中考物理专题六中考机械效率问题处理方法及其解析Word格式文档下载.docx
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A端上升的
髙度h/m
B端下降的竖
直距离s/m
40
0.8
0.4
0.2
0.1
(1)若不计杠杆自重和摩擦,则拉力F的大小;
(2)若实际拉力F为90N,求拉力做的总功及杠杆的机械效率(机械效率保留三位
有效数字)。
答案:
(1)80N
(2)9J,88.9%
解析:
求解机械效率时,同学们选择公式时直接用η=W有/W总×
100%得出结果就是最后结论,有的同学利用η=W有/W总这个求解出来的结果,画为百分数即可。
用哪个公式都正确,不要纠结。
通过解答这类问题,同学们要知道使用杠杆提升物体做额外功的原因,还要动脑分析杠杆的机械效率都与哪些因素有关。
这样可以为今后解决杠杆问题奠定良好的知识基础。
(1)不计杠杆自重和摩擦,由杠杆平衡条件可得F×
OB=G×
OA,
即F×
0.4m=40N×
0.8m,解得F=80N
(2)由表中数据可知s=0.1m,h=0.2m
拉力做的总功W总=F′s=90N×
0.1m=9J
有用功W有用=Gh=40N×
0.2m=8J
杠杆的机械效率η=W有/W总×
100%=8J/9J×
100%≈88.9%
【例题2】如图所示,竖直向上匀速拉动弹簧测力计,使挂在较长杠杆下面的钩码缓缓上
升.将杠杆拉至图中虚线位置,测力计的示数F如图所示,钩码总重G为1.0N,钩码上升
高度h为0.1m,测力计移动距离s为0.3m,求解:
(1)杠杆的机械效率.
(2)杠杆所做的额外功。
(1)66.7%;
(2)0.05J.
本题是作者根据江苏省2009年中考物理试卷29题改编而成。
改编后的题可以作为
求解杠杆机械效率计算题的母题,能加深同学们对市面材料很少出现该类问题的认识。
通过对这类问题的训练,大家要知道使用杠杆提升物体做额外功的原因,还要动脑分析猜想杠杆的机械效率都与哪些因素有关。
这样为今后解决杠杆问题会奠定良好的知识基础。
(1)求解杠杆机械效率计算题的母题,可以加深同学们对市面材料很少出现该类问题的认
识。
求解杠杆的机械效率,首先求用杠杆提升物体需要做的有用功W有用=Gh;
再求总功W总
=Fs。
物体被提升的高度h和外力移动的距离s题中给出,对较复杂的问题,h和s的关系
可以结合几何中两个三角形相似、杠杆平衡条件求出。
最后根据机械效率公式η=W有用
×
100%/W总求出杠杆的机械效率。
(2)根据W有用+W额外=W总,容易求出杠杆所做的额外功。
三、与滑轮组机械效率有关的计算题解题套路
(一)用滑轮组竖直提升物体机械效率问题求解办法
1.用滑轮组竖直提升物体的模型图
2.用滑轮组竖直提升物体有用功、额外功和总功求法
(1)有用功W有用=Gh
(2)总功W总=Fs
(3)额外功W额外=W总—W有用
(4)s=nh
其中h是重物G被提升的高度,s是动力F移动的距离,n是动滑轮上的绳子段数。
3.滑轮组机械效率的求解
(1)用滑轮组提升物体时,有用功和总功的比值.称为滑轮组机械效率。
(2)滑轮组机械效率公式:
100%=(G/nF)×
100%
4.用滑轮组竖直提升物体典型例题解析
【例题3】用两个相同的滑轮组成的滑轮组固定在天花板上,如图所示,当匀速提升物体时,绳子自由端的拉力F=20N,物体移动的速度为0.1m/s,每个滑轮重10N,忽略绳重和摩擦,下列说法正确的是()
A.绳子自由端移动的速度为0.3m/s
B.物体的重力为40N
C.该滑轮组的机械效率为66.67%
D.拉力F的功率为2W
A
用滑轮组提升物体时,物体重由几段绳子承担,外力作用点的移动速度就是物体速度的几倍。
如图可知,滑轮组的绳子段数n=3,
物体移动的速度v物=0.1m/s,
