物理九年级全册第十一章 简单机械和功5 机械效率课后复习题

2024年中考物理三轮冲刺过关（全国通用）回归教材重难点06  机械效率

机械效率是第十二章简单机械的最要内容，通过对机械效率的讲解，要求考生理解有用功、额外功、总功和机械效率的概念，掌握计算各种简单机械的机械效率的公式和方法；知道影响机械效率大小的因素是滑轮自重、摩擦阻力等。提升考生对机械效率理解能力和应用知识的计算能力。

本考点是中考五星高频考点，难度中等，在全国各地中考试卷中多次考查，主要考查形式为选择题、填空题和计算题。在计算题中，机械效率计算与其他计算相结合。

1.机械效率

（1）有用功跟总功的比值。机械效率计算公式：。

（2）任何机械，机械效率都不可能达到100%

（3）影响因素：摩擦、机械自重及物重等。

2.滑轮组的机械效率

（1）滑轮组（竖直方向提升物体）：（G为物重，h为物体提升高度，F为拉力，S为绳子自由端走的距离）。 

（2）滑轮组（水平方向拉动物体）：（f为摩擦力，l为物体移动距离，F为拉力，S为绳子自由端走的距离）。 

3.斜面的机械效率：(h为斜面高，S为斜面长，G为物重，F为沿斜面对物体的拉力)。

方法和技巧

（1）提升重物有用功即为克服重物重力做功W有用=G物h

（2）水平拉物体有用功为克服物体摩擦力做功W有用=f s

（3）总功为拉力做的功W总=F拉·S

（4）关于杠杆、滑轮组和斜面机械效率的计算方法

一、单选题

1．（2023·山东泰安·统考一模）某同学探究“影响滑轮组的机械效率的因素”，他用质量相同的滑轮做了如图所示的实验，并测算了各次实验的机械效率（如图），下列相关说法中正确的是（　　）

①实验时，弹簧测力计应在竖直匀速拉动时读数

②根据甲、乙两次实验可知：滑轮组的机械效率与绳子的绕法有关

③根据乙、丙两次实验可知：同一滑轮组，提升的物体越重，机械效率越高

④实验时，换用不同装置进行多次实验，目的是为了减小误差

A．只有①② B．只有②④ C．只有①③ D．只有③④

【答案】C

【详解】①在实验中，测绳端拉力F时，应竖直向上匀速拉动弹簧测力计且在拉动过程中读数，故①正确；

②甲、乙两次实验中绳子绕法不同，提升物重相同，机械效率都是70%，因此，说明滑轮组的机械效率与绳子的绕法无关，故②错误；

③乙、丙两次实验可知用的是同一滑轮组，丙中提升的物重大，②的机械效率小于③，说明同一滑轮组提起物重越大，机械效率越高，故③正确；

④为避免实验的偶然性，应换用不同的装置进行多次实验归纳得出普遍规律，故④错误。

故选C。

2．（2023·北京朝阳·统考一模）如图所示，用动滑轮把重90N的沙子从一楼地面运上二楼地面，每层楼高3m，动滑轮重10N。第一次用桶装沙子，桶重20N，第二次用布袋装沙子，布袋重5N，两次用时均为10s。下列说法错误的是（　　）

A．第一次人对绳子的拉力为60N B．第二次动滑轮做的有用功为285J

C．第二次人拉绳子的功率为31.5W D．第一次动滑轮的机械效率为75%

【答案】B

【详解】A．由可知，第一次人对绳子的拉力为

故A正确，不符合题意

B．由可知，第二次动滑轮做的有用功为

故B错误，符合题意；

C．第二次做的额外功为

第二次做的总功为

由可知，第二次人拉绳子的功率为

故C正确，不符合题意；

D．第一次动滑轮做的有用功为

第一次做的额外功为

第一次做的总功为

第一次动滑轮的机械效率为

故D正确，不符合题意。

故选B。

3．（2023·重庆大足·统考模拟预测）用如图甲所示的装置来探究滑轮组的机械效率与的关系，改变，竖直向上匀速拉动弹簧测力计，计算并绘出与的关系如图乙所示，若不计绳重和摩擦，则下列说法正确的是（　　）

