北京中考物理功和机械效率专题复习【教师版】

北京中考物理功和机械效率专题复习一．解答题（共15小题）1．用如图所示的滑轮组将480N的物体以0.3m/s的速度匀速提起，绳子自由端的拉力为200N（不计摩擦和绳重）．求：（1）滑轮组的机械效率．（2）拉力的功率．（3）若用该滑轮组将重600N的物体匀速提升2m时，拉力所做的功为多少？解答：解：（1）由图知，使用该滑轮组承担物重的绳子股数，n=3滑轮组的机械效率：η=×100%=×100%=×100%=×100%=×100%=80%；（2）绳子自由端移动的速度：v′=3v=0.3m/s×3=0.9m/s，拉力的功率：P===Fv=200N×0.9m/s=180W；（3）∵不计摩擦和绳重，∴F=（G+G动），∴G动=3F﹣G=3×200N﹣480N=120N，当提起G′=600N的物体时拉力：F′=（G′+G动），=（600N+120N）=240N，这时拉力做的功：W′=F′s′=F′×3h′=240N×3×2m=1440J．答：（1）滑轮组的机械效率为80%；（2）拉力的功率180W；（3）拉力所做的功为1440J．2．在农村常有家庭挖井取水．小明同学用如图（甲）所示的滑轮组提土，他用20s的时间把重为120N的土从井中匀速提升5m，拉力做的功W随时间t的变化图象如图（乙）所示．求：（1）有用功；（2）滑轮组的机械效率；（3）拉力的大小；（4）拉力的功率．考点：功的计算；有用功和额外功；滑轮（组）的机械效率；功率的计算．387548专题：计算题；压轴题．分析：（1）已知土的重力和上升的高度，根据W=Gh求出克服土的重力做的功，即为有用功；（2）由乙图直接读出20s内拉力做的功即为总功，根据η=求出滑轮组的机械效率；（3）由图可知绳子的有效股数为2，根据s=nh求出绳端移动的距离，根据W=Fs求出拉力的大小；（4）根据P=求出拉力的功率．解答：解：（1）有用功：W有=Gh=120N×5m=600J；（2）由乙图可得：W总=800J，滑轮组的机械效率：η===75%；（3）绳端移动的距离：s=nh=2×5m=10m，拉力的大小：F===80N；（4）拉力的功率：P===40W．答：（1）有用功为600J；（2）滑轮组的机械效率为75%；（3）拉力的大小为80N；（4）拉力的功率为40W．3．如图1所示，重为8N的物体A在拉力F的作用下，5s内匀速运动了0.5m．拉力F做的功随时间变化的图象如图2所示．己知动滑轮重0.5N，物体A在水平桌面上运动时受到的摩擦阻力f为物重G的0.5倍．求：（1）拉力F的功率．（2）拉力F大小．（3）克服绳重及摩擦所做的额外功占总功的比例．解：（1）由图象知，拉力做的功W=2.5J时，所用的时间是5s所以拉力的功率为P===0.5W；（2）绳子拉下的长度为S=2h=2×0.5m=1m作用在绳子上的拉力为F===2.5N；（3）拉动物体做的有用功为W有用=fS1=0.5×8N×0.5m=2J拉力做的总功为W总=FS2=2.5N×1m=2.5J额外功为W额=W总﹣W有用=2.5J﹣2J=0.5J对动滑轮做的功为W动=G动h=0.5N×0.5m=0.25J克服绳重及摩擦所做的额外功为W′=W额﹣W动=0.5J﹣0.25J=0.25J克服绳重及摩擦所做的额外功占总功的比例为==10%4．人们利用如图所示的滑轮组将浸没在河底的实心物体A打捞上来，物体A的密度为9.0×103Kg/m3，体积为100dm3．在5000N的拉力F作用下，物体A在2s内匀速竖直上升2m（物体未露出水面），不计水的阻力，g=10N/Kg．求：（1）物体A受到的浮力．（2）拉力F做功的功率．（3）滑轮组的机械效率．分析：（1）知道物体A的体积（浸没水中排开水的体积）利用阿基米德原理求物体A受到的浮力；（2）由图知，承担物重的绳子股数n=2，则拉力F移动的距离S=2h，利用W=FS求拉力F所做的总功，又知道做功时间，利用P=求拉力F做功的功率；（3）知道物体A的体积和密度，利用G=mg=ρVg求物体A的重力，知道拉力大小，利用η==求滑轮组的机械效率．