备战2023年北京市中考物理二轮专题复习 题型十三 力学机械效率综合题 解析版（北京专版）-A4

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1.(2019西城一模)(多选)在维修汽车发动机时,用如图所示的滑轮组把汽车里的发动机提起来。当卷扬机用750 N的力拉钢丝绳,使发动机在10 s内匀速上升1 m的过程中,滑轮组的机械效率为80%。下列判断正确的是(BD)
A.动滑轮的重力为450 N
B.发动机的重力为1 800 N
C.卷扬机做的有用功为2 250 J
D.卷扬机做功的功率为225 W
解析 根据s=nh=3×1 m=3 m,W总=Fs=750 N×3 m=2 250 J,滑轮组的机械效率η=W有用/W总,W有用= W总×η=2 250 J×80%=1 800 J,所以C错误;W有用=Gh,G=1 800 J/1 m=1 800 N,B正确;根据P= W总/t =2 250 J/10 s=225 W,D正确。此题并没有给“不计绳重和摩擦”的条件,所以不能根据现有条件求出G动,A错误,故本题应选B、D。
2.(2021重庆中考A)如图所示的滑轮组,500 N的拉力F在10 s内将重800 N的箱子匀速提升了2 m,不计绳重及摩擦,下列说法正确的是(B)
A.定滑轮的作用是省力
B.滑轮组机械效率为80%
C.动滑轮的重力为100 N
D.拉力F的功率为100 W
解析 A.定滑轮的作用是改变作用力的方向;B.滑轮组机械效率η=W有W总×100%=GhFs×100%=800N×2m500N×4m×100%=80%;C.根据F=1nG总=1n(G物+G动)可知,动滑轮的重力G动=2F-G=2×500 N-800 N=200 N;D.因为箱子在10 s内被提升了2 m,则绳子末端移动的距离为4 m,所以绳子末端的运动速度v=st=4m10s=0.4 m/s,则拉力F的功率P=Fv=500 N×0.4 m/s =200 W,D错误。
3.(2021天津中考)利用如图所示的滑轮组先后匀速提升重为200 N和150 N的物体。已知提升200 N的物体时,绳子自由端的拉力为125 N,拉力的功率为125 W。若两次物体上升的速度相同,不计摩擦和绳重,则提升重为150 N的物体时(BD)
A.机械效率为80%
B.机械效率为75%
C.拉力的功率为50 W
D.拉力的功率为100 W
解析 依题意,不计绳重和摩擦,n=2,则提升G1=200 N的物体时,分析受力情况,F1=1nG总1=12(G1+ G动),则G动=2F1-G1=2×125 N-200 N=50 N;提升G2=150 N物体时,同理F2=1nG总2=12(G2+ G动)=12(150 N+50 N)=100 N,η2=W有2W总2=G2h22F2h2=G22F2=150N2×100N =75%,则选项B正确,A错误;两次物体上升的速度相同,由P=Wt=Fst=Fv,P1=125 W,得P2=F2F1P1=100N125N×125 W=100 W,则选项D正确,C错误。
4.(2022福建中考)如图,用滑轮组帮助汽车脱困时,滑轮B的作用是 改变力的方向 ;汽车被匀速拉动时,作用在绳子上的拉力F为1 000 N,滑轮组的机械效率为80%,则汽车受到的摩擦力为 1 600 N。
解析 定滑轮的特点是改变力的方向。设汽车前进的距离为s,由于n=2,则绳子自由端移动的距离为2s,该过程的有用功W有=fs①,总功W总=2Fs②,η=W有W总×100%=fs2Fs×100%=f2F×100%=80%③,由①②③得f=1 600 N。
5.(2021朝阳一模)如图所示,滑轮组悬挂在水平支架上,重为500 N的工人用F1=300 N竖直向下的拉力拉动绳子自由端,使重540 N的物体A匀速上升。已知该工人与水平地面的接触面积为500 cm2,两个滑轮的质量相等,不计滑轮组的绳重和摩擦。求:
(1)画出工人的受力分析图;
(2)该工人对地面的压强;
(3)滑轮组的机械效率;
(4)支架受到滑轮组的拉力。
答案 (1)见解析 (2)4 000 Pa (3)90%
(4)960 N
解析 (1)如图1所示。
(2)F1'=F1=300 N
F支=G人-F1'=500 N-300 N=200 N
F压=F支=200 N
p=F压S=200N5×10-2 m2=4×103 Pa
(3)η=W有W总=GAhF1s=GAnF1=540N2×300 N=90%
(4)由图2可得:2F1=G0+GA,G0=2F1-GA=2×300 N-540 N=60 N
由图3可得:支架对滑轮组的拉力F2=3F1+G0=3×300 N+60 N=960 N
支架受到滑轮组的拉力F2'=F2=960 N。
6.(2021广西北部湾经济区中考)若汽车在平直公路上10 min内匀速行驶了13.8 km,消耗汽油2 kg,发动机的输出功率为46 kW。汽油热值q为4.6×107 J/kg。求:
(1)汽车行驶的速度;
(2)汽车牵引力做的功;
(3)汽车发动机的效率。
答案 (1)23 m/s (2)2.76×107 J (3)30%
解析 (1)汽车在该路段的速度v=st=13.8×103 m10×60s=23 m/s;
(2)汽车牵引力做的功W=Pt=46×103 W×10×60 s=2.76×107 J;
(3)汽油完全燃烧放出的热量Q放=qm=4.6×107 J/kg×2 kg=9.2×107 J,
汽车发动机的效率η=WQ放×100%=2.76×107 J9.2×107 J×100%=30%。
7.(2022江苏苏州中考)用如图所示的滑轮组将重为300 N的物体以0.1 m/s的速度匀速向上提升10 s。
(1)若不计动滑轮重、绳重和滑轮与轴间的摩擦,求人对绳的拉力F;
(2)实际中动滑轮重为40 N,人的拉力做功400 J,求滑轮组的机械效率以及克服绳重和摩擦所做的额外功。
答案 (1)150 N (2)60 J
解析 (1)F=12G物=12×300 N=150 N。
(2)h=vt=0.1 m/s×10 s=1 m,W有=G物h=300 N×1 m=300 J,η=W有W总×100%=300J400J×100%=75%,W动=G动h=40 N×1 m=40 J,W额=W总-W有=400 J-300 J=100 J,克服绳重和摩擦所做的额外功W=W额-W动=100 J-40 J=60 J。
8.(2020朝阳二模)如图甲是用滑轮组提升货物的示意图。在拉力F的作用下,货物被匀速竖直提升。此滑轮组的机械效率η随货物所受重力G物的变化关系如图乙所示。g取10 N/kg,绳重、轮与轴的摩擦均忽略不计。求:
(1)货物所受重力为300 N时,该滑轮组的机械效率η;
(2)动滑轮的质量m动;
(3)当绳子自由端的拉力F为500 N,货物以0.1 m/s的速度被匀速提升时,拉力F的功率P。
答案 (1)75% (2)10 kg (3)100 W
解析 (1)由图像可知:G物=300 N时,η=75%。
(2)η=W有/W总=G物/(G物+G动)
75%=300N(300N+G动),G动=100 N
动滑轮的质量:
m动=G动g=100N10 N/kg=10 kg。
(3)当绳子自由端的拉力为500 N,货物以0.1 m/s的速度被匀速提升时
绳子自由端的速度
v绳=nv物=2×0.1 m/s=0.2 m/s
拉力F的功率
P=Fv绳=500 N×0.2 m/s=100 W。
解题分析
当滑轮组横放使用时克服摩擦力做有用功,所以有用功W有=fs物,总功W总=Fs绳,额外功W额=W总-W有=Fs绳-fs物,机械效率η=W有W总×100%=fs物Fs绳×100%,此时机械效率与物体重力无关,绳端移动的距离与物体运动的距离的关系为s绳=ns物。