A．此滑轮组动滑轮的重力为5N

B．当时，滑轮组机械效率为

C．当时，弹簧测力计的示数是7N

D．随的增大而增大，最终将达到100%

【答案】C

【详解】A．不计绳重和摩擦，当G=12N时，η=80%，滑轮组机械效率为

即

G动=3N

故A错误；

B．不计绳重和摩擦，当G物=4N时，此时滑轮组的机械效率

故B错误；

C．不计绳重和摩擦，由图可知，滑轮组的动滑轮绕3段绳，当时，弹簧测力计的示数

故C正确；

D．由图像可知，同一滑轮组η随G物的增大而增大，由题意可知，不计绳重和摩擦，使用滑轮组时，克服物重的同时，不可避免地要克服动滑轮重做额外功，所以总功一定大于有用功，机械效率一定小于1，不能达到100%，故D错误。

故选C。

4．（2023·陕西咸阳·统考一模）我国南方地区经常因多轮强降雨造成多地发生较重的洪涝灾害。抗洪抢险小分队成员在一次行动中需要帮老百姓把一个质量为240kg的重物搬到2m高的车上，他们用5m的长木板搭了一个斜面（如图所示），用1200N的力花了5min将重物匀速推到车上，关于此简易斜面装置，下列说法中正确的是（　　）

A．他们对重物做了6000J的功

B．他们做功的功率为16W

C．此次简易斜面装置的机械效率为50%

D．斜面是一种省功机械

【答案】A

【详解】A．他们对重物做的功（即推力做的总功）

故A正确；

B．做功的功率为

故B错误；

C．重物的重力

对重物做的有用功

斜面装置的机械效率

故C错误；

D．根据功的原理可知，使用任何机械都不省功，故D错误。

故选A。

二、填空题

5．（2023·甘肃兰州·统考一模）如图所示的滑轮组在拉力F的作用下，物体A以0.1m/s的速度匀速直线运动了5s。物体A受到的摩擦力为4.2N，弹簧测力计示数为2N，不计绳、弹簧测力计和滑轮重，则绳子自由端移动的距离为 __________m，拉大力F的功率为 __________W，滑轮组的机械效率为 __________。

【答案】1.5；0.6；70%

【详解】[1]从图中可知n＝3，绳子自由端的速度

v＝nv物＝3×0.1m/s＝0.3m/s

绳子自由端移动的距离

s＝vt＝0.3m/s×5s＝1.5m

[2]不计绳、弹簧测力计和滑轮重，弹簧测力计示数为2N，则拉力为2N，根据

可知拉力F的功率

P＝Fv＝2N×0.3m/s＝0.6W

[3]滑轮组的机械效率

6．（2023·江苏南京·校联考模拟预测）如图-1所示，将一个长为1m、质量为50kg的长方体箱子沿着长为s=3m的斜面推到高为h=1.8m的车厢中的A处，推动箱子的s-t图像如图-2所示，所用推力如图-3所示，则整个过程中箱子的平均速度为____________m/s；物体在斜面上运动时所受摩擦力为____________N；在斜面上推动箱子的机械效率为____________；在车厢里推动箱子时，推力的功率为____________W。

【答案】 0.3 ；106；73.5； 60

【详解】[1]由图-2可知，整个过程中箱子移动的距离为6m，所用时间为20s，则整个过程中箱子的平均速度为

[2]箱子在斜面上运动时，推动箱子做的有用功为

由图-3可知，箱子在斜面上运动时，所用推力为400N，推动箱子做的总功为

则箱子在斜面上运动时，推动箱子运动做的额外功为

根据可得，物体在斜面上运动时所受摩擦力为

[3]在斜面上推动箱子的机械效率为

[4]由图-3可知，在车厢里推动箱子时，所用推力为F′=100N，所用的时间为

由图-2可知，在车厢里推动箱子时，箱子移动的距离为

则推力的功率为

7．（2023·黑龙江绥化·校考一模）如图所示的固定斜面，长 8m，倾角为 30°，木箱质量为 15kg，某同学用100N 的推力 F 沿斜面向上推木箱，他用 10s 的时间将木箱沿斜面匀速从底端运动到顶端，则克服木箱重力所做功的大小为______J，斜面的机械效率为______%，斜面上的摩擦力大小为______N。

