精练20 机械效率问题——浙江中考科学专项突破限时精练

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知识点一、有用功
使用机械做功时，对人们有用的功叫有用功，用W有用表示。也就是人们不用机械而直接用手时必须做的功，也等于在理想情况下(即不考虑摩擦和机械本身的重力)人们所做的功，或者是机械对物体做的功。在提升物体时，W有用＝GH。
知识点二、额外功
使用机械时，对人们没有用但又不得不做的功叫额外功，用W额表示。额外功的来源主要有：a.提升物体时，克服机械自重、容器自重、绳重等所做的功；b.克服机械的摩擦所做的功。
知识点三、总功
人们在使用机械做功的过程中实际所做的功叫总功，用
W总表示。它等于有用功和额外功的总和，即W总＝W有用＋W额，或人对机械的动力为F，则W总＝FS。
知识点四、机械效率
①定义：有用功与总功的比值叫做机械效率。
②公式：η＝w有/w总
由于总是存在额外功，使得W有用＜W额，所以η总是＜1；影响机械效率的主要因素有摩擦和机械自重等。
常考机械的有用功、总功、机械效率计算
考向一 杠杆机械效率问题
（2022•海曙区校级三模）小宏用如图所示的装置探究杠杆的机械效率，杠杆的质量分布均匀，右端固定在O点，杠杆可绕O点在竖直平面内转动，且AC＝BC＝OB；
（1）该实验中杠杆所做的额外功主要是 。
（2）他将重为G的钩码悬挂在B点，在A点竖直向上匀速拉动弹簧测力计，拉力为F1，测得A、B两点上升的高度分别为h1、h2，则此次杠杆的机械效率为＝ × （用物理量的符号表示）；
（3）若保持弹簧测力计位置不变，将钩码挂在C点，缓慢拉动弹簧测力计将钩码提升相同的高度（不计摩擦），则弹簧测力计的示数F2 F1，杠杆的机械效率η1 η2（均选填“＞”或“＜”或“＝”）。
考向二 滑轮机械效率问题
（2023•鹿城区模拟）图甲是海上打捞平台装置示意图，使用电动机和滑轮组将实心物体A从海底竖直向上始终以0.05m/s的速度匀速吊起，图乙是物体A所受拉力F随时间t变化的图象（不计摩擦、水的阻力及绳重，忽略动滑轮受到的浮力，ρ水＝1.0×103kg/m3，g＝10N/kg），物体A完全浸没在水中时，滑轮组的机械效率为80%。请解答下列问题：
（1）求动滑轮的重力为多少？
（2）当物体A完全离开水面后，电动机两端电压为380V，通过的电流为5A，电动机线圈的电阻为多少？（不计电动机内部摩擦）
考向三 斜面机械效率问题
（2022春•江干区校级月考）如图甲，质量m的货物在拉力作用下，沿粗糙斜面向上运动（不考虑空气的阻力），斜面长L、高H。货物上升高度h与时间t关系图像如图乙所示，0至t1时间内的拉力为F1，t1至t2时间内拉力为F2。已知H＞4h0，t2＝2t1，不计速度变化时的时间，斜面粗糙程度不变。
（1）0至t1和t1至t2两个过程中受到的拉力F1 F2的大小关系。（选填：“＞”、“＜”或“＝”）
（2）F1时斜面效率η1 （选填：“＞”、“＜”或“＝”）F2时斜面效率η2。
难度：★★★ 建议时间：25分钟
（2023秋•宁波期末）如图所示。甲、乙是固定在水平地面上的两个光滑斜面，长度分别为4m，5m，高度相同。两个工人分别用沿斜面向上的拉力F甲、F乙，把完全相同的工件从斜面底端匀速地拉到斜面顶端。且速度大小相等。此过程拉力F甲、F乙，所做的功分别为W甲、W乙，功率分别为P甲、P乙，机械效率分别为η甲、η乙，下列说法正确的是（ ）
A．F甲：F乙＝4：5B．W甲：W乙＝4：5
C．P甲：P乙＝5：4D．η甲：η乙＝5：4
（多选）（2023秋•杭州月考）小凯和小满同学用相同的拉力F拉着同一个物体，沿不同的斜面向上匀速运动了相同的高度，如图所示。此过程中，下列说法正确的是（ ）
A．小满所做的总功较多
B．两人所拉物体的摩擦力大小相同
C．两人所做的有用功一样多
D．甲斜面比乙两斜面的机械效率大些
（2022秋•西湖区校级月考）如图所示，工人师傅用600N的力沿着4m长的斜面，将重1200N的油桶匀速推到高1.5m的车上，则下列说法正确的是（ ）
A．利用斜面是为了省功
B．把油桶滚上去而不是推上去，是为了提高斜面机械效率
C．工人师傅做功900J
D．油桶在斜面滚动的摩擦力为600N
（2021秋•鄞州区期末）如图，为了提升重物，我们选用了粗细均匀重为G的杠杆，不计杠杆支点处的摩擦，先后把同一个重物挂在A、B两处，每次用力让重物上升同样的高度，下列说法正确的是（ ）
A．重物在A点处人做的有用功多
B．重物在B点处人做的有用功多
C．重物在A点处杠杆的机械效率高
D．重物在B点处杠杆的机械效率高
（2023•椒江区校级二模）小明用如图所示滑轮组拉着A、B物体一起匀速前进，绳子自由端运动了0.2m，若物体B与地面的摩擦力为9N。（绳重，滑轮重，绳与滑轮摩擦不计）。则下列说法正确的是（ ）
