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12.4 机械效率
一、有用功和额外功
1. 板车上装有货物，一人拉着该板车将货物送到目的地，对货物所做的功叫 功，对板车所做的
功叫 功，如果目的是送板车，则对板车所做的功叫 功。（均选填“有用”“额外”或“总”）
【答案】有用，额外，有用。
【详解】人拉着该板车将货物送到目的地，目的是送货，所以，对货物所做的功叫有用功，对板车所
做的功没有用，但不得不做，所以，对板车所做的功叫额外功。如果目的是送板车，则对板车所做的功叫
有用功，而对货物所做的功是没有用的，叫额外功。
2. “曲岸深潭一山叟，驻眼看钩不移手”，古往今来，无数钓鱼爱好者陶醉于这项活动之中。钓鱼时，
某人不小心把水桶弄进水里，捞上桶时发现桶里带些水，在用绳子打捞水桶的过程中，下列所述中属于有
用功的是（ ）
A．把桶中水提高做的功 B．把桶和桶中的水提高做的功
C．把桶提高做的功 D．把绳子提高做的功
【答案】C
【详解】有用功的定义是完成一件事情而做的功，简单理解，有用功是与你的目的直接相关的；我们
的目的就是为了把水桶提上来，所以克服水桶的重力做的功为有用功。故C符合题意，ABD不符合题意。
故选C。
3. 无人机应用广泛，现在无人机的很多钢材部件用密度更小的碳纤维替换，来减轻机身重量。如图所
示，用碳纤维替换后的无人机与未替换前相比，将同一个快递包裹从地面运送到五楼，可以（ ）
A．减少有用功 B．增大有用功 C．减少额外功 D．增大总功
【答案】C
【详解】将同一个快递包裹从地面运送到五楼，克服无人机自重做的是额外功，用碳纤维替换后的无
人机与未替换前相比，机身减轻了重量，所以，减少了额外功；克服包裹的重力做的功是有用功，与未替
换前相比没有变化，即有用功不变；总功等于有用功和额外功之和，有用功不变，额外功减少，总功减少。
故C符合题意，ABD不符合题意。故选C。
4．使用如图所示的滑轮组，用力F水平拉动重为G的物体A在水平路面匀速移动了s，移动速度为
v，此过程中物体A受到的摩擦力为f，则（ ）A．有用功为W =Fs B．F做功的功率为P=Fv
有
C．总功为W =3Fs D．额外功为W =fs
总 额外
【答案】C。
【解析】A．有用功为物体克服与地面间的摩擦力做的功W =fs；故A错误；
有
BC．拉力F移动的距离3s，做的功为W =3Fs，功率为P=3Fv；故B错误，C正确；
总
D．额外功为W =W - W = 3Fs- fs；故D错误；所以选C。
额外 总 有
二、 机械效率
5. 如图所示，用2.5N的拉力匀速竖直向上拉绳子自由端，将重为4N物体提升0.1m，不计绳重与摩
擦，动滑轮机械效率为______；若物体重力变大，则动滑轮机械效率将______。（选填“增加”“减小”
或“不变”）
【答案】80%，增加。
【解析】由图知n=2，不计绳重与摩擦，则动滑轮的机械效率
η＝＝＝＝×100%=80%
若物体重力变大，根据W=Gh知，有用功增加，额外功不变，由于
η＝＝＝
所以，滑轮组的机械效率将增加。
第5题图 第6题图
6．如图所示，是两个工人分别用滑轮按甲、乙两种方式把质量相同的两袋沙子从地面提到二楼，两
种方式若不计绳重和摩擦，且G >G 。使用甲图中的滑轮的目的是______；使用乙图中滑轮的好处是
沙子 滑轮
可以______，机械效率更高的是______（选填“甲”或“乙”）。
【答案】改变力的方向；省力；甲。
【解析】不计绳重和摩擦，甲图为定滑轮，F =G ，不能省力，可以改变力的方向。
甲 沙子
乙图为动滑轮，人施加的拉力与沙子重力的关系为
1
F = （G +G ）＜G
乙 2 沙子 滑轮 沙子
所以F >F ，故使用乙图中滑轮的好处是可以省力。
甲 乙
甲图为定滑轮，不计绳重及摩擦，只有克服沙袋重力做额外功；乙图为动滑轮，不计绳重及摩擦，除
了需要克服沙子重力做功外（这一部分功为有用功），还需要克服动滑轮和沙袋的重力做功（这一部分功
是额外功），因此总功大于有用功，机械效率小于100%。因为沙袋重力做功相同，故乙中的额外功多，则机械效率更高的是甲。
7．如图所示，重为300 N的物体在10 s内水平匀速移动了1.5 m，若物体受到地面的摩擦力为60 N，
绳端所用的拉力F的功率为12 W，则绳端所用的拉力为_____N。滑轮组的机械效率为_____。
【答案】40，75%。
