物理一模试题分类汇编-机械效率的计算

一、初中物理有用功额外功总功机械效率的计算问题1．如图所示，工人师傅用500N的拉力向下拉绳，使重为900N的物体在10s内匀速上升了3m，此过程中忽略绳重和摩擦，则下列说法正确的是（）A．人通过滑轮组做的有用功为1500JB．拉力F的功率为150WC．动滑轮重为200ND．滑轮组的机械效率为90％【答案】D【解析】【详解】A．人通过滑轮组做的有用功是A错误；B．物体在10s内匀速上升了3m，托着动滑轮的绳子有两条，那么人手拉的绳子那端移动距离是移动的速度是可知拉力F的功率为B错误；C．由题意可知，忽略绳重和摩擦，托着动滑轮的绳子有两条，那么解得即动滑轮重为100N，C错误；D．滑轮组的总功是由上述可知，滑轮组的机械效率为D正确。故选D。2．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。3．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4．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：。5．如图甲是一艘完全依靠太阳能驱动的船，该船长30米，宽15米，排水量60吨，船的表面安装有太阳能电池板，接收太阳能的功率为1.6×105W，若接收的太阳能只用来驱动船前进。在一次航行中，从某一时刻开始，太阳能船受到水平方向的牵引力F随时间t的变化关系如图乙所示，船的运动速度v随时间t的变化关系如图丙所示。（g取10N/kg），则满载时太阳能船受到的浮力是___________N；第50s到第100s的运动过程中，太阳能船的效率是_________。【答案】【解析】【分析】【详解】[1]由题意可知，排水量60t，则满载时太阳能船受到的浮力是[2]由题意可知，第50s到第100s的运动过程中，太阳能船移动的距离是这段时间牵引力所做的功是总功是那么太阳能船的效率是6．如图所示，用8N的拉力F拉着物体A在水平面匀速运动了1m。已知物体A重40N，与水平面的接触面积是100cm2，它在水平面运动时受到的摩擦力是12N，则拉动时重物对地面的压强是_______Pa，滑轮组的机械效率是______。【答案】4×10375%【解析】【详解】[1]重物对地面的压强为：；[2]由图可知，动滑轮上绳子的段数为n=2，绳子自由端移动的距离为：；克服摩擦力做的有用功为：；总功为：；机械效率为：。7．如图所示，在40N的水平拉力F作用下，将重700N的物体沿水平地面做匀速直线运动，物体与地面间滑动摩擦力为100N。则滑轮组的机械效率为________；若物体的运动速度为0.2m/s，则拉力F的功率为________W。【答案】83.3%24【解析】【详解】[1]从图中可以看到，有三根绳子托着动滑轮，那么绳端移动的距离与重物水平移动的距离的关系是，由于物体沿水平地面做匀速直线运动，水平方向受力平衡，可知动滑轮对重物的拉力是则滑轮组的机械效率为[2]若物体的运动速度为0.2m/s，那么绳端移动的速度可知拉力F的功率为8．用如图甲所示的装置将实心物体A从深井中吊出来，人对绳子施加的拉力随时间的变化如图乙所示，已知动滑轮的重力为60N，物体匀速上升的速度始终为1m/s，（不计绳重、摩擦及阻力）。则当物体完全出水之后，拉力的功率为____W，物体浸没在水中时受到的浮力为_____N；物体浸没在水中时滑轮组的机械效率为________。【答案】【解析】【分析】【详解】[1]由乙图可知，物体完全出水后人对绳的拉力大小为210N，绳自由端移动的速度为物体上升速度的2倍，此时拉力的功率[2]以动滑轮和下方吊起的物体为整体进行受力分析：物体完全脱离水面后，整体在竖直向上的方向上受到两股绳的拉力，竖直向下的方向上受到重力被吊物体的重力物体在浸没状态时，整体在竖直向上的方向上受到两股绳的拉力和浮力，竖直向下的方向上受到重力，由此可得[3]物体在浸没状态时，绳对物体的拉力滑轮组的机械效率9．如图所示，重300的物体在10s内水平均速移动了1.5m，若物体受到地面的摩擦力为60，绳端所用的拉力F的功率为12W，则绳端所用的拉力为_____N，滑轮组的机械效率为_____。【答案】4075%【解析】【分析】【详解】[1]由图可知，滑轮组有两段绳子与动滑轮相连，所以绳端运动的速度为根据公式可得，拉力大小为[2]由题可知，滑轮组所做的有用功为物体克服摩擦力所做的功总功为所以，滑轮组机械效率为10．用如图所示的滑轮组将重85N的物体匀速提升2m，用时10s，已知动滑轮重为10N，机械效率为85%。此过程中有用功为_____J，额外功为_____J，拉力F的大小为_____N。拉力F做功的功率为_____W。当该滑轮组的机械效率低于_____时，使用它将不再省力。【答案【解析】【详解】[1]拉力做的有用功W有用＝Gh＝85N×2m＝170J[2]由得拉力做的总功则额外功为W额外＝W总−W有用＝200J−170J＝30J[3]由图知，n＝2，拉力端移动距离s＝2h＝2×2m＝4m由W总＝Fs得拉力大小[4]拉力做功的功率[5]不省力，说明拉力至少等于物重，当F＝G＝85N时，此时的机械效率当该滑轮组的机械效率低于50%时，使用它将不再省力。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，一工人利用如图所示的滑轮组在10s内将质量为40kg的物体匀速提升3m，此过程中工人对地面的压强为6000Pa。