2020-2021备战中考物理易错题精选-机械效率的计算练习题含答案.pdf

一、初中物理有用功额外功总功机械效率的计算问题一、初中物理有用功额外功总功机械效率的计算问题1如图所示的滑轮组，绳子的末端缠绕在电动机上，电动机转动将下方钩码匀速提起。如果加快电动机的转速，则后一次提升与前一次相比（）A功率增大、机械效率增大C功率不变、机械效率不变【答案】B【解析】【分析】【详解】B功率增大、机械效率不变D功率不变、机械效率增大前后两次的滑轮组是同一个滑轮组，则做的有用功、额外功、总功不变，则机械效率不变；加快电动机的转速，则物体提升的速度增大，若两次提升高度相同，则后一次所需要的时间小于前一次所需要的时间，根据P故选 B。W可知，功率变大。故 ACD 错误，B 正确。t2如图所示，工人用250 N 的力将重 400 N 的物体匀速提升 2 m。若不计绳重及摩擦，绳子自由端移动的距离是_m，动滑轮的重力为_N，该滑轮组的机械效率是_。【答案】4 100 80%【解析】【分析】【详解】1由图可知，动滑轮上绳子段数为2，则绳子自由端移动距离为s=2h=22m=4m2拉力为 250N，物体中 400N，则根据动滑轮上绳子段数为2，可求动滑轮重力为G滑=2F-G物=2250N-400N=100N3机械效率为W有G物h400N100%100%100%80%W总400N+100NGGh物滑3如图所示，用一动滑轮拉一物体A 以 0.5m/s 的速度在水平面上作匀速直线运动，物体A 重为 20N，受到的摩擦阻力是物重的0.2 倍，水平拉力为 2.5N，则在 2s 内拉力做的功是_J，滑轮的机械效率是_（不计滑轮重力）【答案】5 80%【解析】【分析】【详解】物体 2s 移动的距离：s=vt=0.5m/s2s=1m，使用的是动滑轮，拉力移动的距离：s=2s=21m=2m，拉力做功：W=Fs=2.5N2m=5J；物体受到的摩擦阻力是物重的0.2 倍，f=0.2G=0.220N=4N，滑轮的机械效率：=80%故答案为 5，80%4如图所示，每个滑轮均重12N，用滑轮组拉着重 600N 的物体 A 沿水平方向匀速移动，在 40s 内物体移动了 8m，拉力 F 做的功为 1280J（不计绳重及机械内部摩擦）那么，拉力 F 的功率为_W，滑轮组的机械效率为_【答案】32 92.5%【解析】【分析】【详解】拉力 F 的功率为 PW1280J32W.不计绳重和摩擦,克服动滑轮重力做功为：W额Gt40s动h12N8m96J，则 W有W总W额1280J96J1184J；W有W总1184J92.5%1280J5小黄用图所示的滑轮组经过10s 的时间，用 150N 的拉力将一个重 270N 的重物提高1m，求此过程：拉力 F 自由端拉出的距离是_m；小黄所做的有用功是_J；总功是_J；拉力做功的功率是_W。【答案】3 270 450 45【解析】【分析】【详解】1由图可知，滑轮组的承重绳子根数n=3 根，则拉力自由端拉出的距离s=nh=31m=3m2有用功W有用=Gh=270N1m=270J3总功W总=Fs=150N3m=450J4拉力做功的功率W总450JP 45Wt10s6如图在粗糙斜面上将一个重为16N 的物体匀速拉到高 h 处，沿斜面向上的拉力为10N，斜面长s 2m、高h 1m。其中所做的有用功为_J，物体受到的摩擦力大小为_N，斜面的机械效率为_。【答案】16 2 80%【解析】【详解】1所做的有用功为：W有用Gh16N1m=16J；2拉力做的总功为：W总 Fs 10N2m=20J，所做的额外功为：W额=W总-W有用=20J-16J=4J；摩擦力：f 3斜面的机械效率为：W额s4J=2N。2mW有用W总100%=16J100%=80%。20J7如图是某型号电动轮椅工作原理示意图。开关S1和 S2由绝缘操纵杆控制，能同时接“1”或接“2”，向前推操纵杆时轮椅前进且能调速，向后拉操纵杆时轮椅以恒定速度后退。已知蓄电池的电压为24V 保持不变，R2的阻值为 10，电动机的额定功率为100W，额定电压为 24V。