中考物理机械效率的计算题试题及答案.docx
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中考物理机械效率的计算题试题及答案
一、初中物理有用功额外功总功机械效率的计算问题
1.为了将放置在水平地面上重为100N的物体提升一定高度,设置了如图所示的滑轮组装
置。
当用图甲所示随时间变化的竖直向下的拉力F拉绳时,物体的速度v和物体上升的高
度h随时间变化的关系分别如图乙和丙所示(不计绳重和绳与轮之间的摩擦)。
下列计算
结果正确的是()
A.0s〜1s内,地面对物体的支持力是10N
B.1s〜2s内,拉力F做的功是62.5J
C.2s〜3s内,拉力F的功率是300W
D.2s〜3s内,滑轮组的机械效率是62.5%
【答案】C
【解析】
【分析】
【详解】
A.从图乙可以看到,时间从第2s到第3s时,速度大小是不变的,这时处于平衡状态,物
体受到的拉力大小等于重物和动滑轮的总重,即
F拉GG动340N120N
由题意可知,0s〜1s内,地面对物体的支持力符合关系式
F支3F拉GG动120N
..,一..一一〜-
从图甲可以看到,F30N,解得F支30N,A错误;
B.从图甲可以看到,1s〜2s内,拉力F的大小是50N,物体上升的高度是1.25m,三条绳子托着动滑轮,绳端移动的距离是
s3h31.25m3.75m
拉力F做的功是
WFs50N3.75m187.5J
拉力F做的功是187.5J,B错误;
C.2s〜3s内,物体匀速运动,绳端也是匀速运动,拉力F的大小是40N,绳端移动的速度
v绳32.5m/s7.5m/s
根据PFv可知,拉力F的功率
PFv绳40N7.5m/s300W
拉力F的功率是300W,C正确;
D.2s~3s内,物体上升的高度
h3.75m-1.25m2.5m
拉力F的大小是40N,则滑轮组的机械效率
滑轮组的机械效率约是83.3%,D错误。
故选Co
2.一台起重机将3600N的货物提高4m,如果额外功是9600J,则该起重机做的有用功是
J,机械效率是。
【答案】1.44X1060%
【解析】
【分析】
起重机是用来提升重物的,所以对重物做的功是有用功,总功是指有用功与额外功的和,
从而根据机械效率的公式,,可求得机械效率。
【详解】
[1]该起重机做的有用功
WGh3600N4m1.44104J
[2]该起重机的机械效率
3.工人用图甲所示的滑轮组运送建材上楼,每次运送量不定,滑轮组的机械效率随建材重
力变化的图像如图乙所示,滑轮和绳的摩擦力及绳重忽略不计。
则:
(1)若某次运送建材的质量为40kg,滑轮组的机械效率是。
动滑轮的重力是
No
(2)若工人在1min内将建材匀速竖直向上提升12m,作用在绳上的拉力为500N时,拉
力的功率是W,运送建材的重力是N,此时的机械效率是。
【答案】50%40020060060%.
由图乙得,当建材重力为
[2]此时机械效率
Gmg=40kg10N/kg=400N
400N时,滑轮组机械效率为50%。
解得G动=400N。
(2)[3]滑轮组由一个动滑轮和一个定滑轮组成,与动滑轮相连的绳子有两段,则该滑轮组可以省一半的力,建材向上提升了12m,则绳子段移动的距离为24m,拉力功率
WFs500N24m
==200W
tt60s
[4]滑轮组省一半的力,所以
G才+G动=2F
解得G材=600N。
[5]此时的机械效率为
=^^=^0^=60%
G材G动600+400
4.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No(g取10N/kg)
【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=50kgX10N/kgx4m=2000J
拉力做的总功
WwFs=250NX10m=2500J
斜面的机械效率
W有用
2000J
X100%=80%
2500J
机械效率为80%。
[3]这个过程中,做的额外功
W额外=亚总-W有用=2500J-2000J=500J
摩擦力为50N。
5.如图所示,每个滑轮均重12N,用滑轮组拉着重600N的物体A沿水平方向匀速移动,
在40s内物体移动了8m,拉力F做的功为1280J.(不计绳重及机械内部摩擦)那么,拉力F的功率为W,滑轮组的机械效率为.
