况和机械效率，下述说法正确的是（）A．若G1＝G2，则F1＜F2，甲的机械效率高B．若G1＝G2，则F1＞F2，乙的机械效率高C．若G1＜G2，则F1＜F2，甲、乙的机械效率相同D．若G1＜G2，则F1＜F2，乙的机械效率高2.如图所示，借助轻质滑车架匀速带动水平地面上重为300N的物体，拉力F的大小为30N，若物体和地面之间的磨擦力大小为45N，则A处的拉力大小和滑车架的机械效率分别为（）A．45N、50%B．45N、75%C．60N、50%D．60N、75%3.如图所示，是一辆车辆通过滑车架将深井中的物体拉至井口的装置图。已知井深12m，物体重G=6×103N，车辆重G车=3×104N，车辆匀速拉绳午时的拉力F=2.2×103N，车辆遭到的阻力为车重的0.1倍。
求（1）将物体从井底拉至井口的过程中，车辆拉绳子的拉力对滑车架做了多少功？（2）滑车架的机械效率为多少？（保留一位小数）（3）车辆牵引力为多少？例4滑车架机械效率变化问题1.用图甲所示的滑车架运送货物上楼，每件货物重100N，每次运送的量不定，图乙记录了在整个过程中滑车架的机械效率随货物重力降低而变化的图像，由图可知动滑轮重为300N，当某次运送3件货物时，绳子的拉力F是300N，滑车架的机械效率为50%。（不考虑绳重和磨擦）2.某桥梁施工队用如图所示的滑车架打捞沉在湖底的车削。已知型腔的容积是0.16m3，密度是3.5×103kg/m3，滑车架向下匀速带动浸入在水底的型腔时，人在绳子的自由端施加的拉力F=1700N．（不考虑磨擦及水的阻力，g取10N/kg）求：（1）型腔的质量是多少？型腔浸入在水底时，遭到的压强是多少？（2）滑车架向下匀速带动浸入在水底的型腔时，机械效率是多大？（3）型腔从水里升到海面上的过程中，滑车架的机械效率将怎样变化，并剖析缘由。例5滑车架机械效率实验小乐完成了“测滑车架机械效率”的试验后，得到下表所示的实验数据：请你对小乐各次试验数据进行剖析比较，回答下述问题：（1）小乐所采用的实验装置图是乙。
（2）通过小乐的实验可知，影响滑车架机械效率的诱因是提高物体的重力（或动滑轮的重力）。（写出一个即可）（3）在绳重和磨擦都不计的情况下，选择第一次的钩码和动滑轮，用另一图示的绳子绕法来做实验，滑车架的机械效率是否相同？请通过推论剖析。（4）因为实验过程中边带动边读数，弹簧测力计示数不稳定，有朋友便建议应静止时读数，老师觉得这样的做法会造成测出的机械效率与实际值不符，请问缘由是静止时读数测力计示数偏小，求出的机械效率偏大。【变式训练】1.工人师父借助如图所示的装置匀速提高重物，不计绳重和磨擦，下述说法正确的是（）A．减小提高重物的速率，可以减小有用功B．减少动滑轮的重力，可以增强机械效率C．减少定滑轮的重力，可以减少额内功D．减小提高重物的高度，可以增强机械效率2.如图所示物体A重力为20牛，用滑车架分别按甲、乙两种方式提高重物和水平联通。A物体在水平面滑动时遭到的磨擦力为15N，F1＝12N，F2＝6N，A物体在10s内匀速联通的距离均为0.6m，则在该过程中，下述剖析正确的是（）A．甲的机械效率等于乙的机械效率B．F1做功比F2做功慢C．两种方式中所做的有用功一样多D．甲图中动滑轮的重力为4N3.如图所示，A物体遭到的重力是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匀速直线运动，已知拉力F＝5N，滑车架的机械效率为80%，则下述说法正确的是（）A．拉力F的功率是1WB．2s内绳子自由端联通的距离是1.4mC．5s内拉力F所做功的大小是20JD．物体A遭到水平地面的磨擦力大小是12N4.搬运工人站在水平高台上，用如图所示的滑车架将重物匀速竖直向下提高2m，当提高货物重为360N时，滑车架的机械效率为75%，则动滑轮重为120N（不计绳重和磨擦）；若将所提高货物重减小到480N，此时滑车架的机械效率为80%。