请解答下列问题：（1）当开关 S1和 S2同时接_时，电动轮椅前进；电动轮椅既能前进又能后退，是通过改变电动机线圈中的_实现的；（2）当电动轮椅后退时，电流表示数为1A，此时电动机的实际功率是_W；（3）当电动机以额定功率工作时，电动轮椅在水平路面上匀速前进的速度为2m/s，若此时电动机消耗的电能有80%转化为电动轮椅前进的机械能，此时电动轮椅受到的阻力是_N。【答案】1电流方向 14 40【解析】【分析】【详解】(1)1电动机前进且能调速，这说明电路中的电流可以变化，电阻大小可变，这样只有滑动变阻器 R1接入电路时才有这个功能，观察电路图，当开关S1和 S2同时接 1 时，R1、电动机、电流表才串联接入电路，这样符合条件，电动轮椅前进。2磁场对通电导线的作用力方向跟电流方向有关，只改变电流方向时，受力方向也会变化；所以电动轮椅既能前进又能后退，是通过改变电动机线圈中的电流方向实现的。(2)3由上述可知，当电动轮椅后退时，开关S1和 S2同时接 2，R2、电动机、电流表串联接在电路中，电路中的总电阻R总电动机的电阻24V 241ARM R总-R2 24-10 14此时电动机的实际功率2PM IMRM1A14 14W2此时电动机的实际功率是14W。(3)4设此时电动轮椅受到的阻力是f，电动轮椅在水平路面上匀速前进，牵引力F f，由题意可知，电动轮椅的机械效率F 2m/st80%100W t解得F 40N，此时电动轮椅受到的阻力是40N。8质量为 m 的工人用如图甲所示的滑轮组将建筑材料运送到楼顶，滑轮组的机械效率随建筑材料重力变化的图像（如图乙），机械中摩擦及绳重忽略不计，影响滑轮组机械效率的原因有_（写出一点即可），动滑轮的重力为_，该工人竖直向下拉绳子自由端运送建筑材料时，此滑轮组机械效率的最大值为_。（后两空均用已知量符号表示）3mg Gn100%【答案】物重（或动滑轮重）Gn3mg【解析】【分析】【详解】1已知机械中摩擦力及绳重忽略不计，由G100%G G动可知，影响滑轮组机械效率的因素有物重、动滑轮重。2由图乙可知，物重Gn，滑轮组的机械效率50%，因机械中摩擦力及绳重忽略不计，所以滑轮组的机械效率解得W有用GnhGn100%100%100%50%W总GnhG动hGnG动G动 Gn3已知工人的质量为m，则该工人竖直向下拉绳子自由端运送货物时，绳子的最大拉力Fmax G人 mg由F 可得提升的最大物重G G动3Gmax 3FmaxG动 3FmaxGn 3mg Gn则滑轮组的最大机械效率maxGmax3mg Gn3mg Gn100%100%100%GmaxG动3mg GnGn3mg9如图所示，工人用沿斜面大小为750N 的拉力把一箱重为 1800N 货物从底端匀速拉进车厢此斜面的长为 4m，高为 1.5m.则该斜面的机械效率是_，货物与斜面间的摩擦力是_N.在这个过程中，货物的机械能_（选填“增大”、“不变”或“减小”）【答案】90%75增大【解析】【分析】【详解】工人做的有用功 W有用=Gh=1800N1.5m=2700J，工人做的总功 W总=Fs=750N4m=3000J，斜面的机械效率W有W总=2700J90%，3000JW额s300J 75N，4m克服摩擦做的额外功 W额=W总-W有用=3000J-2700J=300J，由 W额=fs 可得货物与斜面间的摩擦力f 货物从底端匀速拉进车厢，货物质量不变，所以货物的动能不变，重力势能增大，故货物的机械能增大10用如图所示的滑轮组将重85N 的物体匀速提升 2m，用时 10s，已知动滑轮重为 10N，机械效率为 85%。此过程中有用功为_J，额外功为_J，拉力 F 的大小为_N。拉力 F 做功的功率为_W。当该滑轮组的机械效率低于_时，使用它将不再省力。【答案】170 30 50 20 50%【解析】【详解】1拉力做的有用功W有用Gh85N2m170J2由W有用100%=85%得拉力做的总功W总W总=W有用170J 200J85%则额外功为W额外W总W有用200J170J30J3由图知，n2，拉力端移动距离s2h22m4m由 W总Fs得拉力大小W总200JF 50Ns4m4拉力做功的功率P W总200J 20Wt10s5不省力，说明拉力至少等于物重，当FG85N时，此时的机械效率W有用GhGhG85N100%=100%=100%=100%=100%=50%W总FsF2h2F285N当该滑轮组的机械效率低于50%时，使用它将不再省力。