中考物理 微专题五 功、功率、机械效率的综合计算复习试题

1 微专题五微专题五 功、功率、机械效率的综合计算功、功率、机械效率的综合计算 简单机械的功、功率、机械效率的综合计算包括利用滑轮组提升物体、水平拉物体和利用斜面 提升物体等，是中考命题的重要考点 1 1利用滑轮组提升物体分三种情况： (1)理想情况：不计动滑轮重力、不计绳重和绳与轮之间的摩擦，即W额 0，F，1，GhFs. G物 n (2)半理想情况：考虑动滑轮的重力，不计绳重和绳与滑轮之间的摩擦，即W额G动h，F ，. G物G动 n G物 G物G动 (3)实际情况：考虑动滑轮的重力、绳重和绳与滑轮之间的摩擦(题目没有说明，表明要考虑)， 即，F. G物 Fn G物 n 2 2利用滑轮组水平拉物体，此时克服物体受到的摩擦力做的功为有用功，与物重、滑轮重无 关W有fs物，W总FsFnFs物 3 3利用斜面提升物体分两种情况： (1)理想情况：不考虑机械自重和摩擦，沿斜面拉上去所做的功Fs等于直接搬上去所做的功 Gh，即FsGh. (2)非理想情况：考虑机械自重及摩擦，W有Gh，W总Fs，W额fs，. W有 W总 Gh Fs 类型一 利用滑轮组提升物体 1 1(2016，桂林)随着高层建筑的大量兴建，人们经常要与电梯打交道，如图甲所示是某种升 降电梯的简化模型，它由轿厢、配重、电动机、钢丝绳、定滑轮等部件组成，其中轿厢的质量为 780 kg.电梯某次搭载一位质量为 70 kg 的乘客上楼，轿厢启动上升的路程与时间关系如图乙所示， 2 电动机的输出功率与时间关系如图丙所示，电动机的工作效率为 80%，不计钢丝绳的重力和一切摩 擦，求： (1)当该乘客站立在静止的轿厢内时，双脚的受力面积为 500 cm2，则乘客对轿厢的压强为多少 帕？ (2)电动机在电梯启动上升 12 s 内，消耗的电能是多少焦？(已知电动机对轿厢所做的功等于 其Pt图象与时间轴所围成的阴影部分面积大小) (3)电梯配重的质量为多少千克？ (1)乘客对轿厢的压力FGmg70 kg10 N/kg700 N，乘客对轿厢的压强p F S 14000 Pa (2)前 2 s 做的功W1 2 s7000 W7000 J，后 10 s 做的功 700 N 500 104 m2 1 2 W2Pt4000 W10 s40000 J，12 s 内做的总功WW1W27000 J40000 J47000 J，消耗 的电能W58750 J (3)后 10 s 的速度v 2 m/s，由P Fv W 80% 47000 J 80% s t 20 m 10 s W t Fs t 得电动机对轿厢的拉力F拉 2000 N，轿厢和乘客的总重力G总m总g(780 kg70 P v 4000 W 2 m/s kg)10 N/kg8500 N，配重的重力G配G总F拉8500 N2000 N6500 N，配重的质量m配 650 kg G配 g 6500 N 10 N/kg 2 2(2016，达州)某工人使用如图甲所示的滑轮组匀速提升浸没在水中的实心物体A，拉力的 功率随时间的变化的图象如图乙所示，已知动滑轮的重力为 60 N，物体匀速上升的速度始终为 1 m/s.(不计绳重，摩擦及阻力，水1103 kg/m3，g取 10 N/kg)求： (1)物体浸没在水中时受到的浮力 (2)物体的密度 (3)物体浸没在水中时滑轮组的机械效率 3 (1)由图甲可知，n2，则拉力F拉绳的速度v2vA21 m/s2 m/s，由图乙可知，圆柱体 A离开水面后拉力F的功率P420 W，由PFv得，绳子自由端的拉力F210 P v 420 W 2 m/s N，不计绳重、摩擦及阻力，拉力F (GAG轮)，GA2FG轮2210 N60 N360 N；由 1 2 图乙可知，圆柱体A浸没在水中时拉力F的功率P300 W，则F 150 N，不计绳重、 P v 300 W 2 m/s 摩擦及阻力，拉力F (GAF浮G轮)，150 N (360 NF浮60 N)，解得F浮120 N (2) 1 2 1 2 因为浸没，VAV排1.2102 m3；A的质量mA F浮 水g 120 N 1 103 kg/m3 10 N/kg GA g 36 kg，A的密度A3103 kg/m3 (3)物体浸没在水中时机械 360 N 10 N/kg mA VA 36 kg 1.2 102m3 效率80% W有 W总 （GAF浮）h （GAF浮G轮）h GAF浮 GAG轮F浮 360 N120 N 360 N60 N120 N 类型二 利用滑轮组水平拉物体 3 3(2016，邵阳)在一次车辆故障处置过程中，拖车所用装置简化如图所示为了尽快疏通道 路，交警只用了 30 s 的时间，指挥拖车在水平路面上将质量是 1.5 t 的故障车匀速拖离了现 场若故障车被拖离的速度是 6 m/s，绳子自由端的拉力F是 500 N，该装置的机械效率是 80%.