初中物理中考年年考专题：专题六 中考机械效率问题处理方法及其解析

这是一份初中物理中考年年考专题：专题六 中考机械效率问题处理方法及其解析，共14页。试卷主要包含了用简单机械提升物体，有用功，探究机械效率问题解析等内容，欢迎下载使用。
专题六 中考机械效率问题处理方法及其解析简单机械的机械效率问题是中考必考点，分值在3—8分。题型涉及选择题、填空题、探究题、综合计算题。所以学会解答简单机械的机械效率问题，对提高物理成绩至关重要。中考在考查机械效率方面，以考查滑轮组的机械效率为主。但杠杆、斜面的机械效率问题的解答也是命题重点，同样要重视。下面给出与杠杆、滑轮组、斜面三种简单机械的机械效率有关问题的剖析，供各省市考生学习时斟酌。一、用简单机械提升物体，有用功、额外功、总功及其机械效率的求法（1）用简单机械提升物体做的有用功W有用=Gh；（2）用简单机械提升物体做的总功W总=Fs；（3）用简单机械提升物体做的额外功W额外=W总－W有用。（4）简单机械机械效率公式：η=W有/ W总×100%=Gh/Fs×100%。其中h是重物G被提升的高度，s是动力F移动的距离。h与s的关系可以根据具体情况而定。二、与杠杆机械效率有关的计算题解题套路1.用杠杆提升物体的模型图2. 用杠杆提升物体有用功、额外功和总功求法（1）用杠杆提升物体做的有用功W有用=Gh（2）用杠杆提升物体做的总功W总= Fs（3）用杠杆提升物体做的额外功W额外=W总—W有用其中h是重物G被提升的高度，s是动力F 移动的距离。h与s的关系可以根据相似三角形建立。3. 杠杆机械效率的求解（1）用杠杆提升物体时，有用功和总功的比值.称为杠杆机械效率。（2）杠杆机械效率公式：η＝（W有用/W总）×100％　4.典型例题解析【例题1】如图所示，杠杆在竖直向下拉力F的作用下将一物体缓慢匀速提升。下表是提升物体时采集到的信息：物重G（N）OA（m）OB（m）A端上升的髙度h/mB端下降的竖直距离s/m400.80.40.20.1（1）若不计杠杆自重和摩擦，则拉力F的大小；（2）若实际拉力F为90 N，求拉力做的总功及杠杆的机械效率（机械效率保留三位有效数字）。答案：（1）80 N（2）9 J，88.9%解析：求解机械效率时，同学们选择公式时直接用η= W有/ W总×100%得出结果就是最后结论，有的同学利用η= W有/ W总这个求解出来的结果，画为百分数即可。用哪个公式都正确，不要纠结。通过解答这类问题，同学们要知道使用杠杆提升物体做额外功的原因，还要动脑分析杠杆的机械效率都与哪些因素有关。这样可以为今后解决杠杆问题奠定良好的知识基础。（1）不计杠杆自重和摩擦，由杠杆平衡条件可得F×OB=G×OA，即F×0.4 m=40N×0.8m，解得F=80N（2）由表中数据可知s=0.1m，h=0.2m拉力做的总功W总=F′s=90 N×0.1m=9J有用功W有用=Gh=40N×0.2 m=8J杠杆的机械效率η= W有/W总×100%=8J/9J×100%≈88.9%【例题2】如图所示，竖直向上匀速拉动弹簧测力计，使挂在较长杠杆下面的钩码缓缓上升．将杠杆拉至图中虚线位置，测力计的示数F如图所示，钩码总重G为1.0N，钩码上升高度h为0.1m，测力计移动距离s为0.3m，求解：（1）杠杆的机械效率．（2）杠杆所做的额外功。答案：（1）66.7%；（2）0.05J.解析：本题是作者根据江苏省2009年中考物理试卷29题改编而成。改编后的题可以作为求解杠杆机械效率计算题的母题，能加深同学们对市面材料很少出现该类问题的认识。通过对这类问题的训练，大家要知道使用杠杆提升物体做额外功的原因，还要动脑分析猜想杠杆的机械效率都与哪些因素有关。这样为今后解决杠杆问题会奠定良好的知识基础。（1）求解杠杆机械效率计算题的母题，可以加深同学们对市面材料很少出现该类问题的认识。求解杠杆的机械效率，首先求用杠杆提升物体需要做的有用功W有用=Gh；再求总功W总=Fs。