思考 如图11-5-3所示,(a)、(b)两滑轮组中的大滑轮质量相等,小滑轮质量也相等,绳子的质量及摩擦阻力不计。关于滑轮组的机械效率,下列说法中正确的是(
C
)。

A.(a)滑轮组较大
B.(b)滑轮组较大
C.两滑轮组一样大
D.不能确定
答案:C
解析:
设大滑轮质量为$M$,小滑轮质量为$m$,提升重物质量为$G$,绳子自由端移动距离为$s$,重物上升高度为$h$。
(a)滑轮组:承担物重的绳子段数$n_a=2$,动滑轮总质量$m_{动a}=m$。
有用功$W_{有a}=Gh$,额外功$W_{额a}=m_{动a}gh=mgh$,总功$W_{总a}=W_{有a}+W_{额a}=Gh+mgh$。
机械效率$\eta_a=\frac{W_{有a}}{W_{总a}}=\frac{Gh}{Gh+mgh}=\frac{G}{G+mg}$。
(b)滑轮组:承担物重的绳子段数$n_b=3$,动滑轮总质量$m_{动b}=m+M$。
有用功$W_{有b}=Gh$,额外功$W_{额b}=m_{动b}gh=(m+M)gh$,总功$W_{总b}=W_{有b}+W_{额b}=Gh+(m+M)gh$。
机械效率$\eta_b=\frac{W_{有b}}{W_{总b}}=\frac{Gh}{Gh+(m+M)gh}=\frac{G}{G+(m+M)g}$。
因为$m_{动b}=m+M>m=m_{动a}$,所以$\eta_a>\eta_b$。
A
1. 小刚用力将一桶水从井里提上来,他对
水
做的功是有用功,他对
水桶
做的功是额外功。如果要提高做功效率,应该
减小水桶的质量
。
答案:水 水桶 减小水桶的质量
2. 如图11-5-4所示,小明用滑轮组提升一重为810N的电动自行车,所用的拉力是180N,绳子自由端被拉下1.2m,小明所做的总功是
216
J,此滑轮组的机械效率为
75%
。

答案:216 75%
解析:
总功:$W_{总}=Fs=180\ N × 1.2\ m=216\ J$
由图知,承担物重的绳子段数$n=6$,物体上升高度:$h=\frac{s}{n}=\frac{1.2\ m}{6}=0.2\ m$
有用功:$W_{有}=Gh=810\ N × 0.2\ m=162\ J$
机械效率:$\eta=\frac{W_{有}}{W_{总}} × 100\%=\frac{162\ J}{216\ J} × 100\% =75\%$
216 75%
3. 用动力臂是阻力臂三倍的杠杆,将重600N的物体抬高40cm,手向下压杠杆的力是250N,手下降的高度是
120
cm,人做的功是
300
J,机械效率是
80%
。
答案:120 300 80%
解析:
手下降的高度:$h_{动}=3h_{阻}=3×40\,cm=120\,cm$
人做的功:$W_{总}=Fh_{动}=250\,N×1.2\,m=300\,J$
有用功:$W_{有}=Gh_{阻}=600\,N×0.4\,m=240\,J$
机械效率:$\eta=\frac{W_{有}}{W_{总}}×100\%=\frac{240\,J}{300\,J}×100\% = 80\%$
120 300 80%
4. 小明直接用绳把一桶沙从地面吊到二楼,做功$W_1$,提沙的机械效率为$\eta_1$;小强利用动滑轮将同一桶沙从地面吊到二楼,做功$W_2$,提沙的机械效率为$\eta_2$。若不计绳重,则$W_1$
<
(>/</= ,下同)$W_2$,$\eta_1$
>
$\eta_2$。
答案:< >
5. 如图11-5-5所示,斜面高为1m,长为3m,工人用400N沿斜面方向的力将重为840N的箱子匀速地推到车上。在这过程中,工人做的有用功是
840
J,机械效率是
70%
。

答案:840J 70%
解析:
有用功:$W_{有}=Gh=840\,N × 1\,m=840\,J$
总功:$W_{总}=Fs=400\,N × 3\,m=1200\,J$
机械效率:$\eta=\frac{W_{有}}{W_{总}} × 100\%=\frac{840\,J}{1200\,J} × 100\% = 70\%$
840 70%
6. 用滑轮组将重500N的物体提升60cm的过程中,机械效率为80%,此过程中有用功为
300
J,额外功为
75
J。若不计滑轮摩擦及拉线的质量,则可知动滑轮重
125
N,当提升的物体为400N时,滑轮组的机械效率
降低
(增加/降低)。
答案:300 75 125 降低
解析:
有用功:$W_{有}=Gh=500\,N × 0.6\,m=300\,J$
总功:$W_{总}=\frac{W_{有}}{\eta}=\frac{300\,J}{80\%}=375\,J$
额外功:$W_{额}=W_{总}-W_{有}=375\,J-300\,J=75\,J$
动滑轮重:$G_{动}=\frac{W_{额}}{h}=\frac{75\,J}{0.6\,m}=125\,N$
当提升的物体为400N时,滑轮组的机械效率降低。
300 75 125 降低
7. 甲升降机比乙升降机的机械效率高,它们分别把质量相等的重物匀速提升相同的高度,甲升降机(
D
)。
A.提升重物做的有用功较少
B.提升重物做的额外功较多
C.提升重物做的总功较多
D.提升重物做的总功较少
答案:D
解析:
甲、乙升降机提升质量相等的重物至相同高度,有用功$W_{有}=mgh$相同。机械效率$\eta=\frac{W_{有}}{W_{总}}$,甲效率高,故$W_{总甲}=\frac{W_{有}}{\eta_{甲}}<W_{总乙}=\frac{W_{有}}{\eta_{乙}}$。额外功$W_{额}=W_{总}-W_{有}$,则$W_{额甲}<W_{额乙}$。
D
8. 测某滑轮组的机械效率时,所得的实验数据如下表所列:
|物重G/N|物体升高的高度h/m|拉力F/N|绳子自由端移动的距离s/m|
|4|0.2|1.4|0.8|

(1)实验时应保持物体做
匀速直线
运动。
(2)拉力做的有用功为
0.8
J,拉力做的总功为
1.12
J。
(3)该滑轮组的机械效率为
71.4%
。
答案:
(1)匀速直线
(2)0.8
(3)1.12
(4)71.4%