机械效率1

机械效率的中考题型分类例析 程龙剑

机械效率是初中力学知识的一个重点，也是一个难点，更是各地中考的一大热点，特别是近几年在有关机械效率的试题设计中，考命题者注重发挥试题的导向作用，将《新课程标准》的精神贯穿其中，命题不仅由知识立意向能力立意转变，同时也给学生留下了更多的思维时间和空间，使试题具有选材新颖，形式灵活，探究性强的特点。为了使大家了解机械效率的相关题型，本文试分类举例加以说明． 一、表格阅读题 例1、（2003年金华市）下面是程珂同学测滑轮组效率时记录的数据，实验装置如图1 所示：

实验序号 拉力F/N 钩码重G/N 机械效率/%

1 1.25 3 80 2 1.25 3 60 3 2 6 75

（1）通过表中数据可分析出实验1用______图做的实验，实验2是用______图做的实 验． （2）通过实验1和实验2的数据分析可得出结论是__________________。 （3）分析比较实验2和实验3可得出结论是____________。 析与解：（1）由公式W=Fs得W有=Gh，W总=Fs=（G+G动）h． 由公式η=W有／W总得η=W有／W总=Gh／（G+G动）h=G／（G+G动）． 由于实验1和2中G相等，G动越大，η越小，所以实验1用甲图，实验2用乙图． （2）通过实验1和实验2的数据分析可得出结论是提起相同的重物时，使用的滑轮组的动滑轮个数越多，机械效率越小． （3）比较实验2和实验3可得出结论是使用同一滑轮组，增加提起的物重，可以提高机械效率．

二、常规计算题 例2、（2002年南京市）图2是用滑轮组提起重物的装置示意图．物体重G=6×104牛，滑轮组的机械效率为80％，拉力F的功率为2.5千瓦，要把重物匀速提升1米，求： （1）有用功和额外功分别是多少? （2）需用的拉力F为多大? （3）需用多长时间? 析与解：W有=Gh =6×104牛×1米 =6×104焦， W总=W有／η=6×104焦／80％=7.5×104焦， W额外=W总-W有用=1.5×104焦， F=W总／s=7.5×104焦／（3×1米）=2.5×104牛，

秒瓦焦总30105.2/105.7P/Wt34.

三、纠错型试题 例3、（2001年山东烟台）下面给出的是小丽同学对一道作业题的解答，她的解答有部分错误，请你指出她的错误之处，并通过理论推导说明你的说法是正确的． 用滑轮组匀速提升重为2×103牛的物体，作用在绳子自由端的拉力为625牛，拉力所做的功为1.25×104焦，滑轮组的机械效率为80％．若不计绳重及摩擦，提升重物改为3×103牛的物体，那么作用在绳子自由端的拉力多大? 已知：G1=2×103牛，F1=625牛，W1=1.25×104焦，η=80％，G2=3×103牛．求： F2． 解：由公式η=W有／W总得 W有1=ηW总1=80％× 1.25×104焦=104焦． 由公式W=Fs得 s=W总1÷F1=1.25×104焦／625牛=20米， h=W有1／G1=104焦／2×103牛=5米． 由公式η=W有／W总=G2h／F2s得 F2=G2h／ηs=（3000牛×5米）／（80％×20米）=937.5牛． 答：作用在绳子自由端的拉力为937.5牛． 析与解：小丽解题的错误之处是认为同一滑轮组提升的重物改变后，机械效率保持不变． 理论推导：由公式W=Fs得W有=Gh，W总=Fs=（G+G动）h． 由公式η=W有／W总得η=W有／W总=Gh／（G+G动）h=G（G+G动）=1／（1+G动／G）． 由此式可知：同一滑轮组提升不同的重物时，重物越重，机械效率越大．

例4、（2002年南昌市）在“测量滑轮组的机械效率”的实验中，所用的装置如图3所示．

（1）安装好实验器材后，记下钩码和拴住弹簧秤的线端原先位置，然后________向上提起弹簧秤，读出_______，测出钩码和拴住弹簧秤的线端上移的距离． （2）某同学正确测得钩码上升的高度为0.2米，钩码重1.5牛，其他被测和计算的数据如下表：

拉力F/牛 拉弹簧秤的线端提升的距离s/米 有用功W有用/焦 总功W总/焦

0.6 0.4 0.3 0.24 上表中肯定错误的数据是________和_________。 （3）若用上述装置提起1.5牛的钩码，机械效率为η1，提起重为3牛的钩码，机械效率为η2，则η1___η2（填“>”、“<”或“=”）． 析与解：（I）匀速、弹簧秤的示数； （2）拉弹簧秤的线端提升的距离s和总功W总； （3）< （理由见例3的理论推导）．

四、探究性实验题 例4、（2003年宁夏）小红学过“机械效率”后，产生了一个疑问：“机械的机械效率越高是否越省力?”针对这个问题，小红借了一个弹簧测力计，利用家中“案板”和茶杯作了以下实验：

A．把杯子放在塑料袋中，在杯子中加入适量的水，用弹簧测力计测得杯子和水的重力G． B．用“案板”作斜面，如图4所示，把一只水杯通过细绳与弹簧测力计连接，拉动弹簧测力计，把盛水的杯子匀速拉上斜面． C．分别测出拉力F，杯子移动的距离s和升高的高度h． D．改变斜面的高度，做4次实验，记录实验数据如下表：

