备战中考物理二轮-机械效率的计算-专项培优-易错-难题附答案解析

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将重85N的物体匀速提升2m，用时10s，已知动滑轮重为10N，机械效率为85%。此过程中有用功为_____J，额外功为_____J，拉力F的大小为_____N。拉力F做功的功率为_____W。当该滑轮组的机械效率低于_____时，使用它将不再省力。【答案】17030502050%【解析】【详解】[1]拉力做的有用功W有用＝Gh＝85N×2m＝170J[2]由100%=85%WW有用总得拉力做的总功170J=200J85%WW有用总则额外功为W额外＝W总−W有用＝200J−170J＝30J[3]由图知，n＝2，拉力端移动距离s＝2h＝2×2m＝4m由W总＝Fs得拉力大小200J50N4mWFs总[4]拉力做功的功率200J20W10sWPt总[5]不省力，说明拉力至少等于物重，当F＝G＝85N时，此时的机械效率85N100%=100%=100%=100%=100%=50%22285NWGhGhGWFsFhF有用总当该滑轮组的机械效率低于50%时，使用它将不再省力。2．如图所示，重300N的物体在10s内水平均速移动了1.5m，若物体受到地面的摩擦力为60N，绳端所用的拉力F的功率为12W，则绳端所用的拉力为_____N，滑轮组的机械效率为_____。【答案】4075%【解析】【分析】【详解】[1]由图可知，滑轮组有两段绳子与动滑轮相连，所以23mss绳物绳端运动的速度为3m=0.3m/s10ssvt绳绳根据公式PFv可得，拉力大小为12W==40N0.3m/sPFv绳[2]由题可知，滑轮组所做的有用功为物体克服摩擦力所做的功60N?1.5m=90JWfs物有总功为40N?3m=120JWFs总绳所以，滑轮组机械效率为90J=100%=100%75%120JWW有总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_______N。（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%.【解析】【分析】【详解】(1)[1]建材质量为40kg，其重力为=40kg10N/kg=400NGmg由图乙得，当建材重力为400N时，滑轮组机械效率为50%。[2]此时机械效率400===50%400+GGGG动动解得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500N24m==200W60sWFsPtt[4]滑轮组省一半的力，所以+=2GGF动材解得=600NG材。[5]此时的机械效率为600===60%600+400GGG材动材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_______N。（g取10N/kg）【答案】省力80%50【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=50kg×10N/kg×4m=2000J拉力做的总功W总=Fs=250N×10m=2500J斜面的机械效率2000J×100%=80%2500JWW有用总机械效率为80%。[3]这个过程中，做的额外功W额外=W总-W有用=2500J-2000J=500J克服摩擦做的功为额外功的唯一来源，因为W额外=fs，所以摩擦力的大小500J=50N10mWfs额摩擦力为50N。5．如图所示，用一动滑轮拉一物体A以0.5m/s的速度在水平面上作匀速直线运动，物体A重为20N，受到的摩擦阻力是物重的0.2倍，水平拉力为2.5N，则在2s内拉力做的功是________J，滑轮的机械效率是________（不计滑轮重力）．【答案】580%【解析】【分析】【详解】物体2s移动的距离：s=vt=0.5m/s×2s=1m，∵使用的是动滑轮，∴拉力移动的距离：s′=2s=2×1m=2m，拉力做功：W=Fs′=2.5N×2m=5J；∵物体受到的摩擦阻力是物重的0.2倍，∴f=0.2G=0.2×20N=4N，滑轮的机械效率：η====80%．故答案为5，80%．6．小黄用图所示的滑轮组经过10s的时间，用150N的拉力将一个重270N的重物提高1m，求此过程：拉力F自由端拉出的距离是_____m；小黄所做的有用功是_______J；总功是_______J；拉力做功的功率是______W。【答案】327045045【解析】【分析】【详解】[1]由图可知，滑轮组的承重绳子根数n=3根，则拉力自由端拉出的距离s=nh=3×1m=3m[2]有用功W有用=Gh=270N×1m=270J[3]总功W总=Fs=150N×3m=450J[4]拉力做功的功率450J45W10sWPt总7．