已知工人与地面的接触面积为500cm2，工人的质量和动滑轮质量之和为80kg，不计绳重和摩擦。则下列说法错误的是（）A．工人用提升400N重物的过程中，动滑轮做的有用功为1200JB．工人用提升400N重物的过程中，绳子自由端移动的速度为0.6m/sC．用该滑轮组提升重为600N的物体，机械效率为80%D．工人的质量为60kg【答案】C【解析】【分析】【详解】A．动滑轮做的有用功故A正确，不符合题意；B．由图知，绳子段数n=2，物体匀速提升3m，绳子自由端移动距离s=6m，绳子自由端移动的速度为故B正确，不符合题意；CD．工人对地面的压强为6000Pa，工人与地面的接触面积为500cm2=0.05m2，所以工人对地面的压力设动滑轮质量为m动，则人的质量m人=80kg-m动因为n=2，所以代入数据，得出m动=20kg，m人=60kg，故D正确，不符合题意。用该滑轮组提升重为600N的物体，机械效率为故C错误，符合题意。故选C。13．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。14．如图所示，竖直固定的测力计下端挂一个滑轮组，己知每个滑轮重均为50N，滑轮组下端挂有物体B，滑轮组绳的末端通过定滑轮沿水平方向与物体A相连，此时物体A在绳的水平拉力作用下向右做匀速直线运动，测力计的示数为550N；在物体B下加挂重为90N的物体C后，同时用水平向左的力F拉动物体A使其沿水平桌面向左做匀速直线运动此时物体B上升的速度大小为5cm/s。若不计绳重及滑轮的摩擦，g取10N/kg，则下列说法中正确的是（）A．物体A所受滑动摩擦力大小为275NB．B的重力为500NC．F做功的功率为42WD．F的大小为530N【答案】D【解析】【详解】A．设物体A所受摩擦力大小为f，则弹簧测力计下滑轮有两段绳子，则有2f+50N=550N解得f=250N，故A错误；B．对于物体B，有3f=GB+G滑即250N×3=GB+50N所以GB=700N，故B错误；CD．加挂物体C后，有3（F—f）=GB+GC+G滑即3（F-250N）=700N+90N+50N解得F=530N，物体B上升的速度为5cm/s，则拉力F端移动的速度v=3×5cm/s=0.15m/s拉力F的功率P=Fv=530N×0.15m/s=79.5W故C错误，D正确。故选D。15．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．16．如图所示，用甲、乙滑轮组在相同时间分别将A、B物体匀速提升相同高度，已知物体受到的重力，滑轮组的机械效率。忽略绳重和摩擦，下列判断正确的是（）A．甲滑轮组的动滑轮比乙的重 B．甲滑轮组的总功率比乙的小C．甲滑轮组的有用功比乙的少 D．两滑轮组绳端移动的距离相等【答案】A【解析】【分析】【详解】由图可知，甲滑轮组绳子的股数为2，乙滑轮组绳子的股数为3，A、B物体匀速提升相同高度h，则甲滑轮组绳子自由端运动2h，乙滑轮组绳子自由端运动3h，A、B物体匀速提升相同高度h，而，所以甲滑轮组的有用功比乙的多，即而，由可知又因为时间相同所以忽略绳子和摩擦，滑轮组机械效率为则又因为，则又因为所以A．甲滑轮组的动滑轮比乙的重，故A项符正确；B．甲滑轮组的总功率比乙的大，故B项错误；C．甲滑轮组的有用功比乙的多，故C项错误；D．甲滑轮组绳端运动长，故D项错误。故选A。17．体重为800N的工人用图甲所示装置提升重物，AOB是轻质杠杆，O为支点，OA∶OB=1∶2，动滑轮的机械效率随提升物体重力变化的图像如图乙，若提升重物的过程中绳子始终是竖直的，不计绳重与摩擦，g取。则下列说法正确的是（）A．动滑轮的重力是400NB．用该装置匀速提起2000N的物体，人对地面的压力是600NC．若工人在2s内将重物匀速提升了0.4m，人对绳子的拉力为300N，则拉力的功率240WD．该装置的机械效率为68%时，提升重物的重力是800N【答案】AC【解析】【分析】【详解】A．由图乙可知，当提升重物G=600N时，动滑轮的机械效率为60%，不计绳重与摩擦，滑轮组的机械效率解得G动=400N故A正确；B．由图知n=2，用该装置匀速提起2000N的物体，杠杆A端施加的拉力由杠杆平衡条件可得FA×OA=FB×OB，杠杆B端施加的力人对地面的压力故B错误；C．该装置使用了动滑轮、省力杠杆，二者都是动力臂等于二倍阻力臂的杠杆，拉力端移动距离等于物体升高距离的4倍，拉力端移动的速度等于物体升高速度的4倍，则拉力端移动的速度拉力做功功率故C正确；D．该装置使用了动滑轮、省力杠杆，不计绳重与摩擦，AOB是轻质杠杆、质量不计；所以使用该装置做的额外功W额=G动h，该装置的机械效率解得G=975N故D错误。故选AC。18．某工地利用如图所示的滑轮组，将重180N的物体竖直向上匀速提起2m，用时5s。卷扬机的拉力F为80N（不计绳重和摩擦）。以下相关计算正确的是（）A．有用功是400J B．动滑轮的重力为60NC．拉力F的功率为72W D．动滑轮的机械效率为75%【答案】BD【解析】【分析】【详解】A．有用功为故A错误；B．因不计绳重和摩擦，则动滑轮的重力为故B正确；C．绳子移动的距离为拉力F做的功为拉力F的功率为故C错误；D．滑轮组的机械效率为故D正确。故选BD。19．如图所示，在时间t内，将重为G的货物匀速提升了h，工人对绳子竖直向下的拉力恒为F，下列说法正确的是（）A．拉力做的额外功是B．有用功为C．拉力F的功率为