5.如图1所示，用滑车架提高煤矿内重为7840N的物体M，车辆匀速前进了20m。此过程中，车辆拉力F所做的功W随车辆运动的距离s的变化关系如图2所示。不计绳重和磨擦，动滑轮有重力。（1）由图可知，拉力F总共做的功W=80000J（2）物体M上升的高度是10m。（3）该滑车架的机械效率为多大？6.工人用如图甲所示的滑车架借助袋子运送建材上楼，每次运送量不定。滑车架的机械效率随重力不同的建材变化的图象如图乙所示，滑轮与钢绳间的磨擦力及袋子和绳重忽视不计。求：（1）若工人用300N的拉力，将建材匀速竖直向下提高了6m，工人所做功；（2）当所运送建材的重为400N时，工人作用在绳子上的拉力；（3）当滑车架的机械效率为80%时，所运送建材遭到的重力。【知识点2】斜面机械效率1.斜面是一种简单机械，使用它可以省力，但要费距离。依据，可知Fl=Gh+fl，借助这个多项式可求物体与斜面间的磨擦力。2.提升斜面机械效率的方式①增大斜面倾斜程度；②减小斜面的粗糙程度；【典例】例1斜面机械效率估算1.如图所示，在探究“斜面的机械效率”的实验中，以下说法错误的是（）A．用弹簧测力计沿斜面向下拉铁块时，应尽量匀速B．斜面的倾斜程度影响斜面的机械效率C．铁块在匀上升过程中拉力和磨擦力是一对平衡力D．斜面的倾斜程度越小，沿斜面所用的拉力越小2.一个重为G的物体分别沿如图所示的左右两个斜面，被推上同一个平台，假如沿两个斜面推进物体时所受磨擦力一样大，这么两个斜面相比（）A．用左斜面省力少，机械效率比右高B．用右斜面省力多，机械效率比左高C．两个斜面做的有用功一样，效率也一样D．条件不足，难以判定3.如图所示，工人沿斜面用一定大小的力F把一重为600N的物体从斜面顶部匀速推到底部（不考虑物体的大小）。
已知斜面长L=3m，高h=1.5m。（1）若该过程中斜面的效率为60%，求此时物体遭到的磨擦力；（2）若斜面光滑没有磨擦，请剖析推理说明随着斜面倾斜角度的减小，推力F的变化情况；例2斜面机械效率的影响诱因如图所示是小明探究“斜面的机械效率”实验装置图。实验前他做了如下猜测：A．斜面的机械效率可能与斜面的粗糙程度有关。B．斜面的机械效率可能与斜面的倾斜度有关。他在实验时，首先在倾斜的木板上，用弹簧测力计拉着铁块沿斜面向下做匀速直线运动，并记录实验数据。后保持斜面夹角不变，在木板上分别垫麻布、玻璃的方式又做了二次实验，每次实验中弹簧测力计都拉着同一铁块沿斜面向下做匀速直线运动。实验数据如下：（1）第1次实验，斜面机械效率是80%；（2）按照小明的实验操作，推测A是正确的。按照获得的实验数据，可得到的较完整的推论是：在斜面倾斜程度相同时，斜面越光滑，机械效率越高；（3）为了验证另一个推测是否正确，小明应当怎样进行实验？写出他的实验方案。须要控制斜面的粗糙程度和物体的重力不变，改变斜面与水平面的倾角，分别在不同角度下测出机械效率，再比较机械效率的大小，得出推论。例3综合如图所示，小明用180N沿斜面的拉力，通过动滑轮用绳子把重为500N的木架，由斜面底端匀速向下带动4m，位置下降2m，不计滑轮和绳子的重力。