【答案】3292.5%
【解析】
【分析】
【详解】
拉力F的功率为p=W=1280J=32W.不计绳重和摩擦,克服动滑轮重力做功为:
W额=6
t40s
一W1184J
动?
h=12NX8m=96J,贝UW有=W^W额=1280J-96J=1184J;『——=—^^=925%
W息1280J
6.如图所示,工人们用同一滑轮组,根据需要有两种方式来提起等重的建筑材料,若不计
摩擦和绳重,则F1F2,机械效率中*(填“>”或丁4
【分析】
【详解】
[1]由图可知,不计摩擦及绳重,绳子自由端拉力分别为
11
F1二G物G动,F2—G物G动
32
所以
F1 [2]不计摩擦和绳重,两种方式来提起等重的建筑材料到相同高度,则对物体做的有功相 同,动滑轮相同,则所做额外功相同。 所以机械效率相同,即 7.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,则刀甲刀乙;若Fa=Fb,则 GaGb.(选填4"、之"或“=' G动 1+Th小, G G=nF-G动,则Fa=Fb时,提 G动越大,且动滑轮的重力相等,所以,Ga>Gb时,刀甲〉仲;由图可 知,n甲=2,n乙=3,由F—(G+G动)可得,提升物体的重力: rt 升物体的重力关系为GavGb. 8.质量为m的工人用如图甲所示的滑轮组将建筑材料运送到楼顶,滑轮组的机械效率随 建筑材料重力变化的图像(如图乙),机械中摩擦及绳重忽略不计,影响滑轮组机械效率 的原因有(写出一点即可),动滑轮的重力为,该工人竖直向下拉绳子自由端 运送建筑材料时,此滑轮组机械效率的最大值为。 (后两空均用已知量符号表示) [1]已知机械中摩擦力及绳重忽略不计, G—100% 解得 Gn [3]已知工人的质量为m,则该工人竖直向下拉绳子自由端运送货物时,绳子的最大拉力 可得提升的最大物重 max°Gmax100% GmaxG动 9.如图所示,用平行于斜面的拉力不考虑物体与斜面间的摩擦,则拉力 则滑轮组的最大机械效率 3mgG3mgGn n—100%--——n100% 3mgGnGn3mg F,将重为8N的物体沿斜面从底端匀速拉至顶端。 若 F为N;若斜面的机械效率为80%,则此时拉力 F为No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GhFs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W总Fs求出拉力; 不考虑物体与斜面间的摩擦,由GhFs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 GhFs 则拉力F为 Gh8N0.2m F4N s0.4m [2]用手做的有用功 W有Gh8N0.2m1.6J W 已知机械效率80%,根据1可得,此时拉力F做的总功 则由WFs可得,此时拉力F为 10.用如图甲所示的装置将实心物体 化如图乙所示,已知动滑轮的重力为 重、摩擦及阻力)。 则当物体完全出 A从深井中吊出来,人对绳子施加的拉力随时间的变 60N,物体匀速上升的速度始终为1m/s,(不计绳 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】420W120N80% 【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 PFiVi210N2m/s420W [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 G整2F1=2210N420N 被吊物体的重力 G物G整G动420N60N360N 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 F浮G整2F2420N2150N=120N [3]物体在浸没状态时,绳对物体的拉力 F拉G物F浮360N120N240N 滑轮组的机械效率 —100%9100%240Nh100%80% WF2s150N2h 11.如图所示,分别用甲、乙两个滑轮组提起重力G1=G2的重物至相同的高度h,若所用 拉力F1=F2,已知甲的机械效率50%,则(不计绳重及摩擦)() A.乙的机械效率75% B.乙的机械效率80% C.拉力Fi做的功与拉力F2做的功之比3: 2 D.甲、乙两个滑轮组中的动滑轮重力之比3: 1 【答案】ACD 【解析】 【分析】 【详解】 AB.已知甲、乙两个滑轮组将同一物体匀速提升至相同的高度,由公式W有用甲、乙两个滑轮组所做的有用功相同;甲图滑轮组绳子的股数n=3,故S甲=3h, 组绳子的股数n=2,故S乙=2h,而拉力Fi=F2,则甲、乙两个滑轮组所做的总功为 W息甲Fia W总乙F28所以甲的机械效率为 Wr用Gh 甲 W息F13h 乙的机械效率为 Wt用GhG乙 W息F22rl2F2 因为FiF2,且50%,所以12'3Fi Gh可知, 乙图滑轮 F13h F22h 3Fi 50% 乙——75% 2F2 故A正确,B错误; C.