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2. (★★)《物原》记载：“史佚始作辘轳。”如图 9.6 - 4 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。下列方法可以提高辘轳机械效率的是【 】
A.减小桶的质量
B.减小桶内水的质量
C.增大转动摇把的速度
D.使用更粗的绳子
A.减小桶的质量
B.减小桶内水的质量
C.增大转动摇把的速度
D.使用更粗的绳子
答案
A
解析
【解析】
机械效率的计算公式为$\eta=\frac{W_{有用}}{W_{总}}=\frac{W_{有用}}{W_{有用}+W_{额外}}$，提升水桶时，有用功是克服水的重力做的功，额外功主要是克服桶和绳子的重力做的功。
选项A：减小桶的质量，额外功减小，在有用功不变时，总功减小，根据公式可知机械效率提高，符合要求。
选项B：减小桶内水的质量，有用功减小，额外功不变，机械效率会降低，不符合要求。
选项C：转动摇把的速度不影响有用功和额外功的大小，因此不影响机械效率，不符合要求。
选项D：使用更粗的绳子，绳子质量增大，额外功增大，机械效率会降低，不符合要求。
【答案】
A
【知识点】
机械效率的影响因素；有用功与额外功
【点评】
本题考查对机械效率影响因素的理解，需明确有用功、额外功的变化对机械效率的影响，区分哪些因素会改变额外功或有用功，进而判断机械效率的变化。
【难度系数】
0.6
机械效率的计算公式为$\eta=\frac{W_{有用}}{W_{总}}=\frac{W_{有用}}{W_{有用}+W_{额外}}$，提升水桶时，有用功是克服水的重力做的功，额外功主要是克服桶和绳子的重力做的功。
选项A：减小桶的质量，额外功减小，在有用功不变时，总功减小，根据公式可知机械效率提高，符合要求。
选项B：减小桶内水的质量，有用功减小，额外功不变，机械效率会降低，不符合要求。
选项C：转动摇把的速度不影响有用功和额外功的大小，因此不影响机械效率，不符合要求。
选项D：使用更粗的绳子，绳子质量增大，额外功增大，机械效率会降低，不符合要求。
【答案】
A
【知识点】
机械效率的影响因素；有用功与额外功
【点评】
本题考查对机械效率影响因素的理解，需明确有用功、额外功的变化对机械效率的影响，区分哪些因素会改变额外功或有用功，进而判断机械效率的变化。
【难度系数】
0.6
3. (★★)(2025·德阳)塔吊是工程建设中常用的装置，其起吊部分的结构可简化为如图 9.6 - 5 所示的滑轮组。用$200N$的拉力$F$，将$480N$的重物在$10s$内竖直匀速提升$2m$，则拉力$F$的功率为$W$，该滑轮组的机械效率为。
答案
120
80%
80%
解析
【解析】
由图可知，滑轮组中承担物重的绳子段数$ n=3 $。
1. 计算拉力移动的距离：$ s=nh=3×2m=6m $
2. 计算拉力做的总功：$ W_{总}=Fs=200N×6m=1200J $
3. 计算拉力的功率：$ P=\frac{W_{总}}{t}=\frac{1200J}{10s}=120W $
4. 计算有用功：$ W_{有}=Gh=480N×2m=960J $
5. 计算滑轮组的机械效率：$ η=\frac{W_{有}}{W_{总}}×100\%=\frac{960J}{1200J}×100\%=80\% $
【答案】
120；80%
【知识点】
滑轮组功率计算；滑轮组机械效率计算
【点评】
本题考查滑轮组的功率与机械效率的计算，关键是确定承担物重的绳子段数，明确总功、有用功的计算方法，属于基础题。
【难度系数】
0.6
由图可知，滑轮组中承担物重的绳子段数$ n=3 $。
1. 计算拉力移动的距离：$ s=nh=3×2m=6m $
2. 计算拉力做的总功：$ W_{总}=Fs=200N×6m=1200J $
3. 计算拉力的功率：$ P=\frac{W_{总}}{t}=\frac{1200J}{10s}=120W $
4. 计算有用功：$ W_{有}=Gh=480N×2m=960J $
5. 计算滑轮组的机械效率：$ η=\frac{W_{有}}{W_{总}}×100\%=\frac{960J}{1200J}×100\%=80\% $
【答案】
120；80%
【知识点】
滑轮组功率计算；滑轮组机械效率计算
【点评】
本题考查滑轮组的功率与机械效率的计算，关键是确定承担物重的绳子段数，明确总功、有用功的计算方法，属于基础题。
【难度系数】
0.6
4. (★★)如图 9.6 - 6 为某景区的盘山公路，汽车行驶过程中遇到陡坡时司机常常要换用低速挡，这样做是因为在发动机的输出功率一定时可以增大。一辆总重为$1×10^{5}N$的汽车经过某一长为$200m$的路段时，竖直高度上升了$20m$，如果汽车的牵引力恒为$2.5×10^{4}N$，此过程中盘山公路斜面的机械效率为。
答案
牵引力
40%
40%
解析
【解析】
根据功率公式$P = Fv$，在发动机输出功率$P$一定时，换用低速挡减小速度$v$，可以增大牵引力$F$。
计算机械效率：
有用功$W_{有}=Gh = 1×10^{5}N×20m = 2×10^{6}J$，
总功$W_{总}=Fs = 2.5×10^{4}N×200m = 5×10^{6}J$，
