中考物理机械效率的计算附答案

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。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．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。4．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5．如图所示，工人用沿斜面大小为750N的拉力把一箱重为1800N货物从底端匀速拉进车厢．此斜面的长为4m，高为1.5m.则该斜面的机械效率是_________，货物与斜面间的摩擦力是_____________N.在这个过程中，货物的机械能___________（选填“增大”、“不变”或“减小”）．【答案】90%75增大【解析】【分析】【详解】工人做的有用功W有用=Gh=1800N×1.5m=2700J，工人做的总功W总=Fs=750N×4m=3000J，斜面的机械效率，克服摩擦做的额外功W额=W总-W有用=3000J-2700J=300J，由W额=fs可得货物与斜面间的摩擦力，货物从底端匀速拉进车厢，货物质量不变，所以货物的动能不变，重力势能增大，故货物的机械能增大．6．如图的装置中，物体B重为30N，每个滑轮重均为6N，不计绳重及滑轮的摩擦。现用水平力F=20N向右匀速拉动物体A，物体B也随滑轮匀速上升。则物体A受到的摩擦力为_________N，滑轮组的机械效率为_________%（百分号前保留2位小数）。【答案】883.33【解析】【分析】【详解】[1]物体B重30N，动滑轮重6N，滑轮组需要提升的动滑轮与物体B总重为30N+6N=36N三段绳子与动滑轮接触，不考虑绳子重及摩擦，则需要对动滑轮右边的向上的绳子施加的力，物体才能匀速上升，以物体A为研究对象，其左边的绳子对其施加了向左的12N的拉力，它受到的向右的拉力为20N，物体A处于匀速直线运动状态，受到的力是平衡力，则其受到的向左的摩擦力为20N－12N=8N[2]滑轮组的机械效率为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，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）。已知A的体积为0.2m3，密度为0.4×103kg/m3．动滑轮重为300N，电动机工作时拉绳子的功率为1.5×103W且保持不变，不计绳重、摩擦和水的阻力，g＝10N/kg，ρ水＝1.0×103kg/m3，下列说法中不正确的是（）A．物体向下运动的最小速度3m/sB．物体A浸没在水中时受到的浮力为2×103NC．物体A向下运动过程中，电动机拉着绳子的力先变大，后不变D．物体A向下运动过程中，滑轮组机械效率的最大值为80%【答案】A【解析】【分析】【详解】B．由知道，A的质量mA＝ρAVA＝0.4×103kg/m3×0.2m3＝80kg由知道，A的重力GA＝mAg＝80kg×10N/kg＝800N由于A浸没在水中，声音，V排＝VA＝0.2m3A浸没在水中受到的浮力F浮＝ρ水gV排＝1.0×103kg/m3×10N/kg×0.2m3＝2×103N故B正确，不符合题意；A．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知道，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A错误，符合题意；C．由于电动机对绳子的拉力，而物体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C正确，不符合题意；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W有用＝（F浮﹣G）h总功W总＝Fs＝（F浮﹣G+G动）×3h＝（F浮﹣G+G动）h滑轮组机械效率的最大值故D正确，不符合题意。故选A。11．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，动力的方向也是竖直向下的，在提升重物的过程中，动力臂和阻力臂的比值不变，故动力F1为150N不变，故B正确；C．不计绳重和摩擦，乙方式的机械效率为：，故C正确；D．乙方式中F2＝120N，绳子的自由端的速度为v绳＝0.01m/s×3＝0.03m/s，则乙方式F2的功率为：P＝F2v绳＝120N×0.03m/s＝3.6W，故D错误。12．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。13．如图是工人将重160N的物体匀速放下的过程，已知物体下降的距离为3m，用时3s，工人的拉力为50N，工人质量为50kg（物体未浸入水中，且不计绳重及摩擦）设此时工人放绳的速度为v1，滑轮组的效率η1；如果物体完全浸没水中后滑轮的机械效率为η2，已知（物体在水中仍匀速下降，动滑轮不会浸入水中且不计绳重及摩擦，g取10N/kg）设当物体完全浸没在水中后物体所受的浮力为F浮，工人对地面的压力为F2.则（）A．v1=1m/s B．η1=62.5%。 C．F2=525N D．F浮=120N【答案】C【解析】【分析】【详解】A．物体下降速度为因为有4段绳子，所以工人放绳的速度为故A不符合题意；B．已知物体下降的距离为3m，因为有4段绳子，所以绳子运动距离放绳子的做的有用功放绳子的做的总功滑轮组的效率故B不符合题意；CD．物体未浸入水中时，不计绳重及摩擦，动滑轮受到重物对它的拉力、本身的重力、绳子的拉力，由可得，动滑轮重力已知η1：η2=4：3，则物体完全浸没水中后滑轮组的机械效率为物体完全浸没水中后，滑轮组对物体的拉力做的功为有用功，不计绳重及摩擦，克服动滑轮重力做的功为额外功，则此时滑轮组的机械效率解得F拉物=60N；物体的重力为160N，根据公式可得故D不符合题意；完全入水后，动滑轮受到重物对它向下的拉力、本身向下的重力、4段绳子向上的拉力，由力的平衡条件可得则人对绳子的拉力因为物体间力的作用是相互的，所以绳子对人的拉力也为25N；人的重力为对人进行受力分析可知，人受竖直向下的重力、竖直向下的拉力、竖直向上的支持力，则人受到竖直向上的支持力因为物体间力的作用是相互的，则人对地面的压力为525N，故C符合题意。故选C。14．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。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．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．17．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。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．如图所示，质量为70kg的小刚站在高台上通过滑轮组匀速提升货物，第一次提升货物的质量为100kg，第二次提升货物的质量为200kg，小刚第二次提升货物时拉力做功的功率为220W。已知滑轮A、B的质量均为4kg，滑轮C的质量为8kg，绳重及滑轮的摩擦均可忽略不计，取10N/kg，关于小刚