【备考2022】2021中考物理真题分类汇编-机械能-滑轮组的机械效率实验、计算题（含答案11题）

【备考2022】2021中考物理真题分类汇编-机械能-滑轮组的机械效率实验、计算题（含答案11题）

一．实验探究题（共1小题）

1．（2021•遂宁）涪江六桥建筑工地上矗立的塔吊，是用电动机来带动滑轮组提升重物的设备。如何提高滑轮组机械效率，节约电能呢？为此同学们进行了“影响滑轮组机械效率因素”的实验探究，用到的装置如图，实验数据记录如下表所示：

（1）实验中应沿竖直方向 　   　拉动弹簧测力计。

（2）分析表中数据可知：第4次实验是用 　   　图所示装置来完成的。

（3）通过比较1、2两次实验数据可得出：使用同一滑轮组提升相同重物，滑轮组的机械效率与重物上升高度无关。

（4）通过比较 　   　两次实验数据可得出：同一滑轮组提升的物体越重，滑轮组机械效率越高（填实验次数的序号）。

（5）通过比较3、4两次实验数据可得出：不同滑轮组提升相同重物，动滑轮越重机械效率越小。

（6）为提高滑轮组机械效率节约电能，根据以上结论和生活经验，你建议可采取的措施有（多选） 　   　。

A.减轻动滑轮重

B.增加所提物体重

C.机械加润滑油

D.增加重物上升高度

二．计算题（共10小题）

2．（2021•资阳）随着疫情防控形势的好转，人民群众的生产生活秩序逐步恢复正常，各地的基础设施项目正在热火朝天的开工建设。如图所示，某建筑工地上，工人通过固定在斜面顶端的滑轮组把工件匀速拉上斜面。已知斜面高h＝6m，长L＝10m，工人施加的拉力F＝600N，工件的质量m＝250kg，工件沿斜面上升的速度v＝0.5m/s；若不计工件和滑轮组长度，忽略绳和动滑轮重量及绳与滑轮间、滑轮与轮轴间的摩擦，g取10N/kg。求：

（1）拉力F做功的功率P；

（2）整个装置的机械效率η；

（3）工件所受斜面的摩擦力f。

3．（2021•威海）甲、乙、丙三人用如图所示装置打捞水中重物。端点为A、B的木棒中点为C，端点为D、H的木棒中点为E；两根木棒质地均匀，均为圆柱体，重力均为150N；重物的体积为0.01m3、重力为1200N；A、B、H是三人对木棒施力的作用点，C与D之间、E与重物之间均通过轻绳相连。打捞过程中两根轻绳始终紧绷，三人用竖直向上的力使两根木棒始终以相同的速度同步匀速提升重物，最终将重物打捞出水。（不计轻绳的质量及水的阻力，g＝10N/kg，ρ水＝1.0×103kg/m3）

（1）重物浸没在水中时受到的浮力大小为多少？

（2）重物浸没在水中时，打捞过程中轻绳对D点的拉力大小为多少？

（3）若重物浸没在水中时，被提升的高度为1m，请计算整个装置在此过程中的机械效率。

4．（2021•呼和浩特）建筑工地上，工人们需要将一堆建材运到10m高处。小董设计安装了如图所示的装置。装置中每个滑轮重100N。工人利用该装置每次匀速提升一块重900N的建材，建材上升的速度是0.6m/s，在施工过程中，求：

（1）若不计绳重和摩擦，该装置的有用功率和机械效率；

（2）若不计绳重，绳子自由端拉力为520N时，每次提升克服摩擦做功。

5．（2021•兴安盟）建筑工人用如图甲所示的滑轮组匀速提升建材，每次运送量不定，滑轮组的机械效率η随物重G的变化图象如图乙所示。忽略绳重、吊篮重及摩擦。求：

（1）动滑轮的自重；

（2）当滑轮组的机械效率为75%时，提升的物重是多少？

6．（2021•镇江）将重为16N的重物用图示动滑轮匀速提升2m，所用拉力F＝10N，不计轮轴处摩擦及绳重，求：

（1）该过程中的有用功。

（2）动滑轮的机械效率。

（3）动滑轮的重力。

7．（2021•襄阳）如图所示，工人用300N的拉力，把一重为500N的货物G用滑轮组提升了3m（忽略摩擦及绳重）。求：

（1）工人做的有用功；

（2）滑轮组的机械效率（结果保留一位小数）；

（3）动滑轮重。

8．（2021•枣庄）如图所示，工人师傅用150N的拉力，使重为1000N的物体以0.2m/s的速度在地面上沿水平方向做匀速直线运动，已知物体在运动时受到地面的摩擦力为物重的0.2倍。不计绳重及绳与滑轮、滑轮与轴之间的摩擦。求：

