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例1.（2010?哈爾濱）建筑工地上，工人們需要將一堆建材運到10m高處.姜榮同學(xué)設(shè)計安裝了如圖所示的裝置.裝置中每個滑輪重l00N.工人利用該裝置每次提升一塊重900N的建材，該工人拉繩子的速度是0.8m/s，在施工過程中：
（1）該工人提升建材時的有用功率是多少？
（2）該裝置的機(jī)械效率是多少？（不計繩重和摩擦）
（3）孫萍同學(xué)想用電動機(jī)做動力替代人工作，將該裝置改造成簡易的起重機(jī)（吊起物體的速度限定在0.4m/s）.她到倉庫找到了兩臺電動機(jī)，銘牌上的部分?jǐn)?shù)據(jù)如上表所示，她要選用其中的一臺.請你幫助選擇，就你所選的電動機(jī)，說明如何使用該裝置才能做到合理配置.
考點：功率的計算；速度的計算；功的計算；滑輪（組）機(jī)械效率的計算.
分析：（1）知道一塊建材重和提升的高度，利用功的公式求有用功；再利用速度公式求做功時間，利用功率的公式求工人提升建材時的有用功率.
（2）知道拉力大小，求出拉力移動的距離，求出總功，再利用機(jī)械效率的公式求該裝置的機(jī)械效率；
（3）知道工人提升一塊建材時的有用功率，根據(jù)表格中提供的信息，判斷使用不同功率的電動機(jī)一次提升多少塊建材最合適.
解答：（1）提升建材時所做的有用功：
9000J/10000J×100%=90%.
（3）一次提升1塊建材有用功功率為360W，一次提升8塊建材，做功功率為2.88kW，選擇3kW的電動機(jī)，效率最高；一次提升2塊建材，做功功率為0.72kW，選擇0.8kW的電動機(jī)，效率最高.
答案：（1）該工人提升建材時的有用功率是360W；
（2）該裝置的機(jī)械效率是90%；
（3）選擇3kW的電動機(jī)，一次提升8塊建材，效率最高；選擇0.8kW的電動機(jī)，一次提升2塊建材，效率最高.
點評：本題考查了速度的計算、功的計算、功率的計算、機(jī)械效率的計算，涉及到尋找合理的配置方法，知識點多，屬于難題.
例2.（2011?哈爾濱）如圖所示，小聰用桶、小明用口袋，各裝重120N的砂子從一樓運上三樓.小聰做的有用功為___J，小聰與小明所用機(jī)械的效率之比為_________.（不計繩重及摩擦）
考點：功的計算；有用功和額外功；滑輪（組）的機(jī)械效率.
分析：（1）根據(jù)圖示求出提升沙子的高度h，知道沙子重，利用W=Gh求小聰和小明做的有用功；
（2）不計繩重及摩擦，提升桶和動滑輪做的功為額外功，利用W=（G輪+G桶）h、W=（G輪+G袋）h計算小聰和小明做的額外功；而總功等于有用功加上額外功，求出總功，利用效率公式求滑輪組的機(jī)械效率，再求比值.
解答：（1）如圖，提升高度h=2×3m=6m，小聰和小明做的有用功：W有用=G沙h=120N×6m=720J；
（2）不計繩重及摩擦，小聰做的額外功：W額1=（G桶+G輪）h=（20N+10N）×6m=180J；小明做的額外功：W額2=（G輪+G袋）h=（5N+10N）×6m=90J；小聰做的總功：W總1=W額1+W有用=180J+720J=900J，小明做的總功：W總2=W額2+W有用=90J+720J=810J，小聰和小明的機(jī)械效率之比為：
點評：本題考查了學(xué)生對有用功、額外功、總功、機(jī)械效率的了解與掌握，本題關(guān)鍵：一是能從圖中得出相關(guān)信息，特別是到三樓上升的高度是兩層樓高；二是不計繩重及摩擦，額外功的求法W=（G輪+G桶）h或W=（G輪+G袋）h.
例3.（2012?哈爾濱）同學(xué)們共同研究滑輪的特點：
（1）他們研究定滑輪特點時，做的實驗如甲圖所示，據(jù)此可證明：使用定滑輪________________.
（2）他們研究動滑輪特點時，用動滑輪勻速豎直提升重物，如乙圖所示.據(jù)此可知，使用動滑輪__________________________________.
（3）他們組裝了滑輪組，發(fā)現(xiàn)使用滑輪組提升重物時能省力，于是他們想：利用滑輪組提升重物能否省功呢？為此，他們進(jìn)行的實驗如丙圖所示.請根據(jù)丙圖信息.寫出分析數(shù)據(jù)的具體過程，并回答他們的問題.
考點：定滑輪及其工作特點；動滑輪及其工作特點；滑輪組及其工作特點.
分析：（1）觀察甲圖三次彈簧測力計示數(shù)與物重，可得出拉力與物重相等，但改變了用力的方向，給做功帶來了方便；
（2）觀察乙圖彈簧測力計示數(shù)與物重，可得出拉力小于物重，即使用動滑輪時省力；
（3）已知物重G、拉力F、物體升高的距離h，繩子移動的距離S，繩子段數(shù)n，根據(jù)有用功公式和總功公式可求出所做的功進(jìn)行比較.
解答：（1）從甲圖中可看出，三種拉力情況，每次拉力的方向都不相同.在實驗過程中不斷改變拉力的方向，觀察測力計的示數(shù)都為1N，等于物重，可得出結(jié)論：定滑輪可以改變力的方向，但不省力.
（2）在圖乙中，拉力F=0.6N
（3）提升物體所做的有用功W有用=Gh=2N×0.1m=0.2J，使用滑輪組時所用拉力F=0.8N，彈簧測力計移動距離S=30cm=0.3m，所做的總功W總=FS= 0.8N×0.3m=0.24J.經(jīng)比較W有用
故答案為：（1）能改變動力方向，但不能省力；（2）能省力，但不能改變力的方向；
（3）提升物體所做的有用功W有用=Gh=2N×0.1m=0.2J，使用滑輪組時所用拉力F=0.8N，彈簧測力計移動距離S=30cm=0.3m，所做的總功W總=FS= 0.8N×0.3m=0.24J.經(jīng)比較W有用
通過測定滑輪組機(jī)械效率的實驗探究,小明發(fā)現(xiàn)不同滑輪組的機(jī)械效率不同,同一滑輪組在不同情況下的機(jī)械效率也不盡相同,那到底是哪些因素影響了滑輪組的機(jī)械效率呢?
二、提出猜想
通過觀察發(fā)現(xiàn),建筑工地上使用的大型吊車的吊鉤很大,簡易吊車的吊鉤做得較小,而實驗室中使用的滑輪卻是尼龍的,很輕,并且同樣是尼龍的滑輪繞3股繩子和繞5股繩子的機(jī)械效率也不同,于是小明提出了以下幾種猜想:
猜想1:繩子的股數(shù)影響滑輪組的機(jī)械效率。
猜想2:滑輪在自重影響滑輪組的機(jī)械效率。
猜想3:所掛重物的多少不會影響某一個滑輪組的機(jī)械效率。
三、設(shè)計方案,進(jìn)行實驗
小明向?qū)嶒炇覐埨蠋熃鑱砹算^碼一盒子、細(xì)線、5個塑料骨架的尼龍滑輪、1個鋼鐵骨架的尼龍滑輪(自重比塑料骨架重)、可以準(zhǔn)確測量各個方向作用力的指針式測力計(如圖1所示)、鐵架臺和刻度尺等。
1.小明設(shè)計了如圖2所示的兩個滑輪組,兩個滑輪組的滑輪完全相同,提升的鉤碼也相同,這是為了驗證猜想_________。設(shè)計時,使用相同的滑輪、相同的鉤碼的原因是什么?