【解析】由图可知，n＝2，则绳端移动的距离：s ＝ns ＝2×1.5 m＝3 m，
绳 物
由P＝可得，绳端所用拉力做的功：W ＝Pt＝12 W×10s＝120 J，
总
由W＝Fs可得，绳端所用的拉力：F＝＝＝40 N；
克服物体摩擦力所做的有用功：W ＝fs ＝60 N×1.5 m＝90 J，
有 物
滑轮组的机械效率：η＝×100%＝×100%＝75%。
8. 工人利用如图所示装置提升物料，该装置中的滑轮为 滑轮。已知滑轮重80N，货篮重120N，
不计绳重及摩擦。工人用该装置匀速提升空货篮时的拉力为 N。若绳子能承受的最大拉力为
520N，每根钢条重100N，该装置匀速提升钢条时，所能达到的最大机械效率为 。
【答案】 动 100 80%
【详解】由图可知，滑轮随物料一起运动，所以该装置中的滑轮为动滑轮。
由图可知，动滑轮上有两股绳，已知滑轮重80N，货篮重120N，不计绳重及摩擦，用该装置匀速提升
空货篮时的拉力
若绳子能承受的最大拉力为520N，提升钢条的最大重力
由于每根钢条重100N，所以最多能提升8根钢条，则该装置匀速提升钢条时，所能达到的最大机械效
率
9．如图所示，斜面长0.5 m，高0.1 m，把重为50 N的物体匀速地拉向斜面顶端，弹簧测力计的示数
为12.5N，则：（1）有用功是多少？
（2）总功为多少？
（3）该斜面的效率为多少？
【答案】（1）5J；（2）6.25J；（3）80%
【解析】（1）所做的有用功：W ＝Gh＝50 N×0.1 m＝5 J
有
（2）拉力所做的总功：W ＝Fs＝12.5 N×0.5 m＝6.25 J
总
（3）该斜面的效率为 η＝＝×100%=80%
10．运用如图所示器材，探究使用机械是否省功。实验中保持重物缓慢上升，用弹簧测力计测量钩码
的重力和拉力，记录钩码和绳子自由端的始、末位置。
（1）此实验中，一般要求拉动测力计应该保持 移动；
（2）请补充表格中的数据：
（3）为了让实验结论更具普遍性，除了改变钩码的 重复进行实验外，还可以换用一个
，再重复实验获取数据，最后分析实验数据得出较可靠的结论。
（4）分析上表中数据，根据W 与W 的实际关系，可以判断使用机械多做了功，其原因是 。
1 2
【答案】（1） 缓慢匀速；（2）0.4，0.6；（3）重力，不同重力的动滑轮；（4）克服摩擦力、绳子
重力和动滑轮的重力也要做功.
【详解】（1）为保证测力计示数稳定，应该缓慢匀速拉动测力计。
（2）这是动滑轮，绳子自由端移动的距离是物体升高距离的2倍，所以s=0.4m。
1
有用功为W= Gh=3N×0.2m=0.6J
1 1 1
（3）从一次数据很难总结规律获得结论，必须改变实验条件多次实验获取普遍规律：提升不同的重
物、使用不同的滑轮时规律是不是相同的。
（4）在使用机械时，提升机械、克服摩擦等都需要多做功。
11．《物原》记载：“史佚始作辘轳。”如图所示，人们借助辘轳从井中汲水时，转动摇把，使绳子在轴筒上不断叠绕，从而将水桶从井中提出。借助辘轳汲水时，下列有关说法正确的是（ ）
A．辘轳是一个动滑轮
B．克服水重和桶重做的功是有用功
C．增大转动摇把的速度不能提高辘轳的机械效率
D．通过现代科技改良后，可以将辘轳的机械效率提高到100%
【答案】C
【详解】A．辘轳是一个轮轴，在使用时轮半径大于轴半径，属于省力杠杆，使用辘轳汲水时可以省
力，故A错误；
B．汲水时的目的是为了把水提上来，因此克服水重所做的功是有用功，故B错误；
C．增大转动摇把的速度，在水的重力不变的情况下，有用功不变，额外功不变，因此机械效率不变，
故C正确；
D．任何机械在使用过程中都会有额外功，因此通过现代科技改良后，辘轳的机械效率也不会达到
100%，故D错误。
故选C。
12. 建筑工地上，工人用如图所示的装置将重为300N的建材从地面匀速运送到离地面8m的高处，所
用时间为40s。已知动滑轮重为40N，不计滑轮组的绳重和摩擦，下列说法正确的是（ ）
A．工人做的总功为2400J
B．工人拉力的功率为60W
C．此过程中该装置的机械效率约为88%
D．可以通过增加动滑轮个数的方法提高该装置的机械效率
【答案】C
【详解】A．由图可知，滑轮组的动滑轮绕2段绳，不计滑轮组的绳重和摩擦，拉力
绳子自由端移动的距离s=nh=2×8m=16m工人做的总功W =Fs=170N×16m=2720J
总
故A错误；
B．工人拉力的功率为
故B错误；