拉力Fi做的功与拉力 F2做的功之比为 W息甲 W总乙 FS F21 3 2 故C正确; D.因为 Wr用 Gh 50% 甲 W GhG动ih 化简得G动iG,由 Wr用 Gh 75% 乙 W单 心、 GhG动2h G动1: G动2=G: —=3: 1 3 故D正确。 故选ACD。 12.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1500J B.拉力F的功率为150W C.动滑轮重为200N D.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 W有用Gh900N3m2700J 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 s23m6m 移动的速度是 s6m v——0.6m/s t10s 可知拉力F的功率为 PfFv500N0.6m/s300W 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 G动G物2F 解得 G动2F-G物2500N-900N100N 即动滑轮重为100N,C错误; D.滑轮组的总功是 Fs500N6m3000J 心、 由上述可知,滑轮组的机械效率为 Wr用2700J -5^100%100%90% W巧3000J 心、 D正确。 故选Do 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12WB.物体与地面间的滑动摩擦力为32N C.绳子自由端移动的距离为2mD.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 pFv20N0.2ms3=12W 故A正确; B.滑轮组的机械效率为 W^100%-fh-100%—100% W息F3h3F 所以物体与地面间的滑动摩擦力为 f3F380%20N=48N 故B错误; C.绳子自由端移动的距离为 s3vt30.2m,s10s=6m 故C错误; D.滑轮组做的有用功为 W有用=川总=Fs20N0.2m/s10s380%=96J 故D错误。 故选Ao 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275N B.B的重力为500N C.F做功的功率为42W D.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 250NX3=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=3x5cm/s=0.15m/s 拉力F的功率 P=Fv=530NX0.15m/s=79.5W 故C错误,D正确。 故选Do Gi 15.如图所示,用规格相同的滑轮组成甲、乙两个滑轮组,分别将两个重力相同的物体和G2在相同时间内匀速提升相同高度,若不计绳重和摩擦,比较甲、乙两滑轮组,下列说法正确的是 甲z A.甲滑轮组省力,乙滑轮组的机械效率大 B.乙滑轮组省力,乙滑轮组的机械效率大 C.乙滑轮组省力,甲滑轮组的机械效率大 D.甲、乙滑轮组做的有用功相同,甲、乙滑轮组机械效率一样大 【答案】D 【解析】 【详解】 由题知,动滑轮重相同,提升的物体重也相同,不计绳重及摩擦,拉力 1. F—(G物G动),由图知,n甲=3,n乙=2,则绳麻i的拉力分力1J为: n 所以F甲<F乙,则甲滑轮组更省力;因为不计绳重及摩擦,动滑轮重相同,提升的物体重和高度都相同,由W有用G物h、W额G动h可知,利用滑轮组做的有用功相同、额外功 相同,则拉力做的总功相同,因为W包,所以两滑轮组的机械效率相同;综上所述, W 心、 故选Do 16.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9N B.第2s内拉力F的功率为40W C.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 【答案】BC 【解析】 【分析】 【详解】 85% 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 故A错误; 15NG动 10N 2 G动=5N B.第2s内绳子自由端的速度为 v绳nvA22m/s=4m/s 第2s内拉力F的功率为 PFv绳=10N4m/s=40W 故B正确; C.当拉力最大为50N时,可以拉动物重为 G物nF-G动-Ga250N-5N-15N=80N 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 员hGWh叁=80N100%80% FsFnhnF250N 故D错误。 