2.通過實驗小明得出了表1數(shù)據(jù),請你把空白處填寫完整。
3.為了探究其他猜想,他設(shè)計了圖3所示的兩個滑輪組,其中乙圖中的動滑輪為鐵制骨架,通過實驗得出了表2中的數(shù)據(jù),請你把空白處填寫完整。
四、總結(jié)結(jié)論
4.通過表1第1次或第2次實驗的數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)相同的滑輪繞不同的繩子股數(shù),提升同一物體時,機(jī)械效率__________。比較觀察1、2兩次實驗的數(shù)據(jù),還可以得出滑輪組的機(jī)械效率與___________無關(guān)。
5.比較第3次或者第4次實驗的數(shù)據(jù),滑輪組的機(jī)械效率與_________有關(guān)。對比第3次丙和第4次丙的機(jī)械效率得出,同一滑輪組的機(jī)械效率還與___________有關(guān)。
五、交流與評估
6.通過實驗發(fā)現(xiàn)猜想____________是正確的,猜想_______是錯誤的。課本上繞3股繩子和繞5股繩子的機(jī)械效率不同的根本原因是__________影響了機(jī)械效率。
解析:甲乙兩圖中的不同是繩子的繞法,其他因素相同,說明僅僅研究機(jī)械效率與繩子繞法的關(guān)系,這里采用了控制變量法。根據(jù)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)效率相同,說明與繞法無關(guān)。表1中提升的高度不同,機(jī)械效率相同,說明與高度無關(guān)。
采用相同方法計算表2中的機(jī)械效率分別為88.9%、66.7%、93.3%、77.8%;這四個機(jī)械效率不同,說明機(jī)械效率與滑輪自重和所掛物體的重力有關(guān)。
答案:
1.猜想1,控制其他可能影響的量
2.0.3 0.2 0.6 0.4 88.9% 88.9% 88.9% 88.9%
3.88.9% 66.7% 93.3% 77.8%
4.相同 提升高度
5.動滑輪自重 所提重物的重力
6.1和2 3 動滑輪的自重
【關(guān)鍵詞】初中物理；機(jī)械效率；常用方法；影響因素
課標(biāo)中要求：理解機(jī)械效率，了解提高機(jī)械效率的途徑和意義。初中階段我們主要學(xué)習(xí)有關(guān)滑輪組的機(jī)械效率，初學(xué)時，往往對其概念陌生難懂，思維不通、前后矛盾，還常與功率相混淆。
一、基本概念和計算公式
1.機(jī)械效率的基本概念
機(jī)械效率（mechanical efficiency）是反映機(jī)械性能優(yōu)劣的重要標(biāo)志之一。物理學(xué)中，有用功跟總功的比值叫機(jī)械效率，用機(jī)械效率來表示機(jī)械對總功的利用率，有用功占總功的比值越大（或者說所做的有用功與總功越接近），機(jī)械對總功的利用率就越高，機(jī)械的性能就越好。由于任何機(jī)械本身都受到重力的作用，相對運動的零部件間又存在摩擦，所以使用任何機(jī)械除了做有用功外，都不可避免地要做額外功（即W額外>0），使得總功總大于有用功（W總>W有用），機(jī)械的效率總小于1。機(jī)械效率是一個比值，通常用百分?jǐn)?shù)表示，且它沒有單位。
機(jī)械效率是建立在有用功和總功的基礎(chǔ)上的。有用功是我們需要的，有價值的功，一般情況下，計算公式為W有用=G?h；若在水平方向移動物體時，則計算公式為W有用=f?S（即克服被移動物體受到的摩擦力所做的功）。額外功是并非我們需要的，但又不得不做的功，額外功具體就是指機(jī)械運作過程中，克服機(jī)械自身的重力、摩擦力等所做的功，對滑輪組來說，額外功是指滑輪組克服滑輪與其轉(zhuǎn)軸之間的摩擦力做功、提升重物過程中克服動滑輪以及其它輔助用品（如繩子、裝物品的容器等）的重力做功等。總功是有用功和額外功的總和，人們利用機(jī)械做功時，作用在機(jī)械上的動力對機(jī)械做的功就是總功，即W總=Fs。在解決實際的問題中，如何判斷有用功、額外功和總功是關(guān)鍵，進(jìn)而解決有關(guān)機(jī)械效率的問題。
2.使用滑輪組提升重物時，計算機(jī)械效率的公式通常有三種
第一種：在理想化的情況下，即不計繩子的重力、動滑輪的重力和滑輪與其轉(zhuǎn)軸之間的摩擦力，機(jī)械效率為100%，即η=1；
第二種：在較理想情況下，即不計繩子的重力和滑輪與其轉(zhuǎn)軸之間的摩擦力，但考慮動滑輪的重力，此時，機(jī)械效率小于100%，計算公式為：
第三種：在實際真實情況下，既考慮繩子的重力和滑輪與其轉(zhuǎn)軸之間的摩擦力，又考慮動滑輪的重力，此時，機(jī)械效率也小于100%，計算公式為：
二、影響因素和提高方法
由機(jī)械效率的概念和計算公式可知，機(jī)械效率由有用功和總功兩個因素共同決定，比較機(jī)械效率高低時不能只考慮其中一個因素，不能理解成“有用功多，機(jī)械效率就高”；或“總功多，機(jī)械效率就高（或低）”。應(yīng)理解為：當(dāng)總功一定時，機(jī)械所做的有用功越多或額外功越少，機(jī)械效率就越高；當(dāng)有用功一定時，機(jī)械所做的總功越少或額外功越少，機(jī)械效率就越高；當(dāng)額外功一定時，機(jī)械所做的總功越多或有用功越多，有用功在總功中所占的比例就越大，機(jī)械效率就越高。此外，還值得我們注意的是：一、機(jī)械效率與功率無關(guān)。雖然它們都是反映機(jī)械性能的物理量，但兩者是完全不同的概念。功率是表示物體做功快慢的物理量，它是由做功的多少和所需時間的長短兩個因素決定的。它們分別表示機(jī)械的不同性能，沒有必然的聯(lián)系；二、機(jī)械效率與機(jī)械是否省力無關(guān)。機(jī)械是否省力，是指動力和阻力相比較而言，當(dāng)動力比阻力小就省力，它與機(jī)械效率之間也沒有必然的聯(lián)系。
對滑輪組來說，影響因素主要有四個：物體的重力（G物）、動滑輪的重力（G動，包括動滑輪的個數(shù)）、繩重和摩擦，其中物體的重力直接影響有用功，其余的直接影響額外功。若不計繩重和摩擦，則滑輪組機(jī)械效率的主要影響因素是物體的重力（G物）和動滑輪的重力（G動，包括動滑輪的個數(shù)），當(dāng)動滑輪重一定時，被拉物體越重，機(jī)械效率越大；當(dāng)被拉物重一定時，所用動滑輪越重（或動滑輪的個數(shù)越多），機(jī)械效率越小。所以，在分析機(jī)械效率的高低時，不能只看一個因素。
此外，滑輪組的機(jī)械效率與物體上升高度（h）和拉力移動的距離（s）無關(guān)（因為s=nh，最終s和h會被削掉）、與重物提升的速度和拉力移動的速度無關(guān)、與細(xì)繩的繞線方法無關(guān)。
由此可見，提高機(jī)械效率的常用方法是：增大有用功或減少額外功。對滑輪組來說，提高機(jī)械效率的方法有：增加物重、減少動滑輪的重力（如使用輕質(zhì)滑輪、減少動滑輪的個數(shù)等）、減小機(jī)械自身零部件的摩擦（如給滑輪添加油等）、以及減小其它輔助用品的重力（如用質(zhì)量小的繩子、容器等），在不計繩重和摩擦?xí)r，可增加物重、減少動滑輪的重力。
總之，為提高機(jī)械效率，我們在使用機(jī)械時，總希望有用功在總功中所占比例越大越好，或者說額外功在總功中所占的比例越小越好。因此還要注意在實際應(yīng)用時選擇好適合的機(jī)械，千萬不要出現(xiàn)“用直升機(jī)吊木料到二樓家中”的現(xiàn)象。
三、典例分析和鏈接中考