A．拉力F做功为1.8J
B．拉力F增加，地面对B的摩擦力增加
C．该滑轮组的机械效率为80%
D．A、B间的摩擦力为0N
（2023•江干区校级四模）小金利用如图装置移动质量为5kg的物体A，小金在绳子自由端以5N的拉力使物体A做匀速直线运动，拉了10s共移动了30m，滑轮组机械效率为80%。下列选项中正确的是（ ）
A．该装置中用的滑轮一定是轻质滑轮
B．克服摩擦力做功的功率为36W
C．物体移动速度是2m/s
D．这个装置所做有用功为150J
（2023秋•下城区校级月考）如图小澳在实验课上，利用粗糙斜面将一个重为G的物体匀速拉到高h处，已知沿斜面向上的拉力为F，斜面长为s。
（1）该斜面此时的机械效率为 。（用字母表示，下同）
（2）若物体在同一斜面上，在2F的拉力的作用下沿斜面方向加速向上运动，则此时的斜面摩擦力为 。
（2023秋•上城区校级月考）如图甲，A、B是两个完全相同的物体。小张同学分别用沿斜面的拉力将A、B两物体沿不同斜面拉到斜面顶端，对物体做功情况如图乙所示。则。
（1）对物体A做功的机械效率是 %。
（2）物体B受到摩擦力和拉力之比为 。
（2023秋•越城区月考）小明想用平行于斜面的力把一个重400N的物体从斜面底部匀速推到顶端（不考虑物体的大小）。
（1）现有AB、AC两个等高的斜面，若两斜面光滑没有摩擦，为了更省力，小明应选择哪一个斜面并说明理由。
（2）他用平行于斜面的推力F沿斜面AC将物体从斜面底端匀速推到顶端，已知斜面高2m、长4m。机械效率为80%。求推力F和物体受到的摩擦力？
（2023•舟山三模）工人师傅利用如图甲所示的滑轮组搬运石材质量为1.8×103kg的石材放在水平地面上，在拉力F的作用下沿水平方向做匀速直线运动，其路程随时间变化的图象如图乙所示。石材在水平方向上受到的阻力为石材重的0.1倍，滑轮组的机械效率为75%，滑轮组和绳子的自重不计。（g＝10N/kg） 求：
a.石材受到的阻力？
b.在石材移动40s过程中，工人作用在绳子自由端的拉力F？
（2023•西湖区二模）“奋斗者”号全海深载人潜水器成功完成万米海试并胜利返航。“奋斗者”体积约为10m3，空载时质量计为6吨，最大荷载240千克。（海水密度取1.0×103kg/m3）
（1）空载的“奋斗者”漂浮水面时受到的浮力为 N。
（2）已满载的“奋斗者”在下沉时是采用注水方式实现的，则至少注入海水的体积是 m3。
（3）任务完成排出水后，在起重机滑轮装置作用下把最大荷载的“奋斗者”吊
出水面，如图甲滑轮装置吊着“奋斗者”号在水面上匀速上升，绳子自由端拉力为2×104N，求滑轮装置的机械效率。
（2022秋•新昌县期末）如图，杠杆AB在水平位置平衡，物体M1重为492.5牛，OA：OB＝2：3，每个滑轮重为20牛，滑轮组的机械效率为60%，在拉力F的作用下，物体M2以0.2米/秒的速度匀速上升了2米。（杠杆与绳的自重、摩擦均不计）
（1）杠杆AB可视作一种 （选填“省力”或“费力”）杠杆。
（2）拉力F的大小为 牛。
（2022秋•海曙区校级期中）如图是科技小组利用电子秤监控水库水位的模拟装置，由长方体A和B、滑轮组、轻质杠杆CD、电子秤等组成，杠杆始终在水平位置平衡。已知OC：OD＝1：2，A的体积为0.02m3，A重为400N，B重为300N，动滑轮重100N，不计绳重与摩擦（ρ水＝1.0×103kg/m3，g取10N/kg）。求：
（1）A的密度。
（2）单独使用该滑轮组在空气中匀速提升A时的机械效率。
（3）水位上涨过程中，电子秤所受到的最大压力。
（2021秋•瑞安市月考）瓯海泽雅镇水碓坑村明代造纸遗址四连极水确是中国造纸术的“活化石”，是古代造纸术实物遗存的代表。至今仍在用于碾瓷土的水碓（如图），小溪中的水从蓄水池流下来冲击水轮转动，水轮上离支架比较近的搜板通过確尾把另一端的石杵举起、落下，不断碾打土坑中的瓷土。试回答：
（1）如图的水碓是哪种简单机械 。
（2）若石杵重为280牛，木杆AB长3米，拨板在礁尾的力的作用点是A点，A点离支撑点O的距离为0.9米，木杆AB的重忽略不计，要将石杵缓慢抬起，求作用在A端的最小的力。
（3）若考虑木杆的自重，将B向左移动时，杠杆的机械效率将 （填“不变”、“变大”或“变小”）。
简单机械
有用功
总功
额外功
机械效率
杠杆
W有用=Gh
W总=Fs
W额=W总－W有用
η=W有W总=GhFs
滑轮组
W有用=Gh
W总=Fs
W总=Gh+G动h（不计绳重和摩擦）
W额=W总－W有用
W额=G动h（不计绳重和摩擦）
η=W有W总=GhFs=GhFnh=GFn
η=W有W总=GhGh+G动h=GG+G动
斜面
W有用=Gh
W总=Fl
W总=Gh+fl
（f为摩擦力）
W额=W总－W有用
W额=fl
（f为摩擦力）
η=W有W总=GhFl
η=GhGh+fl