【答案】600；75；25

【详解】[1]在直角三角形中，30°角所对直角边等于斜边的一半，则斜面高

木箱克服重力所做功，即有用功

[2]推力做的总功

斜面的机械效率

[3]斜面对木箱的支持力方向垂直斜面向上，木箱沿斜面移动方向与支持力方向垂直，所以斜面的支持力做功为0J；克服摩擦力做的额外功

摩擦力为

8．（2023·陕西西安·校考模拟预测）如图，小明分别用甲、乙两滑轮把同一桶沙从一楼地面提到二楼地面，图甲中的滑轮为___________，用乙图中的滑轮可以___________，用甲滑轮所做的有用功为W1，机械效率η1；用乙滑轮所做的有用功为W2，机械效率为η2，若不计绳重与摩擦，则W1___________W2，η1___________η2（均填“大于”“小于”或“等于”）。

【答案】 定滑轮；省力；等于；大于

【详解】[1][2]由图可知甲是定滑轮，定滑轮的特点是可以改变力的方向；乙是动滑轮，动滑轮的特点是可以省力。

[3][4]因为小明分别用甲、乙两滑轮把同一桶沙从一楼地面提到二楼地面，所以两种情况的有用功相同；当有用功一定时，甲中所做的总功为对一桶沙所做的功，利用机械时做的额外功越少，则总功就越少，机械效率就越高；又因为乙是动滑轮，乙中所做的总功还要加上对动滑轮所做的功，利用乙滑轮做的额外功多，则总功越多，机械效率越低。即W1等于W2，η1大于η2。

三、计算题

9．（2022·四川资阳·统考中考真题）我国第十四个五年规划和2035年远景目标纲要明确提出，要推进以县城为重要载体的城镇化建设，加快推进公共服务、环境卫生、市政公用、产业配套等设施提级扩能，增强综合承载能力和治理能力。随着近期疫情防控形势的好转，各类基础设施建设正如火如荼的展开。如图所示，一建筑工人欲通过滑轮组向高的三楼阳台上运送建筑材料，已知滑轮组的定滑轮固定在三楼阳台上面的天花板外缘。若工人用的力拉绳子，将重为的建材在内匀速竖直的由地面提升到三楼阳台上，不计建材和滑轮组长度，忽略绳的重量及绳与滑轮间、滑轮与轮轴间的摩擦，g取，求：

（1）工人拉力F的功率P；

（2）滑轮组装置的机械效率η（结果保留2位小数）；

（3）滑轮组中动滑轮的质量m。

【答案】（1）216W；（2）97.22%；（3）4kg

【详解】解：（1）由图可知

绳子自由端移动的距离

拉力做的总功

工人拉力的功率为

（2）有用功为

滑轮组的机械效率

（3）不计绳重和摩擦

则动滑轮的重力

由知动滑轮的质量为

答：（1）工人拉力的功率为216W；

（2）滑轮组装置的机械效率为；

（3）滑轮组中动滑轮的质量为。

10．（2022·江苏常州·统考中考真题）2022年4月，一头质量为180kg的海豚在昌江棋子湾受伤搁浅，被救援人员送至科研基地治疗。救援过程中，利用如图所示的滑轮组，在40s时间内，救援人员用500N的拉力拉动绳端，把轻质布兜内的海豚沿竖直方向匀速提升2m。g取10N/kg，问，此过程中：