则小明对木架做的有用功为1000J，斜面的机械效率为69.4%，斜面对物体施加的磨擦力为110N【变式训练】1.在探究“斜面的机械效率”的实验中，测得图中斜面的机械效率为80%，这表示（）A．若物重为1N，则沿斜面向下的拉力为0.8NB．若斜面宽度为1m，则斜面的高度为0.8mC．若拉力做功1J，则有0.8J的功用于提高重物D．若拉力做功1J，则有0.8J的功用于克服磨擦力2.有AB和AC两个高度相等、长度不等的斜面，二者粗糙程度完全相同。现将同一物体分别沿斜面AB和AC由底端匀速拉至顶端，此过程中，物体克服重力做的功WB=WC（选填“=”“＜”或“＞”，下同），物体遭到的磨擦力fB＜fC，斜面的机械效率ηB＞ηC。3.现有一把刻度尺、一个弹簧秤、一重力为G的物块从宽度为S的木板、木块A．请设计一个“探究斜面的额外功（W额外）与斜面的水平宽度（L）是否有关”的实验中。（1）如图所示，某老师用弹簧测力计将重力G=5.0N的物块从宽度S=0.50m的木板搭成一个斜面底端匀速拉至斜面顶端。在实验中，调整斜面的高度为h=0.20m，将物块从斜面底端匀速拉至顶端的过程中，弹簧测力计的示数F=4.0N，则有用功为1J，机械效率为50%。
（2）概述实验的步骤、需要检测的化学量：用弹簧测力计将重力为G的物块从宽度为S的木板搭成一个高度为h的斜面底端匀速拉至斜面顶端，拉力大小为F。物体的重力G，弹簧测力计的拉力F、斜面的长s、斜面的高度h，额外功（W额外）的表达式为W额外=W总-W有用=FS-Gh。（3）在实验中，用弹簧测力计拉物体在斜面上做匀速直线运动，物体遭到的磨擦力f与拉力F的大小关系为f大于F（选填“＞”、“=”或“＜”）。4.如图所示，使劲F将重为100N的物体匀速拉上高为1m、斜边长为2m的斜面，已知斜面的机械效率为80%。（1）求所用的拉力F大小；（2）若物体重为G，与斜面之间的磨擦力为f，斜面长为s高为h，拉力为F．好多朋友都觉得，物体匀速上升的过程中，拉力F与磨擦力f是一对平衡力。试依据有用功、额外功和总功之间的关系，证明：拉力F＞f。5.由侧面与滑车架组合成的机械，若斜面机械效率为η1，滑车架的机械效率η2，求证组合机械效率η=η1*η2。【知识点3】杠杆机械效率杠杆机械效率：（其中h为物体上升的高度，s为动力作用点联通的距离）【典例】例1杠杆机械效率估算如图所示，物体重150N，挂在杠杆中点，人用100N的竖直向中将物体提升0.5m，在此过程中，下述说法不正确的是（）A．人用的拉力所做的功为100JB．用杠杆提高货物所做的有用功为50JC．额外功为25JD．杠杆的机械效率为75%例2杠杆机械效率影响诱因某实验小组借助图示装置研究杠杆的机械效率，实验的主要步骤如下：①用轻绳悬挂杠杆一端的O点作为支点，在A点用轻绳悬挂总重为G的钩码，在B点用轻绳竖直悬挂一个弹簧测力计，使杠杆保持水平；②竖直向下带动弹簧测力计平缓上升（保持O点位置不变），在此过程中弹簧测力计的读数为F，借助刻度尺分别测出A、B两点上升的高度为h1、h2，回答下述问题：（1）杠杆机械效率的表达式为η=Gh1/Fh2×100%（用字母符号表示）。
（2）本次实验中，若提高的钩码重一定，则影响杠杆机械效率的主要诱因是杠杆的自重。（3）若将钩码的提高高度变为原先的2倍，A、O、B三点在杠杆上的位置不变，则杠杆的机械效率将不变（选填变大、变小或不变）。（4）若只将钩码的悬挂点由A移至C，O、B在杠杆上的位置不变，仍将钩码提高相同的高度，则杠杆的机械效率将变大（选填变大、变小或不变）。例3杠杆机械效率动态问题小金用如图所示的实验装置检测杠杆的机械效率。实验时保持竖直向下带动杠杆，使挂在杠杆下边的钩码缓缓上升（支点O处的磨擦不计）问：（1）重为5N的钩码挂在A点时，人的拉力F为4N．钩码上升0.3m时，动力作用点C上升0.5m，此时机械效率ηA多大？（2）小金为了进一步研究杠杆的机械效率与什么诱因有关，仍用该实验装置，将钩码移到B点，再度平缓提高杠杆使动力作用点C一直上升0.5m，此时杆杆机械效率为ηB问：人的拉力F与第一次钩码在A相比变小（选填“变大”“变小”或“不变”）。比较两次机械效率的大小，ηA大于ηB（选填“大于”“小于”或“等于”），写出推论过程。变式：仍用该实验装置，将钩码移到B点，再度平缓提高杠杆使物体上升到相同高度，此时杆杆机械效率为ηB。