故选BC。 17.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,g取10N/kg,关于小刚提升货物的分析,下列说法中正确的是 a 500N 83.3% 0.6m/s 800N A.第一次提升货物时,小刚对高台的压力为 B.第一次提升货物过程中滑轮组的机械效率为 C.第二次提升货物时,货物上升的速度约为 D.第二次提升货物时,小刚对高台的压力为 【答案】BC 【解析】 【详解】 A.第一次提升货物时,滑轮B所受向下的拉力为 11 FB二G物Gc- 33 m物gmcg (100kg10N/kg8kg10N/kg)360N 小刚受到向下的拉力为 F拉70kg10N/kg200N900N, A错误; B.第一次提升货物时滑轮组的机械效率为 B正确; ' C,第二次的拉力f拉,分析方法同第一次提升货物时分析拉力的过程,解得 ' F0366.7N,根据公式 P220W v0.6m/s, F拉366.7N C正确; D.根据选项A的解法,同样能够解出第二次小刚对高台的压力为1066.7N,D错误。 18.用如图甲所示的动滑轮提升一批建筑材料。 工人竖直向上拉动轻绳的自由端将建筑材 料以0.1m/s的速度匀速提升,此过程中,作用在绳子自由端的拉力F所做的功W随时间t 70kg,滑轮的摩擦不可忽略g取 的变化关系如图乙所示已知这批建筑材料的总质量为 10N/kg。 下列说法中正确的是() A.绳子自由端拉力做功的功率为80W B.绳子自由端的拉力F大小为400N D.若用这个动滑轮以0.1m/s的速度匀速提升总质量为100kg的建筑材料,则对绳子自由 端竖直向上的拉力的功率为110W 【答案】ABC 【解析】 故A项正确; B.图中使用的是动滑轮,拉力端移动速度 Fv可得拉力大小 故B项正确; C.建材受到的重力 则动滑轮机械效率 故C项正确; D.若忽略绳重和滑轮的摩擦力不计,拉力 则动滑轮重力 G动2FG物2400N700N100N 提升总质量为100kg的建材材料时,建材重力 G物mg100kg10N/kg1000N 拉力 1__1 F—G物G动一1000N100N550N 22 拉力做功的功率 PFv550N0.2m/s110W 因为不能忽略绳重和滑轮的摩擦力,所以拉力的功率不等于110W,故D项错误。 故选ABQ 19.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.07s内,合金块对地面的压强是3000PaB.0~2s内,拉力F做的功是62.5J C.2s~3s内,拉力F的功率是100WD.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 40N3120N 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 90% W总FsFsF3h3F340N 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/sx3=7.50m/s 拉力F的功率为 PFv40N7.50m/s300W 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 1.25mX3=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 WFs50N3.75m187.5J 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 30NX3=90N 合金块和动1t轮总重120N,则合金块对地面的压力为 F压120N90N30N 合金块对地面的压强为 30N30N ~~一一■~2 10cm10cm0.01m 3000Pa 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、Do 20.一物体质量为10kg,小红用定滑轮将该物体在4s内匀速提升2m,所用拉力为 120N,此过程中,小红做的有用功是,定滑轮的机械效率是,拉力做功的功率是。 (g=10N/kg) 【答案】200J83.3%60W 【解析】 【分析】 【详解】 [1]所提升物体的重力为 Gmg=10kg10N/kg=100N 有用功为 W有Gs=100N2m=200J 故有用功是200J。 [2]总功为 W总Fs=120N2m=240J 则机械效率为 故机械效率为83.3%。 [3]拉力做功的功率为 即拉力F的功率为60W。 W=200J W
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