（1）工人师傅拉力的功率；

（2）动滑轮的重；

（3）若物重增大到2000N，则滑轮组的机械效率是多少？

9．（2021•达州）如图甲、乙所示，物体M先后浸没在水和浓盐水中（ρ盐水＞ρ水），用同一滑轮组从两种液体中将物体M匀速提出水面，拉力F和F′随时间t变化的图像如图丙所示。不计绳重、摩擦及水的阻力，物体M不吸水、不沾水，g＝10N/kg。

（1）图丙中 　   　（选填“A”“B”）曲线表示拉力F随时间t变化的图像。

（2）求物体M浸没在水中受到的浮力。

（3）如果物体M浸没在水中滑轮组的机械效率为η1，完全拉出水面滑轮组的机械效率为η0，浸没在浓盐水中滑轮组的机械效率为η2，已知η0：η1＝25：24，η0：η2＝20：19，求物体M浸没在盐水中的浮力。

10．（2021•济宁）测算如图所示滑轮组的机械效率时，实验中得到一组数据如表。

请根据以上信息，求：

（1）拉力所做的功；

（2）滑轮组的机械效率。

11．（2021•泰安）如图所示，甲工人用水平推力F甲推动重为750N的货物，在水平路面上匀速移动2m至仓库门口A处，用时10s，此过程中甲工人做功的功率P甲＝30W；乙工人接着使用滑轮组拉动该货物在同样的路面上匀速移动3m到达指定位置B，拉力F乙为80N。求：

（1）甲工人做的功；

（2）该滑轮组的机械效率。

参考答案与试题解析

一．实验探究题（共1小题）

1．【解答】解：（1）为了准确测出滑轮组的机械效率，应使弹簧测力计沿竖直方向做匀速直线运动；

（2）在第四次实验中，s＝0.5m，h＝0.1m，由s＝nh可得n＝5，即承担物重的绳子股数n＝5，所以第4次实验是用丙图所示装置来完成的；

（4）1、3两次实验，s＝0.3m，h＝0.1m，由s＝nh可得n＝3，使用同样的滑轮组，即使用的甲、乙两图，通过得出的实验数据可知提升的物体重力越大，滑轮组的机械效率越高，得出结论：同一滑轮组提升的物体越重，滑轮组机械效率越高；