比较两次机械效率的大小，ηA大于ηB（选填“大于”“小于”或“等于”），写出推论过程。【变式训练】1.如图所示，甲、乙杠杆的质量和厚度均相同，机械磨擦不计，分别使用甲、乙杠杆将物体A提高相同的高度，则在工作过程中，甲、乙杠杆的机械效率相比（）A．甲的大B．乙的大C．一样大D．难以确定2.小明用如图所示的装置探究杠杆的机械效率。他将两个钩码悬挂在B点，在A点用弹簧测力计保持竖直方向向下带动杠杆，使其绕O点平缓转动，推动钩码上升一定的高度h（不计磨擦）。下述说法正确的是（）A．杠杆转动过程中，弹簧测力计的示数会变小B．仅降低钩码的个数，拉力所做的额外功减小C．仅将钩码的悬挂点从B点移到C点，拉力做的总功变大D．仅将拉力的作用点从A点移到C点，杠杆的机械效率不变3.如图所示的实验装置研究“杠杆的机械效率”。实验时，将总重为G的钩码挂在铁质杠杆上，弹簧测力计作用于P点，现竖直向下匀速带动弹簧测力计，钩码上升的高度为h，弹簧测力计的示数为F，其联通的距离为s，则杠杆的机械效率η=Gh/Fs×100%（用题中字母表示）。若将弹簧测力计联通到Q点，仍将钩码匀速提高h的高度，设此时弹簧测力计的示数为F'，杠杆的机械效率为η'，若不计转轴O处的磨擦，则：F'＞F，η'=η（以上两空都填“＞”“=”或“＜”）。
达标测量1.如图所示，物体重均为50牛，在各自拉力F的作用下，物体10秒内匀速上升2米，（不计磨擦和绳重）其中机械效率最大的是（）A．B．C．D．2．如图所示，用F1的力将物体B匀速提高h，若利用滑车架用F2的力把物体B匀速提高相同高度。下述说法正确的是（）A．使用滑车架过程中，绳子联通距离是物体的上升高度的两倍B．F1一定小于F2C．滑车架的机械效率为D．F2做功的功率比F1做功的功率大3．如如图所示，小科同事用动滑轮拉重物提高到一定高度，重物的重力为G物，动滑轮的重力为G动．在提高过程中，物体上升的速率大小保持v不变，下述相关说法中正确的是（）A．在提高的过程中，绳子自由端的拉力仍然是B．在提高的过程中，绳子自由端拉力的功率起码为（G物+G动）vC．在提高的过程中，物体的机械能是守恒的D．小科拉绳子的机械效率为4．质量为6kg的物体A置于水平桌面上，借助如图所示的装置在10N的拉力作用下使物体以1m/s的速率做匀速直线运动，已知滑车架机械效率为80%，不计滑轮和绳重，则下述说不正确的是（g取10N/kg）（）A．弹簧测力计的示数是10NB．物体A遭到水平桌面的磨擦力大于30NC．在1s内拉力F所克服的额外功为6JD．在A物体前面再放一个物体B时，滑车架机械效率小于80%5.在一个高为h、长为L的斜面上，用沿斜面向下的力F把重为G的铁块匀速向下拉的过程中，假如斜面的机械效率为η，则铁块和斜面间的磨擦力表达式错误的是（）6.如图所示，物体A的重力为180N，物体B的重力为10N。
