11.5 机械效率-2024-2025学年九年级上册物理考点解读与训练（苏科版）

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2024-2025学年九年级上册物理考点解读与训练

11.5 机械效率

1、机械效率的概念

（1）概念：有用功跟总功的比值叫做机械效率，通常用百分数表示。

①有用功：利用机械做功的时候，对人们有用的功就叫做有用功。

②额外功：并非我们需要但又不得不做的功叫做额外功。

③总功：有用功与额外功的和叫总功。

④总功的计算：W_总=Fs；W_总=W_有用+W_额外

⑤有用功的计算方法：W_有用=Gh；W_有用=W_总-W_额外

⑥额外功的计算方法：W_额外=G′h，W_额外=f_摩s；W_额外=W_总-W_有用

（2）计算公式：用W_总表示总功，用W_有用表示有用功，用η表示机械效率，则：。由于额外功不可避免，有用功只是总功的一部分，因而机械效率总小于1。

（3）提高机械效率的主要办法：

①在有用功一定时，尽量减少额外功，采用减轻机械自身的重力和加润滑油来减少摩擦的措施；

②在额外功一定时，增大有用功，在机械能够承受的范围内尽可能增加每次提起重物的重力，充分发挥机械的作用。

2、机械效率的计算和大小比较

机械效率表达式为，对于三种简单机械的机械效率的计算总结如下：

机械效率的大小比较：

（1）机械效率由有用功和总功两个因素共同决定，不能理解成：“有用功多，机械效率高”或“总功大，机械效率低”。

（2）当总功一定时，机械做的有用功越多（或额外功越少），机械效率就越高；

（3）当有用功一定时，机械所做的总功越少（或额外功越少），机械效率就越高；

（4）当额外功一定时，机械所做的总功越多（或有用功越多），有用功在总功中所占的比例就越大，机械效率就越高。

3、机械效率的应用及改变方法

（1）有用功是由使用机械的目的所决定的，当用斜面提升物体时，克服物体重力做的功就是有用功，W_有=Gh；

（2）额外功是克服相互接触物体间的摩擦阻力所做的功，对于斜面而言，W_额=fs；

（3）总功是指动力对所做的功，一般情况下使用斜面时，动力做功W_总=Fs；

（4）由功的原理：“动力对机械所做的功等于机械克服阻力所做的功”，而机械克服阻力所做的功就包含了有用功和额外功，即：W_总=W_有+W_额；

（5）机械效率是有用功与总功的比值，只能小于1（理想状态下可能等于1），并且无单位

斜面的机械效率，在同一斜面上，由于倾斜程度相同，即；一定，故在同一斜面上拉同一物体（粗糙程度相同）时，在斜面上所移动的距离（或物体被提升的高度）不同时，机械效率是相同的；

（6）斜面的机械效率与斜面的倾斜程度、斜面的粗糙程度有关，斜面粗糙程度相同时，斜面的倾斜程度越大，机械效率越高；斜面的倾斜程度一定时，斜面越粗糙，机械效率越低。

提高机械效率的主要办法：

①有用功一定时，尽量减少额外功，采用减轻机械自身的重力和加润滑油来减少摩擦的措施；

②额外功一定时，增大有用功，在机械能够承受的范围内尽可能增加每次提起重物的重力，充分发挥机械的作用。

4、有关机械效率的探究实验

滑轮（组）机械效率的测量实验：

实验目的：测量滑轮组的机械效率

实验原理：

注意事项：

（l）匀速拉动弹簧测力计，目的是保证弹簧测力计的示数F大小不变；

（2）为了便于读数，钩码下沿和绳子末端在刻度尺上的位置最好取整数；

（3）多次测量的目的是进行一些必要的比较，利用不完全归纳法总结规律，而不是求平均值；

实验结论：使用同一滑轮组提升不同的重物时，重物越重，滑轮组的机械效率越大。

斜面机械效率的测量实验：

实验目的：探究斜面的机械效率

实验原理：

实验结论：斜面越陡机械效率越高，斜面越缓，机械效率越低。

杠杆机械效率的测量实验：

用如图所示的实验装置测量杠杆的机械效率，实验时，竖直向上匀速拉动弹簧测力计，使挂在较长杠杆下面的钩码缓缓上升．

（1）实验中，将杠杆拉至图中虚线位置，测力计的示数F为0.5N，钩码总重G为1.0N，钩码上升高度h为0.1m，测力计移动距离s为0.3m，则杠杆的机械效率为66.7%．请写出使用该杠杆做额外功的一个原因：由于使用杠杆时需要克服摩擦做功；

（2）为了进一步研究杠杆的机械效率与哪些因素有关，一位同学用该实验装置，先后将钩码挂在A、B两点，测量并计算得到下表所示的两组数据：

根据表中数据，能否得出“杠杆的机械效率与所挂钩码的重有关，钩码越重其效率越高”的结论？答：不能；

请简要说明两条理由：①两次实验时钩码没有挂在同一位置；②仅根据一次对比实验所得结论是不可靠的。

【考点1  机械效率的概念】

【典例1-1】甲、乙两种机械的机械效率分别是80%和65%，则下列说法正确的是（　　）

A．使用甲机械省力

B．使用甲机械做功快

C．在相同的时间内，使用甲机械做的有用功多

D．乙机械的额外功在总功中占的比例大

【典例1-2】机械效率越高的简单机械，必定是有用功占总功的比例越 _________

（选填“大”或“小”），机械效率的数值总 _________（选填“大于”、“等于”或“小于”）1。以同样速度行驶的列车和小汽车，_________（选填“列车”或“小汽车”）动能大。