解答：解：（1）物体A受到的浮力F浮为：F浮=ρ水gV排=1.0×103kg/m3×10N/kg×100×10﹣3m3=1000N；（2）拉力F移动的距离S为：S=2h=2×2m=4m，拉力F所做的总功W总为：W总=FS=5000N×4m=20000J，则拉力F做功的功率P为：P===10000W=10kW；（3）物体A的重力G为：G=mg=ρ物gV物=9.0×103Kg/m3×10N/Kg×100×10﹣3m3=9000N，滑轮组的机械效率：η=×100%=×100%=×100%=×100%=80%．5．如图所示，现将一重G1=8100N的实心铝块在水中匀速上提h=2m（未露出水面），已知每个滑轮重G2=900N，不计绳重和各种摩擦，不计水的阻力．已知铝的密度ρ铝=2.7×103kg/m3，水的密度ρ水=1.0×103kg/m3，g取10N/kg．求：（1）滑轮组的机械效率多大？（2）若绳端拉力的功率为P=540W，则铝块上升的速度为多大？解答：解：（1）∵铝块重G1=ρ铝vg，铝块的体积：v===0.3m3，在水中铝块受到的浮力：F浮=ρ水vg=1.0×103kg/m3×0.3m3×10N/kg=3000N，滑轮组对铝块的拉力：F=G1﹣F浮=8100N﹣3000N=5100N，使用滑轮组做的有用功：W有用=Fh=5100N×2m=10200J，不计绳重和各种摩擦，使用滑轮组做的额外功：W额=G轮h=900N×2m=1800J，W总=W有用+W额=Fh+G轮h=10200J+1800J=12000J，滑轮组的机械效率：η=×100%=×100%=85%；（2）由题知P总==540W，做功时间：t==，铝块上升的速度：v===0.09m/s．答：（1）滑轮组的机械效率85%；（2）铝块上升的速度为0.09m/s．6．建筑工地上，某施工人员利用如图6所示的滑轮组匀速提升重物．若不计摩擦和绳重．求：（1）利用这个滑轮组匀速提升重为1200N的物体时，所用的拉力是500N，此时滑轮组的机械效率是80%，拉力做功的功率是750W，求重物在1min内匀速上升的高度？（2）当用这个滑轮组匀速提升重为1800N的物体时，拉力是多少？解答：解：（1）由题意知，拉力在1min做的功为：W总=Pt=750W×60s=45000J根据W总=Fs得s===90m由图知，此滑轮组由三段绳子承担物重，所以s=3h则h=s=×90m=30m答：重物在1min内上升的高度是30m．（2）因为滑轮组由3段绳子承担物重，所以F=（G物+G动）G动=3×500N﹣1200N=300N则F′=（G物′+G动）=×（1800N+300N）=700N答：当用这个滑轮组匀速提升重为1800N的物体时，拉力是700N．7．为打造环三中心城市，宁德市政府投入巨资，对市区南北主干道进行改造，施工中，一工人利用如图所示的滑轮组，要15s内将480N的重物匀速拉到3m高处，所用的拉力是300N．求：（1）有用功是多少？（2）滑轮组的机械效率是多少？（3）拉力的功率是多少？解答：解：（1）有用功W有用=Gh=480N×3m=1440J；答：有用功是1440J；（2）拉力移动的距离S=2h=2×3m=6m；拉力做的总功W总=FS=300N×6m=1800J；滑轮组的机械效率是η=×100%=×100%=80%；答：滑轮组的机械效率是80%；（3）拉力的功率是P===120W；答：拉力的功率是120W．8．如图所示，某建筑工地用电动机和滑轮组把建筑材料从地面提升到工作平台上．已知建筑材料的质量m=360kg，用t=20s的时间把建筑材料匀逮提升了h=4m，滑轮组的机械效率为90%，g取10N/Kg．求这段时间内（1）建筑材料上升的速度V；（2）电动机对绳子的拉力F；（3）电动机拉绳子的功率P．