例：用一個滑輪組提升重物，下列措施中能提高機(jī)械效率的是（ ）
A.改變繞線方法 B.增加提升的物重
C.增大重物的提升高度 D.增加重物的提升速度
分析：對滑輪組來說，若要提高機(jī)械效率，就要增加有用功，也就是要增加提升的物重，或減少額外功，也就是減少繩重、機(jī)械自重等額外的功。而與繞線方法、提升重物的高度和速度都無關(guān)，故選B。
一、給學(xué)生理清拉力F與物重G物、繩自由段移動距離s與物體上升距離h之間的關(guān)系
學(xué)生對這兩種關(guān)系的理解直接影響學(xué)生對“三功”的準(zhǔn)確計算。
1.F與物重G物的關(guān)系：F=（G物+G動）/n；條件：豎直方向上不計繩重和摩擦
很多學(xué)生只記公式而忽視此關(guān)系式成立的條件，如果不符合以上條件可能就有兩種情況：
a.豎直方向上考慮了繩重和摩擦，則F>（G物+G動）/n；
b.如果是水平方向上拉動，拉力與重力就沒直接關(guān)系了。
2.繩自由段移動距離s與物體上升距離h之間的關(guān)系：s=nh，此等式成立是沒有條件的，即無論有無摩擦都成立。
由此延伸出的公式：v繩=nv物，此等式成立是沒有條件的，即無論有無摩擦都成立。
二、“三功”概念的教學(xué)要準(zhǔn)確到位，能掌握基本的求功方法
1.有用功（W有）
從做功角度看，如果某力所做的，功達(dá)到我們使用機(jī)械的目的，則此功就為有用功；從能量角度看，是系統(tǒng)對外界輸出有價值的能量。
幾種常見的情形：
a.豎直方向上提升重物：W有=Gh
b.水平方向上拉動物體：W有=fh
c.W有=W總-W額
d.W有=W總?η
很多學(xué)生在遇到水平方向上拉動物體時也死記公式W有=Gh，所以有用功不一定就是Gh。
2.額外功（W額）
從做功角度看，如果某力所做的功完全達(dá)不到我們使用機(jī)械的目的，而此功又不得不做，則此功就為額外功；額外功和有用功同時產(chǎn)生的；從能量角度看，是系統(tǒng)對外界輸出無價值的能量。
額外功產(chǎn)生的原因：
a.豎直方向上提升重物：克服動滑輪自重、繩重、繩與滑輪之間的摩擦所做的功。
b.水平方向上拉動物體：克服繩與滑輪之間的摩擦。
幾種常見的情形：
a.W額=G動（不計繩重和摩擦）；
b.W額=W總-W有（有時候摩擦力未知的情況，多采用此方法）；
c.W有=W總?（1-η）
3.總功（W額）
總功就是有用功與額外功之和。
幾種常見的方法：
a.W總=W有+W額；
b.W總=Fs。
三、明晰影響滑輪組機(jī)械效率的因素
1.在豎直方向上提升重物
η=W有/W總=Gh/FS=Gh/Fnh=Gh/nF
a.如果存在摩擦力，則減小摩擦、減小動滑輪自重都可以提高機(jī)械效率；
b.若不計摩擦，則公式可以變?yōu)棣?W有/W總=Gh/Fs=Gh/（Gh+G動h）=G/（G+G動），則可以增加物重或減小動滑輪自重可以提高機(jī)械效率。
2.在水平方向上拉動物體
在水平方向上拉動物體時，有用功是克服物體與地面之間的摩擦力所做的功；額外功是克服繩與滑輪之間摩擦所做的功，與動滑輪自重、物重沒多大關(guān)系，所以減小繩與滑輪之間摩擦可以提高滑輪組的機(jī)械效率。
計算公式：η=W有/W總=fh/Fs=fh/Fnh=f/nF
綜上所述，提高滑輪組的機(jī)械效率的方法有：
（1）減小額外功可以提高機(jī)械效率。減小額外功可以減小動滑輪自重、減輕繩重、減小繩與滑輪之間的摩擦。
（2）在額外功不變的情況下，增大有用功。增大有用功可以增加物重、增大物塊與地面之間摩擦所做的功。
三、實驗的一個注意點，教師需理解清楚
在“測定滑輪組機(jī)械效率”的實驗中，只要同一物體被提升的高度h相同，那么有用功就都為Gh，勻速拉動彈簧測力計和加速拉動彈簧測力計的區(qū)別在于彈簧測力計做的總功不同，那么勻速拉動和加速拉動的機(jī)械效率就不同，為什么非要測定在勻速拉動彈簧測力計下滑輪組的機(jī)械效率呢？這個一直困擾著學(xué)生也困擾著老師。
1.問題的分析
我們先從人們設(shè)定機(jī)械效率這個概念的目的談起，機(jī)械效率是描述機(jī)械使用性能的一個物理量，即使用時有用（達(dá)到目的需要）的功占使用機(jī)械總共做功的百分比。在有用功一定的情況下，機(jī)械的機(jī)械效率越大，機(jī)械使用時需做的額外功越少。任何人在使用機(jī)械時都希望使用機(jī)械效率大的機(jī)械，這也是人們選購機(jī)械的一個重要參考量。所以我們肯定要測出這個機(jī)械的最大的機(jī)械效率。在測定時，若做加速運動，根據(jù)公式W總=Fs，拉力需做總功必然變大，而在提升相同高度的情況下，有用功不變，機(jī)械效率會變小，所以說勻速拉動測得的機(jī)械效率最大。我想，另外一個重要原因就是從操作層面上來說的，當(dāng)勻速拉動時比加速拉動時彈簧測力計的示數(shù)會更加穩(wěn)定，易于讀數(shù)。
2.實驗的建議
在“測定滑輪組機(jī)械效率”時對于彈簧測力計使用應(yīng)遵循“勻速、豎直、緩慢”的原則。
綜上所述，我們在教學(xué)中應(yīng)該更重視概念的生成，關(guān)注公式的適用條件，注重實驗的教學(xué)，讓學(xué)生在實驗中提升動手能力，在思考中提升分析的能力，無論以后遇到什么樣題型能以不變應(yīng)萬變。希望筆者的這一點點見解可以對同行的教學(xué)有一點幫助。
參考文獻(xiàn)：
關(guān)鍵詞： 初中物理教學(xué) 中考探究題 簡單機(jī)械 機(jī)械效率
在初中物理教學(xué)中，簡單機(jī)械是力學(xué)的一個重點知識，除了研究它是否省力以外，還可研究不同的力所做的功，即簡單機(jī)械的機(jī)械效率。無論什么版本的物理教材都把測簡單機(jī)械的機(jī)械效率作為學(xué)生必做的實驗，有關(guān)簡單機(jī)械機(jī)械效率的探究題也經(jīng)常出現(xiàn)在各地中考的物理試卷中，由于此類題目綜合性較強(qiáng)，學(xué)生如果知識掌握不清，往往易造成丟分，現(xiàn)選精彩的三道題目，供大家欣賞評價，希望對同學(xué)們解決此類問題有所幫助。
1.探究斜面的機(jī)械效率
例1：下圖是某小組同學(xué)測量斜面機(jī)械效率的實驗裝置。實驗時，用木塊將帶有刻度的平木板墊起，構(gòu)成一個斜面。
（1）用彈簧測力計拉著小車從底端位置A沿斜面勻速運動到位置B。彈簧測力計的示數(shù)為1.1N，此時斜面的機(jī)械效率為？搖 ？搖。
（2）若將木塊向右移，使木塊左端與長木板90cm處對齊，重復(fù)（1）中的實驗，彈簧測力計的示數(shù)為0.8N，此時斜面的機(jī)械效率為？搖 ？搖。比較（1）、（2）可知，斜面的機(jī)械效率與斜面的？搖 ？搖有關(guān)。
（3）若將小車四輪朝上倒置，重復(fù)（2）中的實驗，則彈簧測力計示數(shù)變？搖 ？搖，機(jī)械效率變？搖 ？搖。比較（2）、（3）可知，斜面的機(jī)械效率與接觸面的？搖 ？搖有關(guān)。
分析：考查知識：物體在斜面上勻速運動時受4個力，如下圖，期中克服重力做的功是有用功W■=Gh；拉力做的功是總功W■=FS；克服摩擦力做的功是額外功W■=fs；支持力N不做功。由W■=W■+W■有FS=Gh+fs；把重力分解，再利用數(shù)學(xué)公式，可推導(dǎo)出斜面效率：
η=■=■=■=■
可見：斜面的機(jī)械效率只和斜面的粗糙程度μ、傾斜程度α有關(guān)；斜面越粗糙，需克服摩擦力做的額外功越多，機(jī)械效率越??；斜面越陡峭，ctanα越小，機(jī)械效率越大。和物重G、物體在斜面上運動的距離s無關(guān)。