物体被提升的高度h和外力移动的距离 s题中给出，对较复杂的问题，h和s的关系可以结合几何中两个三角形相似、杠杆平衡条件求出。最后根据机械效率公式η=W有用×100%/W总求出杠杆的机械效率。（2）根据W有用+W额外=W总  ，容易求出杠杆所做的额外功。三、与滑轮组机械效率有关的计算题解题套路（一）用滑轮组竖直提升物体机械效率问题求解办法1.用滑轮组竖直提升物体的模型图  2. 用滑轮组竖直提升物体有用功、额外功和总功求法（1）有用功W有用=Gh（2）总功W总=Fs（3）额外功W额外=W总—W有用（4） s=nh其中h是重物G被提升的高度，s是动力F 移动的距离， n是动滑轮上的绳子段数。3. 滑轮组机械效率的求解（1）用滑轮组提升物体时，有用功和总功的比值.称为滑轮组机械效率。（2）滑轮组机械效率公式：η＝（W有用/W总）×100％　η＝（W有用/W总）×100％= (G / nF ) ×100％4. 用滑轮组竖直提升物体典型例题解析【例题3】用两个相同的滑轮组成的滑轮组固定在天花板上，如图所示，当匀速提升物体时，绳子自由端的拉力F＝20 N，物体移动的速度为0.1 m/s，每个滑轮重10 N，忽略绳重和摩擦，下列说法正确的是                                                              (    )A．绳子自由端移动的速度为0.3 m/sB．物体的重力为40 NC．该滑轮组的机械效率为66.67 %D．拉力F的功率为2 W答案：A 解析：用滑轮组提升物体时，物体重由几段绳子承担，外力作用点的移动速度就是物体速度的几倍。如图可知，滑轮组的绳子段数n=3， 物体移动的速度v物=0.1m/s，绳子自由端移动的速度v绳=nv物=3×0.1m/s=0.3m/s，选项A正确，符合题意；忽略绳重和摩擦时，F拉=（G物+G动）/n，G物=n F拉-G动=3×20N-10N=50N，选项B不正确，不符合题意；该滑轮组的机械效率：η= W有/ W总×100%= G物/ n F拉×100%=50N/3×20N×100%=83．3%选项C不正确，不符合题意；拉力的功率：P= W总/t=FS/t=FV绳=20N×0．3m/s=6W 选项D不正确，不符合题意。故选A。【例题4】如图所示，工人用250N的力将重400N的物体匀速提升2m，共用了10秒，若在此过程中（忽略绳重和摩擦），下列说法正确的是（   ）A．绳子自由端移动的距离是6m   B．动滑轮的重是10NC．工人做功的功率是80W        D．滑轮组的机械效率是80％答案：D解析：本题是用滑轮组沿着竖直方向提升物体时，求解滑轮组机械效率有关的问题。解题方法要有对应的套路。（1）动滑轮上的绳子段数n=2，所以绳子自由端移动的距离是s=nh=2×2m=4m；（2）需考虑G动，忽略绳重和摩擦F=(G+G动）/n 250N=(400N +G动）/2  解得：G动=100N（3）有用功：W有=Gh=400N×2m=800J拉力F所做的总功：W总=Fs=250N×4m=1000Jη＝（W有用/W总）×100％　=G/n F=400N/（2×250N）=80%（4）P总=W总/t=1000J /10s=100W【例题5】如图是某建筑工地上提升建筑材料用的滑轮组示意图，其动滑轮质量15kg，某次提升材料质量240kg，材料在空中静止时，不计绳重和绳与滑轮间摩擦，则竖着向上的拉力F=　　N；竖着向上匀速提升材料，摩擦影响较大，实际所用的拉力大小是1000N，并将材料提升了10m高．则滑轮组的机械效率是　　．（取g=10N/kg）答案：850；80%．解析：从图上可以看出，图中有定滑和一个动滑轮，已知质量，根据G=mg计算出重力再利用动滑轮的特点分析；使用动滑轮省一半的力，要费一倍的距离，即F移动的距离是20m，根据W=Fs计算；上一步计算出来的是总功，物体升高10m做的功是有用功，根据W有=Gh求出有用功，再利用η=×100%可求滑轮组机械效率．