C．工人做的有用功为克服建材重力做的功，有用功W =Gh=300N×8m=2400J
有
此过程中该装置的机械效率
故C正确；
D．增加动滑轮的个数，可以增加动滑轮重，增大了额外功，所以会降低机械效率，故D错误。
故选C。
13．用如图所示的滑轮组拉动物体A，使物体A以0.2m/s的速度水平向左匀速运动10s，已知物体A
重500N，物体A受到的摩擦力为120N，拉力F的功率为30W，下列说法正确的是（ ）
A．绳子自由端移动的距离为2m
B．克服物体A与地面间摩擦力做的功是额外功
C．滑轮组的机械效率为80%
D．相同情况下，若用该滑轮组匀速拉动质量更大的物体，滑轮组的机械效率不变
【答案】C
【解析】A．由题意可知，物体移动的距离s＝vt＝0.2m/s×10s＝2m
动滑轮上有三股绳，绳端移动的距离是物体移动距离的3倍，为6m，故A错误；
B．克服物体A与地面的摩擦力所做的功为有用功，不是额外功，故B错误；
C．由题意及前面分析可知，有用功为
W ＝fs＝120N×2 m＝240 J
有
总功为拉力所做的功，由功率计算公式变形可知总功为
W ＝Pt＝30W×10s＝300 J
总
滑轮组的机械效率为η＝＝×100%＝80%，故C正确；
D．相同情况下，若用该滑轮组匀速拉动质量更大的物体时，物体与地面的摩擦力增大，有用功增大，
而系统的额外功不变，有用功占总功的比值增大，滑轮组的机械效率应该增大，故D错误。
故选C。
14. 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%
【解析】（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
W =G h= m gh=180kg×10N/kg×2m=3600J，
有用 豚 豚
（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c做功W ＝Fs＝500N×8 m＝4000 J
总
拉力F做功的功率
P＝＝=100W
（3）滑轮组的机械效率η＝×100%＝×100%=90%
15. 课后延时服务社团活动中，“勇创”兴趣小组计划探究“影响滑轮组机械效率的因素”的实践活
动，提出如下科学猜想；
猜想一：滑轮组机械效率可能与被提升物体的重力大小有关
猜想二：滑轮组机械效率可能与被提升物体的高度有关
现有实验器材支架、细绳、轻质滑轮2个、弹簧测力计（量程合适）、规格2N的钩码多个，实验装
置如图所示；请你协助“勇创”兴趣小组完成实验；
（1）除上述实验器材，完成该实验还需要的测量工具是______；
（2）实验数据记录如下表：
物体 物体上升的 弹簧测力计 绳子自由端移动
次数 机械效率
重力/N 高度/cm 的示数/N 的距离/cm
1 2 10 1.0 30 66.75
2 4 10 1.7 303 6 10 2.4 30 83.3%
①根据表格中的数据，第二次实验时滑轮组的机械效率为______；
②分析实验数据可得出结论同一滑轮组，物体提升相同高度，______，机械效率越高；
③若要验证猜想二，你的关键操作是______。
【答案】（1）刻度尺；（2）①78.4％；②物体的重力越大；③控制物体的重力和动滑轮的个数不变，
改变物体上升的高度。
【解析】（1）在探究影响滑轮组机械效率的因素的实验中，需要测量物体和绳子端移动的距离，故
还需要刻度尺。
（2）①由表格中的数据可知，物体上升的高度h=10cm=0.1m，绳子自由端移动的距离s=30cm=0.3m，
则第二次实验时滑轮组的机械效率为
η＝＝＝×100%=78.4%
②分析实验数据可得，同一滑轮组，物体提升相同高度时，物体的重力越大，有用功越大，机械效率
就越高。
③要验证滑轮组机械效率可能与被提升物体的高度有关，需要控制物体的重力和动滑轮的个数不变，
改变物体上升的高度从而探究机械效率的变化情况。
16．（2024·江苏宿迁·中考真题）如图所示的小型起重机，某次吊起重为6×103N的物体，电动机的拉
力为4×103N，用时20s，使物体上升了5m。则通过动滑轮（ ）
A．做的有用功为6×104J B．拉力功率为2×103W
C．做的总功为2×104J D．机械效率为66.7%
【答案】B
【详解】ACD．拉力做的有用功为
拉力做的总功为
动滑轮的机械效率为
故ACD不符合题意；
B．拉力功率为故B符合题意。故选B。
17．（2024·内蒙古·中考真题）如图所示，固定的斜面长s=2m，高h=0.5m，沿斜面向上用50N的拉