11某工地利用如图所示的滑轮组，将重 180 N 的物体竖直向上匀速提起 2 m，用时 5 s。卷扬机的拉力 F 为 80 N（不计绳重和摩擦）。以下相关计算正确的是（）A有用功是 400 JC拉力 F 的功率为 72 W【答案】BD【解析】【分析】【详解】A有用功为B动滑轮的重力为 60 ND动滑轮的机械效率为 75%W有 G物s物=180N 2m=360J故 A 错误；B因不计绳重和摩擦，则动滑轮的重力为G动 nF-G物=380N-180N=60N故 B 正确；C绳子移动的距离为s绳 ns物=32m=6m拉力 F 做的功为W总 Fs绳=80N6m=480J拉力 F 的功率为P 故 C 错误；D滑轮组的机械效率为W总480J=96Wt5s故 D 正确。故选 BD。W有W总=360J=75%480J12如图甲所示，实心物体A 漂浮在水面上，现利用电动机通过滑轮组拉动A，使 A 向下运动（运动过程中始终未碰到定滑轮）。此过程中，电动机拉力F 做的功 W 随时间 t 的变化图象如图乙所示。已知A 的体积为 0.1m3，密度为 0.4103kg/m3，动滑轮重为 300N。不计绳重、摩擦和水的阻力，g 取 10N/kg。下列说法中正确的是（）A物体 A 向下运动过程中，电动机拉着绳子的力逐渐变大B物体 A 受到的最大浮力为 400NC物体 A 向下运动的最小速度为0.2m/sD物体 A 向下运动过程中，滑轮组机械效率的最大值为82.4%【答案】C【解析】【分析】【详解】A由图可知，承担物重的绳子段数n3，电动机拉着绳子的力F 1(G动 F浮GA)n物体 A 向下运动过程中，浮力先变大、后不变，所以电动机拉着绳子的力先变大，后不变，故 A 错误；B物体 A 完全浸没在水中时受到的最大浮力，为F浮液gV排1103kg/m310N/kg0.1m31000N故 B 错误；C由m得，A 的质量VmAAVA 0.4103kg/m30.1m3 40kgA 的重力GA mAg 40kg10N/kg 400N当 A 完全浸没时绳子对物体A 的拉力最大，电动机对绳子的拉力也最大，不计绳重、摩擦和水的阻力，则电动机对绳子的最大拉力11F F浮GAG动1000N 400N 300N 300N33由图乙可知，电动机工作时拉绳子的功率且保持不变，为P 由P W180J180Wt1sWFs Fv可知，绳子自由端运动的最小速度ttv绳P180W 0.6m/sF300N则物体向下运动的最小速度11v v绳0.6m/s 0.2m/s33故 C 正确；D当 A 完全浸没后，滑轮组受到的拉力最大，此时滑轮组的机械效率最大，有用功W有用F浮GAh总功W总 Fs 滑轮组机械效率的最大值1F GAG动3h F浮GAG动h3浮F浮GA1000N 400N100%66.7%F浮GAG动1000N 400N 300NW有用W总FF浮浮GAG动hGAh故 D 错误。故选 C。13如图所示，甲、乙分别为同一滑轮组的不同绕法，忽略绳重及一切阻力，用图甲绕法匀速提升重为 900N 的物体时，机械效率为90%，下列判断正确的是（）A拉力的大小为 450 NB分别用两种方法匀速提升相同重物时，图乙绕法机械效率大C用图乙绕法匀速提升400N 重物时，机械效率为 80%D分别用两种绕法匀速提升相同重物升高相同高度，FB做功少【答案】C【解析】【详解】A忽略绳重及一切阻力，用图甲绕法匀速提升重为900N 的物体时，机械效率为90%，图甲中 n=2，由可得拉力 FA的大小：W有用GhGhGW总FsFnhnFFAG900N 500N，故 A 错误；n290%BD分别用两种绕法匀速提升相同重物时，有用功相同，忽略绳重及一切阻力，克服动滑轮做的功是额外功，因同一滑轮组中动滑轮的重不变、提升高度相同，额外功相同，总功相同（即 FA和 FB做功相同），机械效率也相同，故B、D 错误；C图甲中，根据FA1(G G动)可得动滑轮的重力：2G动 2F1G 2500N 900N 100N；忽略绳重及一切阻力，滑轮组的机械效率W有用W总GhG，GhG动hGG动则用图乙绕法匀速提升400N 重物时，其机械效率为：故 C 正确。