【变式1-1】下列说法中正确的是（　　）

A．机械效率越高，机械越省力

B．机械效率越高，机械做的有用功一定越多

C．功率越大的机械做功时机械效率一定越高

D．有用功在总功中所占的比例越大，机械效率一定越高

【变式1-2】明代学者宋应星（江西人）著有《天工开物》，如图所示，是书中描绘古代劳动人民用桔槔汲水的场景。桔槔属于 _________（选填“杠杆”“滑轮”或“轮轴”），使用时，机械效率η_________1（选填“＞”“＜”或“＝”）。

【考点2  机械效率的计算和大小比较】

【典例2-1】用相同的滑轮组成甲、乙两个滑轮组，分别用其将A、B两个物体在相同时间内匀速提升相同的高度，两次的拉力F₁＝F₂，不计绳重和摩擦。下列说法错误的是（　　）

A．两物体所受重力G_A＜G_B

B．两次做的有用功W₁＝W₂

C．两次拉力做功的功率P₁＜P₂

D．两滑轮组的机械效率η_甲＜η_乙

【典例2-2】如图所示，用两滑轮采用不同的绕绳方法，将同一重物匀速提升相同的高度（不计绳重和摩擦），则拉力F₁_________F₂，两装置的机械效率η₁_________η₂。

【典例2-3】如图甲是一种剪式千斤顶，如乙图通过旋转手柄连接带螺纹的螺杆，就能轻易地顶起小车。这种千斤顶是利用 _________（只要写出一种简单机械）来省力的；小华在一次给小汽车换胎工作中，转动手柄把质量为1.5t的小车的一后轮顶起了20cm，若顶起小车后轮的力只需车重的三分之一，则这个过程中所做的有用功为 _________J，小华做的总功是5000J，则此次工作千斤顶的机械效率是 _________。（g取10N/kg）

【典例2-4】某建筑工地上一台升降机工作时的平均功率为2.5×10⁴W，运载质量为1.5×10³kg的货物在10s内上升了9m，g取10N/kg。求此过程中：

（1）货物上升的平均速度；

（2）升降机做的有用功；

（3）升降机的机械效率。

【变式2-1】如图所示，小州分别使用甲、乙、丙三种机械匀速提升物体M（绳长不变），测得物体M所受重力和拉力如表所示则下列说法中正确的是（ ）

A．使用甲、乙、丙图中的三种机械时，丙图中机械最省力

B．使用甲、乙、丙图中的三种机械时，乙图和丙图中机械都能省力

C．使用甲、乙、丙图中的三种机械时，它们的机械效率均相等

D．使用甲、乙、丙图中的三种机械时，甲图中的机械效率最大

【变式2-2】图所示，是建筑工地常用来搬运砖块的两种机械（滑轮组和起重机）。观察图中甲、乙两图，可知_________图的机械功率较大，观察图中丙图和_________图可得出：在相等的时间内，起重机比滑轮组做的功_________。（选填“多”或“少”）

【变式2-3】等电梯费时，爬楼梯费劲，如图所示是某女大学生发明的“爬楼”自行车，3分钟爬20层楼，速度堪比电梯。若她的质量为60kg，当她3分钟爬楼的高度为60m，她克服重力所做的功为 　     　J，她爬楼的功率为250W，则她爬楼的效率为 _________%。（g取10N/kg）

【变式2-4】如图为某建设工地，一台起重机在2min内消耗电能10⁶J将重为30000N的混凝土预制料匀速提升了24m。g取10N/kg，通过计算回答：在提升过程中。

（1）起重机对混凝土预制料做了多少功？

（2）起重机对混凝土预制料做功的功率是多少？

（3）起重机的效率是多少？ 

【考点3  机械效率的应用及改变方法】

【典例3-1】如图所示，用拉力F使物体竖直匀速上升，下列说法正确的是（　　）

A．拉力F做的功是有用功

B．拉力对物体做的功是额外功

C．绳子自由端移动的距离是物体移动距离的3倍

D．增加物体的重力可以增加滑轮组的机械效率

【典例3-2】十堰人民的人均收入越来越高，很多家庭都用上了家用手摇晾衣架，A、B两滑轮中属于动滑轮的是_________；若衣服和晾衣架的总重为120N，不计动滑轮重，绳重及摩擦，静止时绳的拉力F＝_________N。请你提出使用的提高手摇晾衣架机械效率的方法：________________________。

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参考答案

【考点1  机械效率的概念】

【典例1-1】D

【分析】（1）机械效率是指有用功占总功的百分比；

（2）功率是表示做功快慢的物理量。

【解答】解：A、机械效率高是指做的功中有用功占的比例高，与是否省力无关，故A错误；

B、机械效率高是指做的功中有用功占的比例高，与做功的快慢，即功率无关，故B错误；

C、机械效率是指有用功占总功的百分比，由于总功未知，故不能确定甲机械做的有用功多，故C错误；

D、乙的机械效率较低，说明有用功占总功的比例小，相应的，额外功占总功的比例就比较大，故D正确。

故选：D。

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