力在4s内把一个重60N的物体从斜面底端匀速拉到顶端，这一过程中（ ）
A．对物体做的有用功为120J B．物体受的摩擦力为50N
C．拉力做功的功率为25W D．斜面的机械效率为70%
【答案】C
【详解】A．根据题意，对物体做的有用功为W =Gh=60N×0.5m=30J
有
故A不符合题意；
B．总功为W =Fs=50N×2m=100J
总
则额外功为W =W -W =100J-30J=70J
额 总 有
则物体受的摩擦力为
故B不符合题意；
C．拉力做功的功率为
故C符合题意；
D．斜面的机械效率为
故D不符合题意。故选C。
18. （2024·江苏徐州·中考真题）如图所示，工人用动滑轮提起木箱，使用动滑轮可以 。如果木
箱重600N，工人用400N的力，将木箱匀速提高3m，则有用功为 J，动滑轮的机械效率为 。
【答案】 省力 1800 75%【详解】图中所示的动滑轮相当于一个省力杠杆，可以省力但是费距离。
因为木箱提升了3m，所以可知做的有用功为
W =Gh=600N×3m=1800J
有用
由图可知绳子段数为2，则木箱提高3m时，绳子自由端提高的距离为
s=2×3m=6m
则可得拉力做的功为W=Fs=400N×6m=2400J
该动滑轮的机械效率为
19．（2024·江苏苏州·中考真题）某起重机的滑轮组结构示意如图所示，其最大载重为5t。起重机将
3600kg的钢板匀速提升到10m高的桥墩上，滑轮组的机械效率为80%。不计钢丝绳的重力和摩擦，g取
10N/kg。求
（1）克服钢板重力做的功W ；
有用
（2）钢丝绳的拉力F；
（3）滑轮组满载时的机械效率（保留一位小数）。
【答案】（1）3.6×105J；（2）1.125×104N；（3）84.7%
【详解】（1）克服钢板重力做的功为
（2）起重机的滑轮组做的总功为
由图可知，有四段绳子承重，则钢丝绳的拉力为
（3）起重机的滑轮组做的额外功为
动滑轮的重力为滑轮组满载时的机械效率为
答：（1）克服钢板重力做的功为3.6×105J；
（2）钢丝绳的拉力为1.125×104N；
（3）滑轮组满载时的机械效率为84.7%。
20. （2023·湖南湘潭·统考中考真题）用图所示装置测量滑轮组的机械效率，部分实验数据如下表：
钩码上升高
钩码重力 拉力 绳子自由端 机械效率
实验次数 度
G/N F/N 移动距离s/cm η
h/cm
1 2.0 5 1.0 15 66.7%
2 4.0 5 1.8 15 74.1%
3 4.0 10 1.8 30 74.1%
4 6.0 5 2.5 15
（1）实验过程中，缓慢竖直拉动弹簧测力计，使钩码向上做 运动。第 1次实验时，钩码上
升的时间为 3s，此过程中，绳子自由端上升的速度为 m/s；
（2）第4次实验时所做的有用功为 J， 滑轮组的机械效率是 %；
（3）分析 1、2、4次实验的数据可知，使用同一滑轮组提升重物时，重物重力越 （选填
“大”或“小”），滑轮组的机械效率越高； 分析 2、3次实验的数据可知，滑轮组的机械效率与钩码上
升的高度 （选填“有关”或“无关”）；
（4）用滑轮组提升重物时，下列选项中也可提高机械效率的是 。A．换用更轻的动滑轮 B．加快提升物体的速度
【答案】（1）匀速直线，0.05；（2）0.3，80；（3）大，无关；（4）A。
【详解】（1）实验中为使弹簧测力计读数平稳，需要使钩码做匀速直线运动。
第 1次实验中，绳子3s钟的时间，移动的距离为15cm，则绳子移动的速度为
s 15×10-2m
v= = =0.05m/s
t 3s
（2）第4次实验时所做的有用功为
W =Gh=6N×5×10-2m=0.3J
有
第4次实验做的总功为
W =Fs=2.5N×15×10-2m=0.375J
总
第4次实验滑轮组的机械效率为
W 0.3J
η = 有 ×100％= ×100％=80％
W 0.375J
总
（3）根据1、2、4次实验的数据可知，重物重力越大，滑轮组的机械效率越高。
2、3两次实验中，钩码的重力相同，只改变钩码上升的高度，滑轮组的机械效率不变，可知轮组的机
械效率与钩码上升的高度无关。
（4）根据效率公式分析
W W
η = 有 = 有
W W+W
总 有 额
提高机械效率的方法一为：额外功一定时，增加有用功，即增加物重；二为：有用功一定时减少额外
功，即换用轻质滑轮，故A符合题意，B不符合题意。
故选A。
