中考物理二轮复习力学培优练习专题13 机械效率的综合计算（2份打包，教师版+原卷版）

中考力学提优特训专题13：机械效率的综合计算

【原题再现】

(黔南州)如图甲所示，某建筑工地用起重机将质量为3.6 t的货箱以0.5 m/s的速度匀速提升，吊臂上的滑轮组如图乙所示，若忽略绳重和摩擦，该滑轮组的机械效率为80%.(g取10 N/kg)求：

题图

(1)在10 s内货箱上升的高度；

(2)货箱的重力；

(3)吊臂上电动机拉力F的大小；

(4)依然利用此机械提升质量为4.1 t的货箱，求此时滑轮组的机械效率．

【难点突破】

【知识链接】

一、三种功

1.有用功：无论是否使用机械，必须要做的功，用W有用表示．

2.额外功：克服机械自重、摩擦等因素的影响而多做的功，用W额表示．

3.总功：有用功与额外功之和，用W总表示；关系式W总＝W有用＋W额．

二 、机械效率

1.机械效率：物理学中，将有用功跟总功的比值叫做机械效率，用符号η表示.

2.计算公式：η＝×100%＝×100%．

3.理解：使用任何机械都不可避免地要做额外功，有用功总是小于总功，所以机械效率总是小于1的．

【技能方法】

解答机械效率有关问题的关键是正确理解“三种功”：

有用功可理解为一种“目的”功。例如，用滑轮组匀速提升重物时，使用机械的目的是提高重物，那么克服物体的重力做的功是有用功，即W有=Gh:又如用滑轮组拉动重物在水平面上与速移动时，使用机械的目的是水平移动重物，那么克服物体与水平面间的摩擦力做的功是有用功，即W有用=fs.
    额外功是指对人们无用但又不得不额外做的功，即克服机械自重和自身部件的摩擦而做的功，由于机械自重和摩擦总是存在的，因而额外功是不可避免的，对任何实际的机械总有W外>0
    总功是人们使用机械时动力总共做的功W总=Fs,这其中既有通过机械克服物体阻力做的有用功，又有克服机械自身重力和摩擦做的额外功 ，所以三者的关系是W总＝W有用＋W额。

【提优训练】

1. (重庆A卷)滑轮是提升重物时经常用到的一种机械，工人师傅用500 N的拉力F，利用如图所示的滑轮将重800 N的重物在30 s内匀速提高了6 m．下列判断正确的是(　　)

第1题图

A. 绳端移动的速度为0.2 m/s

B. 该滑轮的机械效率为62.5%

C. 工人师傅拉绳子的功率为200 W

D. 提升重物所做的有用功为3 000 J

2. (衡阳改编)近期我国长江中下游许多省份因连续大雨发生洪涝灾害，抗洪抢险小分队成员李军在一次行动中需要帮老百姓把一个质量为240 kg的重物搬到2 m高的车上．为了省力采用5 m的长木板搭了一个斜面(如图所示)．用1 200 N的力用了5 min匀速将重物推到车上．关于此简易斜面装置，下列说法中正确的是(　　)

第2题图

A. 他的推力做了4 800 J的功

B. 他做功的功率为16 W

C. 此次简易斜面装置的机械效率为50%

D. 斜面是一种省力机械

3. (常德)如图所示，用F1的力将物体B匀速提升h，F1做功600 J，若借助滑轮组用F2的力把物体B匀速提升相同高度，F2做功为1 000 J．下列说法正确的是(　　)

第3题图

A. 两个过程中的拉力F1＝3F2

B. F1做功的功率比F2做功的功率小

C. 滑轮组机械效率为40%

D. F2做功的距离为3h

4. (2018郴州)如图所示，在相同时间内，用大小相同的拉力F把等质量的甲、乙两物体沿斜面AB、AC从底端拉到斜面顶端．F对物体做功的功率分别为P甲、P乙，机械效率分别为η甲、η乙．下列分析正确的是(　　)

