中考物理机械效率的计算-经典压轴题

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2.用如图甲所示的滑轮组运送货物上楼,每件货物重100N,每次运送的量不定,图乙是记录了在整个过程中滑轮组的机械效率随货物重力增加而变化的图像,则动滑轮重为_____________N,当某次运送3件货物时,绳子的拉力F是_______N,滑轮组的机械效率为_________;经过分析,发现使用同一滑轮组,_________,可以提高滑轮组的机械效率(不考虑绳重和摩擦)。【答案】10020075%增加物重【解析】【详解】[1]由图乙可知,运送一件货物的重力为100N时,滑轮组的机械效率是50%,不计绳重和摩擦时,滑轮组的机械效率η=G动=100N[2]由图可知,n=2则运送3件货物时绳子的拉力F=(G总+G动)=(3×100N+100N)=200N[3]不计绳重和摩擦,此时滑轮组的机械效率η′=
75%[4]由以上计算可知,使用同一滑轮组,增加物重,可以提高滑轮组的机械效率。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.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5.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:。6.如图所示,用相同的滑轮安装成甲、乙两种装置,分别用FA.FB匀速提升重力为GA.GB的A.B两物体,不计绳重和摩擦.若GA＞GB,则η甲_____η乙;若FA=FB,则GA_____GB.(选填"＞"、"＜"或"=")【答案】＞＜【解析】【分析】【详解】不计绳重和摩擦,克服物体重力做的功为有用功,克服物体重力和动滑轮重力做的功为总功,则滑轮组的机械效率:η=
×100%=
×100%=
×100%=
×100%,因物体的重力G越大,1+
越小,
越大,且动滑轮的重力相等,所以,GA＞GB时,η甲＞η乙;由图可知,n甲=2,n乙=3,由F=
(G+G动)可得,提升物体的重力:G=nF﹣G动,则FA=FB时,提升物体的重力关系为GA＜GB.7.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。8.小徐用如图所示的装置将重为600N的木箱A,以0.5m/s的速度从斜面底端匀速拉到顶端。拉力F=150N,斜面长L=5m,高h=2m,滑轮重、绳重、滑轮与绳之间的摩擦均不计,此装置的机械效率是_________,拉力F的功率是_________W,木箱A与斜面间的摩擦力是______N。【答案】80%15060【解析】【分析】【详解】[1]将木箱拉到顶端所做的有用功而动滑轮绳子端的拉力F=150N,滑轮重、绳重、滑轮与绳之间的摩擦均不计,那么木箱受到的拉力F1=2F=2×150N=300N通过斜面所做的总功W总=F1s=300N×5m=1500J所以此装置的机械效率[2]由题意知,木箱的速度为0.5m/s,则绳子端的速度v=2×0.5m/s=1m/s那么拉力F的功率P=Fv=150N×1m/s=150W[3]在斜面上克服摩擦力做的额外功为W额=W总-W有=1500J-1200J=300J木箱所受的摩擦力f==60N9.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.建筑工地上,起重机吊臂上的滑轮组如图所示在匀速起吊重4.2×103N的物体时,物体5s内上升了10m,此过程中有用功为_____J,钢丝绳移动的速度为_____m/s;若此时滑轮组的机械效率为70%,则拉力F为_____N,拉力F的功率为_____W。【答案】4.2×104620001.2×104【解析】【分析】【详解】[1]滑轮组在匀速起吊物体的过程中做的有用功为[2]看图可知绳子股数n=3。钢绳末端移动距离为则钢绳移动的速度为[3]由滑轮组机械效率得[4]拉力功率11.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
D.滑轮组的机械效率随h的增大而增大【答案】BC【解析】【分析】【详解】AB.由题意可知,滑轮组做的有用功是
;三段绳子托着动滑轮,货物上升高度是h,那么绳子自由端移动的距离是
,拉力做的总功是拉力做的额外功是A错误、B正确;C．由上述可知,在时间t内,绳子自由端移动的速度是那么根据
可知,拉力F的功率是C正确；D.由上述可知,滑轮组的机械效率是从上式可看到,滑轮组的机械效率与h无关,D错误。故选BC。12.如图所示,甲乙两个滑轮组,其中每个大小相同的滑轮质量相同,用它们分别将相同的重物提高到相同的高度,不计绳重及摩擦,下列说法正确的是()A.两滑轮组绳自由端拉力相等 B.两滑轮组机械效率相等C.乙滑轮组的额外功多 D.甲滑轮组绳自由端移动的距离多【答案】C【解析】【详解】A.由图可知,