（1）由图可知，承担动滑轮和物体总的重力的绳子的股数n=3，物体和动滑轮的总重力：G=（m轮+m材料）g=（15kg+240kg）×10N/kg=2550N，不考虑绳重和摩擦，则竖着向上的拉力：F=G=×2550N=850N（2）拉力做的有用功：W有用=m材料gh=240kg×10N/kg×10m=24000J拉力移动的距离：s=3h=3×10m=30m实际拉力为1000N，则拉力做的总功：W总=F′s=1000N×30m=30000J滑轮组的机械效率：η=×100%=×100%=80%．（二）用滑轮组水平拉动物体机械效率问题求解办法1.用滑轮组水平拉动物体的模型图2. 用滑轮组水平拉动物体有用功、额外功和总功求法（1）有用功W有用= fs2（2）总功W总= F s1（3）额外功W额外=W总—W有用（4）s1= ns2其中 s1是动力F 移动的距离，s2是重物水平移动的距离，f是物体匀速运动受到的阻力， n是动滑轮上的绳子段数。3. 滑轮组机械效率的求解（1）用滑轮组水平拉动物体时，有用功和总功的比值.称为滑轮组机械效率。（2）滑轮组机械效率公式：η＝（W有用/W总）×100％　η＝（W有用/W总）×100％= (fs2/ F s1) ×100％4. 用滑轮组水平拉动物体典型例题解析【例题6】如图所示，司机师傅利用滑轮组把汽车从泥坑里拖出来（泥坑可近似看成水平面），在此过程中汽车匀速移动了1m，共用时5s，已知 汽车所受阻力为1200N，司机师傅的拉力功率为300W，在考虑滑轮组摩擦阻力影响因素条件下，求：（1）司机师傅的拉力为多大？（2）滑轮组的机械效率是多少？答案：（1）500N；（2）80%．解析：使用滑轮组沿水平方向拉物体时，若物体移动s，承担汽车与水平面间的摩擦力的绳的股数是n股，则绳自由端移动的距离s′=ns，动力作用的绳端移动的速度是物体移动速度的n倍。（1）绳子自由端移动的距离s=ns汽车=3×1m=3m，绳子自由端速度：v=s/t=3m/5s=0.6m/s，由P===Fv得，工人的拉力：F===500N；（2）拉力所做总功：W总=Fs=500N×3m=1500J；工人所做有用功：W有用=fs汽车=1200N×1m=1200J，滑轮组的机械效率：η=×100%=×100%=80%．四、与斜面机械效率有关的计算题解题套路1.用斜面提升物体的模型图2. 用斜面提升物体有用功、额外功和总功求法（1）有用功W有用= Gh （2）总功W总= F s（3）额外功W额外=W总—W有用其中 s是动力F 沿着斜面移动的距离，h 是重物上升的高度，s和h的关系，通常可由解三角函数得到，一般斜面倾斜角给出。 3. 斜面机械效率的求解（1）用斜面提升物体时，有用功和总功的比值.称为斜面的机械效率。（2）斜面机械效率公式：η＝（W有用/W总）×100％　η＝（W有用/W总）×100％= (Gh / F s) ×100％4. 用斜面提升物体典型例题解析【例题7】将一个重240 N的物体匀速推到斜面顶端，人沿斜面向上的推力为120 N，如图所示，物体沿斜面移动的距离s=3m，上升的高度h=1.2 m，则人对物体做的有用功是     J,斜面的机械效率是     。答案：288   80%解析：此题考查了功的计算与斜面的机械效率，同时也明确了斜面也是一种省力的机械，任何机械省力但不省功．用斜面提升物体有用功W有用=Gh ；总功W总=Fs；额外功W额外=W总－W有用；斜面机械效率公式：η=W有用/W总×100%=Gh/Fs×100%。其中s是动力F沿着斜面移动的距离，h是重物上升的高度，s和h的关系，通常可由解三角函数得到，一般斜面倾斜角题里会给出。（1）因为G=240N，h=1.2m，所以克服物体重力所做的功是有用功：W有=Gh=240N×1.2m=288J；（2）F=120N，s=3m，拉力做的功：W总=Fs=120N×3m=360J；斜面的机械效率是：η=W有用/W总×100%=288J/360J×100%=80%．