物理机械效率的计算的专项练习题(含答案)含答案

一、初中物理有用功额外功总功机械效率的计算问题1．用如图甲所示的滑轮组在同一平面上均以0.2m/s的速度匀速拉动不同物体。根据测量结果画出了该滑轮组机械效率与物体受到摩擦力大小变化的关系图像，如图乙所示。若不计绳重和绳与滑轮间的摩擦，当物体向右运动0.3m，绳子自由端移动__________m；当滑轮组的机械效率为60%时，拉力Fb的功率是__________W。【答案】0.950【解析】【分析】【详解】[1]有丙图可知，绳子股数，物体向右运动0.3m，则绳子自由端移动的距离[2]由丁图，当物体受到的摩擦力是100N时，滑轮组机械效率为50%，不计绳重和绳与滑轮间的摩擦，则则当滑轮组的机械效率为60%时，不计绳重和绳与滑轮间的摩擦，物体受到摩擦力的大小则不计绳重和绳与滑轮间的摩擦，由图知绳子股数，拉力Fb为物体运动速度0.2m/s不变，则绳端移动速度则拉力Fb的功率，由则2．起重机械在四川汶川的救援过程中，发挥了重要的作用；如图所示，吊臂上的滑轮组，可用的拉力将重为2.4×104N的吊板提起，如果吊板被匀速提高10m，则拉力F做功_________J，滑轮组的机械效率是__________。【答案】3×10580%【解析】【分析】【详解】[1]由题图知：与动滑轮相连的绳子共有三段，则拉力F移动的距离s与物体升高的距离h之间的关系为；拉力F做功是[2]滑轮组做的有用功是滑轮组的机械效率是3．如图所示，用平行于斜面的拉力F，将重为8N的物体沿斜面从底端匀速拉至顶端。若不考虑物体与斜面间的摩擦，则拉力F为_____N；若斜面的机械效率为80%，则此时拉力F为_____N。若另一斜面的高度h与长度s之比为3:5，将重25N的物体匀速拉至顶端的拉力为18N，则该物体所受摩擦力为_____N。【答案】453【解析】【分析】不考虑物体与斜面间的摩擦，则用手做的功和用机械所做的功相等；可由求出拉力；已知有用功和机械效率，可由机械效率变形公式求出总功，再由求出拉力；不考虑物体与斜面间的摩擦，由求出拉力，然后与实际施加的拉力比较即可求出物体与斜面之间的摩擦力。【详解】[1]不考虑物体与斜面间的摩擦，则用手做的功和用机械所做的功相等，所以有则拉力F为[2]用手做的有用功已知机械效率，根据可得，此时拉力F做的总功则由可得，此时拉力F为[3]使用另一斜面，若不考虑物体与斜面间的摩擦，由可得，此时的拉力为由于该物体受到摩擦力的作用，则实际拉力，所以摩擦力4．如图所示，利用斜面向上移动物体可以_______（选填“省力”、“省距离”、“省功”）。小明把质量为50kg的木箱沿斜面拉了10m，使木箱上升了4m，如图所示，沿斜面向上用的拉力F＝250N，木箱以0.2m/s的速度匀速上升的过程中，斜面的机械效率为________，木箱在斜面上匀速运动时受到摩擦力为_______N。（g取10N/kg）【答案】省力80%50【解析】【分析】【详解】[1]斜面也是一种简单机械，利用斜面向上移动物体可以省力。[2]做的有用功W有用=Gh=mgh=50kg×10N/kg×4m=2000J拉力做的总功W总=Fs=250N×10m=2500J斜面的机械效率机械效率为80%。[3]这个过程中，做的额外功W额外=W总-W有用=2500J-2000J=500J克服摩擦做的功为额外功的唯一来源，因为W额外=fs，所以摩擦力的大小摩擦力为50N。5．如图所示，用一动滑轮拉一物体A以0.5m/s的速度在水平面上作匀速直线运动，物体A重为20N，受到的摩擦阻力是物重的0.2倍，水平拉力为2.5N，则在2s内拉力做的功是________J，滑轮的机械效率是________（不计滑轮重力）．