（6）要提高滑轮组的机械效率，可以：

A、减轻动滑轮重力，在提升相同重物、提升相同高度时，减小额外功，而有用功不变，总功减小，有用功与总功的比值增大，提高了滑轮组的机械效率；故A正确；

B、由实验得出的结论可知，增大提升的物体重力，可以提高滑轮组的机械效率，故B正确；

C、机械加润滑油，在提升相同重物、提升相同高度时，减小额外功，而有用功不变，总功减小，有用功与总功的比值增大，提高了滑轮组的机械效率；故C正确；

D、滑轮组的机械效率η，可见滑轮组的机械效率与提升物体的高度无关，所以，增加重物上升高度，不能提高滑轮组的机械效率；故D错误。

故答案为：（1）匀速；（2）丙；（4）1、3；（6）ABC。

二．计算题（共10小题）

2．【解答】解：（1）由图可知n＝3，绳子自由端移动的速度：v＝nv物＝3×0.5m/s＝1.5m/s，

拉力F做功的功率：PFv＝600N×1.5m/s＝900W；

（2）由v可知，工件移动所用的时间：t20s，

由P可知，拉力F做的总功：W总＝Pt＝900W×20s＝1.8×104J，

工件的重力：G＝mg＝250kg×10N/kg＝2500N，

则有用功：W有＝Gh＝2500N×6m＝1.5×104J，

所以整个装置的机械效率：η100%100%≈83.3%；

（3）额外功：W额＝W总﹣W有＝1.8×104J﹣1.5×104J＝3000J，

因为不计工件和滑轮组长度，忽略绳和动滑轮重量及绳与滑轮间、滑轮与轮轴间的摩擦，所以克服斜面的摩擦力做的功为额外功，

由W额＝fL可知，工件所受斜面的摩擦力：f300N。

答：（1）拉力F做功的功率P为900W；

（2）整个装置的机械效率η为83.3%；

（3）工件所受斜面的摩擦力f为300N。

3．【解答】解：（1）重物浸没在水中时受到的浮力：F浮＝ρ水gV排＝1.0×103kg/m3×10N/kg×0.01m3＝100N；

（2）物体浸没在水中时，受到竖直向下的重力、竖直向上的浮力和拉力的作用处于平衡状态，则作用在E点下方绳子上的拉力：FE＝G物﹣F浮＝1200N﹣100N＝1100N，