五、探究机械效率问题解析【例题8】某小组在“测滑轮组机械效率的实验”中得到的数据如表所示，实验装置如图所示．（1）实验中应沿竖直方向　　缓慢拉动弹簧测力计．（2）小组同学发现实验过程中边拉动边读数，弹簧测力计示数不稳定，应该静止读数，你认为他的想法　　（选填“正确”或“不正确”），因为她没有考虑到　  　对滑轮组机械效率的影响．（3）用丁图装置进行实验，得出表中第4次实验数据，请将表中的两个数据填写完整．（4）通过比较　  　两次实验数据得出结论：使用同一滑轮组提升同一重物时，滑轮组的机械效率与绳子段数无关（填实验次数的序号）（5）通过比较　 　两次实验数据得出结论：同一滑轮组提升重物时，物重越大，滑轮组的机械效率越高．（填实验次数的序号）（6）通过比较3、4两次实验数据可得出结论：　                       　 实验次数 钩码重量G/N 钩码上升高度h/m 绳端拉力F/N绳端移动距离s/m 机械效率η 1 4 0.1 2.7 0.2 74% 2 4 0.1 1.8 0.3 74% 3 8 0.1 3.1 0.3 86% 4 8 0.1 2.5　 　　  　答案：（1）匀速；（2）不正确；摩擦；（3）0.4；80%；（4）1、2；（5）2、3；（6）不同滑轮组提升相同重物时，动滑轮越轻，滑轮组的机械效率越高（或不同滑轮组提升相同重物时，动滑轮越重，滑轮组的机械效率越低．解析：本题测滑轮组机械效率，考查注意事项、控制变量法的运用、机械效率的计算、数据的分析等，综合性较强．（1）实验中应沿竖直方向匀速缓慢拉动弹簧测力计，这样测力计示数才等于拉力大小；（2）在弹簧测力计静止时读出了数据，由于不会克服轮与轴、绳与轮之间的摩擦，所以测力计示数偏小，他的想法是不正确的；（3）丁图中，绳子的有效段数为n=4，绳端移动距离s=nh=4×0.1m=0.4m，滑轮组的机械效率：η===80%；（4）绳端移动距离与物体升高的高度的关系为s=nh，所以，结合表中数据可知实验1、2、3中绳子的有效段数分别为2、3、3；再结合钩码的重力可知，实验1、2、3分别是用甲、乙、丙装置做的实验，根据控制变量法，研究同一滑轮组的机械效率与绳子段数的关系时，要控制提升物体的重力相同、滑轮个数也相同，只改变绳子的有效段数，所以应比较1、2两次实验数据；通过比较1、2两次实验数据得出结论：使用同一滑轮组提升同一重物时，滑轮组的机械效率与绳子段数无关；（5）研究同一滑轮组提升重物时，机械效率与物重的关系时，要控制滑轮个数相同、绳子的段数相同，只改变物体的重力，故通过比较2、3两次实验数据得出结论：同一滑轮组提升重物时，物重越大，滑轮组的机械效率越高．（6）通过比较3、4两次实验数据，即对应的图丙、图丁两装置，滑轮组不同，提升的重物相同，动滑轮越重机械效率越小，故可得出结论：不同滑轮组提升相同重物时，动滑轮越轻，滑轮组的机械效率越高．（不同滑轮组提升相同重物时，动滑轮越重，滑轮组的机械效率越低）六、与机械效率有关的和中考难度一致的精品训练试题（含答案）1.某建筑工地用图所示的滑轮组提升重物，人对绳的拉力F为400N，能将75kg的物体以0.1m/s的速度匀速提升（不计绳重和摩擦），g=10N/kg。 则结论错误的是 （    ）A．拉力F的功率为120W，              B.滑轮组的机械效率为62%C.重物上升1米，拉力F作用点移动3米 D.动滑轮重力为450N答案：B 2.如图所示，小型牵引车通过滑轮组可以将重物匀速吊起．若每次重物均以1m/s的速度匀速上升，且滑轮的摩擦和绳重均可忽略不计．当吊起质量为340kg的重物A时，牵引车对绳的拉力为FA，滑轮组的机械效率为85%；当吊起重物B时，牵引车对绳的拉力为FB．