中考物理专题《机械效率》高频考点归类例析

中考物理专题《机械效率》高频考点归类例析简单机械的效率及其相关问题，主要考查计算机械效率、比较不同机械的机械效率大小、判断同一机械提升不同物体时机械效率大小的变化、已知机械效率求相关的物理量等，涉及有关知识的综合应用，是中考的常考点，多为中等偏难的考题，其中滑轮组的机械效率是高频考点。

解题关键，一是“三功”(有用功、额外功和总功)的分析判定;二是“三功”关系(=+W W W 总有额)和机械效率公式的灵活运用。

一、杠杆的机械效率用杠杆提升物体时，提升物体所做的功为有用功，克服杠杆自重、支点与杠杆(转动轴)间的摩擦所做的功为额外功，动力所做的功为总功。

例1 用动力臂是阻力臂3倍的杠杆将600 N 的货物抬高30 cm ，手向下压杠杆的力是250 N ，手下降的高度是 cm ，人做的总功是 J ，有用功是 J ，该杠杆的机械效率是 。

解析:因动力臂是阻力臂的3倍，则动力作用点(手)移动的距离、是货物移动距离h 的3倍，故手下降的高度3330cm 90cm s h ==⨯=。

人做的总功250N 0.9m 225J W Fs ==⨯=总。

杠杆将货物抬高所做的有用功 600N 0.3m 180J W Gh ==⨯=有。

杠杆的机械效率180J=0.880%225JW W η===有总。

【点拨】杠杆中，动力臂是阻力臂的几倍，动力移动的距离就是阻力移动距离的几倍，即l nl =阻动，s ns =阻动。

例2 小明用图1所示的实验装置测量杠杆的机械效率。

实验时竖直向上拉动杠杆，使挂在杠杆下。

面的钩码缓慢上升。

(支点和杠杆的摩擦不计)问:(1)重为5 N 的钩码挂在A 点时，人的拉力F 为4N 。

钩码上升0. 3 m 时，动力作用点C 上升0. 5 m ，此时机械效率1η为多大?(2)小明为了进一步研究杠杆的机械效率与哪些因素有关，仍用该实验装置，将钩码移到B 点，再次缓慢提升杠杆使动力作用点C 仍然上升0. 5 m ，比较此时的机械效率2η与1η的大小，并用学过的知识给予推导。

解析:(1)杠杆提升钩码所做的有用功 5N 0.3m 1.5J W Gh ==⨯=有。

拉力F 所做的总功4N 0.5m 2J W Fs ==⨯=总。

杠杆的机械效率 1 1.5J=0.7575%2JW W η===有总。

(2)将钩码移到B 点，杠杆升高的高度不变，克服杠杆自重所做的额外功W G h =额杠杆杠杆不变；此时钩码提升的高度减小，所做的有用W Gh =有减小；由杠杆的机械效率21==+1+W W W W W W W η=有有额总有额有可知，杠杆的机械效率减小，故12ηη>。

【点拨】判断机械效率的大小变化，应找出“三功”相关量中的变化量与不变量，由“三功”的变化情况分析确定机械效率的大小变化。

二、滑轮组的机械效率 1.提升类滑轮组用滑轮组提升物体时，提升物体所做的功为有用功，克服动滑轮和绳的重力、摩擦所做的功为额外功，动力(拉力)所做的功为总功。

例3 甲、乙两个滑轮组如图2所示，其中每一个滑轮的质量都相同，用它们分别将重物1G 、2G 提高相同的高度，不计绳重和摩擦，下列说法正确的是()A.若1G =2G ，则拉力做的总功相同B.若1G =2G ，则甲的机械效率大于乙的机械效率C.若1G >2G ，则拉力做的有用功相同D.用甲、乙中任何一个滑轮组提起不同的重物，机械效率不变 解析:甲滑轮组中一个动滑轮，乙滑轮组中两个动滑轮，不计绳重和摩擦，提升高度h 相同，额外功W G h =动额，因G G <乙甲动动，则W W <乙甲额额；有用功W Gh =有，若1G =2G ，则W W =乙甲有有；由=+W W W 总有额可知，拉力做的总功W W <乙甲总总。

滑轮组的机械效率=W W η有总，若1G =2G ，因W W =乙甲有有、W W <乙甲总总，故机械效率ηη>乙甲。

若1G >2G ，提升高度h 相同，由W Gh =有可知，W W >乙甲有有。

用同一滑轮组提起不同的重物，所做的额外功不变，有用功发生变化，有用功在总功中的比值发生变化，故机械效率变化，且机械效率随被提升物重的增加而升高。

答案:B 。

【点拨】(1)比较机械效率的大小时，应找出“三功”相关量中的相同量与不同量，由“三功”的大小分析确定机械效率的大小。

(2)比较两个滑轮组的机械效率大小，不计绳重和摩擦时，也可由滑轮组的机械效率==+W W G h W W W G h G hη=+有有物总动有额物分析，若1G =2G ，因G G <乙甲动动，故ηη>乙甲。

例4 图3所示的是工人利用滑轮组提升重为810 N 的物体的示意图，某段过程中物体匀速上升的速度为0. 1 m/s ，工人拉力F 的功率为90 W ，物体上升10 s 拉力F 克服滑轮组的摩擦做的功是60 J 。

求: (1)工人拉绳子的速度; (2)滑轮组的机械效率;(3)滑轮组中的动滑轮的重力。

解析:(1)由图可知，承担物重的绳子段数3n =，工人拉绳子的速度 =30.1m/s=0.3m/s v nv =⨯绳物(2)由W Fs P Fv t t===可得，工人拉力900W 300N 0.3m/sP F v ===绳。

