2022年中考物理复习微专题四　功、功率及机械效率的综合计算

这是一份2022年中考物理复习微专题四　功、功率及机械效率的综合计算，共9页。
1．(2021·黔东南州)如图所示，用滑轮组提升重物时，5 s将重90 N的物体匀速提升了2 m。已知动滑轮重为10 N(不计绳重和摩擦)，则提升重物的过程中正确的是( )
A.绳子自由端拉力F的大小为90 N
B．提升物体的过程中，拉力F做的有用功为200 J
C．绳子自由端拉力F的功率为36 W
D．此滑轮组的机械效率为90%
2．(2021·丹东)如图所示，重力为6 N的物体在4 N拉力F的作用下，以0.2 m/s的速度沿斜面匀速上升。当物体升高0.6 m时，恰好沿斜面前进1.2 m的距离(忽略绳重和动滑轮自重)( )
A．物体对斜面的压力为6 N
B．该装置的机械效率为75%
C．物体与斜面间的摩擦力为5 N
D．拉力F的功率为1.6 W
eq \(\s\up7(),\s\d5(第2题图)) eq \(\s\up7(),\s\d5(第3题图))
3．(2021·黑龙江)如图所示，一木块沿固定光滑斜面下滑，木块(不计大小)的重力为10 N，所受支持力为8 N，则木块由斜面顶端滑到底端的过程中，重力做功为__0.6__J，支持力做功为____J。
4．(2021·锦州)如图所示，将重为40 N的物体G沿水平方向匀速直线向左拉动2 m，用时5 s。已知滑轮组中动滑轮重为6 N，绳子自由端拉力F为10 N，则物体与地面间的摩擦力为____N。绳子自由端拉力F的功率为____W，该滑轮组的机械效率为____(不计绳重和滑轮组的摩擦)。
5．(2021·大庆)小明同学设计了如图甲所示的滑轮组装置，当施加图乙所示随时间变化的水平拉力F时，重物的速度v随时间t变化的关系如图丙所示。不计绳与滑轮的重量及滑轮转动时的摩擦，绳对滑轮的拉力方向近似看成水平方向。在0～1 s内，重物受到地面的摩擦力为____N，在2 s～3 s内，拉力F做功的功率为____W。
6．(2021·贺州)随着科技的发展，低碳环保电瓶车的出现极大地方便了人们的出行。一天，小明的妈妈驾驶电瓶车送小明上学。假设小明的妈妈驾驶电瓶车是匀速行驶的，电瓶车的牵引力恒为100 N，从家到学校的路程是1.5 km，用时5 min，求：
(1)电瓶车行驶的速度是多少m/s；
(2)电瓶车受到地面的摩擦力；
(3)电瓶车牵引力的功率。
7．(2021·安徽)如图所示，小明在单杠上做引体向上运动，每次引体向上身体上升的高度为握拳时手臂的长度。已知小明的体重为500 N，握拳时手臂的长度为0.6 m，完成4次引体向上所用的时间为10 s。求：
(1)小明完成1次引体向上所做的功；
(2)10 s内小明做引体向上的功率。
8．为了发展文化旅游事业，荆州市正在兴建方特文化主题园，建成后将通过最新的VR技术展示包括楚文化和三国文化在内的五千年华夏文明。园区建设中需把重1200 N的木箱A搬到高h＝2 m，长L＝10 m的斜面顶端，如图所示，工人站在斜面顶端，沿斜面向上用时50 s将木箱A匀速直线从斜面底端拉到斜面顶端，已知拉力F的功率为80 W。求：
(1)拉力F的大小；
(2)该斜面的机械效率是多少？
(3)木箱A在斜面上匀速直线运动时受到的摩擦力是多大？
9．(2021·苏州)如图是工人师傅用滑轮组提升建筑材料的示意图，在400 N的拉力作用下，使质量为70 kg的建筑材料在10 s的时间里，匀速竖直上升了2 m。不计绳子重力和摩擦，g取10 N/kg。求：
(1)拉力的功率P；
(2)滑轮组的机械效率η；
(3)动滑轮的重力G动。