第4题图

A．P甲＞P乙、η甲＜η乙    B．P甲＜P乙、η甲＜η乙

C．P甲＜P乙、η甲＞η乙     D．P甲＞P乙、η甲＞η乙　　

5. (重庆B卷)如图所示，是某建筑工地使用的一种起重机的滑轮组．一次提升货物A的质量为2.7×103 kg，30 s内货物A被匀速提升了3 m，动滑轮的重为3×103 N(不计起重机钢绳重和一切摩擦)．下列分析中正确的是(　　)

第5题图

A. 钢绳自由端的移动速度为0.1 m/s

B. 拉力F的功率为1.5×103 W

C. 滑轮组的机械效率为90%

D. 钢绳的拉力F的大小为1.0×104 N

6.如图所示，某人用拉力F将物体沿水平方向匀速拉动了5 m，所用时间为10 s．物体和地面之间的摩擦力为320 N，滑轮组的机械效率为80%，不计绳重和滑轮组的摩擦，下列说法中正确的是(　　)

第6题图

A. 动滑轮重为80 N

B. 拉力F做功的功率为160 W

C. 绳子A处向上的速度为0.5 m/s

D. A、B、C处绳子受力的大小关系是FB>FC>FA

7. (咸宁)用如图甲所示的滑轮组缓慢提升不同物体，每次物体被提升的高度均为0.5 m．滑轮组的机械效率与物体受到重力的关系如图乙所示．不计摩擦，下列分析正确的是(　　)

第7题图

A. 动滑轮的重力为5 N

B. 该滑轮组的机械效率可以达到100%

C. 滑轮组的机械效率越高，拉力做功越少

D. 每次提升重物时，滑轮组做的额外功为5 J

8. (云南)如图甲所示，虚线框内是由两个相同的滑轮安装成的滑轮组．利用该滑轮组提升质量为27 kg的物体所用的拉力为100  N．物体和绳子自由端的运动情况如图乙所示，不计绳重和摩擦，g取10 N/kg.则(　　)

第4题图

A. 拉力的功率为50 W

B. 滑轮组中动滑轮重10 N

C. 该滑轮组的机械效率为90%

D. 绳子自由端移动的速度为0.5 m/s

9. (成都改编)如图甲所示的装置，A是重15 N的空吊篮，绳子B和C能承受的最大拉力分别为100 N和50 N．质量为50 kg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10 N/kg.下列结论正确的是(　　)

第9题图

A. 动滑轮的重力为9 N

B. 第2 s内拉力F的功率为45 W

C. 此装置最多能匀速运载80 N的货物

D. 此装置提升重物的最大机械效率为85%

10. (2019河北)(多选)如图所示，重为G的物体在拉力F的作用下，以v的速度匀速运动了s.已知物体在水平桌面上运动时受到的摩擦阻力为物重的n分之一，不计绳重、轮与轴间的摩擦．下列说法正确的是(　　)

第10题图

A. 使用该滑轮组一定省力

B. 拉力的功率为2Fv

C. 额外功为(2nF－G)s

D. 滑轮组的机械效率为

11. 小明用如图所示的动滑轮匀速提起装有180 N水的水桶，动滑轮重20 N(不计绳重、桶重及摩擦)，他拉绳子的动力为________N，提升过程中动滑轮的机械效率为________．如果向水桶内再加入40 N的水，提升水桶时动滑轮的机械效率________(选填“变大”、“变小”或“不变”)．

第11题图

12. (南充)如图所示，用沿斜面向上大小为4 N的拉力，将一个重5 N的物体从斜面底端匀速拉至顶端．已知物体沿斜面上滑的距离为5 m，上升的高度为3 m，则物体受到的摩擦力为______N，斜面的机械效率为________．

第12题图

13. (达州)如图所示，工人师傅用150 N的力，使物体A在1 min内沿水平地面匀速移动了12 m，此时物体A受到水平向左的拉力为240 N．在此过程中物体A移动的速度是________m/s, 工人师傅拉绳子的力做功的功率是________W，该装置的机械效率η＝________.当物体A的速度增大到0.5 m/s时，物体A受到的摩擦力是________N.

