2021年中考物理三轮冲刺过关 专题13 解决机械效率计算类难点问题思维技巧（教师版含解析）

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解决专题问题策略
知识点1：用滑轮组竖直提升物体有用功、额外功和总功以及机械效率的求法
(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。
(5)滑轮组机械效率的求解
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。
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％
知识点2：用滑轮组水平拉动物体有用功、额外功和总功以及机械效率的求法
(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。
(5)滑轮组机械效率的求解
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。
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％
知识点3：以斜面为载体，计算机械效率等相关问题
以斜面为载体的综合计算题，考查的知识点一般包括斜面的机械效率；速度公式及其应用；功率的计算．在解题时会用到速度公式v=s/t，功率P=Fv，根据W=Gh求出有用功，推力做的功W=Fs即总功，然后根据机械效率的计算公式可求出斜面的效率．
a.用斜面提升物体的模型图
b. 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。
c. 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％
中考典型例题解析
【例题1】(2020江苏连云港)用如图所示滑轮组在10s内将重为300N的物体匀速提升1m，拉力大小为120N，拉力做功的功率为______W，有用功为______J，滑轮组的机械效率为______。
【答案】 (1) 36 (2) 300 (3) 83.3%
【解析】(1)由图可知，承担重物的绳子段数n=3，所以绳子自由端通过距离
s=3×1m=3m
总功W总=Fs=120N×3m=360J
拉力做功的功率
P==36W
(2)有用功为W有=Gh=300N×1m=300J
(3)滑轮组机械效率为
η==83.3%
【例题2】(2021福建二模)如图所示，一卡车车厢车底底板距地面1.5m高，小张把一块3m长的钢板AB搭在车厢底板上，构成一个斜面。他通过这个斜面，用F=600N的力，把一个大木箱从B处推到A处的车上，已知木箱重为1000N。则小张推木箱做功大小为________J,这个过程中，斜面的机械效率大小为_____(结果保留一位小数)。
【答案】(1)1800J(2)83.3%
【解析】(1)W总=Fs=600N×3m=1800J
(2)W有用=Gh=1000N×1.5m=1500J
η=W有用×100%/W总=1500J×100%/1800J≈83.3%
【例题3】(2020黑龙江龙东农垦森工)如图所示，人用滑轮组拉着重810N的物体使其沿竖直方向以0.1m/s的速度匀速向上运动了5s，人对绳子向下的拉力为300N．求：
(1)物体上升的高度；
(2)滑轮组的机械效率；
(3)拉力的功率。
【答案】(1)物体上升的高度为0.5m；
(2)滑轮组的机械效率为90%；
(3)拉力的功率为90W。
【解析】(1)由v＝可得，物体上升的高度：
h＝vt＝0.1m/s×5s＝0.5m；
(2)由图可知，滑轮组绳子的有效股数n＝3，
滑轮组的机械效率：
η＝＝＝＝＝×100%＝90%；
(3)拉力端移动距离s＝3h＝3×0.5m＝1.5m，
总功：W总＝Fs＝300N×3h＝300N×1.5m＝450J，
拉力的功率：P＝＝＝90W。
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一、选择题
1．(2021衡阳模拟)如图所示，工人用150N的拉力通过滑轮组吊起质量为20kg的箱子。若箱子被匀速竖直提升了2m，不计绳重和摩擦，g取10N/kg，则( )
A．箱子的重力势能增大
B．动滑轮的重力为100 N
C．工人施加的拉力做的功为300 J
D．滑轮组的机械效率为66.7%
【答案】ABD
【解析】(1)重力势能大小的影响因素：质量、被举得高度。质量越大，高度越高，重力势能越大；
(2)知道箱子的质量，根据G=mg求出重力，由图可知，滑轮组绳子的有效股数，利用F=(G+G动)求出动滑轮的重力；
(3)由图可知绳子的有效股数为2，根据s=nh求出绳端移动的距离，根据W=Fs求出工人做的总功；
(4)根据W=Gh求出有用功，然后根据η=求出此滑轮组的机械效率。
A．箱子被匀速提升，高度增加，质量不变，重力势能增加，故A正确；
B．箱子受到的重力：
G=mg=20kg×10N/kg=200N；
由图可知，n=2，则由F=(G+G动)可得动滑轮的重力：
G动=nF﹣G=2×150N﹣200N=100N；故B正确；