既然斜面的效率和物體在斜面上運動的距離無關(guān)，那么在第一問中物體從A運動到B和運動60cm的效率相同，可見無必要對AB的長度讀數(shù)。
解：（1）可認(rèn)為s=60cm；h=30cm；G=2N；F=1.1N
η=■=■=90.9%
（2）同理，s=90cm；h=30cm；G=2N；F=0.8N；可解得η=83.3%
第2空填：傾斜程度。
（3）大；小；粗糙程度。
2.探究滑輪組的機(jī)械效率
例2：下表是小明測滑輪組機(jī)械效率時收集的有關(guān)數(shù)據(jù)。
（1）請在圖中畫出實驗中滑輪組的繞繩方法。
（2）第3次實驗時滑輪組的機(jī)械效率為？搖 ？搖。
（3）用同一滑輪組提升不同重物至同一高度，提升的物重增加時，除克服動滑輪重和繩重所做的額外功外，其他額外功將？搖 ？搖（選填“變大”、“變小”或“不變”）。進(jìn)一步分析可知，在動滑輪和繩重一定的情況下，該滑輪組的機(jī)械效率與？搖 ？搖和？搖 ？搖有關(guān)。
（4）第一次實驗中，鉤碼上升0.1m所用的時間為1.5s，則繩端拉力的功率為？搖 ？搖W。
分析：（1）由s=3h的關(guān)系知，3段繩子承擔(dān)重物，繞繩方法略。
（2）η=■=■=66.7%。
（3）此問必須明確“其他額外功”指的是什么？指克服摩擦力做功。而摩擦力和壓力大小、接觸面的粗糙程度有關(guān)。故此問分別填：變大；物重；摩擦力大小。
（4）拉力F=0.7N，繩端移動s=0.3m，時間t=1.5s，而鉤碼上升0.1m的條件是迷惑你的，和拉力做功的功率無關(guān)。故：
p=■=■=■=0.14w
小結(jié)：滑輪組的機(jī)械效率和物重、動滑輪重、繩重及輪軸間的摩擦力大小有關(guān)?？朔镏厮龅氖怯杏霉?，克服動滑輪重、繩重及輪軸間的摩擦力所做的是額外功；和繩子的繞法、物體被提升的高度、提升的速度無關(guān)。
3.探究杠桿的機(jī)械效率
例3：用如圖3所示的實驗裝置測量杠桿的機(jī)械效率。實驗時，豎直向上勻速拉動彈簧測力計，使掛在較長杠桿下面的鉤碼緩緩上升。
（1）實驗中，將杠桿拉至圖中虛線位置，測力計的示數(shù)F為？搖 ？搖N，鉤碼總重G為1.0N，鉤碼上升高度h為0.1m，測力計移動距離s為0.3m，則杠桿的機(jī)械效率為？搖 ？搖%。請寫出使用該杠桿做額外功的一個原因：？搖 ？搖。
（2）為了進(jìn)一步研究杠桿的機(jī)械效率與哪些因素有關(guān)，一位同學(xué)用該實驗裝置，先后將鉤碼掛在A、B兩點，測量并計算得到下表所示的兩組數(shù)據(jù)：
根據(jù)表中數(shù)據(jù)，能否得出“杠桿的機(jī)械效率與所掛鉤碼的重有關(guān)，鉤碼越重其效率越高”的結(jié)論？答：？搖 ？搖；
請簡要說明兩條理由：①？搖 ？搖；②？搖 ？搖。
分析：（1）由圖3可知，此時彈簧測力計的示數(shù)為F=0.5N，則做的有用功為W■=Gh=1N×0.1m=0.1J，總功為W■=Fs=0.5N×0.3m=0.15J，因此杠桿的機(jī)械效率為η■=■=66.7%。在使用杠桿提升物體時，杠桿也被提升，因此克服杠桿的自身的重也要做功，以及在杠桿轉(zhuǎn)動的過程中，也要克服摩擦而做功，這些都屬于不需要而在使用杠桿時不得不做的額外功。
（2）根據(jù)表格可知，在實驗中雖然改變了所掛的鉤碼的重，但又將鉤碼分別掛在了A、B兩個位置，即沒有控制鉤碼在同一位置進(jìn)行實驗，而且在實驗中只做二次實驗加以對比，實驗的結(jié)論具有偶然性，還不能總結(jié)出普遍規(guī)律。因此是不能得出“杠桿的機(jī)械效率與所掛鉤碼的重有關(guān)，鉤碼越重效率越高”這一結(jié)論。
注意：鉤碼懸掛點的位置變化了，阻力臂的大小就發(fā)生了變化，就相當(dāng)于換了一個杠桿，當(dāng)然機(jī)械效率會變化。此題若摩擦力做功不計，鉤碼重不變，僅將位置從A移到B，假設(shè)把桿杠提升物體的初末位置相同，即杠桿重心上升高度相同，則W■不變，但由圖3可知，鉤碼上升的高度增加了，即W■增大。機(jī)械效率會變高。
可見：機(jī)械效率的探究題實際上還是以探究的形式考查相關(guān)的物理知識，只有系統(tǒng)地掌握簡單機(jī)械在工作時影響效率變化的原因，才能讓自己在解題中立于不敗之地。
參考文獻(xiàn)：
例1（2008?長沙）為迎接2008年北京奧運會，我國體育健兒均在緊張地備戰(zhàn)。一舉重運動員在某次訓(xùn)練中，用3 s的時間將質(zhì)量為150 kg的杠鈴舉高1.8 m。問：
（1）杠鈴在空中靜止時（如圖1）對該運動員的壓力是多大？
（2）本次舉起杠鈴的過程中，該運動員對杠鈴做了多少焦耳的功？功率為多少？
分析：杠鈴對該運動員的壓力等于杠鈴的重力
F=G=mg=150 kg×10 N／kg=1 500 N
舉起杠鈴的過程中，運動員對杠鈴所做的功
W=Gh=1 500 N×1.8 m=2 700 J
試題原型：運動員對杠鈴做功，在歷年中考試題中也是常見到的。本題與2007年一道中考試題在試題背景，命題思路上都基本相同，僅是在提問角度上有所變化。
（2007?福建）為迎接2008年北京奧運會，我國體育健兒在緊張地備戰(zhàn)。某運動員在一次訓(xùn)練中，用0.7 s的時間將140 kg的杠鈴舉高1.7 m，請你算一算（g取10 N/kg）：
（1）杠鈴所受的重力為多少？
（2）該運動員這一次舉起杠鈴的過程中至少做了多少功？
（3）該運動員舉起杠鈴的功率至少是多少？
分析：杠鈴重力G=mg=140 kg×10 N／kg=1 400 N
根據(jù)力的運動知識，要將靜止在地面上的杠鈴舉起，所用的力肯定大于杠鈴的重力，設(shè)舉起杠鈴的最小力為1 400 N，則運動員對杠鈴所做的功至少為
W=Gh=1 400 N×1.7 m=2 380 J
運動員舉起杠鈴的功率至少為
預(yù)測1：圖2為某舉重運動員在0.5 s內(nèi)由支撐到起立將杠鈴舉起過程中拍攝的兩張照片，杠鈴的質(zhì)量為100 kg，則杠鈴重為_______N。已知照片中杠鈴的實際直徑是40 cm，根據(jù)照片可算出該運動員在上述過程中對杠鈴做功的平均功率約為_______W。（g取10 N/kg）
例2（2008?福建）如圖3所示，一搬運工人往卡車上裝貨。
（1）若工人將重為800 N的貨物從地面直接搬到高為1.5 m的車箱上，此過程中工人對貨物做了多少功？
（2）若工人在車上搭一塊長為3 m的木板做個斜坡，則他只需用500 N的沿斜坡方向的推力就能將同一貨物從坡底沿斜坡推到車箱上，此過程中工人的推力做了多少功？
（3）工人用木板所搭的斜坡在物理學(xué)中被稱為斜面，斜面其實是一種省力的簡單機(jī)械。想想看：上述（1）、（2）兩步所做的功中，第__________步是總功，第__________步是有用功。
（4）該斜面的機(jī)械效率多大？
分析：將貨物從地面直接搬到車箱上，工人對貨物做的功為有用功；在車上搭一塊木板做個斜坡，將貨物推到車箱上，這時工人對貨物做的功為總功。則
工人對貨物做的有用功
工人對貨物做的總功
試題原型：使用斜面可以省力但不省功。解決這類問題時，要注意總功是人對斜面上的物體做的功，如果已知在斜面上用的拉力F和物體沿斜面通過的距離l，可以用Fl求得總功。人對斜面上的物體做功類試題幾乎是每年中考的必考題。大多只是變換試題背景，或變換命題角度，或改變已知條件，但考查的本質(zhì)不變。
（2007?江蘇）如圖4所示，斜面長5 m，高3 m，小明用繩子沿斜面將重為300 N的木塊由斜面底端勻速拉到頂端，拉力大小為240 N，繩重不計。求：
（1）小明做的有用功。
（2）斜面的機(jī)械效率。
小明做的總功