G400N100%80%，GG动400N 100N14如图所示，重 300N 的物体在 20N 的水平拉力 F 的作用下，以 0.2m/s 的速度沿水平地面向左匀速直线运动了10s，滑轮组的机械效率为80%，则在此过程中，下列说法正确的是（）A拉力 F 的功率为 12WC绳子自由端移动的距离为2m【答案】A【解析】【详解】A拉力 F 的功率为B物体与地面间的滑动摩擦力为32ND滑轮组做的有用功为120Jp Fv 20N0.2m s3=12W故 A 正确；B滑轮组的机械效率为W有用fhf100%100%100%W总F3h3F所以物体与地面间的滑动摩擦力为f 3F 380%20N=48N故 B 错误；C绳子自由端移动的距离为s 3vt 30.2m s10s=6m故 C 错误；D滑轮组做的有用功为W有用W总Fs 20N0.2m s10s380%=96J故 D 错误。故选 A。15农村建房时，常利用如图所示的简易滑轮提升建材。在一次提升建材的过程中，建筑工人用 400N 的拉力，将重 600N 的建材在 10s 内匀速提高 3m。不计绳重及摩擦，则下列判断正确的是（）A该滑轮的机械效率=75%C滑轮自身的重力为100N【答案】A【解析】【详解】AB滑轮所做的有用功为：B滑轮所做的有用功为1200JD绳子自由端移动的距离大小为3mW有用=Gh=600N3m=1800J，因为是动滑轮，所以拉力移动的距离是物体提高距离的2 倍，即 6m，则拉力做的总功为：W总=Fs=400N6m=2400J，所以动滑轮的机械效率为：故 A 正确，B 错误；W有用1800J100%=100%=75%，W总2400JC不计绳重及摩擦，则拉力为：1F （G G动），2那么动滑轮的重为：G动=2FG=2400N-600N=200N，故 C 错误；D由图知，使用的是动滑轮，承担物重的绳子股数n=2，绳子自由端移动的距离为：s=nh=23m=6m，故 D 错误；故选 A。16如图所示，斜面高为1m，长为 4m，用沿斜面向上大小为75N 的拉力 F，将重为 200N的木箱由斜面底端以0.2m/s的速度匀速拉到顶端，下列判断正确的是（）A重力做功的大小为800JC拉力做功的功率为125W【答案】B【解析】【详解】A由题意可知，重力做功的大小是B斜面对木箱的摩擦力大小为25ND斜面的机械效率为 75%WG Gh 200N1m 200JA错误；B由题意可知，摩擦力所做的功是额外功，总功大小是W总 Fs 75N4m 300J由上述可知，有用功大小是W有用WG 200J那么额外功大小是W额W总-W有用 300J-200J 100J可知斜面对木箱的摩擦力大小是f B正确；W额s100J 25N4mC木箱是匀速运动的，根据P Fv可知，拉力做功的功率是P Fv75N0.2m/s15WC错误；D由上述可知，斜面的机械效率是D错误。故选 B。W有用W总100%200J100%66.7%300J17用图所示的装置将重为为800N 的正方体石料 A 从水中提升出来。在卷扬机对绳子的拉力作用下，使 A 经历了三个过程过程I 为 A 浸没在水中竖直匀速上升的过程，过程为 A 上表面刚露出水面到下表面刚离开水面竖直匀速上升的过程，过程为A 在空中竖直匀速上升的过程。过程 I 中卷扬机对绳子的拉力大小为F=500N。若不计绳重和轮与轴间的摩擦，不计水中提升时水对A 的阻力，不计 A 被提出水面所带水的质量，下列判断中正确的是（）A若过程 I 和过程中提升 A 的高度相同，则两过程中动滑轮所做的有用功相同B过程 I 和过程 II 中卷扬机对绳子的拉力大小相同C过程中提升 A 的机械效率 一定小于 80%D此装置中动滑轮的重力大于200N【答案】CD【解析】【分析】【详解】A过程 I、中动滑轮提供的拉力等于A 的重力减 A 受到的浮力，但过程中物块排开水的体积变小，则浮力不断变小，拉力增大，提升相同的高度，由W Fs可知过程 I 中动滑轮所做的有用功与过程中动滑轮所做的有用功不相等，故错误；B过程 I 和过程 II 中动滑轮提供的拉力大小不同，由F卷扬机11F G=G F浮G动拉动22可知卷扬机对绳子的拉力大小不同，故错误；CD过程 I 中F卷扬机11F拉G动=G F浮G动222F卷扬机 F浮 G G动过程中W有GhGG800N800N=100%80%W总GhG动hGG动2F卷扬机 F浮2500N F浮1000N F浮又因为G800N800N=G G动1000N F浮800N+200N F浮则G动=200N F浮200N故 CD 正确。