2020-2021中考物理机械效率的计算综合题及答案

一、初中物理有用功额外功总功机械效率的计算问题1．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．2．如图所示，用滑轮组拉动重为200N的物体在水平桌面上匀速直线运动。已知F=20N，滑轮组的机械效率为85%，则物体与桌面的之间的摩擦力大小为__________N。【答案】51【解析】【分析】【详解】由图可知，由3段绳子通过动滑轮，则sF=3s物，滑轮组的机械效率为85%，即η====85%解得f=51N即物体与桌面的之间的摩擦力为51N。3．如图是某型号电动轮椅工作原理示意图。开关S1和S2由绝缘操纵杆控制，能同时接“1”或接“2”，向前推操纵杆时轮椅前进且能调速，向后拉操纵杆时轮椅以恒定速度后退。已知蓄电池的电压为24V保持不变，R2的阻值为10Ω，电动机的额定功率为100W，额定电压为24V。请解答下列问题：（1）当开关S1和S2同时接_______时，电动轮椅前进；电动轮椅既能前进又能后退，是通过改变电动机线圈中的_________实现的；（2）当电动轮椅后退时，电流表示数为1A，此时电动机的实际功率是_____W；（3）当电动机以额定功率工作时，电动轮椅在水平路面上匀速前进的速度为2m/s，若此时电动机消耗的电能有80%转化为电动轮椅前进的机械能，此时电动轮椅受到的阻力是___N。【答案】1电流方向1440【解析】【分析】【详解】(1)[1]电动机前进且能调速，这说明电路中的电流可以变化，电阻大小可变，这样只有滑动变阻器R1接入电路时才有这个功能，观察电路图，当开关S1和S2同时接1时，R1、电动机、电流表才串联接入电路，这样符合条件，电动轮椅前进。[2]磁场对通电导线的作用力方向跟电流方向有关，只改变电流方向时，受力方向也会变化；所以电动轮椅既能前进又能后退，是通过改变电动机线圈中的电流方向实现的。(2)[3]由上述可知，当电动轮椅后退时，开关S1和S2同时接2，R2、电动机、电流表串联接在电路中，电路中的总电阻电动机的电阻此时电动机的实际功率此时电动机的实际功率是14W。(3)[4]设此时电动轮椅受到的阻力是f，电动轮椅在水平路面上匀速前进，牵引力，由题意可知，电动轮椅的机械效率解得，此时电动轮椅受到的阻力是40N。4．如图所示，在测定杠杆机械效率的实验中，竖直向上匀速拉动弹簧测力计，使挂在杠杆OB下面的物块缓慢上升至虚线位置，在此过程中，测力计上升的高度s为0.2m．物块重G为1.5N，物块上升的高度h为0.3m，杠杆的机械效率为75%，则测力计的示数F=______N，使用该杠杆做额外功的一个原因是______。【答案】3由于使用杠杆时需要克服杠杆自重（克服摩擦力）等做功【解析】【分析】本题考查机械效率的应用。【详解】[1]杠杆在使用过程中，所做的有用功W有=Gh=1.5N×0.3m=0.45J根据得而W总=Fs，所以[2]杠杆本身有重力、支点与杠杆之间有摩擦，使用杠杆过程需克服这些做功，于是便出现了额外功。5．如图所示，物体重G=200N，滑轮重G′=100N，若用力F竖直向上匀速拉动滑轮，则此时该滑轮的机械效率为____（不计绳重和滑轮转轴处的摩擦）。【答案】80%【解析】【分析】【详解】不计绳重和滑轮转轴处的摩擦，竖直向上匀速拉动滑轮，由力的平衡条件可得拉力F=2G＋G′=2×200N＋100N=500N由图知，动力作用在动滑轮的轴上，此时动滑轮费力、但省一半的距离，即所以物体上升的高度h＝2s该滑轮的机械效率6．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。7．如图，拉力F将重120N的物体沿水平方向移动1m，用时1s。运动时，物体与地面之间的摩擦力为30N，此时滑轮组的机械效率为80%。下列说法正确的是（）A．拉力F＝10N B．克服动滑轮重力做额外功7.5JC．动滑轮重7.5N D．拉力的功率是37.5W【答案】D【解析】【分析】【详解】A．由图知，滑轮组由3段绳子拉着动滑轮，即n=3，该滑轮组的机械效率则绳子自由端的拉力故A错误；B．滑轮组对物体做的有用功滑轮组做的总功额外功为由于绳有重力，绳与滑轮之间有摩擦力，故此额外功包括对动滑轮做的功和克服绳重及绳与滑轮之间的摩擦做功的总和，故克服动滑轮重力做的额外功应小于7.5J，故B错误；C．由B知对动滑轮重力做的额外功小于7.5J，动滑轮上升的高度为1m，根据知，动滑轮重小于7.5N，故C错误；D．拉力做的总功为37.5J，用时1s，由得拉力的功率为故D正确。故选D。8．如图所示的滑轮组，每个滑轮重2N，把一个重为12N的物体在2s内匀速提升0.2m，不计绳重和摩擦，则（）A．绳子自由端的拉力F为6N B．绳子自由端移动速度为0.1m/sC．F所做的有用功为2.8J D．滑轮组的机械效率约为85.7%【答案】D【解析】【分析】【详解】由图可知绳子承担重物的段数n为2。A．绳子自由端的拉力故A错误；B．物体移动的速度则绳子自由端移动速度故B错误；C．拉力F做的功为总功物体克服重力做的功为有用功故C错误；D．物体克服重力为有用功则滑轮组的机械效率故D正确。故选D。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．