10．(2021·河北)图甲是一辆起重车的图片，起重车的质量为9.6 t。有四个支撑脚，每个支撑脚的面积为0.3 m2，起重时汽车轮胎离开地面，图乙是起重机吊臂上的滑轮组在某次作业中将质量为1200 kg的货物匀速提升，滑轮组上钢丝绳的拉力F为5000 N，货物上升过程中的图象如图丙所示。(不考虑绳重，g取10 N/kg)求：
(1)提升货物过程中起重车对水平地面的压强；
(2)拉力F的功率；
(3)提升货物过程中滑轮组的机械效率。
11．(2021·成都改编)工人用如图所示装置把重为1000 N的物体，从斜面底部匀速拉到2 m高的平台上(斜面与水平地面的夹角为30°)，用时20 s。工人对绳子的拉力为400 N，动滑轮重为20 N，不考虑绳重和滑轮转轴的摩擦，求：
(1)绳子对物体的拉力；
(2)绳子对物体做的功；
(3)工人做功的功率；
(4)整个装置的机械效率。
12．(2021·怀化改编)某工人用如图所示的滑轮组匀速打捞水中的工件。已知工件的体积为30 dm3，密度为3×103 kg/m3。每个滑轮的重力为20 N，不计绳与滑轮间的摩擦、绳重及水的阻力。(已知ρ水＝1.0×103 kg/m3，g取10 N/kg)求：
(1)工件浸没在水中时所受的浮力；
(2)工件受到的重力；
(3)工件在水中上升过程中滑轮组的机械效率(工件始终浸没在水中，结果保留整数)。
13．(2021·菏泽)如图所示是一个水位监测仪的简化模型。杠杆AB质量不计，A端悬挂着物体M，B端悬挂着物体N，支点为O，BO＝4AO。物体M下面是一个压力传感器，物体N是一个质量分布均匀的实心圆柱体，放在水槽中，当水槽中无水时，物体N下端与水槽的底部恰好接触且压力为零，此时压力传感器的示数也为零。已知物体N的质量m2＝4 kg，高度H＝1 m，横截面积S＝20 cm2(g取10 N/kg，ρ水＝1.0×103 kg/m3)。求：
(1)物体N的密度ρ；
(2)物体M的质量m1；
(3)当压力传感器的示数F＝40 N时，求水槽内水的深度h。
微专题四 功、功率及机械效率的综合计算
1．(2021·黔东南州)如图所示，用滑轮组提升重物时，5 s将重90 N的物体匀速提升了2 m。已知动滑轮重为10 N(不计绳重和摩擦)，则提升重物的过程中正确的是( D )
A.绳子自由端拉力F的大小为90 N
B．提升物体的过程中，拉力F做的有用功为200 J
C．绳子自由端拉力F的功率为36 W
D．此滑轮组的机械效率为90%
2．(2021·丹东)如图所示，重力为6 N的物体在4 N拉力F的作用下，以0.2 m/s的速度沿斜面匀速上升。当物体升高0.6 m时，恰好沿斜面前进1.2 m的距离(忽略绳重和动滑轮自重)( D )
A．物体对斜面的压力为6 N
B．该装置的机械效率为75%
C．物体与斜面间的摩擦力为5 N
D．拉力F的功率为1.6 W
eq \(\s\up7(),\s\d5(第2题图)) eq \(\s\up7(),\s\d5(第3题图))
3．(2021·黑龙江)如图所示，一木块沿固定光滑斜面下滑，木块(不计大小)的重力为10 N，所受支持力为8 N，则木块由斜面顶端滑到底端的过程中，重力做功为__0.6__J，支持力做功为__0__J。
4．(2021·锦州)如图所示，将重为40 N的物体G沿水平方向匀速直线向左拉动2 m，用时5 s。已知滑轮组中动滑轮重为6 N，绳子自由端拉力F为10 N，则物体与地面间的摩擦力为__24__N。绳子自由端拉力F的功率为__12__W，该滑轮组的机械效率为__80%__(不计绳重和滑轮组的摩擦)。