作用在杠杆上E点的阻力：F阻力＝FE+G木棒＝1100N+150N＝1250N，

以H点为支点，由杠杆平衡条件可知，FDLDH＝F阻力LEH

D端绳子对杠杆的拉力：FD1250N＝625N；

（3）有用功：W有＝FEs＝1100N×1m＝1100J，

额外功：W额＝2G木棒h＝2×150N×1m＝300J，

总功：W总＝W有+W额＝1100J+300J＝1400J，

整个装置在此过程中的机械效率：η100%100%＝78.57%。

答：（1）重物浸没在水中时受到的浮力大小为100N；

（2）重物浸没在水中时，打捞过程中轻绳对D点的拉力大小为625N；

（3）整个装置在此过程中的机械效率为78.57%。

4．【解答】解：（1）该装置的有用功功率：P有Gv物＝900N×0.6m/s＝540W，

因为不计绳重和摩擦，所以该装置的机械效率：η90%；

（2）由图可知n＝2，绳子自由端移动的距离s＝nh＝2×10m＝20m，

则总功：W总＝Fs＝520N×20m＝10400J，

有用功：W有＝Gh＝900N×10m＝9000J，

克服动滑轮重力做的额外功：W动＝G动h＝100N×10m＝1000J，

所以每次提升克服摩擦做功：Wf＝W总﹣W有﹣W动＝10400J﹣9000J﹣1000J＝400J。

答：（1）若不计绳重和摩擦，该装置的有用功率为540W，机械效率为90%；

（2）若不计绳重，绳子自由端拉力为520N时，每次提升克服摩擦做的功为400J。

5．【解答】解：（1）忽略绳重、吊篮重及摩擦，则滑轮组的机械效率：

η100%100%100%100%，

由图象可知，当提起的建材重G＝150N时，机械效率η＝60%，

则60%

解得：G动＝100N；

（2）当滑轮组的机械效率为75%时，则有

75%，

解得：G′＝300N。

答：（1）动滑轮的自重为100N；

（2）当滑轮组的机械效率为75%时，提升的物重是300N。

6．【解答】解：（1）使用动滑轮做的有用功：W有＝Gh＝16N×2m＝32J；

（2）由图知，n＝2，绳子自由端被拉下的距离：s＝2h＝2×2m＝4m，

拉力做的总功：W总＝Fs＝10N×4m＝40J，

滑轮组的机械效率：

η100%100%＝80%；

（3）不计轮轴间摩擦及绳重时，拉力F（G+G动），

则动滑轮重力：G动＝2F﹣G＝2×10N﹣16N＝4N。

答：（1）该过程中的有用功为32J；

（2）动滑轮的机械效率为80%；

（3）动滑轮的重力为4N。

7．【解答】解：（1）工人做的有用功：

W有＝Gh＝500N×3m＝1500J；

（2）由图可知，滑轮组绳子的有效股数n＝2，则绳子自由端移动的距离：

s＝nh＝2×3m＝6m，

绳子自由端拉力做的功：

W总＝Fs＝300N×6m＝1800J，

滑轮组的机械效率：

η100%100%≈83.3%；

（3）忽略摩擦及绳重，由F（G+G动）可得，动滑轮重：

G动＝nF﹣G＝2×300N﹣500N＝100N。

答：（1）工人做的有用功为1500J；

（2）滑轮组的机械效率为83.3%；

（3）动滑轮重为100N。

8．【解答】解：

（1）由图可知，有两段绳子拉着动滑轮，则绳子的自由端移动的速度为：v＝2×0.2m/s＝0.4m/s；

拉力的功率为：PFv＝150N×0.4m/s＝60W；

（2）物体在运动时受到地面的摩擦力为物重的0.2倍，则物体受到的摩擦力为：f＝0.2G＝0.2×1000N＝200N；

物体在水平面上做匀速直线运动，受到的拉力与摩擦力是一对平衡力，则拉动物体的力F'＝f＝200N；

不计绳重及绳与滑轮、滑轮与轴之间的摩擦，根据F（F'+G动）可知，动滑轮的重力为：G动＝2F﹣F'＝2×150N﹣200N＝100N；

（3）若物重增大到2000N，则水平方向上拉动物体的力为：F大＝0.2G'＝0.2×2000N＝400N；

设物体在水平方向上移动的距离为l，则动滑轮上升的高度为l，滑轮组的机械效率为：

η80%。

答：（1）工人师傅拉力的功率为60W；

（2）动滑轮的重为100N；

（3）若物重增大到2000N，则滑轮组的机械效率是80%。

9．【解答】解：（1）当物体M浸没在液体中时，由F浮＝ρ液gV排可知，液体的密度越大，物体M受到浮力越大，

因为ρ甲＜ρ乙，所以M浸在两种液体受到的浮力F甲＜F乙，

而浸在液体中的物体受到的浮力F浮＝G﹣FM，所以M在液体中受到的拉力FM甲＞FM乙，

又因为绳自由端的拉力F（FM+G动），

所以拉力F＞F′，则图丙中A曲线表示拉力F随时间t变化的图像；

（2）由图丙可知物体M在完全离开水面时绳自由端的拉力F0＝180N，

此时有：F0（G+G动）——①

当物体M浸没在水中时绳自由端受到的拉力FA＝150N，令此时物体M在水中受到的拉力为F1，

则有：FA（F1+G动）——②

①﹣②有：G﹣F1＝2（F0﹣FA）＝2×（180N﹣150N）＝60N

所以物体M浸没在水中受到的浮力为：F浮＝G﹣F1＝60N；

（3）由于绳重和摩擦不计，则η，

所以，物体离开水面前，滑轮组的机械效率：η1，

物体离开水面后，滑轮组的机械效率：η0，

所以，，

解得：G＝300N，

则动滑轮的重力为：G动＝2F0﹣G＝2×180N﹣300N＝60N，

令物体M在浓盐水中受到的拉力为F2，浮力为F浮'，绳自由端受到的拉力为FB，物体离开浓盐水前，滑轮组的机械效率：η2，

所以，，

解得：F浮'＝72N。

答：（1）A；

（2）物体M浸没在水中受到的浮力为60N；

（3）物体M浸没在盐水中的浮力72N。

10．【解答】解：（1）拉力所做的功为：

W总＝Fs＝0.3N×0.3m＝0.09J；

（2）有用功为：

W有用＝Gh＝0.5N×0.1m＝0.05J，

滑轮组的机械效率为：

η100%100%≈55.6%。

答：（1）拉力所做的功为0.09J；

（2）滑轮组的机械效率为55.6%。

11．【解答】解：（1）由P可得甲工人做的功：

W甲＝P甲t＝30W×10s＝300J；

（2）由W＝Fs可得甲工人的推力：

F甲150N，

因为货物在水平路面上被匀速推动，所以货物受到的推力、摩擦力是一对平衡力，

货物受到的摩擦力：

f＝F甲＝150N；

乙工人使用滑轮组将货物在同样的路面上匀速移动3m，

由图知，n＝3，拉力端移动距离s乙＝3s2，

滑轮组的机械效率：

η100%＝62.5%。

答：（1）甲工人做的功为300J；

（2）该滑轮组的机械效率为62.5%。