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。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，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。13．如图所示，小型牵引车通过滑轮组匀速打捞起深井中的均质物体，物体上升的速度保持1m/s不变，已知物体重1.2×N，密度为1.6×kg/。测得物体在出水面前、后牵引车作用在绳子上的拉力之比为l∶2，若不计摩擦、绳重及水的阻力，g取10N/kg，下列结果错误的是（）A．物体出水前牵引车拉力的功率为500WB．物体浸没在水中受到的浮力为750NC．物体在出水面前，牵引车的拉力为250ND．物体在出水面前，滑轮组的效率是60%【答案】A【解析】【分析】【详解】物体的质量为物体的体积物体浸没水中时，排开液体体积等于物体体积，所受的浮力为在出水面前、后牵引车作用于绳子上的拉力之比为l∶2，即则可得物体在出水面的拉力为物体上升的速度保持1m/s不变，则牵引车的速度为3m/s，故物体出水前牵引车拉力的功率为物体出水前滑轮组的效率是A．物体出水前牵引车拉力的功率为750W，A错误，故A项符合题意；B．物体浸没在水中受到的浮力为750N，B正确，故B项不符合题意；C．物体在出水面前，牵引车的拉力为250N，C正确，故C项不符合题意；D．物体在出水面前，滑轮组的效率是60%，D正确，故D项不符合题意。故选A。14．用图所示的装置将重为为800N的正方体石料A从水中提升出来。在卷扬机对绳子的拉力作用下，使A经历了三个过程∶过程I为A浸没在水中竖直匀速上升的过程，过程Ⅱ为A上表面刚露出水面到下表面刚离开水面竖直匀速上升的过程，过程Ⅲ为A在空中竖直匀速上升的过程。过程I中卷扬机对绳子的拉力大小为F=500N。若不计绳重和轮与轴间的摩擦，不计水中提升时水对A的阻力，不计A被提出水面所带水的质量，下列判断中正确的是（）A．若过程I和过程Ⅱ中提升A的高度相同，则两过程中动滑轮所做的有用功相同B．过程I和过程II中卷扬机对绳子的拉力大小相同C．过程Ⅲ中提升A的机械效率η一定小于80%D．此装置中动滑轮的重力大于200N【答案】CD【解析】【分析】【详解】A．过程I、Ⅱ中动滑轮提供的拉力等于A的重力减A受到的浮力，但过程Ⅱ中物块排开水的体积变小，则浮力不断变小，拉力增大，提升相同的高度，由可知过程I中动滑轮所做的有用功与过程Ⅱ中动滑轮所做的有用功不相等，故错误；B．过程I和过程II中动滑轮提供的拉力大小不同，由可知卷扬机对绳子的拉力大小不同，故错误；CD．过程I中过程Ⅲ中又因为则故CD正确。故选CD。15．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。16．为了将放置在水平地面上重为108N，边长为10cm的某正方体合金块提升一定高度，设置了甲图所示的滑轮组装置。当用图乙所示随时间变化的竖直向下的拉力F拉绳时，合金块的速度v与合金块上升的高度h随时间变化的关系分别如图丙和丁所示。图中连接合金块G的轻绳始终保持竖直（不计绳重和摩擦）。则下列四个相关计算结果中正确的是（）A．0~1s内，合金块对地面的压强是3000Pa B．0~2s内，拉力F做的功是62.5JC．2s~3s内，拉力F的功率是100W D．2s~3s内，滑轮组的机械效率是90%【答案】AD【解析】【分析】【详解】在2s~3s内，读乙图可以知道，此时拉力F为40N，3股绳子与动滑轮接触，则动滑轮和合金块受到的拉为为读丙图可以知道，这段时间内合金块匀速上升，又因为忽略绳重和摩擦，所以动滑轮和合金块的总重为120N；此时滑轮组的机械效率为在这段时间内，读丙图可以知道，合金块上升的速度为2.50m/s，3段绳子与动滑轮接触，绳子自由端移动的速度为2.50m/s×3=7.50m/s拉力F的功率为在0~2s时间内，读丁图可以知道，合金块只是在1~2s时间上升了1.25m，三段绳子与动滑轮接触，则绳子自由端移动的距离为1.25m×3=3.75m读乙图可以知道，在1~2s时间内拉力F为50N，则拉力F做的功为在0~1s内，读乙图可以知道，拉力F为30N，3股绳子与动滑轮接触，则滑轮组对动滑轮和合金块的拉力为30N×3=90N合金块和动滑轮总重120N，则合金块对地面的压力为合金块对地面的压强为故A、D选项正确，符合题意；B、C选项错误，不符合题意。故选A、D。17．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。18．工人师傅利用如图所示的两种方式将重均为300N的货物从图示位置向上缓慢提升一段距离。F1、F2始终沿竖直方向；图甲中OB＝2OA，图乙中动滑轮重为60N，重物上升速度为0.01m/s。不计杠杆重、绳重和摩擦，则下列说法正确的是A．甲乙两种方式都省一半的力B．甲方式F1由150N保持不变C．乙方式机械效率约为83.3%D．乙方式F2的功率为3W【答案】BC【解析】【详解】A．甲图中，F1为动力，已知OB＝2OA，即动力臂为阻力臂的2倍，由于不计摩擦、杠杆自重，由杠杆平衡条件可知，动力为阻力的一半，即F1＝150N；由图乙可知，n＝3，不计绳重和摩擦，则（G+G动）=（300N+60N）＝120N，故A错误；B．甲图中，重力即阻力的方向是竖直向下的，动力的方向也是