【答案】580%【解析】【分析】【详解】物体2s移动的距离：s=vt=0.5m/s×2s=1m，∵使用的是动滑轮，∴拉力移动的距离：s′=2s=2×1m=2m，拉力做功：W=Fs′=2.5N×2m=5J；∵物体受到的摩擦阻力是物重的0.2倍，∴f=0.2G=0.2×20N=4N，滑轮的机械效率：η====80%．故答案为5，80%．6．小黄用图所示的滑轮组经过10s的时间，用150N的拉力将一个重270N的重物提高1m，求此过程：拉力F自由端拉出的距离是_____m；小黄所做的有用功是_______J；总功是_______J；拉力做功的功率是______W。【答案】327045045【解析】【分析】【详解】[1]由图可知，滑轮组的承重绳子根数n=3根，则拉力自由端拉出的距离s=nh=3×1m=3m[2]有用功W有用=Gh=270N×1m=270J[3]总功W总=Fs=150N×3m=450J[4]拉力做功的功率7．在如图所示的滑轮组中，用大小为5N的拉力F拉动绳端，使物体水平向左匀速滑动1m，不计绳重、滑轮重及绳子与滑轮之间的摩擦，此时滑轮组的机械效率为90%，则物体与地面之间的摩擦力为_______N。【答案】9【解析】【分析】【详解】由图知，n=2，拉力端移动距离s=2s物=2×1m=2m拉力做功W总=Fs=5N×2m=10J有用功为则物体与地面之间的摩擦力为8．如图在粗糙斜面上将一个重为16N的物体匀速拉到高h处，沿斜面向上的拉力为10N，斜面长、高。其中所做的有用功为__J，物体受到的摩擦力大小为__N，斜面的机械效率为__。【答案】16280%【解析】【详解】[1]所做的有用功为：W有用；[2]拉力做的总功为：W总，所做的额外功为：W额=W总-W有用=20J-16J=4J；摩擦力：。[3]斜面的机械效率为：。9．如图所示，利用轻质滑轮组匀速拉动水平地面上重为300N的物体，拉力F的大小为30N．物体与地面之间的摩擦力大小为45N，若物体在1s内运动了2m，A处的绳子拉力为_____N，滑轮组的机械效率为________．（滑轮组摩擦力及绳重不计）【答案】4550%【解析】【分析】【详解】[1]如图，物体与地面之间的摩擦力大小为f=45N，物体A向左做匀速直线运动，A处的绳子拉力与物体与地面之间的摩擦力平衡，故绳子拉力为45N；[2]如图，绳子股数n=3，物体移动的距离s=2m，滑轮组对物体做的有用功为：，拉力做的功即总功为：，滑轮组的机械效率为；10．质量为m的工人用如图甲所示的滑轮组将建筑材料运送到楼顶，滑轮组的机械效率随建筑材料重力变化的图像（如图乙），机械中摩擦及绳重忽略不计，影响滑轮组机械效率的原因有_____（写出一点即可），动滑轮的重力为_____，该工人竖直向下拉绳子自由端运送建筑材料时，此滑轮组机械效率的最大值为_____。（后两空均用已知量符号表示）【答案】物重（或动滑轮重）Gn×100%【解析】【分析】【详解】[1]已知机械中摩擦力及绳重忽略不计，由可知，影响滑轮组机械效率的因素有物重、动滑轮重。[2]由图乙可知，物重，滑轮组的机械效率，因机械中摩擦力及绳重忽略不计，所以滑轮组的机械效率解得[3]已知工人的质量为m，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11．如图所示，用完全相同的四个滑轮和两根相同的细绳组成甲乙两个滑轮组，在各自的自由端均施加大小相等的拉力F，将A、B两个不同的物块匀速提升相同的高度（不计绳重和摩擦）已知A、B两物块重分别为GA、GB，动滑轮重为G0，下列说法正确的是（）A．