斜面的機(jī)械效率
預(yù)測2：某公司在工藝品市場購買了一件大型工藝花瓶，花瓶質(zhì)量約為250 kg。為了便于搬運，工作人員先用質(zhì)量約為50 kg的包裝箱對花瓶進(jìn)行包裝，然后用兩根粗鋼管在高1.2 m的車廂與地面之間搭成一個長度約為4.8 m的簡易斜面。裝車時，工作人員用平行于鋼管方向1 000 N的推力把包裝好的花瓶勻速推上車，求：
（1）搬運花瓶做的有用功。
（2）搬運花瓶的機(jī)械效率。
（3）克服摩擦做的額外功。
例3（2008?江蘇）建筑工地用如圖5所示的簡易滑輪組提升磚塊，某工人將500 N重的磚塊一次勻速提升到離地面4 m高的砌墻處，所用拉力是200 N，所用時間是20 s。求這次提升磚塊過程中：
（1）工人做的有用功。
（2）工人做功的功率。
（3）滑輪組的機(jī)械效率。
分析：由于3股繩子承擔(dān)動滑輪和重物，故重物升高4 m時，繩的自由端移動的距離為
s=3h=3×4 m=12 m。
工人做的有用功
W有=Gh=500 N×4 m=2 000 J
拉力做的總功
W總=Fs=200 N×12 m=2 400 J
工人做功的功率
試題原型：利用滑輪組做功也幾乎是每年中考的必考題，這類題也通常是變換試題背景，或變換命題角度，或改變已知條件后又出現(xiàn)在中考中。但以滑輪組為載體考查學(xué)生對有用功、總功和機(jī)械效率的理解是否透徹的命題立意不變。
（2007?廈門）滑輪組既能省力又能改變力的方向。如圖6所示建筑工人用自制的滑輪組把600 N的重物緩慢提升2 m，繩自由端的拉力F=250 N，拉力做的功是______J，該滑輪組的機(jī)械效率等于______________。
分析：由于3股繩子承擔(dān)動滑輪和重物，故重物升高2 m時，繩的自由端移動的距離為
s=3h=3×2 m=6 m
則拉力做的總功
W總=Fs=250 N×6 m=1 500 J
拉力做的有用功
W有=Gh=600 N×2 m=1 200 J
滑輪組的機(jī)械效率
預(yù)測3：如圖6所示，工人師傅用一個滑輪組在40 s內(nèi)將重600 N的木箱從地面勻速吊上4 m高的陽臺，所用的拉力為220 N，不計繩重和摩擦。求：
（1）木箱勻速上升的速度。
（2）工人師傅做的有用功。
（3）動滑輪的重力。
（4）在此基礎(chǔ)上再加一個動滑輪，組成一個新的滑輪組，提升相同的重物時，滑輪組的機(jī)械效率將如何改變？為什么？
×103 kg的重物豎直勻速提高3 m，拉力F的大小為8 000 N，則拉力F做的功為________________J，該滑輪組的機(jī)械效率________________。（取g=10 N/kg）
分析：起重臂下的鋼繩是繞在一個動滑輪上，即由3股鋼繩承擔(dān)動滑輪和重物。重物升高3 m時，鋼繩的自由端移動的距離為
s=3h=3×3 m=9 m
拉力F做的功
W總=Fs=8 000 N×9 m=7.2×104 J
起重機(jī)對貨物做的有用功
W有=Gh=mgh=1.2×103 kg×10 N/kg×3 m=3.6×104 J
滑輪組的機(jī)械效率
試題原型：起重機(jī)做功的實質(zhì)是利用滑輪組做功。本題與2007年一道中考試題命題的立意、試題背景均相似，僅變換了一個已知條件，仍是利用滑輪組的特點對功和機(jī)械效率進(jìn)行綜合考查。
（2007?云南）如圖8所示，工人師傅用起重機(jī)將質(zhì)量為0.6 t的貨物勻速提升4 m，起重機(jī)的功率是2.0×103 W。若機(jī)械效率為60％（取g=10 N/kg），求：
（1）起重機(jī)所做的有用功。
（2）起重機(jī)所做的總功。
（3）起重機(jī)勻速提升貨物所用的時間。
分析：起重機(jī)對貨物做的有用功
W有=Gh=mgh=600 kg×10 N/kg×4 m=2.4×104 J
起重機(jī)對箱子做的總功
起重機(jī)勻速提升貨物所用的時間
預(yù)測4：中國移動重慶公司的搶險隊是第一支到達(dá)災(zāi)區(qū)的移動通信搶險隊，隊員們用鮮血和生命架起了一條條抗震救災(zāi)無形的生命線，為抗震救災(zāi)提供了強(qiáng)有力的通信保障。如圖9所示，在通訊線路的搶修現(xiàn)場，起重機(jī)正將一箱箱設(shè)備吊裝到3 m高的施工臺上。其中，起重臂下的鋼繩是繞在一個動滑輪上的。若每箱設(shè)備均重4 000 N，施工臺距地面的高度為3 m，起重機(jī)沿豎直方向勻速提升一箱設(shè)備時，動滑輪上每段鋼繩的拉力為2 500 N，在忽略鋼繩重和摩擦的情況下。求：
（1）起重機(jī)提升一箱設(shè)備時，對箱子做的有用功是多少？
（2）動滑輪在提升這箱設(shè)備時的機(jī)械效率多大？
（3）在安全操作的前提下，為了節(jié)省時間、加快施工進(jìn)度，起重機(jī)同時將兩箱設(shè)備以0.1 m/s的速度勻速提升到施工臺。這種情況下，動滑輪上鋼繩自由端拉力的功率為多大？
例5（2008?四川）某汽車以72 km/h的速度勻速行駛時，汽車牽引力的功率是6×104 W。汽車以該速度勻速行駛了2 000 m，求：
（1）汽車牽引力在這段路程中做的功是多少焦？
（2）汽車牽引力為多少牛？
分析：求汽車牽引力做功一般可用兩個公式求解：W=Fs和W=Pt。本題中，牽引力F為待求量，而時間t可由速度汽車行駛的時間
汽車牽引力做功
W=Pt=6×104 W×100 s=6×106 J
試題原型：以公路上行駛的汽車為背景，考查功和功率的試題在歷年中考中經(jīng)常出現(xiàn)，這類題往往與速度公（2006?廣東）一質(zhì)量為300 kg的汽車沿著長為5.4 km的盤山公路勻速行駛。當(dāng)它從山腳行駛到高為0.5 km的山頂時，耗時15 min。汽車發(fā)動機(jī)的牽引力為4 000 N。求：
（1）汽車的行駛速度。
（2）汽車發(fā)動機(jī)的牽引力做的功。
（3）汽車發(fā)動機(jī)的牽引力的功率。
分析：汽車的行駛速度
發(fā)動機(jī)的牽引力做的功
W=Fs=4 000 N×5.4×103 m=2.16×107 J
發(fā)動機(jī)的牽引力的功率
預(yù)測5：一輛質(zhì)量為1 330 kg的汽車在平直的公路上勻速行駛，1 min內(nèi)前進(jìn)1 500 m。已知汽車受到的平均阻力是3 000 N，求：
一、從知識的應(yīng)用談學(xué)生思維完整性的培養(yǎng)
例1 底面積為S=0.4m2的大木箱原放在水平地面上。如圖所示，現(xiàn)某人用小車將它從斜面底端勻速推上斜面頂端，整個過程歷時10秒。已知木箱重400N，人體重600N，人對車的推力F=75N，斜面長l=4m，斜面高h(yuǎn)=0.5m，求：
（1）木箱對水平地面的壓強(qiáng)；
（2）木箱沿斜面向上的速度；
（3）對木箱所做的有用功；
（4）這種情況下的機(jī)械效率。
本例中的第四小問，學(xué)生的錯誤率極高，從本人任教的某個班級的答題情況來看，幾乎沒有正確的，學(xué)生的回答清一色為：W有=Gh=400N×0.5m=200J，W總=FS=75N×4m=300J，η=■×100%=■×100%≈66.7%，這種解法疏忽了用小車將木箱從斜面底端勻速推上斜面頂端過程中克服人自身重力做的功。其實，這一題并不難，教師只要稍加點撥，學(xué)生馬上就會恍然大悟，得出正確的答案。究其原因，仍然是受初中生思維發(fā)展的片面性的影響，不能全面、辯證地分析問題、解決問題，而是抓住一點而不計其余。所以在教學(xué)中，教師要有意識地增加此類題型，舉一反三，逐步培養(yǎng)學(xué)生的思維的完整性，使他們在應(yīng)用物理知識解決實際問題時，能全面、客觀地分析問題。