5．(2021·大庆)小明同学设计了如图甲所示的滑轮组装置，当施加图乙所示随时间变化的水平拉力F时，重物的速度v随时间t变化的关系如图丙所示。不计绳与滑轮的重量及滑轮转动时的摩擦，绳对滑轮的拉力方向近似看成水平方向。在0～1 s内，重物受到地面的摩擦力为__100__N，在2 s～3 s内，拉力F做功的功率为__300__W。
6．(2021·贺州)随着科技的发展，低碳环保电瓶车的出现极大地方便了人们的出行。一天，小明的妈妈驾驶电瓶车送小明上学。假设小明的妈妈驾驶电瓶车是匀速行驶的，电瓶车的牵引力恒为100 N，从家到学校的路程是1.5 km，用时5 min，求：
(1)电瓶车行驶的速度是多少m/s；
(2)电瓶车受到地面的摩擦力；
(3)电瓶车牵引力的功率。
解：(1)小明的妈妈骑车的时间：t＝5 min＝300 s，路程：s＝1500 m，则小明的妈妈骑车的速度：v＝ eq \f(s,t) ＝ eq \f(1500 m,300 s) ＝5 m/s； (2)电瓶车匀速行驶时处于平衡状态，受到的牵引力和阻力是一对平衡力，二力大小相等。电瓶车受到地面的摩擦力f＝F牵＝100 N； (3)电瓶车牵引力的功率：P＝ eq \f(W,t) ＝ eq \f(F牵s,t) ＝F牵v＝100 N×5 m/s＝500 W。
7．(2021·安徽)如图所示，小明在单杠上做引体向上运动，每次引体向上身体上升的高度为握拳时手臂的长度。已知小明的体重为500 N，握拳时手臂的长度为0.6 m，完成4次引体向上所用的时间为10 s。求：
(1)小明完成1次引体向上所做的功；
(2)10 s内小明做引体向上的功率。
解：(1)做引体向上时需要克服重力做功，已知小明体重：G＝500 N，每次上升距离：h＝0.6 m，小明完成一次引体向上做的功为：W＝Gh＝500 N×0.6 m＝300 J； (2)小明10 s内做的总功：W总＝4×300 J＝1200 J；小明做功的功率：P＝ eq \f(W总,t) ＝ eq \f(1200 J,10 s) ＝120 W。
8．为了发展文化旅游事业，荆州市正在兴建方特文化主题园，建成后将通过最新的VR技术展示包括楚文化和三国文化在内的五千年华夏文明。园区建设中需把重1200 N的木箱A搬到高h＝2 m，长L＝10 m的斜面顶端，如图所示，工人站在斜面顶端，沿斜面向上用时50 s将木箱A匀速直线从斜面底端拉到斜面顶端，已知拉力F的功率为80 W。求：
(1)拉力F的大小；
(2)该斜面的机械效率是多少？
(3)木箱A在斜面上匀速直线运动时受到的摩擦力是多大？
解：(1)由P＝ eq \f(W,t) 得，拉力所做的功 W总＝Pt＝80 W×50 s＝4×103 J，由W＝FL得，拉力F＝ eq \f(W总,L) ＝ eq \f(4×103 J,10 m) ＝400 N； (2)克服物重做功 W有＝Gh＝1200 N×2 m＝2.4×103 J，则斜面的机械效率η＝ eq \f(W有,W总) ×100%＝ eq \f(2.4×103 J,4×103 J) ×100%＝60%； (3)木箱A在斜面上匀速运动时克服摩擦做功W额＝W总－W有＝4×103 J－2.4×103 J＝1.6×103 J，由W额＝fL得，木箱A在斜面上匀速运动时受到的摩擦力f＝ eq \f(W额,L) ＝ eq \f(1.6×103 J,10 m) ＝160 N。
9．(2021·苏州)如图是工人师傅用滑轮组提升建筑材料的示意图，在400 N的拉力作用下，使质量为70 kg的建筑材料在10 s的时间里，匀速竖直上升了2 m。不计绳子重力和摩擦，g取10 N/kg。求：
(1)拉力的功率P；
(2)滑轮组的机械效率η；