甲、乙两滑轮组的机械效率相等B．物块A的重力小于物块B的重力C．若G0=GB，则甲、乙滑轮组一定都是省力机械D．甲滑轮组的机械效率为【答案】BD【解析】【分析】【详解】A．甲、乙两滑轮组提升两块物体的质量不同，提升相同高度所做有用功不同，动滑轮质量相同，不计绳重和摩擦，则滑轮组做额外功相同，它们的机械效率不同，故A项错误；B．在各自的自由端均施加大小相等的拉力F，则，所以，故B项正确；C．若G0=GB，则甲滑轮组绳子端拉力为即所以甲滑轮组是费力机械，乙滑轮组绳子端拉力为所以乙滑轮组是省力机械，故C项错误；D．甲滑轮组的机械效率为故D项正确。故选BD。12．如图所示的滑轮组，绳子的末端缠绕在电动机上，电动机转动将下方钩码匀速提起。如果加快电动机的转速，则后一次提升与前一次相比（）A．功率增大、机械效率增大 B．功率增大、机械效率不变C．功率不变、机械效率不变 D．功率不变、机械效率增大【答案】B【解析】【分析】【详解】前后两次的滑轮组是同一个滑轮组，则做的有用功、额外功、总功不变，则机械效率不变；加快电动机的转速，则物体提升的速度增大，若两次提升高度相同，则后一次所需要的时间小于前一次所需要的时间，根据可知，功率变大。故ACD错误，B正确。故选B。13．如图甲所示，实心物体A漂浮在水面上，现利用电动机通过滑轮组拉动A，使A向下运动（运动过程中始终未碰到定滑轮）。此过程中，电动机拉力F做的功W随时间t的变化图象如图乙所示。已知A的体积为0.1m3，密度为0.4×103kg/m3，动滑轮重为300N。不计绳重、摩擦和水的阻力，g取10N/kg。下列说法中正确的是（）A．物体A向下运动过程中，电动机拉着绳子的力逐渐变大B．物体A受到的最大浮力为400NC．物体A向下运动的最小速度为0.2m/sD．物体A向下运动过程中，滑轮组机械效率的最大值为82.4%【答案】C【解析】【分析】【详解】A．由图可知，承担物重的绳子段数，电动机拉着绳子的力物体A向下运动过程中，浮力先变大、后不变，所以电动机拉着绳子的力先变大，后不变，故A错误；B．物体A完全浸没在水中时受到的最大浮力，为故B错误；C．由得，A的质量A的重力当A完全浸没时绳子对物体A的拉力最大，电动机对绳子的拉力也最大，不计绳重、摩擦和水的阻力，则电动机对绳子的最大拉力由图乙可知，电动机工作时拉绳子的功率且保持不变，为由可知，绳子自由端运动的最小速度则物体向下运动的最小速度故C正确；D．当A完全浸没后，滑轮组受到的拉力最大，此时滑轮组的机械效率最大，有用功总功滑轮组机械效率的最大值故D错误。故选C。14．某实验小组分别用如图所示的甲、乙两个滑轮组（每个滑轮重均为50g）在2s内把重物G1和G2提高10cm，已知Fl和F2的大小均为2N，不计绳重及摩擦（g取10N/kg）。下列说法中不正确的是（）A．重物G1的重力大小为5.5NB．乙滑轮组所做的有用功是0.7JC．F1和F2做功的功率之比为3:4D．两个滑轮组的机械效率之比为4:3【答案】D【解析】【分析】【详解】A．从图甲可以看到，三条绳子托着动滑轮，动滑轮只是一个，重力大小是把动滑轮和重物看作一个整体，这个整体处于平衡状态，可知解得，重物G1的重力大小为5.5N，A正确，不合题意；B．在图乙中，把两个动滑轮和重物看作一个整体，这个整体处于平衡状态，可知解得，重物升高的高度是，乙滑轮组所做的有用功是乙滑轮组所做的有用功是，B正确，不合题意；C．重物G1移动的速度是甲图中绳端移动的速度是重物G2移动的速度是乙图中绳端移动的速度是那么可知F1和F2做功的功率之比是F1和F2做功的功率之比为3:4，C正确，不合题意；D．