二、從實驗過程的設(shè)計談學(xué)生思維嚴(yán)密性的培養(yǎng)
例2 某學(xué)習(xí)小組同學(xué)在“測量滑輪組機(jī)械效率”的實驗中，用同一滑輪組進(jìn)行了三次實驗。實驗數(shù)據(jù)如下表所示：
■
有同學(xué)根據(jù)上述實驗數(shù)據(jù)分析認(rèn)為，機(jī)械效率的大小可能與重物提升的高度有關(guān)，為了驗證上述猜想，你認(rèn)為應(yīng)如何設(shè)計實驗？
許多學(xué)生的答案如下：用滑輪組把重物提升不同的高度，分別測出機(jī)械效率，然后進(jìn)行比較分析得出結(jié)論，或者是用滑輪組把相同重物提升不同的高度，分別測出機(jī)械效率，然后進(jìn)行比較分析得出結(jié)論。我們知道這樣的語言表達(dá)是缺乏嚴(yán)密性的，根據(jù)控制變量法，滑輪組的機(jī)械效率與所提升的物重、動滑輪的重以及繩重和摩擦力的大小都有關(guān)系，要探究機(jī)械效率與重物提升的高度的關(guān)系，必須控制以上幾個量相等，這樣才能得出正確的答案。然而由于初中學(xué)生思維的特點，思考問題不夠嚴(yán)謹(jǐn)，或者是沒有想到，或者是只想到一部分，都導(dǎo)致了錯誤答案的出現(xiàn)。針對這種情況，教師要引導(dǎo)學(xué)生回想影響滑輪組機(jī)械效率的幾個因素，逐一板書，然后組織學(xué)生思考：如果所提升的物體的重力和所提升的物體的高度都不同，測出機(jī)械效率不同，為什么不能得出機(jī)械效率與所提升的物體的高度有關(guān)，使學(xué)生認(rèn)識到控制不變量的重要性，從而得出正確的答案：用同一滑輪組把相同的重物勻速豎直提升不同的高度，分別測出機(jī)械效率，然后進(jìn)行分析得出結(jié)論，最后再由η=■×100%公式推出η=■×100%，引導(dǎo)學(xué)生思考“勻速豎直”的必要性。這樣一步接著一步，使學(xué)生不斷深入思考問題的實質(zhì)，認(rèn)識到物理探究的嚴(yán)密性，不斷健全學(xué)生的思維。
三、從實驗步驟的安排和結(jié)論的歸納談學(xué)生思維科學(xué)性的培養(yǎng)
例3 如圖，增加一種實驗器材，你可以探究什么物理規(guī)律？
（1）增加的器材：___
____________________；
（2）提出問題______
_____________________；
（3）進(jìn)行猜想____________________________；
（4）實驗設(shè)計____________________________；
（5）實驗結(jié)論____________________________。
由于絕大部分同學(xué)增加的器材是電流表，下面僅根據(jù)此展開研究。
“提出問題”部分，許多學(xué)生提出的問題是：串聯(lián)電路各處的電流是什么關(guān)系？
“進(jìn)行猜想”部分，許多學(xué)生的猜想是：串聯(lián)電路各處的電流相等。
“實驗設(shè)計”部分，許多學(xué)生是這樣設(shè)計的：分別在A、B、C三處串聯(lián)接入電流表，閉合開關(guān)，再分別測出A、B、C三處的電流IA、IB、IC。
“實驗結(jié)論”部分，許多學(xué)生的答案：串聯(lián)電路各處的電流相等。
以上學(xué)生的解答實驗設(shè)計部分和實驗結(jié)論部分都存在問題。雖然在學(xué)習(xí)探究杠桿的平衡條件時，我們已經(jīng)強(qiáng)調(diào)了多次實驗避免偶然性的重要性和必要性，然而由于學(xué)生年齡小，思維缺乏周密性和科學(xué)性，以及思維上的定勢，實際應(yīng)用起來，仍然不能掌握其精神實質(zhì)，甚至一些同學(xué)一談到多次測量，就認(rèn)為是為了減小誤差。為了幫助學(xué)生認(rèn)識到多次測量才能得出正確的規(guī)律，我設(shè)計了這樣的教學(xué)過程：指名一名同學(xué)問：“你有沒有每天晨跑的習(xí)慣或規(guī)律？”生答：“沒有。”師問：“那么有一天，你起床遲了，跑步到學(xué)校，是不是就證明你每天有晨跑的習(xí)慣或規(guī)律了呢？”生答：“不能?！睅熢賳枺骸澳窃鯓硬拍茏C明你每天有晨跑的習(xí)慣或規(guī)律了呢？”其他學(xué)生回答：“連續(xù)多天觀察他是否跑步，如果一直是這樣，就證明有，如果不是，就證明沒有?！边@樣的類比教學(xué)，雖然簡單，卻能很形象地幫助學(xué)生認(rèn)識到只有多次實驗才能驗證某一規(guī)律的道理，認(rèn)識到科學(xué)方法的重要性。
可能用到的物理量：g=10N/kg,ρ水=1.0×103kg/m3,可能用到的公式：W=Fs F=ρgV P=ρgh G=mg v=S/t ρ=m/V P=F/S F1×l1= F2×l2 P=W/t η= W有/ W總×100%一、選擇題（每小題只有1個正確答案，每小題2分，共34分）題目 1 2 3 4 5 6 7 8 9答 案 題目 10 11 12 13 14 15 16 17 答案 1．不會影響力的作用效果的是A．力的大小 B．力的方向 C．力的作用點 D．力的單位2．下面哪種說法是錯誤的？ A．帕斯卡概括出力學(xué)的慣性規(guī)律 B. 馬德堡半球?qū)嶒灡砻鞔嬖?大氣壓C．阿基米德發(fā)現(xiàn)了浮力的計算方法 D. 托里拆利實驗測出了大氣壓強(qiáng)的值3．鉛球落地后沿水平地面向前滾動（如圖所示），其中能正確表示鉛球所受重力方向的是
4．某同學(xué)用250牛頓的力豎直向上提起一個重200牛頓的水桶時．桶受到的合力的大小和方向是： A．450牛頓．向上； B．450牛頓．向下；C．50牛頓．向上； D．125牛頓．向上。5. 現(xiàn)代汽車安裝有安全氣囊系統(tǒng)這主要是為了減輕下列哪種情況出現(xiàn)時，可能對人身造成的傷害A．汽車速度太慢 B．汽車轉(zhuǎn)彎 C．汽車突然啟動 D．汽車前端發(fā)生嚴(yán)重撞擊6．下列做法屬于減小摩擦的是 A．在生銹的自行車軸上滴一些油，騎車就會感覺輕松一些B．冬天，在結(jié)冰的馬路上撒一些細(xì)砂以方便路人行走C．汽車后輪陷入泥坑打滑時，司機(jī)會就近尋找石塊等物休墊在車輪下D．體操運動員進(jìn)行雙杠表演前，在手上涂抹滑石粉以防止從杠上滑落7．做托里拆利實驗時，如果把玻璃管傾斜，在傾斜過程：A．玻璃管中的水銀柱長度始終不變B．玻璃管中的水銀柱長度變大、豎直高度始終不變；C．玻璃管中的水銀柱的長度和豎直高度都變大D．玻璃管中的水銀柱的長度不變、豎直高度變小。8．高速列車經(jīng)過時，若人離鐵道太近很可能被“吸”過去，這是因為A．車與人之間空氣 流速減小，壓強(qiáng)增大 B．車與人之間空氣流速減小，壓強(qiáng)減小C．車與人之間空氣流速增大，壓強(qiáng)增大D．車與人之間空氣流速增大，壓強(qiáng)減小9．一個1牛頓的鉤碼．掛在彈簧秤鉤上．當(dāng)鉤碼浸沒在水里時．彈簧秤的示數(shù)是0.8牛頓．這個鉤碼受到水的浮力是A．0.1牛頓 B．0.2牛頓 C． 0.3牛頓 D．0.4牛頓10．把甲、乙兩個體積相等的物體放入水中，它們靜止時的情況如圖所示，由下列說法中正確的是 A．甲物體受到的浮力等于乙物體受到的浮力B．甲物體受到的浮力大于乙物體受到的浮力C．甲物體受到的浮力小于乙物體受到的浮力D．無法判斷誰受到的浮力大 11．下列工具中屬于省力杠桿的是A．筷子 B．扳手 C．天平 D．釣魚桿12．