(3)动滑轮的重力G动。
解：(1)由图可知，绳子自由端移动的距离：s＝2h＝2×2 m＝4 m，拉力做的功：W总＝Fs＝400 N×4 m＝1600 J，拉力的功率：P＝ eq \f(W总,t) ＝ eq \f(1600 J,10 s) ＝160 W； (2)建筑材料的重力：G＝mg＝70 kg×10 N/kg＝700 N，有用功：W有＝Gh＝700 N×2 m＝1400 J，滑轮组的机械效率：η＝ eq \f(W有,W总) ×100%＝ eq \f(1400 J,1600 J) ×100%＝87.5%； (3)不计绳子重力和摩擦，由F＝ eq \f(1,2) (G＋G动)可得，动滑轮的重力：G动＝2F－G＝2×400 N－700 N＝100 N。
10．(2021·河北)图甲是一辆起重车的图片，起重车的质量为9.6 t。有四个支撑脚，每个支撑脚的面积为0.3 m2，起重时汽车轮胎离开地面，图乙是起重机吊臂上的滑轮组在某次作业中将质量为1200 kg的货物匀速提升，滑轮组上钢丝绳的拉力F为5000 N，货物上升过程中的图象如图丙所示。(不考虑绳重，g取10 N/kg)求：
(1)提升货物过程中起重车对水平地面的压强；
(2)拉力F的功率；
(3)提升货物过程中滑轮组的机械效率。
解：(1)提升货物过程中起重车对水平地面的压力：F压＝G总＝(m车＋m货物)g＝(9.6×103 kg＋1200 kg)×10 N/kg＝1.08×105 N，受力面积：S＝4×0.3 m2＝1.2 m2，提升货物过程中起重车对水平地面的压强：p＝ eq \f(F压,S) ＝ eq \f(1.08×105 N,1.2 m2) ＝9×104 Pa； (2)由图乙可知，滑轮组钢丝绳的有效股数n＝3，由图丙可知，货物在10 s内上升的高度h＝2.5 m，则钢丝绳移动的距离：s＝nh＝3×2.5 m＝7.5 m，拉力F做的功：W总＝Fs＝5000 N×7.5 m＝3.75×104 J，拉力F的功率：P＝ eq \f(W总,t) ＝ eq \f(3.75×104 J,10 s) ＝3.75×103 W； (3)拉力F在10 s内所做的有用功：W有＝G货物h＝m货物gh＝1200 kg×10 N/kg×2.5 m＝3×104 J，提升货物过程中滑轮组的机械效率：η＝ eq \f(W有,W总) ×100%＝ eq \f(3×104 J,3.75×104 J) ×100%＝80%
11．(2021·成都改编)工人用如图所示装置把重为1000 N的物体，从斜面底部匀速拉到2 m高的平台上(斜面与水平地面的夹角为30°)，用时20 s。工人对绳子的拉力为400 N，动滑轮重为20 N，不考虑绳重和滑轮转轴的摩擦，求：
(1)绳子对物体的拉力；
(2)绳子对物体做的功；
(3)工人做功的功率；
(4)整个装置的机械效率。
解：(1)从图中可知绳子的股数n＝2，工人对绳子的拉力为F＝400 N，对动滑轮受力分析，受到上面的两段绳子对其竖直向上的拉力、竖直向下的重力和下面的绳子对其竖直向下的拉力F绳，则2F＝G动＋F绳，得出F绳＝2F－G动＝2×400 N－20 N＝780 N，故绳子对物体的拉力也为780 N；
(2)斜面与水平地面的夹角为30°，平台高2 m，根据数学知识可知斜面的长为s＝4 m，绳子对物体做的功：W＝F绳s＝780 N×4 m＝3120 J； (3)绳子自由端移动的距离：s′＝2×4 m＝8 m，工人做的功：W总＝Fs′＝400 N×8 m＝3200 J，工人做功的功率：P＝ eq \f(W总,t) ＝ eq \f(3200 J,20 s) ＝160 W； (4)有用功：W有用＝Gh＝1000 N×2 m＝2000 J，整个装置的机械效率：η＝ eq \f(W有用,W总) ×100%＝ eq \f(2000 J,3200 J) ×100%＝62.5%。