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=WW有总=FfsFs物=3fF=320Nf85%解得f=51N即物体与桌面的之间的摩擦力为51N。8．如图甲是一艘完全依靠太阳能驱动的船，该船长30米，宽15米，排水量60吨，船的表面安装有太阳能电池板，接收太阳能的功率为1.6×105W，若接收的太阳能只用来驱动船前进。在一次航行中，从某一时刻开始，太阳能船受到水平方向的牵引力F随时间t的变化关系如图乙所示，船的运动速度v随时间t的变化关系如图丙所示。（g取10N/kg），则满载时太阳能船受到的浮力是___________N；第50s到第100s的运动过程中，太阳能船的效率是_________。【答案】561025%【解析】【分析】【详解】[1]由题意可知，排水量60t，则满载时太阳能船受到的浮力是356010kg10N/kg610NF浮[2]由题意可知，第50s到第100s的运动过程中，太阳能船移动的距离是0.5m/s50s25msvt这段时间牵引力所做的功是46810N25m210JWFs牵总功是561.610W50s810JWPt总那么太阳能船的效率是66210J100%100%25%810JWW牵总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：45N2m=90JWfs有，拉力做的功即总功为：330N32m=180JWFs总，滑轮组的机械效率为；90J100%100%50%180JWW有总10．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12sh所以物体上升的高度h＝2s该滑轮的机械效率22200N100%100%100%0%500NWGhGWFsF有用总100%＝811．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F1做的功与拉力F2做的功之比3：2D．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有用WGh可知，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，乙图滑轮组绳子的股数n=2，故S乙=2h，而拉力F1=F2，则甲、乙两个滑轮组所做的总功为113WFSFh甲总甲222WFSFh乙总乙所以甲的机械效率为11 50%33WGhGWFhF有用甲总乙的机械效率为22 22WGhGWFhF有用乙总因为12FF，1 50%3GF，所以2 75%2GF乙故A正确，B错误；C．拉力F1做的功与拉力F2做的功之比为1232WFSWFS总甲甲乙总乙故C正确；D．因为150%WGhWGhGh有用甲总动化简得1GG动，由275%WGhWGhGh有用乙总动解得23GG动，所以G动1：G动2=G：3G=3:1故D正确。故选ACD。12．如图，A物体重力为100N，B物体重力为30N，此时A物体恰好向右做匀速直线运动，A物体受到的滑动摩擦力为其重力的0.2倍，下列说法正确的是（不计绳重和摩擦）（）A．A物体受到的绳子的拉力为15NB．若将B物体的重力增加一倍，则A物体受到的摩擦力为35NC．动滑轮拉B物体的效率为75%D．若将A以0.1m/s的速度水平向左匀速拉动，拉力的功率为2W【答案】C【解析】【分析】【详解】A．A物体恰好向右做匀速直线运动，摩擦力等于拉力，由题知，摩擦力f=0.2G=0.2100N=20N故A物体受到的绳子的拉力为20N，故A错误；B．若把B的重增加一倍，但A与地面的粗糙程度不变，压力也不变，因此A受到的摩擦力也不会改变，故B错误；C．由图可知，n=2，A物体对绳子的拉力等于A物体受到的绳子的拉力，则动滑轮的重力G动=2F-GB=2f-GB=220N-30N=10N不计绳重和摩擦，则动滑轮拉B物体的效率η=WW有用总=有用有用额=BGhGhGh动=BBGGG动=30N30N10N=75%故C正确；D．若将A以0.1m/s的速度水平向左匀速拉动，摩擦力水平向右，大小不变，A物体受到的绳子的拉力不变，则拉力为原来的2倍，即40N，拉力的功率P=Wt=Fst=F′v=40N0.1m/s=4W故D错误。故选C。13．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，3n甲，n乙=4，不计绳重和摩擦，则113FGG动，2124FGG动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GGG甲动，2GGG乙动两滑轮组机械效率不相等，故B错误；C．两滑轮组的额外功WGh甲额动；2WGh乙额动故乙滑轮组的额外功多，故C正确