一 二 三 四

重力G/N 5 5 5 5

升高高度h/m 0.1 0.15 0.2 0.25

有用功W有用/J （ ） 0.75 1 1.25

拉力F/N 1.6 2.2 2.7 3.1

移动距离s/m 0.5 0.5 0.5 0.5

总功W总/J （ ） 1.1 1.35 1.55

机械效率η （ ） 0.68 （ ） 0.81

（1）计算并将数据填入表中4个空格 （2）小红的疑问是否得到解决?分析实验数据，能得出什么结论? （3）完成上面实验后，小红又产生一个猜想：“如果减小斜面的摩擦，可以提高斜面的机械效率．” ①请你先用所学知识，说明小红的猜想是否正确（简述理由）． ②请你设计一个实验，进一步证明你对小红猜想的判断．（可以简要说明在前面实验的 基础上要做哪些新的实验操作） 析与解：（1）根据W有用=Gh，W总=Fs，η=W有用／W总可得： W有用1=0.5J，W总1=0.8 J． η1=0.625，η2=0.74． （2）分析实验数据可知：使用斜面时，并非是机械效率越高越省力，可见“机械效率越高越省力”是错误的． （3）①小红的猜想是正确的，因为在有用功一定时，通过减小摩擦，可减小额外功，从而提高机械效率．②在小红设计的实验方案的基础上，应增加的实验操作有．a．保持斜面的倾角不变，在斜面（案板）表面铺不同材料（如纸、玻璃、毛巾等）改变摩擦．b．将水杯沿斜面匀速提升一定高度或沿斜面移动一定距离，再分别求出各次的机械效率．

例5、（2003年河南省）在做“测滑轮组的机械效率”的实验中，小明和同学们测得图5中甲、乙两个滑轮组的机械效率不同．

（1）实验后小明想：对于同一个滑轮组，它的机械效率是否不变呢?经过思考后他认为：即使像图5甲那样已绕好的滑轮组，机械效率也不是固定的，还应该与__________有关，并用实验验证了自己的猜想是正确的，小明的实验方法是___________。 （2）小明将自己所做的上述实验告诉他的同学，大家探究的欲望更加强烈，大家认为：用滑轮组提升重物时，提升动滑轮所做的功对人们是没有用的，所以，_____________也应该是影响滑轮组机械效率高低的主要因素．小明说：其实大家已测得的甲、乙两个滑轮组的机械效率不同，就证明了这一点． 杨老师提醒同学们说：大家应该注意到，在探究影响滑轮组机械效率高低的因素时，我们没有考虑摩擦的因素． 析与解：（1）从图中可以看出：对于同一个滑轮组，动滑轮的个数及绕线方式已经固定，因此滑轮组的机械效率的高低可能与所提的钩码的个数（即提升重物的多少）有关，所以小明的实验方法应该是：运用控制变量法，使动滑轮的个数及绕线方式固定，通过改变所提的钩码的个数，来比较机械效率的大小，故答案是：在图5甲所示的滑轮组下挂不同数量的钩码，分别测出滑轮组的机械效率并进行比较．（2）由于用滑轮组提升重物时，提升动滑轮所做的功是额外功，所以动滑轮的个数（或动滑轮的总重）也是影响滑轮组机械效率高低的主要因素．如果要加以验证的话，同样应运用控制变量法，使所提的钩码的个数相同，通过改变动滑轮的个数，来比较机械效率的大小，所以小明说：其实大家已测得的甲、乙两个滑轮组的机械效率不同，就证明了这一点． 备战2011历年中考物理试题汇编：机械效率探究题

1、（2010济宁）某实验小组探究影响滑轮组机械效率的因素的实验装置如图7所示，实验数据如下表。若不计摩擦，比较1和2两次的实验数据，可以看出滑轮组的机械效率与_________有关；比较1和3两次的实验数据，可以看出滑轮组的机械效率与 _________有关。

答案：动滑轮的个数（或动滑轮的总重）；提升的物重 2．(2010武汉) (5分)下图是小明同学斜面机械效率跟什么因素有关的实验装置。

实验时他用弹簧测力计拉着同一物块沿粗糙程度相同的斜面向上做匀速直线运动。实验的部分数据如下： 实验 次数 斜面的 倾斜程度 物块重量 G/N 斜面高度 h/m 沿斜面拉力 F/N 斜面长 s/m 机械效率

1 较缓 10 0.1 5.0 1 2 较陡 10 0.3 6.7 1 45％ 3 最陡 10 0.5 8.4 1 60％ ⑴ 明探究的是斜面的机械效率跟_________的关系。在第1次实验中，斜面的机械效率为_________，物块和斜面的内能增加了约_________J。 ⑵ 析表格中数据可以得出结论：在斜面粗糙程度相同时，斜面越陡，机械效率越_________。若要探究斜面机械效率跟斜面的粗糙程度的关系，应保持_________不变。 答案：⑴斜面的倾斜程度 20％ 4 ⑵高 斜面的倾斜程度