2024年中考物理核心素养提升(全国通用)5.2功功率机械效率计算(原卷版+解析)

这是一份2024年中考物理核心素养提升(全国通用)5.2功功率机械效率计算(原卷版+解析)，共11页。试卷主要包含了5s内上升0等内容，欢迎下载使用。
1.【2023衡阳】用如图所示的电动起重机将6000N的重物匀速提升了4m，电动机的功率为5000W，此过程用时10s。下列说法正确的是（ ）
A. 起重机对重物做的有用功是
B. 起重机的电动机做的总功是
C. 起重机的机械效率是48%
D. 若减小动滑轮的重力，起重机的机械效率将变小
2.【2023无锡】如图所示，是安装在某种塔式起重机吊臂一侧的滑轮组，某次匀速起吊600kg的物体时，上升5m，用时15s，滑轮组的机械效率是80%，则所做有用功是_______________J，总功是_______________J，拉力F的功率是_______________W。（g取10N/kg）
3.【2023泸州】小聪探究斜面的机械效率时，将粗糙程度均匀的长木板用支架支撑构成斜面，如图所示。用刻度尺量出斜面底端A点到斜面上B点的距离L为80cm，B点距水平地面高度h为20cm。沿斜面向上用0.8N的拉力F将重为2N的木块匀速拉到B点，用时2s，则这段过程中拉力F做功的功率P=_________W，斜面的机械效率η=_________%，木块在该斜面上受到的滑动摩擦力f=________N。
4.【2023连云港】重450N的箱子，在20N水平推力的作用下，沿水平路面做匀速直线运动，地面对箱子的支持力大小为__________N，箱子受到的阻力大小为________N。如果用如图所示的滑轮组匀速提升该箱子，拉力F=250N，滑轮组的机械效率为____________。箱子以0.1m/s的速度匀速上升的过程中，拉力的功率为__________W。
5.【2023内江】如图所示，将重力为10N的物体沿斜面向上从底端匀速拉到顶端。若斜面长L为1m，斜面高h为0.3m，拉力F为4N，拉力的功率为2W，则此过程中，斜面的机械效率是________%，物体从斜面底端运动到斜面顶端所用的时间是_______s。
6.【2023益阳】早在3000年前我们的祖先就设计了结构很合理的辘轳，通常用于从井中提水。如图所示是古代民间的提水设施辘轳，由辘轳头、支架、井绳、水桶等部分构成。某次取水时井绳拉着质量为10kg的水缓慢上升了4m，水桶的质量为1kg，在这一过程中，人做的总功为500J，g取10N/kg。求此次取水的过程中
（1）人做的有用功为多少？
（2）辘轳的机械效率多大？
（3）人克服井绳重力与摩擦阻力做的功是多少？
7.【2023长沙】如图，小明用一个动滑轮和几个相同的杠铃片自制了一个健身器，已知动滑轮的质量为5kg，每个杠铃片的质量为10kg。不计绳重和摩擦，g取10N/kg，小明通过握杆竖直向上匀速拉动绳子提升杠铃片的过程中，求：
（1）杠铃片在0.5s内上升0.2m，杠铃片的速度；
（2）动滑轮下挂着两个杠铃片，握杆对绳子拉力的大小；
（3）动滑轮下挂着四个杠铃片，杠铃片上升了0.1m，在此过程中握杆对绳子的拉力做的功。
8.【2023内江】如图是当今世界上最新研发的“侦探猎犬”超音速汽车，最大车速能达到1.6×103km/h，它创造了短期内无法超越的世界纪录。在某次测试中，该超音速汽车以1.26×103km/h的速度在水平轨道上匀速直线行驶时，汽车受到水平方向的阻力为1.8×105N，求在这次测试中：
（1）汽车受到水平方向的牵引力；
（2）汽车牵引力的功率。
9.【2023荆州】以“‘荆歌’铁马，奔向未来”为主题的2023荆州马拉松3月26日在荆州体育中心鸣枪起跑。在开赛场地建设过程中，工人利用长度L=3m的斜面把质量为240kg的重物匀速推到h=1m高处，如图所示，工人所用推力F=1000N。g取10N/kg。求：
（1）推力做的有用功；
（2）斜面的机械效率；
（3）工人将另一质量为300kg的重物匀速推到同一高度，为了省力，换用长度为5m的斜面，此时重物与斜面间的摩擦力与原来的摩擦力之比为6∶5，共用时20s，工人推力做功的功率。
2024年中考物理核心素养提升
5.3功、功率、机械效率的计算
【公式梳理】
一、基本公式
二、滑轮组的机械效率计算相关公式
三、斜面的机械效率问题