甲滑轮组所做的有用功是所做的总功是乙滑轮组所做的总功是由上述可知，乙滑轮组所做的有用功是，那么两个滑轮组的机械效率之比是两个滑轮组的机械效率之比是；D错误，符合题意。故选D。15．如图所示，重300N的物体在20N的水平拉力F的作用下，以0.2m/s的速度沿水平地面向左匀速直线运动了10s，滑轮组的机械效率为80%，则在此过程中，下列说法正确的是（）A．拉力F的功率为12W B．物体与地面间的滑动摩擦力为32NC．绳子自由端移动的距离为2m D．滑轮组做的有用功为120J【答案】A【解析】【详解】A．拉力F的功率为故A正确；B．滑轮组的机械效率为所以物体与地面间的滑动摩擦力为故B错误；C．绳子自由端移动的距离为故C错误；D．滑轮组做的有用功为故D错误。故选A。16．一个斜面高为h，长为l，该斜面的机械效率为η。现把重为G的物体沿斜面匀速向上移动，则物体受到的滑动摩擦力的大小为A．＋GB．－GC．D．【答案】D【解析】【分析】【详解】物体沿斜面匀速向上移动过程中，做的有用功总功克服物体与斜面摩擦力做的额外功所以，摩擦力的大小故选D。17．如图所示，用完全相同的滑轮和细绳组成甲、乙两个滑轮组，在各自的自由端施加大小分别为F1和F2的拉力，将重物G1和G2分别缓慢提升相同的高度（不计绳重和一切摩擦）．下列说法中不正确的是A．若物重相等，则拉力F1小于F2B．若物重相等，则甲、乙两滑轮组的机械效率相同C．若F1、F2大小相等，则拉力F1做的功较多D．若F1、F2大小相等，则甲、乙两滑轮组的机械效率相同【答案】D【解析】A．由图可知，，不计绳重和一切摩擦，由可得，绳子的拉力：，若物重相等，即G1=G2，则F1＜F2，故A正确；B．若物重相等，且提升相同的高度时，因不计绳重和一切摩擦时，有用功为克服物体重力做的功，总功为克服动滑轮重力和物体重力做的功，所以，由可知两滑轮做的有用功相等，由可知两滑轮的总功相等，由可知，甲、乙两滑轮组的机械效率相同，故B正确；C．由图可知，n甲=3，n乙=2，由可知，两物体提升相同高度时，甲滑轮组绳端移动的距离较大，由可知，若F1、F2大小相等，则拉力F1做的功较多，故C正确；D．将重物G1和G2分别缓慢提升相同的高度时有用功相同，若F1、F2大小相等时，拉力F1做的总功较多，由可知，甲的机械效率小于乙的机械效率，故D错误．故选D．【点睛】本题考查了滑轮组绳子拉力公式和做功公式、机械效率公式的应用，明确滑轮组的有用功和总功是关键．18．如图甲所示的装置，A是重15N的空吊篮，绳子B和C能承受的最大拉力分别为100N和50N。质量为50kg的小张同学将A提升到高处，施加的拉力F随时间变化关系如图乙所示，A上升的速度v随时间变化关系如图丙所示。忽略绳重及摩擦，常数g取10N/kg。下列结论正确的是（）A．动滑轮的重力为9NB．第2s内拉力F的功率为40WC．此装置最多能匀速运载80N的货物D．此装置提升重物的最大机械效率为85%【答案】BC【解析】【分析】【详解】A．由图丙可知，在1~2s内物体匀速运动，图乙可知，拉力为10N，由图甲知绳子股数n=2，则根据即解得G动=5N故A错误；B．第2s内绳子自由端的速度为第2s内拉力F的功率为故B正确；C．当拉力最大为50N时，可以拉动物重为绳子B不断，故C正确；D．由C可得，重物最重为80N，则最大的机械效率为故D错误。故选BC。19．用如图甲所示的动滑轮提升一批建筑材料。工人竖直向上拉动轻绳的自由端将建筑材料以0.1m/s的速度匀速提升，此过程中，作用在绳子自由端的拉力F所做的功W随时间t的变化关系如图乙所示已知这批建筑材料的总质