求： (1)故障车在 30 s 内通过的路程 (2)拉力F在 30 s 内所做的功 (3)故障车在被拖离过程中受到的阻力 (1)由v 得故障车在 30 s 内通过路程s车vt6 m/s30 s180 m (2)由图可知n3， s t 绳子自由端移动的距离s绳3s车3180 m540 m，拉力F在 30 s 内所做的功WFs绳500 N540 m2.7105 J (3)由图知，n3，水平滑轮组的机械效率，所以故障车在 W有用 W总 fs车 Fs绳 fs车 F 3s车 f 3F 被拖离过程中受到的阻力f3F3500 N80%1200 N 4 4 4(2015，遂宁)某兴趣小组用如图甲所示的滑轮组(物体与动滑轮用绳子a连接)匀速拉动放 在同一水平面上的不同物体，物体受到的摩擦力从 200 N 开始逐渐增加，直到组装滑轮组的绳子b 被拉断，每次物体拉动的距离均为 2 m通过实验绘出了该滑轮组机械效率随物体受到摩擦力大小 变化的关系图象如图乙所示(不计绳重和绳与滑轮间的摩擦)求： (1)动滑轮的重力 (2)当滑轮组的机械效率为 80%，物体以 0.2 m/s 的速度匀速运动时，该滑轮组的有用功率 (3)一个重 500 N 的同学利用该滑轮组想独自用竖直向下的力拉断绳子b，请你通过计算分析 他能否实现 (1)因为，所以动滑轮重力为G动 W有用 W总 W有用 W有用W额 fs fsG动s f fG动 f11f1 1 200 N (2)当滑轮组机械效率为280%时，根据得，物体受 200 N50% 200 N 50% f fG动 到的摩擦力为f2800 N，所以滑轮组的有用功率为Pf2v800 N0.2 2G动 12 80% 200 N 180% m/s160 W (3)当物体与地面间摩擦力达到最大f31600 N 时，作用在绳子自由端的拉力为F最大 (f3G动) (1600 N200 N)600 N，因为F最大600 NG人500 N，所以中学生无法拉 1 3 1 3 断绳子 类型三 利用组合机械提升物体 5 5某工人用如图所示的装置把一重为 1200 N 的箱子从斜面底端匀速拉到顶端用时 10 s，已 知斜面长 6 m、高 2 m，此装置的机械效率为 80%(滑轮重、绳重、滑轮与绳之间的摩擦均不计) 求： (1)拉力F. (2)拉力F做功的功率 (3)箱子和斜面间的摩擦力 (1)由图可知滑轮装置是一个动滑轮，绳端移动的距离s2s26 m12 m；有用功W有用 Gh1200 N2 m2400 J，根据可得，所以F250 N W有 W总 W有 Fs W有 s 2400 J 80% 12 m 5 (2)拉力做的功W总Fs250 N12 m3000 J，拉力的功率P300 W (3)因为 W总 t 3000 J 10 s W总W有用W额，所以克服摩擦力做的额外功W额W总W有用3000 J2400 J600 J，根据 WFs可得，摩擦力f100 N W额 s 600 J 6 m 6 6(2016，攀枝花)配重M单独置于水平地面上静止时，对地面压强为 3105 Pa，将配重M用 绳系于杠杆的B端，在杠杆的A端悬挂一滑轮，定滑轮重 150 N，动滑轮重 90 N，杠杆AB的支点 为O，OAOB53，由这些器材组装成一个重物提升装置，如图所示，当工人利用滑轮组提升重 力为 210 N 的物体以 0.4 m/s 的速度匀速上升时，杠杆在水平位置平衡，此时配重M对地面压强为 1105 Pa.(杠杆与绳的重量、滑轮组的摩擦均不计，g取 10 N/kg) (1)求滑轮组的机械效率 (2)配重M的质量是多少？ (3)为使配重M不离开地面，人对绳的最大拉力是多少？ (1)根据图示可知：n2，则F (GG动) (210 N90 N)150 N；滑轮组的机械效率 1 2 1 2 70% W有 W总 Gh Fs G 2F 210 N 2 150 N (2)设配重M的底面积为S，由p 可得，3105 Pa，当物体匀速上升时，作用在杠杆 F S GM S A端的力FA3FG定3150 N150 N600 N，由杠杆平衡条件可得FBOBFAOA，即FB 1000 N，由p 可得 1105 Pa，联立可得 FAOA OB 600 N 5 3 F S GMFB S