1.有用功：W有用=Gh（G-物体的重力，单位：N。h-物体竖直上升的高度，单位：m）
2.总功：W总=Fs（F-沿斜面的拉力，单位：N。s-斜面长，单位：m）
3.额外功：W额=W总-W有用
4.斜面的摩擦力：f= W额s
5.斜面的机械效率：η= W有用W总 ×100%= GhFs ×100%。
【中考题赏析】
【例1】【2023遂宁】我国电动汽车多项技术已领跑世界。某型号的国产电动汽车所用电池电压400 V，满电时能存储80 kW·h 的能量，电池剩余20%的能量时需要充电(避免损伤电池)。如图，小红驾驶该型号车携家人出行发现：汽车在高速公路上通过A处时仪表显示电池剩余95%的能量，汽车以108 km/h的速度匀速直线行驶30 min到达B处时，仪表显示电池剩余82.5%的能量。已知全车总质量为2 t，汽车在该路段受到的阻力是车重的0.03倍，请计算该车通过这段高速路时的以下各量：（g=10N/kg）
（1）汽车行驶的路程为多少km？
（2）汽车受到的牵引力是多大？
（3）汽车的能量转换效率多大？
【分析与解答】
（1）30 min=0.5 h。汽车行驶的路程s=vt=108 km/h×0.5 h=54 km=5.4×104 m=54km。
汽车的重力G=mg=2×103 kg×10 N/kg=2×104 N。汽车在水平方向受力平衡，汽车受到的牵引力F=f=nG=0.03×2×104 N=600 N。
（3）这段路程汽车牵引力做的功W=Fs=600 N×5.4×104 m=3.24×107 J。这段路程消耗的电能：
W1=ηW总=（95%-82.5%）×80 kW·h=10 kW·h=3.6×107 J ；汽车的能量转换效率：
η1=WW1×100%=3.24×107J3.6×107J×100%=90%。
【答案】（1）54km （2）600N （3）90%
【例2】【2023重庆B】如图所示，是小智同学在劳动实践基地体验的场景。他用的拉力将重的重物匀速提升，用时，此过程中重物上升的速度为______，滑轮组的机械效率为______。
【分析与解答】
此过程中重物上升的速度：v= st = 2m10s = 0.2m/s。
滑轮组的动滑轮绕2段绳，滑轮组的机械效率为：
η= W有用W总×100% = GhFs×100%= GhF×2h ×100%= G2F ×100%= 240N2×160N ×100%=75%。
【答案】0.2 75%
【中考真题精选精练】
1.【2023衡阳】用如图所示的电动起重机将6000N的重物匀速提升了4m，电动机的功率为5000W，此过程用时10s。下列说法正确的是（ ）
A. 起重机对重物做的有用功是
B. 起重机的电动机做的总功是
C. 起重机的机械效率是48%
D. 若减小动滑轮的重力，起重机的机械效率将变小
【答案】C
【解析】．起重机对重物做的有用功：W有=Gh=6000N×4m=2.4×104J，A错。
B．起重机的电动机做的总功：W总=Pt=5000W×10s=5×104J，B错。
C．起重机的机械效率：η= W有用W总×100% = 2.4×104J5×104J ×100% = 48%，C正确。
D．提升同一物体时，减小动滑轮的重力，则所做的有用功相同，额外功减小，总功减小，由公式η= W有用W总×100% 可知：滑轮组的机械效率变大，D错。
2.【2023无锡】如图所示，是安装在某种塔式起重机吊臂一侧的滑轮组，某次匀速起吊600kg的物体时，上升5m，用时15s，滑轮组的机械效率是80%，则所做有用功是_______________J，总功是_______________J，拉力F的功率是_______________W。（g取10N/kg）
【答案】 3×104 3.75× 104 2.5×103
【解析】物体的重力G=mg=600kg×10N/kg=6000N，滑轮组所做有用功：W有=Gh=6000N×5m=3×104J。
由η= W有用W总×100% 得，滑轮组所做总功：W总= W有用η = 3×104J80% = 3.75×104J。
拉力F的功率：P= W总t = 3.75×104J15s = 2.5×103W。