滑轮组的机械效率 810N=0.990%+3300NW W Gh G W W W Fnh Fn η======⨯有有总有额(3)物体上升的高度0.1m/s 10s=1m h v t ==⨯物。

拉力所做的有用功810N 1m 810J W Gh ==⨯=有 拉力所做的总功90W 10s 900J W Pt ==⨯=总。

提升动滑轮所做的额外功900J 810J 60J 30J W W W W =--=--=动总额有摩。

由W G h =动动额可得，动滑轮的重力为30J30N 1mW G h===动额动。

【点拨】求拉力所做的总功，若已知拉方的功率，则可由W Pt =总t 求得;若已知拉力，则可由W FS Fnh ==总求得。

例5 如图4所示，小丽用三个均重10 N 的滑轮组成的滑轮组以速度1 m/s 匀速起吊重为470 N 的物体，物体上升5 m ，不计绳重及一切摩擦，绳的拉力F = N;滑轮组的机械效率刀=η 。

图 4 图5 解析:根据图5甲和平衡力知识可得2'F G G =+动 ①因定滑轮不省力，根据图5乙和平衡力知识可得2'F F G =+动 ②联立①②式可得470N 10N210N 250N 22G G F G ++=+=+=动动。

绳的拉力1250N 125N 2F =⨯=。

因动滑轮省一半力，由图5甲可知，物体上升 5 m 时，右端'F 处移动的距离为25m=10m ⨯二；由由图5乙可知，F 处移动的距离为210m=20m ⨯。

滑轮组的机械效率470N 5m=0.9494%125N 20mW Gh W Fs η⨯====⨯有总。

【点拨】求提升类滑轮组的机械效率时，提升物体所做的功为有用功，W Gh =有;作用于绳末端的拉力F 所做的功为总功，绳末端即拉力F 作用点移动的距离可由滑轮组的动力与力移动距离的关系s nh =求得。

2.平拉类滑轮组用滑轮组水平拉动物体时，拉力所做的有用功等于克服摩擦力所做的功，克服绳与滑轮之间的摩擦、滑轮的轮与轴之间的摩擦所做的功为额外功，拉力所做的功为总功。

例6 如图6所示，利用轻质滑轮组拉动重为G 的物体A 在水平路面上匀速运动，拉力为F ，A 移动的距离为s ，路面对A 的摩擦力为f 。

此过程中滑轮组( )A.总功为FsB.额外功为fsC.机械效率为3G FD.额外功为3Fs fs -解析:物体在水平路面上做匀速直线运动，动滑轮对物体的拉力与地面对物体的摩擦力为一对平衡力，二力大小相等;用力F 拉滑轮的目的是为了水平拉动物体A ，此时要克服物体与路面之间的摩擦力使物体移动，故克服路面对物体的摩擦力所做的功是有用功W fs =有；由图可知，该滑轮组由3n =段绳子承担物体的摩擦力，A 移动的距离为s ，绳子末端移动的距离为ns ，作用在绳子末端的拉力F 所做的功为总功，33W Fns F s Fs ===g 总机械效率=33W fs fW Fs Fη==有总。

额外功3W W W Fs fs =-=-总额有。

答案:D 。

【点拨】使用滑轮组水平拉动物体时，克服摩擦力所做的功是有用功，而不是额外功。

例7 如图7所示，重为100 N 的物体在大小为12 N 的拉力F 作用下，在水平方向匀速移动了2m ，弹簧测力计的示数为5 N ，该滑轮的机械效率为 。

(忽略绳子和动滑轮的重力)解析:用拉力F 拉滑轮的目的是为了把物体向右拉，故克服地面对物体的摩擦力f 做的功为有用功，因知弹簧测力计的示数为5N ，即绳子对物体的拉力'5N F =，又因物体匀速运动，则'5N f F ==，故有用功 15N 2m 10J W fs ==⨯=有由图可知，拉力F 移动的距离21112m 1m 22s s ==⨯=。

利用滑轮做的总功212N 1m 12J W Fs ==⨯=总。

滑轮的机械效率10J=0.83383.3%12JW W η=≈=有总。

【点拨】本题中，拉力F 作用点移动的距离即动滑轮移动的距离为2s ，绳子自由端(即挂物体端)移动的距离为1s ，动滑轮有2段绳子承担地面对物体的摩擦力，故122s s =，2112s s =。

三、斜面的机械效率用斜面提升物体时，克服物体重力所做的功为有用功，克服摩擦力所做的功为额外功，动力(拉力或推力)所做的功为总功。

例8 往车上装重物时，常常用长木板搭个斜面，把重物沿斜面推上去。

如图8所示，工人用3m 长的斜面，把120 kg 的重物匀速提高1 m ，假设斜面很光滑，则需要施加的推力为 N ；若实际用力为500N ，斜面的机械效率为 ，重物受到的摩擦力为 N 。

(g 取10 N/kg)解析:人对重物所做的有用功120kg 10N/kg 1m 1200J W Gh mgh ===⨯⨯=有。

斜面很光滑，重物与斜面之间无摩擦力，则不考虑额外功，此时推力所做的功等于人所做的有用功，即1200J W Fl W ===推有，故推力1200J 400N 3mW F l ===推。

实际用力为500 N 时，人(推力)所做的总500N 3m 1500J W F l ==⨯=总实。

斜面的机械效率 1200J=0.880%1500JW W η===有总。

由=W W W W fl +=+总有额有可得，摩擦力1500J 1200J100N 3mW W f s--===总有。

【点拨】斜面光滑，W 额可忽略不计，=W W 总有；斜面粗糙，=W W W Gh fl +=+总有额， 斜面的机械效率=W Gh GhW Fl Gh flη==+有总。