如圖所示，把一根均勻的米尺，在中點O支起，兩端各掛四個鉤碼和兩個鉤碼，恰好使米尺平衡，按下列方式增減鉤碼或移動鉤碼，下列方式仍能保持米尺平衡的是A．原鉤碼下兩邊各加一個鉤碼 B．兩邊鉤碼各向外移動一格C．左邊增加一個鉤碼，右邊向外移動一格 D．左右兩邊的鉤碼各減少一個13．對于使用滑輪組，下列說法中正確的是A．不能省力，但可以改變用力方向 B. 可以省力，但不能改變用力方向C．可以省力，同時又可省距離D. 可以省力，同時可以改變用力的方向，但不能同時省距離 14．如圖所示的簡單機(jī)械，忽略各種摩擦及杠桿和滑輪的重力，當(dāng)提起相同重物時，最省力的是15．小虎同學(xué)聽到上課鈴響了，他一口氣從一樓跑到三樓共6m，所用時間為10秒。他上樓的過程中，克服自己重力(約500N)做功的功率最接近下面哪個值( )A．3W B．30W C．300W D．3000W16．如圖所示，絕對光滑沒有摩擦力的斜面AB、AC，且AB＞AC，沿斜面AB和AC分別將同一重物從它們的底部拉到頂部，所需拉力分別為F1和F2 ，所做的功分別為WA 和WB。則A．F1＜F2，W1=W2B．F1＜F2，W1＜W2C．F1＞F2，W1＞W(wǎng)2D．F1=F2，W1＜W217．“夏季奧運會”將于今年8月在巴 西舉行，其中四項運動包含了一些物理知識。下列描述正確的是（ ）A．跳水運動員在空中下落的過程中，動能變小，重力勢能變大B．足球運動員對球向前的作用力和球受到的重力是一對相互作用力C．運動員站立靜止時，他受到的重力和地面對他的支持力相互平衡D．籃球運動員拋出的籃球在空中先上升后下落，是由于慣性的作用改變了籃球的運動狀態(tài)二、填空題（每空1分，共17分）18.小華利用假期來天門山游玩，在乘纜車勻速上山的過程中，小華的動能將_________、勢能將 、機(jī)械能將 。（填“增大”、“減小”或“不變”）；小華相對固定吊索的鐵塔是 的（填“運動”或“靜止”）。19.在甲、乙、丙三個圖中，能反映不同的物理知識，其中圖________能表示力可以使物體形狀發(fā)生改變；圖________能表示力能使物體運動狀態(tài)發(fā)生改變；圖丙是利用_________來吸飲料的。20. 汽車上的安全帶可以防止由于 對人體造成傷害；安全帶做得寬大，與人體有足夠的接觸面積，能夠 。21. 一名傘兵，它的質(zhì)量是70 kg，他隨身所帶的全部裝備總質(zhì)量是20 kg，當(dāng)他勻速下落時，受到的空氣阻力是_ ____ N.22. 一輛重為1.5×104N的小汽車，當(dāng)它在水平路面上勻速行駛時受到的牽引力為2000N，那么汽車受到的阻力為 N；當(dāng)它停在水平路面上時,它受到的支持力為 N。23. 斜面長4m、高1m，把重為800N的物體勻速推向斜面頂端。若斜面是光滑的，則推力為__ ___N。如果斜面不光滑，所用推力為300N，則斜面的機(jī)械效率為__ ___。24. 一個物體所受的重力為10N，將其全部浸沒在水中時，它所排開的水所受的重力為20N，此時它所受的浮力為___________N，放手后物體將___________（填“上浮”、“下沉”或“懸浮”），物體靜止時所受浮力為___________N。三、作圖（每題3分，共9分）25.請你畫出下左圖中木塊所受重力的示意圖26.在下中圖中，畫出F2的力臂.27.請在下右圖中組裝好滑輪組，使拉繩子時所用的力最小。
四．實驗題（每空2分，共22分）28、在探究“浮力的大小與什么因素有關(guān)”的實驗中 ，班級的“物理小博士”為同學(xué)們做了如圖所示的一系列實驗，實驗中的銅塊與鋁塊體積相同。(1)比較①③④三次實驗是為了探究浮力的大小與_____ __ _ _ 有關(guān)。(2)分析①___________實驗數(shù)據(jù)（填序號），可知浮力的大小與物體浸入液體內(nèi)的深度無關(guān)。(3)比較①___________實驗（填序號），可探究浮力的大小與液體密度的有關(guān)。29、同學(xué)們在探究“影響滑輪組機(jī)械效率高低的因素”時提出了下列假設(shè)：滑輪組機(jī)械效率高低可能與動滑輪重有關(guān)；滑輪組機(jī)械效率高低可能與被提物重有關(guān)；滑輪組機(jī)械效率高低可能與 物體提升高度有關(guān)；一位同學(xué)設(shè)計了如圖所示的三個滑輪組，并將所測實驗數(shù)據(jù)填入下表：（1）在表中填上三次實驗的機(jī)械效率。 （2）根據(jù)實驗____ _和__ ___(選填①、②、③)可知，滑輪組機(jī)械效率 高低與被提物重有關(guān)； （3）通過實驗可以發(fā)現(xiàn)，不同滑輪組 提升相同重物時，動滑輪越重，機(jī)械效率越___ ___ ；(填“高”或“低”)（4）要研究 滑輪組機(jī)械效率高低是否與物體提升高度有關(guān),應(yīng)該選用_______(填“同一”或“不同”)滑輪組，提升_______(填“相同”或“不同”)的高度去研究。 五．計算題（共18分）30. 校車安全一直是全社會關(guān)注的焦點，學(xué)校用校車接送9km外的同學(xué)，一般到校行駛時間是15min。問：（1）校車接送同學(xué)的平均速度是 km/h.（2）若某次接送時，人車共9×104N，車輪與地面的總受力面積為0.3m2，校車對水平路面的壓強(qiáng)是 Pa. （3）當(dāng)校車以10m/s的速度勻速行駛在某一水平路段時，校車受到的牽引力為4500N，則校車此時牽引力的功率是多少？ 31.用一彈簧測力計掛著一實心圓柱體，圓柱體的底面剛好與水面接觸(未浸入水)如圖甲所示，然后將其逐漸浸入水中，如圖乙是彈簧測力計示數(shù)F隨圓柱體逐漸浸入 水中深度h的變化情況圖，g取10N／kg。求： (1)圓柱體的重力為 N；(2)圓柱體受到的浮力為 N；(3)請計算圓柱體的密度。一、選擇題（每小題只有1個正確答案，每小題2分，共34分）題目 1 2 3 4 5 6 7 8 9答案 D A C C D A B D B題目 10 11 12 13 14 15 16 17 答案 C B C D A C A C 二、填空題（每空1分，共17分）18. 不變、增大、增大、運動 19.乙、甲、大氣壓20.慣性 ，減小壓強(qiáng) 21.900 22.2000 1.5×104 23. 200， 66.7﹪ 24.20， 上浮， 10三、作圖（每題3分，共9分）25．26. 27 略四．實驗題（每空2分，共22分）28、（1）排開液體體積 （2）④⑤ （3）④⑦29、（1 ）66.7%，80%，66.7% （2）①,② （3）低 （4）同一，不同五．計算題（共18分）30.（1）36(3’)（2）3×105 (3’)（3）P=F V=4500N×10m/s=4.5×104W（3’）31．（1）2.0 （3’）（2）0.6 (3’)(3)3.3×103kg/m3 (3’)
一、機(jī)械效率
機(jī)械效率特指的是使用杠桿、滑輪、斜面等簡單機(jī)械做功時，有用功在總功中所占的百分比。η=
（一）分析學(xué)生在學(xué)習(xí)中易錯的原因
1.沒有正確的理解有用功、額外功和總功的物理含義。
2.不能很好的運用機(jī)械中的相關(guān)規(guī)律和平衡力知識。
（二）解決對策
1.做好基礎(chǔ)知識準(zhǔn)備
⑴明確一個目的：物體的位置是怎樣移動的，即物體是沿水平方向移動還是豎直方向移動
（2）兩條相關(guān)的規(guī)律：
①關(guān)于杠桿：若一個力的力臂是另一個力力臂的幾倍，則這個力移動的距離就是另一個力移動距離的幾倍。即若力臂L=nL’則移動的距離S=nS’