若FA与FB做功的功率之比为2：3，取g=10N/kg，则下列说法中正确的是（　　）A．FA的大小为2000NB．物体B的质量为640kgC．如果小型牵引车对绳拉力的最大功率为1.2×104W，它能吊起物体的最大质量为2540kgD．滑轮组前、后两次吊起重物A、B的机械效率之比为17：18答案：D 3.如图所示滑轮组，在50s内将重5000N货物匀速吊起10m高．绳的自由端受到的拉力大小是1500N，关于该滑轮组的说法正确的是（不计绳重及摩擦）(   )A．滑轮组的机械效率约为83.3%B．绳自由端移动的距离是50mC．滑轮组所做有用功的功率是1000WD．该装置中的动滑轮总重为1000N答案：ACD  4.如图，用完全相同的四个滑轮和两根相同的细绳组成甲、乙两个滑轮组，在各自的自由端施加大小分别为F1和F2的拉力，将相同的重物缓慢提升相同的高度（不计绳重和一切摩擦）．下列说法正确的是（　　）A．拉力F1小于拉力F2B．甲、乙两滑轮组的机械效率相同C．甲、乙两滑轮组中的动滑轮都是费力机械D．甲、乙两滑轮组中绳子自由端移动的距离相等答案：B．5.工人师傅利用如图所示的两种方式，将重均为300N的货物从图示位置向上缓慢提升一段距离．F1、F2始终沿竖直方向；图甲中OB=2OA，图乙中动滑轮重为60N，重物上升速度为0.01m/s．不计杠杆重、绳重和摩擦，则下列说法正确的是（　　）A．甲乙两种方式都省一半的力 B．甲方式F1由150N逐渐变大C．乙方式机械效率约为83.3% D．乙方式F2的功率为3W答案：C．6.如图所示在水平拉力F的作用下，使重300N的物体在水平桌面上以0．lm/s的速度匀速运动时，物体与桌面的摩擦力为60N（不计绳重，动滑轮重及摩擦），F及其功率的大小分别为（　　）A．20N  2W B．20N  6W C．60N  2W D．30N  6W答案：B．7．如图所示，分别用甲、乙两个滑轮组将同一物体匀速提升至相同的高度．若所用拉力F1=F2=F，已知甲的机械效率为50%，且绳重及滑轮的摩擦均可忽略不计，则乙的机械效率为　　  ，拉力F1做的功与拉力F2做的功之比为　　  。答案：75%，3：2。8．利用动滑轮把重30N的物体竖直向上提升5m，所用拉力是20N，拉力所做的功是　   　J；动滑轮的机械效率是　   　．答案：200，75%．9．利用如图所示的滑轮组，在5s内将重为360N的物体匀速向上提起2m，作用在绳端竖直向上的拉力F为150N，该滑轮组的机械效率是　   　，拉力F的功率是　   　W．答案：80%；180．10．利用如图所示的滑轮组，用F=1000N的力拉绳子自由端，货物A以0.1 m/s的速度匀速直线运动l0s，整个过程中，滑轮组的机械效率为75%．求：（1）货物A在10 s内移动的距离：（2）这个过程中拉力F的功率：（3）水平地面对货物A的摩擦力大小．答案：（1）货物A在10 s内移动的距离为1m；（2）这个过程中拉力F的功率200W；（3）水平地面对货物A的摩擦力大小1500N．11.某人用如图所示的滑轮组，在20s内将一个重为600N的物体，沿着水平地面匀速拉动了4m。拉力F做功为1440J，物体与地面的接触面积为0.4m2，物体移动时受地面的摩擦力为350N。不计绳重及机械的摩擦。试求：（1）物体对地面的压强是多少？（2）拉力F做功的功率是多少？（3）拉力F的大小是多少？（4）动滑轮的重力是多少？答案：（1）物体对地面的压强是1500Pa；（2）拉力F做功的功率是72W；
（3）拉力F的大小是120N；（4）动滑轮的重力是10N．12.如图所示，现将重为5N的物体A沿长s=1.2m，高h=0.6m的斜面匀速从底端拉到顶端，在此过程中，F的大小恒为3N，所有时间是12s，求：（1）物体A从底端到顶端的平均速度；（2）物体A从底端到顶端过程中拉力F的功率；（3）求此斜面的机械效率．（保留一位小数）答案：（1）0.1m/s  （2）0.3W   （3）83.3%