分析：（1）已知建筑材料运动的距离（上升的高度）和所用的时间，利用速度计算公式V=计算得出；（2）本题是利用滑轮组提升重物，一个动滑轮，一个定滑轮，从图上可以看出动滑轮上有两段绳子，故拉力移动的距离等于2倍物体上升的高度，即s=2h；此时，W有用=Gh，W总=Fs，再利用机械效率η=代入后分析计算得出拉力F；（3）利用求出的拉力F和s、h之间的关系可以计算出电动机拉绳子做的功，又已知时间，利用P=计算得出．解答：解：m=360kg，t=20s，h=4m，（1）上升的速度v====0.2m/s；（2）建筑材料的重力G=mg=360kg×10N/kg=3600N，由η==得：电动机对绳子的拉力F=====2000N；（3）电动机拉绳子做的功：W=Fs=2Fh=2×2000N×4m=16000J，电动机拉绳子的功率P===800W．9．在小型建筑工地，常用简易的起重设备竖直吊运建筑材料，其工作原理相当于如图所示的滑轮组．某次将总重G为4000N的砖块匀速吊运到高为10m的楼上，用时40s，卷扬机提供的拉力F为2500N．求在此过程中：（1）有用功；（2）拉力F的功和功率；（3）滑轮组的机械效率．解答：解：（1）拉力F所做的有用功：W有=Gh=4000N×10m=4×104J．（2）拉力F移动的距离：s=2h=2×10m=20m．拉力F所做的总功：W总=Fs=2500N×20m=5×104J．拉力F做功的功率：P===1250W．（3）滑轮组的机械效率：η=×100%=×100%=80%．答：（1）力F所做的有用功是4×104J；（2）拉力F做的功和功率分别是5×104J、1250W；（3）滑轮组的机械效率是80%．10．重为160N、底面积为0.04m2的物体落入干涸的深井底部．已知物体的密度为1.6×103kg/m3，g=10N/kg，不计绳重和摩擦．（1）求物体对井底的压强；（2）使用图所示滑轮组，当施拉力F=100N时物体恰能匀速上升，求此滑轮组的机械效率；（3）若在井内注入水，仍用此滑轮组使物体以1m/s的速度在水中匀速上升，求拉力的功率．（不计水对物体的阻力）分析：（1）物体对井底的压力等于物体重，知道受力面积，利用压强公式求物体对井底的压强；（2）由图可知，承担物重的绳子股数n=2，则拉力端移动的距离s=2h，知道拉力和物重大小，利用η====求滑轮组的机械效率；（3）由题知，不计绳重和摩擦，则F=（G+G轮），据此求出动滑轮重；知道物体重和物体的密度，利用G=mg=ρVg求物体的体积，再利用阿基米德原理求出物体受到水的浮力，不计绳重、摩擦、水的阻力，则F′=（G物+G动﹣F浮），据此求出拉力大小，再求出拉力端移动的速度，利用P=Fv求拉力做功功率．解答：解：（1）物体对井底的压力：F=G=160N，物体对井底的压强：p===4×103Pa；（2）由图可知，n=2，则拉力端移动的距离s=2h，η======80%；（3）∵不计绳重和摩擦，∴F=（G+G轮），100N=（160N+G轮），解得动滑轮重：G动=40N∵G=mg=ρVg，∴物体的体积：V===0.01m3，∴在水中受到的浮力：F浮=ρ水gV排=ρ水gV物=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.01m3=100N，此时拉力：F′=（G物+G动﹣F浮）=（160N+40N﹣100N）=50N，拉力端移动的速度：v=2v物=2×1m/s=2m/s，∴拉力做功功率：P=F′v=50N×2m/s=100W．答：（1）求物体对井底的压强为4×103Pa；（2）此滑轮组的机械效率为80%；（3）拉力的功率为100W．11．用如图所示的滑轮组在20s内将重600N的物体从地面竖直提高4m，所用的拉力是250N，在这个过程中，求：（1）有用功是多少？（2）拉力的功率是多少？（3）滑轮组的机械效率是多少？解答：解：（1）拉力F所做的有用功：W有=Gh=600N×4m=2400J；（2）拉力F移动的距离：s=4h=4×4m=16m；拉力F所做的总功：W总=Fs=250N×16m=4000J；拉力