绳子自由端移动的速度v绳=nv物=3×
0.1m/s=0.3m/s,选项A正确,符合题意;
忽略绳重和摩擦时,
F拉=(G物+G动)/n,G物=n
F拉-G动=3×
20N-10N=50N,选项B不正确,不符合题意;
该滑轮组的机械效率:
η=W有/W总×
100%=G物/n
F拉×
100%=50N/3×
20N×
100%=83.3%
选项C不正确,不符合题意;
拉力的功率:
P=W总/t=FS/t=FV绳=20N×
0.3m/s=6W
选项D不正确,不符合题意。
故选A。
【例题4】如图所示,工人用250N的力将重400N的物体匀速提升2m,共用了10秒,若在此过程中(忽略绳重和摩擦),下列说法正确的是()
A.绳子自由端移动的距离是6mB.动滑轮的重是10N
C.工人做功的功率是80WD.滑轮组的机械效率是80%
D
本题是用滑轮组沿着竖直方向提升物体时,求解滑轮组机械效率有关的问题。
解题方法要有对应的套路。
(1)动滑轮上的绳子段数n=2,所以绳子自由端移动的距离是s=nh=2×
2m=4m;
(2)需考虑G动,忽略绳重和摩擦F=(G+G动)/n
250N=(400N+G动)/2解得:
G动=100N
(3)有用功:
W有=Gh=400N×
2m=800J
拉力F所做的总功:
W总=Fs=250N×
4m=1000J
100% =G/nF=400N/(2×
250N)=80%
(4)P总=W总/t=1000J/10s=100W
【例题5】如图是某建筑工地上提升建筑材料用的滑轮组示意图,其动滑轮质量15kg,某次提升材料质量240kg,材料在空中静止时,不计绳重和绳与滑轮间摩擦,则竖着向上的拉力F= N;
竖着向上匀速提升材料,摩擦影响较大,实际所用的拉力大小是1000N,并将材料提升了10m高.则滑轮组的机械效率是 .(取g=10N/kg)
850;
80%.
从图上可以看出,图中有定滑和一个动滑轮,已知质量,根据G=mg计算出重力再利用动滑轮的特点分析;
使用动滑轮省一半的力,要费一倍的距离,即F移动的距离是20m,根据W=Fs计算;
上一步计算出来的是总功,物体升高10m做的功是有用功,根据W有=Gh求出有用功,再利用η=
100%可求滑轮组机械效率.
(1)由图可知,承担动滑轮和物体总的重力的绳子的股数n=3,
物体和动滑轮的总重力:
G=(m轮+m材料)g=(15kg+240kg)×
10N/kg=2550N,
不考虑绳重和摩擦,则竖着向上的拉力:
F=
G=
2550N=850N
(2)拉力做的有用功:
W有用=m材料gh=240kg×
10N/kg×
10m=24000J
拉力移动的距离:
s=3h=3×
10m=30m
实际拉力为1000N,则拉力做的总功:
W总=F′s=1000N×
30m=30000J
滑轮组的机械效率:
η=
100%=
100%=80%.
(二)用滑轮组水平拉动物体机械效率问题求解办法
1.用滑轮组水平拉动物体的模型图
2.用滑轮组水平拉动物体有用功、额外功和总功求法
(1)有用功W有用=fs2
(2)总功W总=Fs1
(4)s1=ns2
其中s1是动力F移动的距离,s2是重物水平移动的距离,f是物体匀速运动受到的阻力,n是动滑轮上的绳子段数。
(1)用滑轮组水平拉动物体时,有用功和总功的比值.称为滑轮组机械效率。
100%=(fs2/Fs1)×
4.用滑轮组水平拉动物体典型例题解析
【例题6】如图所示,司机师傅利用滑轮组把汽车从泥坑里拖出来(泥坑可近似看成水平面),在此过程中汽车匀速移动了1m,共用时5s,已知汽车所受阻力为1200N,司机师傅的拉力功率为300W,在考虑滑轮组摩擦阻力影响因素条件下,求:
(1)司机师傅的拉力为多大?
(2)滑轮组的机械效率是多少?
(1)500N;
(2)80%.