第13题图

14. (眉山)如图甲所示，某人用200 N的力F使物体A沿水平方向匀速直线运动了2 m，这个人克服物体A的重力做功________J．若将此滑轮组用来提升物体A，如图乙所示(不计绳的重力和滑轮各处的摩擦)这时滑轮组的机械效率为75%，为了提高机械效率改用轻质材料的新动滑轮后，再提升同一物体A，此时滑轮组的机械效率提高到80%，那么新的动滑轮是原动滑轮重的________倍．

第14题图

15. (滨州改编)如图所示，重为800 N的物体在100 N水平拉力的作用下，以0.1 m/s的速度向左匀速直线运动了20 s，滑轮组的机械效率为60%，在此过程中物体与地面间的摩擦力是________N，拉力F所做功是________J，若物体的重力和运动速度不变，只增大水平地面的粗糙程度，则滑轮组的机械效率________(选填“变大”“变小”或“不变”)．

第15题图

16. (绥化)如图，某同学用40 N的拉力F，在6 s内将重90 N的物体匀速提升2 m，不计绳重和摩擦．在此过程中，求：

(1)拉力F做的有用功是多少？

(2)该滑轮组的机械效率是多少？

(3)拉力F的功率是多少？

(4)若绳子所能承受的最大拉力是 45 N，请计算说明，使用该滑轮组能否提起重120 N的物体？

第16题图

17. (攀枝花)如图所示，固定有滑轮和微型电动机的物体A放置在水平地面上，总重为20 N，底面积为0.01 m2.电动机通过滑轮组水平匀速拉动物体A，绳子拉力为4 N，并使物体A在2 s内移动了0.2 m．滑轮组的机械效率为90%.求：

(1)物体A对地面的压强；

(2)绳子拉力的功率；

(3)地面对物体A的摩擦力大小．

第17题图

18. (石家庄桥西区一模)汽车通过如图所示装置将物体从10 m深的井底匀速拉至井口．已知物重为4.2×103 N，其底面积为200 cm2，汽车重2×104 N，若绳重以及绳和滑轮间的摩擦不计，汽车与地面间的阻力为车重的0.05倍且不变，匀速提升物体时汽车对绳子的拉力为1.6×103 N.

(1)提升物体过程中滑轮组的额外功是多少？

(2)若整个系统的效率为20%，则将物体从井底匀速拉至井口的过程中，汽车消耗的汽油质量是多少？(汽油的热值为4.2×107 J/kg)

(3)当汽车的牵引力为1.4×103 N时，求物体对地面的压强．

第18题图

19. 如图是工人将重160 N的物体匀速放下的过程，已知物体下降的距离为2  m，用时4 s，工人的拉力为50 N，工人质量为60 kg.(物体未浸入水中，且不计绳重及摩擦)

(1)求工人放绳的速度；

(2)求滑轮组的效率η1；

(3)如果物体完全浸没水中后滑轮组的机械效率为η2，已知η1：η2＝4∶3(物体在水中仍匀速下降，动滑轮不会浸入水中，g＝10 N/kg)．求当物体完全浸没水中后，工人对地面的压力．

第19题图

20. 如图所示是打捞物体的装置．AB是一个以O点为转轴的杠杆，BO∶OA＝2∶1.滑轮组固定在杠杆A点，放置在水平地面上的配重P通过细绳竖直拉着杠杆B点，使杠杆AB始终保持水平平衡，配重P的质量为1 000 kg，每个滑轮重2 000 N．现电动机带动钢丝绳自由端以0.5 m/s的速度匀速拉动滑轮组，将体积为0.1 m3的物体由海底提升到海面，细绳和杠杆的质量、滑轮与轴的摩擦均忽略不计，不考虑水的阻力．(ρ物取8×103 kg/m3，g取10 N/kg，ρ海水取1.0×103 kg/m3)求：

(1)物体M浸没在海水中受到的浮力；

(2)物体M在海面下匀速上升过程中，电动机的功率；

(3)物体M在海面下匀速上升过程中，滑轮组的机械效率；(百分数保留一位小数)

(4)利用此装置在空气中能提升的物体的最大重力是多少？

第20题图