C．由图可知，n=2，绳端移动的距离s=nh=2×2m=4m，
工人做的总功：W总=Fs=150N×4m=600J；故C错误；
D．有用功：W有=Gh=200N×2m=400J
滑轮组的机械效率：η==≈66.7%．故D正确。
2.(2020四川南充)如图所示，重为2N的物体A放在水平桌面上，重为5N的物体B挂在动滑轮下，每个滑轮重为1N(不计绳重和摩擦)，B恰好可以匀速下降。现对A施加水平向左的拉力使B上升，当B以0.3m/s的速度匀速上升时，拉力大小为F。下列说法正确的是( )
A. B匀速下降时，物体A受到3N的摩檫力
B. 拉力F的大小为4N
C. 拉力F的功率为3.6W
D. B匀速上升0.6m的过程中，拉力F做功2.4J
【答案】BC
【解析】A．由图通过动滑轮绳子段数n=3，不计绳重及摩擦时，B拉A的力
FA=( GB+G动)=×(5N+1N)=2N
B匀速下降，物体A匀速向右运动时，受向右的拉力FA和向左的摩擦力作用，则
f=FA=2N
故A错误；
B．当使物体B以0.3m/s的速度上升时，物体A匀速向左运动，受向右的拉力FA、摩擦力和向左的拉力F作用，由于物体A的压力和接触面没有改变，则摩擦力大小不变，所以
F=FA+f=2N+2N=4N
故B正确；
C．绳子自由端移动的速度为vA=3vB=3×0.3m/s=0.9m/s
所以拉力F的功率
P==FvA=4N×0.9m/s=3.6W
故C正确；
D．B匀速上升0.6m的过程中，拉力F做功
WF=Fs=F×3h=4N×3×0.6m=7.2J
故D错误。
3.(2021深圳二模)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10N
C．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】(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=1000J
η＝(W有用/W总)×100％ =G/n F=400N/(2×250N)=80%
(4)P总=W总/t=1000J /10s=100W
4．(2020湖南衡阳)近期我国长江中下游许多省份因连续大雨发生洪涝灾害。抗洪抢险小分队成员李军在一次行动中需要帮老百姓把一个质量为240kg的重物搬到2m高的车上。为了省力采用5m的长木板搭了一个斜面(如图所示)。用1200N的力用了5min将重物匀速推到车上。关于此简易斜面装置，下列说法中正确的是( )
A．他对重物做了4800J的功
B．他做功的功率为16W
C．此次简易斜面装置的机械效率为50%
D．斜面是一种省力杠杆
【答案】D
【解析】A.做的总功：W总＝Fs＝1200N×5m＝6000J，故A错误；
B.做功的功率为：P＝＝＝20W，故B错误；
C.重物的重力：G＝mg＝240kg×10N/kg＝2400N，
李军对重物做的有用功：
W有用＝Gh＝2400N×2m＝4800J，
简易斜面装置的机械效率：
η＝＝×100%＝80%，故C错误；
D.据课本知识可知，斜面本质上是一种省力杠杆，故D正确。
二、填空题
5．(2021江西二模)如图所示，在不计绳重和摩擦的情况下，用滑轮在10s内将重为40N的物体匀速提升2m，已知拉力F为25N，则在这个过程中拉力做的功是 J，滑轮组的机械效率是 ，若匀速提升重为80N的物体，则这个滑轮组的机械效率将 (变大/变小/不变)。
【答案】100；80%；变大。
【解析】(1)由图可知，连接动滑轮绳子的股数n=2，
绳子自由端移动的距离s=2h=2×2m=4m；
则在这个过程中拉力做的功：
W总=Fs=25N×4m=100J；
(2)拉力做的有用功：
W有=Gh=40N×2m=80J，
则滑轮组的机械效率：
η=W有/ W总×100%=80J/100J×100%=80%；
(3)由η=W有/ W总×100%=( G/G+ G动)×100%可知，
滑轮组的机械效率与动滑轮重和物体重有关，动滑轮重力不变，物体重力变大，机械效率将变大。
6．(2020齐齐哈尔)小彬用如图所示滑轮组把重400N的货物匀速提升2m，若不计绳重和摩擦，所用的拉力是250N．此过程中绳端移动的距离为 m，滑轮组的机械效率是 。
【答案】4；80%。
【解析】(1)由图知，n＝2，绳端移动的距离：s＝2h＝2×2m＝4m；
(2)滑轮组的机械效率：
η＝＝＝＝＝×100%＝80%；
7.(2020江苏连云港)用如图所示滑轮组在10s内将重为300N的物体匀速提升1m，拉力大小为120N，拉力做功的功率为______W，有用功为______J，滑轮组的机械效率为______。
【答案】 (1) 36 (2) 300 (3) 83.3%
【解析】(1)由图可知，承担重物的绳子段数n=3，所以绳子自由端通过距离
s=3×1m=3m
总功W总=Fs=120N×3m=360J
拉力做功的功率
P==36W
(2)有用功为W有=Gh=300N×1m=300J
(3)滑轮组机械效率为
η==83.3%
8.(2020贵州黔西南)如图所示，工人们用同一滑轮组，根据需要有两种方式来提起等重的建筑材料，若不计摩擦和绳重，则F1______F2，机械效率ηA______ηB。(填“>”“=”或“