机械效率$\eta=\frac{W_{有}}{W_{总}}×100\%=\frac{2×10^{6}J}{5×10^{6}J}×100\% = 40\%$。
【答案】
牵引力；40%
【知识点】
功率公式的应用；斜面机械效率计算
【点评】
本题考查功率公式的应用和斜面机械效率的计算，理解功率公式的变形以及有用功、总功的判断是解题关键。
【难度系数】
0.6
根据功率公式$P = Fv$，在发动机输出功率$P$一定时，换用低速挡减小速度$v$，可以增大牵引力$F$。
计算机械效率：
有用功$W_{有}=Gh = 1×10^{5}N×20m = 2×10^{6}J$，
总功$W_{总}=Fs = 2.5×10^{4}N×200m = 5×10^{6}J$，
机械效率$\eta=\frac{W_{有}}{W_{总}}×100\%=\frac{2×10^{6}J}{5×10^{6}J}×100\% = 40\%$。
【答案】
牵引力；40%
【知识点】
功率公式的应用；斜面机械效率计算
【点评】
本题考查功率公式的应用和斜面机械效率的计算，理解功率公式的变形以及有用功、总功的判断是解题关键。
【难度系数】
0.6
5. (★★★)如图 9.6 - 7 所示，龙骨水车是一种古代用于农田灌溉的水车工具，它包括固定整台水车的木架、操作者脚下的大轮和踏板、连接水槽和水源的木质水槽、安装在水槽另一端的小轮，以及连接大轮和小轮的木制链条，下链轮和车身一部分没入水中，通过操作者踩踏踏板，驱动链轮，叶板就沿水槽刮水上升，到水槽上端将水送出，使水车能够从水源抽水灌溉田地。
(1) 龙骨水车踏板和大轮部分相当于(填简单机械名称)。
(2) 刮板的面积越大，水车旋转一周提升的水就越多，对水所做的功越；当踩动踏板的速度加快时，提升水的功率会变。
(3) 劳动课上，小明踩动龙骨水车旋转一周可将约$20L$水提升到离水源$3m$高的田地中，所用时间为$60s$，小明做功的总功率为$40W$，则该过程中做的总功为$J$，机械效率为。($\rho_{水}=1.0×10^{3}kg/m^{3}$，$g$取$10N/kg$)
(1) 龙骨水车踏板和大轮部分相当于(填简单机械名称)。
(2) 刮板的面积越大，水车旋转一周提升的水就越多，对水所做的功越；当踩动踏板的速度加快时，提升水的功率会变。
(3) 劳动课上，小明踩动龙骨水车旋转一周可将约$20L$水提升到离水源$3m$高的田地中，所用时间为$60s$，小明做功的总功率为$40W$，则该过程中做的总功为$J$，机械效率为。($\rho_{水}=1.0×10^{3}kg/m^{3}$，$g$取$10N/kg$)
答案
轮轴
多
大
2400
25%
多
大
2400
25%
解析
【解析】
(1) 龙骨水车的踏板和大轮部分，轮的半径大于轴的半径，人踩动踏板带动大轮转动，属于轮轴这种简单机械。
(2) 根据$W=Gh$，刮板面积越大，提升的水的重力越大，提升高度不变，所以对水做的功越多；当踩动踏板速度加快时，相同时间内提升的水更多，做的功更多，由$P=\frac{W}{t}$可知，时间不变时，提升水的功率会变大。
(3) ①根据$P=\frac{W}{t}$，可得总功$W_{总}=Pt=40W×60s=2400J$；
②水的体积$V=20L=0.02m^{3}$，由$\rho=\frac{m}{V}$得水的质量$m=\rho_{水}V=1.0×10^{3}kg/m^{3}×0.02m^{3}=20kg$，水的重力$G=mg=20kg×10N/kg=200N$，有用功$W_{有}=Gh=200N×3m=600J$；
③机械效率$\eta=\frac{W_{有}}{W_{总}}×100\%=\frac{600J}{2400J}×100\%=25\%$。
【答案】
(1) 轮轴
(2) 多；大
(3) 2400；25%
【知识点】
轮轴的应用、功的计算、机械效率计算
【点评】
本题结合古代灌溉农具，考查简单机械、功与功率、机械效率的相关知识，体现物理知识在生活与历史中的实际应用，培养知识迁移能力。
【难度系数】
0.6
(1) 龙骨水车的踏板和大轮部分，轮的半径大于轴的半径，人踩动踏板带动大轮转动，属于轮轴这种简单机械。
(2) 根据$W=Gh$，刮板面积越大，提升的水的重力越大，提升高度不变，所以对水做的功越多；当踩动踏板速度加快时，相同时间内提升的水更多，做的功更多，由$P=\frac{W}{t}$可知，时间不变时，提升水的功率会变大。
(3) ①根据$P=\frac{W}{t}$，可得总功$W_{总}=Pt=40W×60s=2400J$；
②水的体积$V=20L=0.02m^{3}$，由$\rho=\frac{m}{V}$得水的质量$m=\rho_{水}V=1.0×10^{3}kg/m^{3}×0.02m^{3}=20kg$，水的重力$G=mg=20kg×10N/kg=200N$，有用功$W_{有}=Gh=200N×3m=600J$；
③机械效率$\eta=\frac{W_{有}}{W_{总}}×100\%=\frac{600J}{2400J}×100\%=25\%$。
【答案】
(1) 轮轴
(2) 多；大
(3) 2400；25%
【知识点】
轮轴的应用、功的计算、机械效率计算
【点评】
本题结合古代灌溉农具，考查简单机械、功与功率、机械效率的相关知识，体现物理知识在生活与历史中的实际应用，培养知识迁移能力。
【难度系数】
0.6