,n乙=4,不计绳重和摩擦,则，两滑轮组绳自由端拉力不相等,故A错误;B．不计绳重和摩擦,滑轮组的机械效率，两滑轮组机械效率不相等,故B错误;C.两滑轮组的额外功；故乙滑轮组的额外功多,故C正确;D.两滑轮组绳自由端移动的距离，则乙滑轮组绳自由端移动的距离多,故D错误;故选C。13.用如图所示的滑轮组拉动物体A,使物体A以0.2m/s的速度水平向左匀速运动10s。已知物体A重500N,物体A受到的摩擦力为120N,拉力F的功率为30W。下列说法正确的是()A.绳子自由端移动的距离为2mB.拉力F的大小为40NC.滑轮组的机械效率为80%D.滑轮组对物体A所做的功为1000J【答案】C【解析】【分析】【详解】A.由图知,
,绳子自由端移动的距离的速度为则绳子自由端移动的距离为故A错误;B．由可得拉力的大小故B错误;CD.物体移动的距离为滑轮组对物体所做功为总功为滑轮组的机械效率为故C正确,D错误。故选C。14.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。15.如图所示,甲、乙分别为同一滑轮组的不同绕法,忽略绳重及一切阻力,用图甲绕法匀速提升重为900N的物体时,机械效率为90%,下列判断正确的是()A.拉力的大小为450NB.分别用两种方法匀速提升相同重物时,图乙绕法机械效率大C.用图乙绕法匀速提升400N重物时,机械效率为80%D．分别用两种绕法匀速提升相同重物升高相同高度,FB做功少【答案】C【解析】【详解】A.忽略绳重及一切阻力,用图甲绕法匀速提升重为900N的物体时,机械效率为90%,图甲中n=2,由可得拉力FA的大小:
,故A错误;BD.分别用两种绕法匀速提升相同重物时,有用功相同,忽略绳重及一切阻力,克服动滑轮做的功是额外功,因同一滑轮组中动滑轮的重不变、提升高度相同,额外功相同,总功相同（即FA和FB做功相同）,机械效率也相同,故B、D错误；C．图甲中,根据
可得动滑轮的重力：；忽略绳重及一切阻力,滑轮组的机械效率，则用图乙绕法匀速提升400N重物时,其机械效率为:，故C正确。16.如图所示,拉力F为5N,物体A以0.1m/s的速度在物体B表面向左做匀速直线运动(B表面足够长);物体B静止在地面上,受到地面对它的水平向左4N的摩擦力,弹簧测力计示数为12N。下列说法正确的是()A.物体A受到的摩擦力为10N B.拉力F的功率为1.5WC．滑轮组的机械效率为80% D．拉力F增大到15N时,物体B开始向左运动【答案】C【解析】【分析】【详解】A.物体B静止在地面上,所以受力平衡;水平方向上物体B受到向右的弹簧拉力、地面对它向左的摩擦力和物体A对它向左的摩擦力,所以两个摩擦力之和为12N,即则
;根据相互作用力的知识可知,物体A受到的摩擦力为故A错误;B．由图知,水平使用滑轮组,n=2,拉力端移动速度则拉力做功的功率故B错误;C.滑轮组的机械效率故C正确;D．若拉力F增大到15N时,A在运动过程中,A对B的压力不变、接触面的粗糙程度不变,则A和B之间的摩擦力不变,所以物体B的运动状态不会改变,即物体B仍然静止,不会向左运动,故D错误。故选C。17.如图所示,斜面高为1m,长为4m,用沿斜面向上大小为75N的拉力F,将重为200N的木箱由斜面底端以
的速度匀速拉到顶端,下列判断正确的是()A.重力做功的大小为800J B.斜面对木箱的摩擦力大小为25NC.拉力做功的功率为125W D.斜面的机械效率为75%【答案】B【解析】【详解】A.由题意可知,重力做功的大小是A错误；B.由题意可知,摩擦力所做的功是额外功,总功大小是由上述可知,有用功大小是那么额外功大小是可知斜面对木箱的摩擦力大小是B正确；C.木箱是匀速运动的,根据
可知,拉力做功的功率是C错误；D.由上述可知,斜面的机械效率是D错误。故选B。18.如图所示,竖直固定的测力计下端挂一个滑轮组,已知每个滑轮重均为30N,滑轮组下端挂有质量为30kg的物体B,滑轮组绳的末端通过定滑轮沿水平方向与物体A相连,物体A在绳的水平拉力作用下向右做匀速直线运动;用水平向左的力F拉动物体A,可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6cm/s。若不计绳重及绳与滑轮的摩擦,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100NB.F的大小为220NC.F做功的功率为42WD.提升物体B时滑轮组的机械效率约为90.9%【答案】BD【解析】【分析】【详解】A.物体B的重力由图可知,
,不计绳重及滑轮的摩擦,A右侧绳子对滑轮组的拉力因A物体向右做匀速直线运动,则由二力平衡条件可得A物体所受滑动摩擦力故A错误;B．用水平向左的力F拉动A可使其沿水平桌面向左做匀速直线运动,因A对桌面的压力不变、接触面的粗糙程度不变,则A受到的摩擦力大小不变,又因为A右侧绳子对A的拉力和对滑轮组的拉力由