3.【2023泸州】小聪探究斜面的机械效率时，将粗糙程度均匀的长木板用支架支撑构成斜面，如图所示。用刻度尺量出斜面底端A点到斜面上B点的距离L为80cm，B点距水平地面高度h为20cm。沿斜面向上用0.8N的拉力F将重为2N的木块匀速拉到B点，用时2s，则这段过程中拉力F做功的功率P=_________W，斜面的机械效率η=_________%，木块在该斜面上受到的滑动摩擦力f=________N。
【答案】0.32 62.5 0.3
【解析】斜面的长度L=80cm=08m，拉力做的总功W总=FL=0.8N×0.8m=0.64J，拉力做功功率：
P= W总t = 0.64J2s = 0.32W。
斜面的高度h=20cm=0.2m，拉力做的有用功W有用=Gh=2N×0.2m=0.4J，斜面的机械效率：
η= W有用W总×100% = ×100% =62.5%。
克服滑动摩擦力做的额外功W额=W总-W有用=0.64J-0.4J=0.24J，由W额=fL可得物体受到的滑动摩擦力：
f= W额L = = 0.3N。
4.【2023连云港】重450N的箱子，在20N水平推力的作用下，沿水平路面做匀速直线运动，地面对箱子的支持力大小为__________N，箱子受到的阻力大小为________N。如果用如图所示的滑轮组匀速提升该箱子，拉力F=250N，滑轮组的机械效率为____________。箱子以0.1m/s的速度匀速上升的过程中，拉力的功率为__________W。
【答案】 450 20 90% 50
【解析】箱子放在水平地面上时，箱子受到的重力与地面对箱子的支持力大小相等，方向相反，都作用在箱子上，而且作用在同一条直线上，所以箱子受到的重力与地面对箱子的支持力是一对平衡力，故地面对箱子的支持力大小为：F支= G = 450N。
箱子匀速直线运动时，箱子受到的阻力等于推力，所以箱子受到的阻力大小为：f= F推 = 20N。
滑轮组的机械效率：η= W有用W总×100% = GhFs×100%= GhF×2h ×100%= G2F ×100%= 450N2×250N ×100%=90%。
拉力端移动速度v=2×0.1m/s=0.2m/s，由P= Wt = Fst = Fv，可得，拉力做功的功率：P=Fv=250N×0.2m/s=50W。
5.【2023内江】如图所示，将重力为10N的物体沿斜面向上从底端匀速拉到顶端。若斜面长L为1m，斜面高h为0.3m，拉力F为4N，拉力的功率为2W，则此过程中，斜面的机械效率是________%，物体从斜面底端运动到斜面顶端所用的时间是_______s。
【答案】 75 2
【解析】拉动物体所做的有用功为：W有用=Gh=10N×0.3m=3J，总功为：W总=FL=4N×1m=4J，斜面的机械效率是：η= W有用W总×100% = 3J4J×100%=75%。
根据：P= Wt = FLt 可得，物体从斜面底端运动到斜面顶端所用的时间是：t= FsP = 4N×1m2W = 2s。
6.【2023益阳】早在3000年前我们的祖先就设计了结构很合理的辘轳，通常用于从井中提水。如图所示是古代民间的提水设施辘轳，由辘轳头、支架、井绳、水桶等部分构成。某次取水时井绳拉着质量为10kg的水缓慢上升了4m，水桶的质量为1kg，在这一过程中，人做的总功为500J，g取10N/kg。求此次取水的过程中
（1）人做的有用功为多少？
（2）辘轳的机械效率多大？
（3）人克服井绳重力与摩擦阻力做的功是多少？
【答案】（1）400J （2）80% （3）60J
【解析】（1）根据题意，人做的有用功为：W有用=Fs=mgh=10kg×10N/kg×4m=400J。
（2）根据题意可知：η= W有用W总×100% = 400J500J×100%=80%。
（3）根据题意可知：W额= W总-W有用=500J-400J=100J，克服水斗做的功为：W斗=Gh=mgh=1kg×10N/kg×4m=40J。
克服井绳重力及摩擦力做的功为：W=W额-W斗=100J-40J=60J。
7.【2023长沙】如图，小明用一个动滑轮和几个相同的杠铃片自制了一个健身器，已知动滑轮的质量为5kg，每个杠铃片的质量为10kg。不计绳重和摩擦，g取10N/kg，小明通过握杆竖直向上匀速拉动绳子提升杠铃片的过程中，求：
（1）杠铃片在0.5s内上升0.2m，杠铃片的速度；
（2）动滑轮下挂着两个杠铃片，握杆对绳子拉力的大小；
（3）动滑轮下挂着四个杠铃片，杠铃片上升了0.1m，在此过程中握杆对绳子的拉力做的功。