使用滑轮组沿水平方向拉物体时,若物体移动s,承担汽车与水平面间的摩擦力的绳的股数是n股,则绳自由端移动的距离s′=ns,动力作用的绳端移动的速度是物体移动速度的n倍。
(1)绳子自由端移动的距离s=ns汽车=3×
1m=3m,
绳子自由端速度:
v=s/t=3m/5s=0.6m/s,
由P=
=
=Fv得,工人的拉力:
=500N;
(2)拉力所做总功:
W总=Fs=500N×
3m=1500J;
工人所做有用功:
W有用=fs汽车=1200N×
1m=1200J,
四、与斜面机械效率有关的计算题解题套路
1.用斜面提升物体的模型图
2.用斜面提升物体有用功、额外功和总功求法
(1)有用功W有用=Gh
(2)总功W总=Fs
其中s是动力F沿着斜面移动的距离,h是重物上升的高度,s和h的关系,通常可由解三角函数得到,一般斜面倾斜角给出。
3.斜面机械效率的求解
(1)用斜面提升物体时,有用功和总功的比值.称为斜面的机械效率。
(2)斜面机械效率公式:
100%=(Gh/Fs)×
4.用斜面提升物体典型例题解析
【例题7】将一个重240N的物体匀速推到斜面顶端,人沿斜面向上的推力为120N,如图所示,物体沿斜面移动的距离s=3m,上升的高度h=1.2m,则人对物体做的有用功是J,斜面的机械效率是。
28880%
此题考查了功的计算与斜面的机械效率,同时也明确了斜面也是一种省力的机械,任何机械省力但不省功.用斜面提升物体有用功W有用=Gh;
总功W总=Fs;
额外功W额外=W总-W有用;
斜面机械效率公式:
η=W有用/W总×
其中s是动力F沿着斜面移动的距离,h是重物上升的高度,s和h的关系,通常可由解三角函数得到,一般斜面倾斜角题里会给出。
(1)因为G=240N,h=1.2m,
所以克服物体重力所做的功是有用功:
W有=Gh=240N×
1.2m=288J;
(2)F=120N,s=3m,
拉力做的功:
W总=Fs=120N×
3m=360J;
斜面的机械效率是:
100%=288J/360J×
五、探究机械效率问题解析
【例题8】某小组在“测滑轮组机械效率的实验”中得到的数据如表所示,实验装置如图所示.
(1)实验中应沿竖直方向 缓慢拉动弹簧测力计.
(2)小组同学发现实验过程中边拉动边读数,弹簧测力计示数不稳定,应该静止读数,你认为他的想
法 (选填“正确”或“不正确”),因为她没有考虑到 对滑轮组机械效率的影响.
(3)用丁图装置进行实验,得出表中第4次实验数据,请将表中的两个数据填写完整.
(4)通过比较 两次实验数据得出结论:
使用同一滑轮组提升同一重物时,滑轮组的机械效率与绳子段数无关(填实验次数的序号)
(5)通过比较 两次实验数据得出结论:
同一滑轮组提升重物时,物重越大,滑轮组的机械效率越高.(填实验次数的序号)
(6)通过比较3、4两次实验数据可得出结论:
实验次数
钩码重量G/N
钩码上升高度h/m
绳端拉力F/N
绳端移动距离s/m
机械效率η
1
4
0.1
2.7
0.2
74%
2
1.8
0.3
3
8
3.1
86%
2.5
(1)匀速;
(2)不正确;
摩擦;
(3)0.
4;
80%;
(4)1、2;
(5)2、3;
(6)不同滑轮组提升相同重物时,动滑轮越轻,滑轮组的机械效率越高(或不同滑轮组提升相同重物时,动滑轮越重,滑轮组的机械效率越低.
本题测滑轮组机械效率,考查注意事项、控制变量法的运用、机械效率的计算、数据的分析等,综合性较强.
(1)实验中应沿竖直方向匀速缓慢拉动弹簧测力计,这样测力计示数才等于拉力大小;
(2)在弹簧测力计静止时读出了数据,由于不会克服轮与轴、绳与轮之间的摩擦,所以测力计示数偏小,他的想法是不正确的;
(3)丁图中,绳子的有效段数为n=4,绳端移动距离s=nh=4×
0.1m=0.4m,
=80%;
(4)绳端移动距离与物体升高的高度的关系为s=nh,
所以,结合表中数据可知实验1、2、3中绳子的有效段数分别为2、3、3;
再结合钩码的重力可知,实验1、2、3分别是用甲、乙、丙装置做的实验,
根据控制变量法,研究同一滑轮组的机械效率与绳子段数的关系时,要控制提升物体的重力相同、滑轮个数也相同,只改变绳子的有效段数,所以应比较1、2两次实验数据;
通过比较1、2两次实验数据得出结论:
使用同一滑轮组提升同一重物时,滑轮组的机械效率与绳子段数无关;
(5)研究同一滑轮组提升重物时,机械效率与物重的关系时,要控制滑轮个数相同、绳子的段数相同,只改变物体的重力,故通过比较2、3两次实验数据得出结论:
同一滑轮组提升重物时,物重越大,滑轮组的机械效率越高.