（1）滑轮组对海豚做的有用功有多大？

（2）拉力做功的功率有多大？

（3）滑轮组的机械效率有多大？

【答案】（1）3.6×103J；（2）100W；（3）90%

【详解】解：（1）质量为180kg的海豚，被匀速提升2m，所以滑轮组对海豚做的有用功

（2）由滑轮组可知，动滑轮上绳子根数n=4，绳子拉的距离

s=4×2m=8m

拉力做功

拉力做功的功率

（3）滑轮组的机械效率

答：（1）滑轮组对海豚做的有用功为3.6×103J；

（2）拉力做功的功率为100W；

（3）滑轮组的机械效率为90%。

11．（2022·贵州黔东南·统考中考真题）如图所示，是某工作队用滑轮组从水中打捞正方体物体M的情景。物体M的棱长为1m，密度为2.8×103kg/m3，用7500N的拉力F将物体M以0.5m/s的速度匀速提升2m。忽略绳重、绳与滑轮的摩擦和滑轮与轴的摩擦。（ρ水=1.0×103kg/m3，g取10N/kg）求：

（1）物体M上升后，还未露出水面时受到的浮力；

（2）物体M上表面在水面下0.2m时，它的下表面受到水的压力；

（3）物体M上升后，在未露出水面前，此滑轮组的机械效率。

【答案】（1）；（2）；（3）80%

【详解】解：（1）物体还未露出水面时，排开液体体积

还未露出水面时受到的浮力

（2）物体M上表面在水面下0.2m时，它的下表面处水的深度

它的下表面受到水的压强

它的下表面受到水的压力

（3）物体M的重力

此滑轮组的机械效率

答：（1）还未露出水面时受到的浮力为；

（2）它的下表面受到水的压力为；

（3）此滑轮组的机械效率为80%。

12．（2021·山东枣庄·统考中考真题）如图所示，工人师傅用150N的拉力，使重为1000N的物体以0.2m/s的速度在地面上沿水平方向做匀速直线运动，已知物体在运动时受到地面的摩擦力为物重的0.2倍。不计绳重及绳与滑轮、滑轮与轴之间的摩擦。求：

（1）工人师傅拉力的功率；

（2）动滑轮的重；

（3）若物重增大到2000N，则滑轮组的机械效率是多少？

【答案】（1）60W；（2）100N；（3）80％

【详解】解：（1）该滑轮组动滑轮上有两段绳子承载，整个过程克服摩擦力做功。绳端移动的速度

拉力做功的功率

（2）根据F=，动滑轮重力为

G动=nF-f=nF-0.2G=2×150N-0.2×1000N=100N

（3）若物重增大到2000N，则此时物体与地面之间的摩擦力

绳端拉力

滑轮组的机械效率

答：（1）工人师傅拉力的功率为60W；

（2）动滑轮重力为100N；

（3）滑轮组的机械效率为80％。

13．（2020·贵州毕节·统考中考真题）质量为60kg的工人用如图甲所示的滑轮组运送货物上楼，滑轮组的机械效率随货物重力变化的图象如图乙，机械中摩擦力及绳重忽略不计，（g＝10N/kg）。问：

(1)若工人在1min内将货物匀速向上提高了6m，作用在钢绳上的拉力为400N，拉力的功率是多大；

(2)动滑轮受到的重力；

(3)该工人竖直向下拉绳子自由端运送货物时，若要工人不被拉离地面，此滑轮组机械效率最大值是多少？

【答案】(1) 120W；(2) 200N；(3) 88.9%

【详解】(1)由图可知，n=3，则绳端移动的距离

拉力做的功

拉力的功率

(2)由图乙可知，物重G=300N时，滑轮组的机械效率η=60%，因机械中摩擦力及绳重忽略不计，克服物重做的功为有用功，克服动滑轮重力和物重做的功为总功，所以，滑轮组的机械效率

所以

(3)已知工人的质量为60kg，则该工人竖直向下拉绳子自由端运送货物时，绳子的最大拉力

由可得，提升的最大物重

则滑轮组的最大机械效率

答：(1)拉力的功率是120W；

(2)动滑轮受到的重力为200N；

(3)滑轮组机械效率最大值是88.9%。