2019年中考物理--机械效率计算题

简单机械的机械效率计算问题是中考必考点，分值在4—10分。题型涉及选择题、填空题、综合计算题。所以学会解答简单机械的机械效率问题，对提高物理成绩至关重要。中考在考查机械效率方面，以考查滑轮组的机械效率为主。但杠杆、斜面的机械效率问题的解答也是命题重点，同样要重视。下面给出与杠杆、滑轮组、斜面三种简单机械的机械效率有关问题的剖析，供全国各地师生复习时参考。一、用简单机械提升物体，有用功、额外功、总功及其机械效率的求法（1）用简单机械提升物体做的有用功W有用=Gh；（2）用简单机械提升物体做的总功W总=Fs；（3）用简单机械提升物体做的额外功W额外=W总－W有用。（4）简单机械机械效率公式：η=W有/W总×100%=Gh/Fs×100%。其中h是重物G被提升的高度，s是动力F移动的距离。h与s的关系可以根据具体情况而定。二、与杠杆机械效率有关的计算题解题策略1.用杠杆提升物体的模型图2.用杠杆提升物体有用功、额外功和总功求法（1）用杠杆提升物体做的有用功W有用=Gh（2）用杠杆提升物体做的总功W总=Fs（3）用杠杆提升物体做的额外功W额外=W总—W有用其中h是重物G被提升的高度，s是动力F移动的距离。h与s的关系可以根据相似三角形建立。3.杠杆机械效率的求解（1）用杠杆提升物体时，有用功和总功的比值.称为杠杆机械效率。（2）杠杆机械效率公式：η＝（W有用/W总）×100％4.典型例题解析【例题1】如图所示，两个等高的托盘秤甲、乙放在同一水平地面上，质量分布不均匀的木条AB重24N，A、B是木条两端，O、C是木条上的两个点，AO=B0，AC=OC．A端放在托盘秤甲上，B端放在托盘秤乙上，托盘秤甲的示数是6N．现移动托盘秤甲，让C点放在托盘秤甲上。此时托盘秤乙的示数是（）A．8NB．12NC．16ND．18N【答案】C由杠杆平衡条件有：FA×AB=G×BD，即：6N×AB=24N×BD，所以：AB=4BD，BD=AB，当C点放在托盘秤甲上时，仍以C为支点，此时托盘秤乙对木条B处的支持力为FB，因为AO=BO，AC=OC，所以CO=OD=BD，BC=3BD，CD=2BD由杠杆平衡条件有：FB×BC=G×CD，即：FB×3BD=24N×2BD，所以：FB=16N，则托盘秤乙的示数为16N。三、与滑轮组机械效率有关的计算题解题策略（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：η＝（W有用/W总）×100％η＝（W有用/W总）×100％=(G/nF)×100％4.用滑轮组竖直提升物体典型例题解析【例题2】如图所示，在不计绳重和摩擦的情况下，用滑轮在10s内将重为40N的物体匀速提升2m，已知拉力F为25N，则在这个过程中拉力做的功是J，滑轮组的机械效率是，若匀速提升重为80N的物体，则这个滑轮组的机械效率将（变大/变小/不变）。【答案】100；80%；变大。【解析】（1）由图可知，连接动滑轮绳子的股数n=2，绳子自由端移动的距离s=2h=2×2m=4m；则在这个过程中拉力做的功：W总=Fs=25N×4m=100J；（2）拉力做的有用功：W有=Gh=40N×2m=80J，则滑轮组的机械效率：η=W有/W总×100%=80J/100J×100%=80%；（3）由η=W有/(W有+W额)×100%=Gh/（Gh+G动h）×100%=G/（G+G动）×100%可知，滑轮组的机械效率与动滑轮重和物体重有关，动滑轮重力不变，物体重力变大，机械效率将变大。【例题3】如图所示，用甲、乙两种滑轮组，分别匀速竖直向上提升同一重物，从相同位置开始提升至同一高度处，求：（1）若不计绳重，滑轮重及摩擦，两次拉力F1和F2之比；（2）若不计绳重及摩擦，重物质量为400g，动滑轮质量为100g，匀速拉动过程中甲、乙两装置的机械效率。【答案】（1）若不计绳重、滑轮重及摩擦，两次拉力F1和F2之比为3：2；（2）若不计绳重及摩擦，甲、乙两装置的机械效率都是80%。重物的重力：G=mg=0.4kg×10N/kg=4N，动滑轮的重力：G轮=m轮g=0.1kg×10N/kg=1N，不计绳重及摩擦时，滑轮组的机械效率η===，由于两装置中物重和动滑轮重均相同，所以甲、乙两装置的机械效率：η1=η2==×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（3）额外功W额外=W总—W有用（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。3.滑轮组机械效率的求解（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。（2）滑轮组机械效率公式：η＝（W有用/W总）×100％η＝（W有用/W总）×100％=(fs2/Fs1)×100％4.用滑轮组水平拉动物体典型例题解析【例题4】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？【答案】（1）500N；（2）80%．【解析】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。四、与斜面机械效率有关的计算题解题策略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（3）额外功W额外=W总—W有用其中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：η＝（W有用/W总）×100％η＝（W有用/W总）×100％=(Gh/Fs)×100％4.用斜面提升物体典型例题解析【例题5】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。【答案】288、80%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：η=W有用/W总×100%=288J/360J×100%=80%．机械效率计算题专题同步训练题及其解析1．如图所示，工人用150N的拉力通过滑轮组吊起质量为20kg的箱子。若箱子被匀速竖直提升了2m，不计绳重和摩擦，g取10N/kg，则（）A．箱子的重力势能增大B．动滑轮的重力为100NC．工人施加的拉力做的功为300JD．滑轮组的机械效率为66.7%【答案】ABD。【解析】（1）重力势能大小的影响因素：质量、被举得高度。质量越大，高度越高，重力势能越大；（2）知道箱子的质量，根据G=mg求出重力，由图可知，滑轮组绳子的有效股数，利用F=（G+G动）求出动滑轮的重力；（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求出工人做的总功；（4）根据W=Gh求出有用功，然后根据η=求出此滑轮组的机械效率。A．箱子被匀速提升，高度增加，质量不变，重力势能增加，故A正确；2.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/sB．物体的重力为40NC．该滑轮组的机械效率为66.67%D．拉力F的功率为2W【答案】A【解析】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=nF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/nF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。3.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10NC．工人做功的功率是80WD．滑轮组的机械效率是80％【答案】D【解析】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）/n250N=(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=1000Jη＝（W有用/W总）×100％=G/nF=400N/（2×250N）=80%（4）P总=W总/t=1000J/10s=100W4.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）【答案】850；80%．（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%．5.如图所示，杠杆在竖直向下拉力F的作用下将一物体缓慢匀速提升。下表是提升物体时采集到的信息：物重G（N）OA（m）OB（m）A端上升的髙度h/mB端下降的竖直距离s/m400.80.40.20.1（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