12．(2021·怀化改编)某工人用如图所示的滑轮组匀速打捞水中的工件。已知工件的体积为30 dm3，密度为3×103 kg/m3。每个滑轮的重力为20 N，不计绳与滑轮间的摩擦、绳重及水的阻力。(已知ρ水＝1.0×103 kg/m3，g取10 N/kg)求：
(1)工件浸没在水中时所受的浮力；
(2)工件受到的重力；
(3)工件在水中上升过程中滑轮组的机械效率(工件始终浸没在水中，结果保留整数)。
解：(1)工件浸没在水中时，排开水的体积V排＝V＝30 dm3＝0.03 m3，受到的浮力F浮＝ρ水gV排＝1.0×103 kg/m3×10 N/kg×0.03 m3＝300 N；
(2)根据ρ＝ eq \f(m,V) 可得，工件的质量：m＝ρV＝3×103 kg/m3×0.03 m3＝90 kg；工件的重力G＝mg＝90 kg×10 N/kg＝900 N； (3)工件在水中上升受到的拉力F拉＝G－F浮＝900 N－300 N＝600 N，工人拉绳子的力F＝ eq \f(F拉＋G动,2) ＝ eq \f(600 N＋20 N,2) ＝310 N，滑轮组机械效率：η＝ eq \f(W有,W总) ×100%＝ eq \f(F拉h,Fs) ×100%＝ eq \f(F拉,nF) ×100%＝ eq \f(600 N,2×310 N) ×100%≈97%。
13．(2021·菏泽)如图所示是一个水位监测仪的简化模型。杠杆AB质量不计，A端悬挂着物体M，B端悬挂着物体N，支点为O，BO＝4AO。物体M下面是一个压力传感器，物体N是一个质量分布均匀的实心圆柱体，放在水槽中，当水槽中无水时，物体N下端与水槽的底部恰好接触且压力为零，此时压力传感器的示数也为零。已知物体N的质量m2＝4 kg，高度H＝1 m，横截面积S＝20 cm2(g取10 N/kg，ρ水＝1.0×103 kg/m3)。求：
(1)物体N的密度ρ；
(2)物体M的质量m1；
(3)当压力传感器的示数F＝40 N时，求水槽内水的深度h。
解：(1)物体N的密度为：ρ＝ eq \f(m2,V) ＝ eq \f(m2,SH) ＝ eq \f(4 kg,0.002 m2×1 m) ＝2×103 kg/m3； (2)水槽中无水时，物体N下端与水槽的底部恰好接触且压力为零，此时压力传感器的示数也为零，此时杠杆处于平衡状态，根据杠杆的平衡条件可知：m1g×AO＝m2g×BO，则：m1＝m2× eq \f(BO,OA) ＝4 kg×4＝16 kg； (3)M的重力为：G1＝m1g＝16 kg×10 N/kg＝160 N；则A端受到的拉力为：FA＝G1－F＝160 N－40 N＝120 N；根据杠杆的平衡条件可知：FA×AO＝FB×BO，则B端受到的拉力为：FB＝FA× eq \f(AO,OB) ＝120 N× eq \f(1,4) ＝30 N；N的重力为：G2＝m2g＝4 kg×10 N/kg＝40 N；N浸入水中，受到竖直向上的拉力和浮力、竖直向下的重力，则浮力为：F浮＝G2－FB＝40 N－30 N＝10 N。根据阿基米德原理可知，N排开的水的体积为：V排＝ eq \f(F浮,ρ水g) ＝ eq \f(10 N,1×103 kg/m3×10 N/kg) ＝10－3 m3；则N浸入水中的深度即水的深度为：h＝ eq \f(V排,S) ＝ eq \f(10－3 m3,0.002 m2) ＝0.5 m。