【答案】（1）0.4m/s （2）125N （3）45J
【解析】（1）杠铃片上升的速度：v= st = ht = = 0.4m/s。
（2）由图可知：动滑轮由两段绳子承担，即n=2,当动滑轮下挂两个杠铃片，不计绳重和摩擦，握杆对绳子的拉力：F= G动+G铃n = （m动+m铃）g2 = （5kg+2×10kg）×10N/kg2 = 125N。
（3）动滑轮下挂着四个杠铃片，拉力所做的功：
W=F′s′= G总s'2 = G总×2h2 = G总h=（5kg+10kg×4）×10N/kg×0.1m=45J。
8.【2023内江】如图是当今世界上最新研发的“侦探猎犬”超音速汽车，最大车速能达到1.6×103km/h，它创造了短期内无法超越的世界纪录。在某次测试中，该超音速汽车以1.26×103km/h的速度在水平轨道上匀速直线行驶时，汽车受到水平方向的阻力为1.8×105N，求在这次测试中：
（1）汽车受到水平方向的牵引力；
（2）汽车牵引力的功率。
【答案】（1）1.8×105N （2）6.3×107W
【解析】（1）由题意可知：超音速汽车在水平轨道上匀速直线行驶时，处于平衡状态，受到平衡力作用，因此汽车在水平方向上受到的阻力和牵引力是一对平衡力，大小相等，则汽车受到水平方向的牵引力为：
F=f=1.8×105N。
（2）汽车的速度为：v=1.26×103km/h=350m/s，根据P= Wt = Fst = Fv可得，汽车牵引力的功率为：
P=Fv=1.8×105N×350m/s=6.3×107W。
9.【2023荆州】以“‘荆歌’铁马，奔向未来”为主题的2023荆州马拉松3月26日在荆州体育中心鸣枪起跑。在开赛场地建设过程中，工人利用长度L=3m的斜面把质量为240kg的重物匀速推到h=1m高处，如图所示，工人所用推力F=1000N。g取10N/kg。求：
（1）推力做的有用功；
（2）斜面的机械效率；
（3）工人将另一质量为300kg的重物匀速推到同一高度，为了省力，换用长度为5m的斜面，此时重物与斜面间的摩擦力与原来的摩擦力之比为6∶5，共用时20s，工人推力做功的功率。
【答案】（1）2400J （2）80% （3）210W
【解析】（1）推力做的有用功是W有=Gh=mgh=240kg×10N/kg×1m=2400J。
（2）推力做的总功是W总=FL=1000N×3m=3000J，斜面的机械效率为：η= W有用W总×100% = 2400J3000J×100%=80%。
（3）原来斜面做的额外功为W额=W总-W有=3000J-2400J=600J，原来斜面的摩擦力为：f= W总L = 600J3m = 200N,
此时重物与斜面间的摩擦力与原来的摩擦力之比为6∶5，则此时的摩擦力为：f′= 6f5 = 6×200N5 = 240N。
此时斜面的长度为5m，则额外功为W'额=f's=240N×5m=1200J，工人将另一质量为300kg的重物匀速推到同一高度，做的有用功是W'有=m'gh=300kg×10N/kg×1m=3000J，此时的总功为W'总=W'额+W'有=1200J+3000J=4200J。
工人推力做功的功率是：P= W总't = 4200J20s = 210W。
物理量
公式
功（W）
W=Fs（F-力，单位：N。s-沿力的方向移动的距离，单位：m）
W=Fvt（v-物体在力的方向上运动的速度，单位：m/s。t-物体运动的时间，单位：s）
功率（P）
P=Wt （W-物体所做的功，单位：J。t-做功的时间，单位：s）
P=Fv（F-物体受到的力，单位：N。v-物体沿力的方向运动的速度，单位：m/s）
机械效率（η）
η=W有用W总×100%（W有用—有用功，单位：J。W总-总功，单位：J）
所求物理量
滑轮组竖直提升重物
滑轮组水平拖动重物
有用功（W有）
W有=G物h（G物-物体的重力；h-物体上升的高度）
W有=fs(f-物体与地面的摩擦力；S-物体移动的距离)
总功（W总）
W总=Fs(F-拉力；S-拉力移动的距离)
W总= Fs拉(F-拉力；S拉-拉力移动的距离)
功率(P)
P=FV(V-速度，单位：m/s)
机械效率(η)
η= W有W总 ×100% = W有nF ×100%
= G物G物+G动 ×100%
η= W有W总 ×100% = fnF ×100%