(6)通过比较3、4两次实验数据,即对应的图丙、图丁两装置,滑轮组不同,提升的重物相同,动滑轮越重机械效率越小,故可得出结论:
不同滑轮组提升相同重物时,动滑轮越轻,滑轮组的机械效率越高.(不同滑轮组提升相同重物时,动滑轮越重,滑轮组的机械效率越低)
六、与机械效率有关的和中考难度一致的精品训练试题(含答案)
1.某建筑工地用图所示的滑轮组提升重物,人对绳的拉力F为400N,能将75kg的物体以0.1m/s的速度匀速提升(不计绳重和摩擦),g=10N/kg。
则结论错误的是()
A.拉力F的功率为120W,B.滑轮组的机械效率为62%
C.重物上升1米,拉力F作用点移动3米D.动滑轮重力为450N
B
2.如图所示,小型牵引车通过滑轮组可以将重物匀速吊起.若每次重物均以1m/s的速度匀速上升,且滑轮的摩擦和绳重均可忽略不计.当吊起质量为340kg的重物A时,牵引车对绳的拉力为FA,滑轮组的机械效率为85%;
当吊起重物B时,牵引车对绳的拉力为FB.若FA与FB做功的功率之比为2:
3,取g=10N/kg,则下列说法中正确的是( )
A.FA的大小为2000N
B.物体B的质量为640kg
C.如果小型牵引车对绳拉力的最大功率为1.2×
104W,它能吊起物体的最大质量为2540kg
D.滑轮组前、后两次吊起重物A、B的机械效率之比为17:
18
D
3.如图所示滑轮组,在50s内将重5000N货物匀速吊起10m高.绳的自由端受到的拉力大小是1500N,关于该滑轮组的说法正确的是(不计绳重及摩擦)()
A.滑轮组的机械效率约为83.3%
B.绳自由端移动的距离是50m
C.滑轮组所做有用功的功率是1000W
D.该装置中的动滑轮总重为1000N
ACD
4.如图,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,在各自的自由端施加大小分别为F1和F2的拉力,将相同的重物缓慢提升相同的高度(不计绳重和一切摩擦).下列说法正确的是( )
A.拉力F1小于拉力F2
B.甲、乙两滑轮组的机械效率相同
C.甲、乙两滑轮组中的动滑轮都是费力机械
D.甲、乙两滑轮组中绳子自由端移动的距离相等
B.
5.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逐渐变大
C.乙方式机械效率约为83.3%D.乙方式F2的功率为3W
C.
6.如图所示在水平拉力F的作用下,使重300N的物体在水平桌面上以0.lm/s的速度匀速运动时,物体与桌面的摩擦力为60N(不计绳重,动滑轮重及摩擦),F及其功率的大小分别为( )
A.20N2WB.20N6WC.60N2WD.30N6W
7.如图所示,分别用甲、乙两个滑轮组将同一物体匀速提升至相同的高度.若所用拉力F1=F2=F,已知甲的机械效率为50%,且绳重及滑轮的摩擦均可忽略不计,则乙的机械效率为 ,拉力F1做的功与拉力F2做的功之比为 。
75%,3:
2。
8.利用动滑轮把重30N的物体竖直向上提升5m,所用拉力是20N,拉力所做的功是 J;
动滑轮的机械效率是 .
200,75%.
9.利用如图所示的滑轮组,在5s内将重为360N的物体匀速向上提起2m,作用在绳端竖直向上的拉力F为150N,该滑轮组的机械效率是 ,拉力F的功率是 W.
180.
10.利用如图所示的滑轮组,用F=1000N的力拉绳子自由端,货物A以0.1m/s的速度匀速直线运动l0s,整个过程中,滑轮组的机械效率为75%.求:
(1)货物A在10s内移动的距离:
(2)这个过程中拉力F的功率:
(3)水平地面对货物A的摩擦力大小.
(1)货物A在10s内移动的距离为1m;
(2)这个过程中拉力F的功率200W;
(3)水平地面对货物A的摩擦力大小1500N.
11.某人用如图所示的滑轮组,在20s内将一个重为600N的物体,沿着水平地面匀速拉动了4m。
拉力F做功为1440J,物体与地面的接触面积为0.4m2,物体移动时受地面的摩擦力为350N。
不计绳重及机械的摩擦。
试求:
(1)物体对地面的压强是多少?
(2)拉力F做功的功率是多少?
(3)拉力F的大小是多少?
(4)动滑轮的重力是多少?
(1)物体对地面的压强是1500Pa;
(2)拉力F做功的功率是72W;
(3)拉力F的大小是120N;
(4)动滑轮的重力是10N.
12.如图所示,现将重为5N的物体A沿长s=1.2m,高h=0.6m的斜面匀速从底端拉到顶端,在此过程中,F的大小恒为3N,所有时间是12s,求:
(1)物体A从底端到顶端的平均速度;
(2)物体A从底端到顶端过程中拉力F的功率;
(3)求此斜面的机械效率.(保留一位小数)
(1)0.1m/s
(2)0.3W(3)83.3%
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