故选 CD。18为了将放置在水平地面上重为108N，边长为 10cm 的某正方体合金块提升一定高度，设置了甲图所示的滑轮组装置。当用图乙所示随时间变化的竖直向下的拉力F 拉绳时，合金块的速度 v 与合金块上升的高度 h 随时间变化的关系分别如图丙和丁所示。图中连接合金块 G 的轻绳始终保持竖直（不计绳重和摩擦）。则下列四个相关计算结果中正确的是（）A01s 内，合金块对地面的压强是3000Pa B02s 内，拉力 F 做的功是 62.5JC2s3s 内，拉力 F 的功率是 100W【答案】AD【解析】【分析】【详解】在 2s3s 内，读乙图可以知道，此时拉力F为 40N，3 股绳子与动滑轮接触，则动滑轮和合金块受到的拉为为D2s3s 内，滑轮组的机械效率是90%40N3120N读丙图可以知道，这段时间内合金块匀速上升，又因为忽略绳重和摩擦，所以动滑轮和合金块的总重为 120N；此时滑轮组的机械效率为W有FsGhGhG108N 90%W总FsFsF 3h3F340N在这段时间内，读丙图可以知道，合金块上升的速度为2.50m/s，3 段绳子与动滑轮接触，绳子自由端移动的速度为2.50m/s3=7.50m/s拉力 F 的功率为P Fv 40N7.50m/s300W在 02s 时间内，读丁图可以知道，合金块只是在12s 时间上升了 1.25m，三段绳子与动滑轮接触，则绳子自由端移动的距离为1.25m3=3.75m读乙图可以知道，在 12s 时间内拉力 F 为 50N，则拉力 F 做的功为W Fs 50N3.75m187.5J在 01s 内，读乙图可以知道，拉力F为 30N，3 股绳子与动滑轮接触，则滑轮组对动滑轮和合金块的拉力为30N3=90N合金块和动滑轮总重 120N，则合金块对地面的压力为F压120N 90N 30N合金块对地面的压强为p F压30N30N 3000Pa2S10cm10cm0.01m故 A、D 选项正确，符合题意；B、C 选项错误，不符合题意。故选 A、D。19一位建筑工人用如图所示的装置把建筑材料运送到楼上，已知吊篮的质量为m1，建筑材料的质量为 m2，人对绳子的拉力为 F，吊篮在拉力的作用下匀速上升了h，不计绳重及摩擦。下列说法正确的是（）A绳子自由端移动的距离为3hC该滑轮组的机械效率为【答案】BC【解析】【分析】【详解】m2g2FB工人做的有用功为m2ghD使用该装置一定省力A由图知：作用在动滑轮上的绳子有2 段，绳子拉下的长度是s=2h故 A 错误；B有用功为W有用=Gh=m2gh故 B 正确；C总功为W总=Fs=F2h=2Fh机械效率为=故 C 正确；D如果拉力W有用W总=m2ghm2g=2Fh2FF 则装置不省力，故 D 错误。故选 BC。11G G动G G=G2220如图所示，在 40N 的水平拉力 F 作用下，将重 700N 的物体沿水平地面做匀速直线运动，物体与地面间滑动摩擦力为100N。则滑轮组的机械效率为_；若物体的运动速度为 0.2m/s，则拉力 F 的功率为_W。【答案】83.3%24【解析】【详解】1从图中可以看到，有三根绳子托着动滑轮，那么绳端移动的距离s与重物水平移动的距1s，由于物体沿水平地面做匀速直线运动，水平方向受力平衡，可知动3滑轮对重物的拉力是离s的关系是s F f滑100N则滑轮组的机械效率为1100NsW有用F s3100%83.3%100%100%W总Fs40Ns2若物体的运动速度为0.2m/s，那么绳端移动的速度v绳 3v物 30.2m/s 0.6m/s可知拉力 F 的功率为P Fv绳 40N0.6m/s 24W