②關(guān)于滑輪：若物體有幾段繩子承擔(dān)，則繩子自由端移動的距離（或速度），就等于物體移動距離（或速度）的幾倍。
（3）一個知識點（平衡力）：根據(jù)物體處于靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運動狀態(tài)，確定物體所受的力為平衡力；依據(jù)所達(dá)到的目的（上述⑴所提到的），拋開機(jī)械，對物體進(jìn)行水平方向或豎直方向受力分析，結(jié)合平衡力的條件，求出要改變物置直接對物體所需要施加力的大小。（一般若沿水平方向移動，做有用功的力的大小與物體受到的摩擦力的大小相等；若沿豎直方向移動，做有用功的力的大小與物體受到的重力的大小相等）
2.正確理解兩種做功形式
為達(dá)到改變物置的目的，既可以用手直接完成，也可以借助機(jī)械完成。
（1）有用功（ ）可理解為，不用機(jī)械而直接用手施加力作用在物體上，使物體移動，所做的功（有用功對應(yīng)著物體本身）。
（2）總功（ ）應(yīng)理解為，使用機(jī)械時所施加的力，使物體移動，所做的功（總功對應(yīng)著機(jī)械）。
3.有用功和總功的計算方法
（1）有用功的計算
有用功的大小，等于為達(dá)到目的，不用機(jī)械直接用手完成時，手對物體直接需要施加力的大小乘以達(dá)到目的物體移動的距離。
（ =FS其中F表示對物體直接需要施加力的大小，S表示物體移動的距離）
（2）總功的計算
總功的大小，等于為達(dá)到目的，使用機(jī)械時所需施加力的大小乘以這個力所移動的距離。（ =FS其中F表示使用機(jī)械時所需施加力的大小，S表示力F移動的距離）
有了以上知識準(zhǔn)備和理解，機(jī)械效率的計算就水到渠成了。
例1.用動力臂是阻力臂2倍的杠桿將重400N的重物勻速向上撬起20cm，手向下壓杠桿的力是220N。求在這個過程中所做的有用功、總功及杠桿的機(jī)械效率。
解析：
目的：將物體豎直向上移動h=20cm
規(guī)律：由杠桿規(guī)律可知：220N的動力（F）移動的距離應(yīng)為物體移動距離的2倍，即動力移動的距離S=40cm
平衡力知識：不用機(jī)械而直接用手讓重物勻速上升，在豎直方向上受力分析如圖，根據(jù)二力平衡條件可知，直接用手達(dá)到目的對物體所需施加的力T=G=400N
根據(jù)有用功的計算方法： =Th=Gh=400N×0.2m=80J
根據(jù)總功的計算方法： =FS=220N×0.4m=88J
杠桿的機(jī)械效率η= = ≈90.9％
例2.如圖所示，利用該滑輪組拉著重為500N的物體在水平面勻速前進(jìn)10m，所用的拉力為60N，物體與水平面的摩擦力為120N，求這個過程中所做的所做的有用功、總功及滑輪組的機(jī)械效率。
解析：
目的：將物體水平移動L=10cm
規(guī)律：由滑輪規(guī)律可知：拉力F=60N移動的距離S應(yīng)為物體移動距離L的3倍，即S=3L=3×10m=30m
平衡力知識：物體沿水平方向勻速運動，它在水平方向上受力分析如圖：根據(jù)二力平衡條件可知，不用機(jī)械而直接用手達(dá)到目的所需施加的力T=f=120N
根據(jù)有用功的計算方法： =TL=120N×10m=1200J
根據(jù)總功的計算方法： =FS=60N×30m=1800J
滑輪組的機(jī)械效率η= = ≈66.7％
例3. 斜面也是一種簡單機(jī)械。如圖所示，已知斜面上木箱的重G=400N，人沿著斜面將木箱勻速拉到斜面的頂端，所用的拉力F=75N，斜面長S=4m，斜面高h(yuǎn)=0.5m。求：斜面的機(jī)械效率。
解析：
目的：將物體勻速豎直向上提升h=0.5m
平衡力知識：物體在豎直方向上受力分析如圖：根據(jù)平衡力條件可知，不用機(jī)械而直接用手達(dá)到目的所需施加的力T=G=400N
根據(jù)有用功的計算方法： =Th=Gh=400N×0.5m=200J
根據(jù)總功的計算方法： =FS=75N×4m=300J
滑輪組的機(jī)械效率η = ≈66.7％
例4.用如圖所示的裝置，把全部浸入水中重為20000N，所受浮力為10000N的物體，勻速直線提升1m，物體始終未露出水面，所用的拉力F為5000N。求此過程中滑輪組的機(jī)械效率。
解析：
目的：將物體勻速豎直向上提升h=1m
規(guī)律：由滑輪規(guī)律可知：拉力F=5000N移動的距離S應(yīng)為物體移動距離h的3倍，即S=3h=3×1m=3m
平衡力知識：物體在豎直方向上受力分析如圖：根據(jù)平衡力條件可知，不用機(jī)械而直接用手達(dá)到目的所需施加的力T=G－F浮=20000N－10000N=10000N
根據(jù)有用功的計算方法： =Th=10000N×1m=10000J
根據(jù)總功的計算方法： =FS=5000N×3m=15000J
滑輪組的機(jī)械效率η= = ≈66.7％
二.能量的利用和轉(zhuǎn)化效率
能量的利用和轉(zhuǎn)化的效率等于消耗的有用能量在所利用的總能量中所占的百分比。常見與之相關(guān)的有：太陽能的利用、燃料燃燒釋放的內(nèi)能的利用、電能的利用等。完成此類問題的基本思路：
1.首先根據(jù)題意明確利用能量所達(dá)到的目的：達(dá)到目的所消耗的能量即為有用的能量
2.找出獲得的有用能量是由何種形式的能提供的既為消耗的總能量
分清有用能量和消耗的總能量，效率的計算就迎刃而解了。
例1.用燃?xì)庠顭紵?.5kg的煤氣，使50kg的水從20℃升高到70℃．已知水的比熱容為4．2×103J／(kg•℃)，煤氣的熱值為4．2×107J/kg．求：燃?xì)庠顭男剩簹馔耆紵?/p>
解析：
目的：使水從20℃升高到70℃（此時水吸收的熱量既為有用的能量）
水吸收的熱量來源于煤氣燃燒釋放的能量（煤氣燃燒釋放的能量為總能量）
=Q吸=cmΔt=4．2×103J／(kg•℃)×50kg×(70℃－20℃)=1.05×107J
=Q放=mq=0.5kg×4．2×107J/kg=2.1×107J
燃?xì)庠顭男师? = =50％
例2. 太陽能是一種清潔能源。太陽能路燈的燈桿頂端是太陽能電池板，它能將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，并向燈桿下方的蓄電池充電，供夜晚路燈照明．若在一定時間內(nèi)，太陽光輻射到該太陽能電池板的能量為2.7×107J；這些能量經(jīng)轉(zhuǎn)化后，可供功率為35W的路燈工作60h，那么該太陽能電路的能量轉(zhuǎn)化效率為多少？
解析：
目的：供路燈工作（路燈60h消耗的能量為有用能）
路燈工作時消耗的電能來源于太陽能（消耗的太陽能為總能量）
=Pt=35w×60×3600s=7.56×106J
=2.7×107J
太陽能電路的能量轉(zhuǎn)化效率的效率η= = =28％
例3.某型號專用車在車型測試中，在一段平直的公路上勻速行駛5.6km，受到的阻力是3.0×103N，消耗燃油1.5×10－3m3（假設(shè)燃油完全燃燒）。若燃油的密度ρ＝0.8×103kg/m3，熱值q＝4×107J/kg，求：該專用車的熱機(jī)效率是多少？
解析：
目的：使車勻速行駛5.6km（熱機(jī)對外做的功）
熱機(jī)對外做功消耗的能來源于燃油燃燒釋放的能量
牽引力做的功 ＝Fs＝3.0×103N×5.6×103m ＝1.68×107J
燃油完全燃燒所產(chǎn)生的熱量：
=Q放＝mq＝ρvq=0.8×103kg/m3×1.5×10－3m3×4×107J/kg
＝4.8×107J
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