物体A遭到一个水平往右的拉力F，拉力F的功率为30W，在拉力F的作用下，物体B在2s内匀速上升4m。不计滑轮、绳子的自重及它们之间的磨擦，下述说法正确的是（）A．拉力F大小为20NB．该装置的机械效率为66.7%C．拉力F做的功等于物体B克服重力做的功D．物体A往右做匀速直线运动的速率为4m/s7.如图，李林想用如下装置将重为170N物体抬高0.1m，已知杠杆0A长1m，B悬挂于杠杆中点处，杠杆自重10N，动滑轮重10N，则这套机械的机械效率为85%。8.小金用如图所示的装置研究某斜面的机械效率与铁块重力大小之间的关系，实验时控制铁块与斜面的粗糙程度都相同，部份实验数据如下表：⑴表中空格①的值是；⑵小明剖析实验数据得出的初步推论是：在斜面夹角和铁块与斜面的粗糙程度不变时，斜面机械效率与铁块重力大小无关。对此，你对小明有何建议？；⑶为提升检测的确切度，在用弹簧秤测拉力时，须要注意的事项是（写一条即可）。9．往车上装重物时，经常用长木板搭个斜面，把重物沿斜面推起来，如图所示。工人用3m长的斜面，把1200N的重物提升1m。假定斜面很光滑，则须要施加的推力为400N；若实际使劲为500N，则斜面的机械效率为80%，推重物时，重物遭到的磨擦力为100N。
10.在“测量滑车架机械效率”的实验中，楷书与朋友们用同一滑车架进行了三次实验，如图所示，每次实验隶书沿竖直向下匀速带动弹簧测力计，测得实验数据记录如表1：（1）第3次实验中拉力F的大小为2.2N，测得滑车架的机械效率为90.9%（保留三位有效数字）；（2）剖析数据可知，使用同一滑车架，其机械效率η与物重G存在一定关系，比较符合三者关系的图像是下述的D；（3）在检测拉力时，楷书朋友认为弹簧测力计运动时不易于读数，就让弹簧测力计处于静止时读数，楷书测得的机械效率偏低（选填“偏高”、“偏低”或“不变”）。11．如图所示，使劲F将重为100N的物体匀速拉上高为1m、斜边长为2m的斜面，已知斜面的机械效率为80%（空气阻力忽视不计）。（1）求物体所受磨擦力f大小；（2）如图已知某斜面的宽度为S、高度h、一物体所受磨擦力f、重力G、机械效率η，用平行于斜面的力F将物体匀速拉到斜面顶端。试证明f＝F（1﹣η）12.小金借助珠子笔头、钢丝、细绳制成了如图所示的滑车架，用大小为2N的力F将质量为600克的物体A竖直向下匀速提高10分米，取g=10N/kg）。求：⑴绳子自由端联通的距离；⑵克服物体A重力做的功；⑶该装置的机械效率。
13.小明做“测滑车架机械效率”实验时，用图中所示的滑轮，组装成滑车架，（1）请在图中画出使用该滑辐条时最省力的绕法。用此滑车架将重为3.6N的物体匀速提起时，拉力的功率为0.36W，滑车架的机械效率为75%．（忽视磨擦及绳重）求：（2）绳子自由端联通的速率和动滑轮的总重。（3）若用此滑车架提起大于3.6N的重物时，其机械效率将怎样改变？说明理由。14.图是某打捞船吊装装置结构示意简图。某次打捞作业中，该船将沉船于水下深处的一只密封车箱打捞出水面，已知该车箱质量20t，g取10N/kg，且不考虑风浪、水流等的影响。（1）若车箱从刚漏出海面到完全出水的过程中是被匀速提高的，请剖析在此过程中，车箱所受压强和滑车架机械效率的变化情况，并简略说明理由。（2）车箱完全出水后，又被匀速吊起1m，已知此时缆索拉力F为1×105N，则在此过程中拉力F所做的功是多少？吊装装置的滑车架机械效率是多少？15.某兴趣小组用如图甲所示的滑车架(物体与动滑轮用绳子a联接)匀速带动置于同一水平面上的不同物体，物体遭到的磨擦力从200N开始逐步降低如何求杠杆的机械效率，直至组装滑车架的绳子b被扭断，每次物体带动的距离均为2m。通过实验绘出了该滑车架机械效率随物体遭到磨擦力大小变化的关系图像如图乙。(不计绳重和绳与滑轮间的磨擦)求：（1）动滑轮重力；（2）当滑车架的机械效率为80%，物体以0.2m/s的速率匀速运动时，该滑车架的有用功率；（3）一个重500N的朋友借助该滑车架，想独自用竖直向上的力扭断绳子b，请你通过估算剖析他能够实现。