2020-2021中考物理复习机械效率的计算专项易错题及答案.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F 4拉力做功的功率W总200J50Ns4mP 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。2一台起重机将 3600N 的货物提高 4m，如果额外功是 9600J，则该起重机做的有用功是_J，机械效率是_。【答案】1.44104 60%【解析】【分析】起重机是用来提升重物的，所以对重物做的功是有用功，总功是指有用功与额外功的和，从而根据机械效率的公式，可求得机械效率。【详解】1该起重机做的有用功W有Gh3600N4m 1.44104J2该起重机的机械效率W有1.44104J100%100%60%W总1.44104J9600J3工人用图甲所示的滑轮组运送建材上楼，每次运送量不定，滑轮组的机械效率随建材重力变化的图像如图乙所示，滑轮和绳的摩擦力及绳重忽略不计。则：（1）若某次运送建材的质量为40kg，滑轮组的机械效率是_。动滑轮的重力是_N。（2）若工人在 1min 内将建材匀速竖直向上提升12m，作用在绳上的拉力为500N 时，拉力的功率是_W，运送建材的重力是_N，此时的机械效率是_。【答案】50%400 200 600 60%.【解析】【分析】【详解】(1)1建材质量为 40kg，其重力为G mg=40kg10N/kg=400N由图乙得，当建材重力为400N 时，滑轮组机械效率为50%。2此时机械效率=解得 G动=400N。G400=50%G G动400+G动(2)3滑轮组由一个动滑轮和一个定滑轮组成，与动滑轮相连的绳子有两段，则该滑轮组可以省一半的力，建材向上提升了12m，则绳子段移动的距离为24m，拉力功率P 4滑轮组省一半的力，所以WFs500N24m=200Wtt60sG材+G动=2F解得G材=600N。5此时的机械效率为=G材G材G动=600=60%600+4004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%。20J5如图所示，用相同的滑轮安装成甲、乙两种装置，分别用FA、FB匀速提升重力为GA、GB的 A、B 两物体，不计绳重和摩擦若GAGB，则 甲_乙；若 FA=FB，则GA_GB（选填“”、“”或“=”）【答案】【解析】【分析】【详解】不计绳重和摩擦，克服物体重力做的功为有用功，克服物体重力和动滑轮重力做的功为总功，则滑轮组的机械效率：=100%=100%=100%=100%，因物体的重力 G 越大，1+越小，越大，且动滑轮的重力相等，所以，GAGB时，甲乙；由图可知，n甲=2，n乙=3，由 F=（G+G动）可得，提升物体的重力：G=nFG动，则 FA=FB时，提升物体的重力关系为 GAGB6如图所示，用 8 N 的拉力 F 拉着物体 A 在水平面匀速运动了 1 m。已知物体 A 重 40 N，与水平面的接触面积是100cm2，它在水平面运动时受到的摩擦力是12N，则拉动时重物对地面的压强是_Pa，滑轮组的机械效率是_。【答案】410375%【解析】【详解】1重物对地面的压强为：P FG40N3 410 Pa；42SS10010 m2由图可知，动滑轮上绳子的段数为n=2，绳子自由端移动的距离为：s绳=21m=2m；克服摩擦力做的有用功为：W有 fs=12N1m=12J；总功为：W总 F拉s绳=8N2m=16J；机械效率为：=W有12J100%=100%=75%。W总16J7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 24W8在“再探动滑轮”的实验中，小明用动滑轮将重3N 的钩码匀速向上提升，拉力为2N，2s 内钩码上升 0.2m。此过程中有用功为_J，拉力做功的功率为_W，动滑轮的机械效率为_%。【答案】0.6 0.4 75【解析】【分析】【详解】1拉动的过程中做的有用功就是克服钩码重力所做的功，即为W有 G物s物=3N 0.2m=0.6J2绳子移动的距离为s绳 ns物=20.2m=0.4m拉力所做的功为W总 Fs绳=2N 0.4m=0.8J拉力的功率为P 3动滑轮的机械效率为W总0.8J=0.4Wt2sW有W总=0.6J=75%0.8J9起重机械在四川汶川的救援过程中，发挥了重要的作用；如图所示，吊臂上的滑轮组，可用F 104N的拉力将重为 2.4104N 的吊板提起，如果吊板被匀速提高10 m，则拉力F 做功_J，滑轮组的机械效率是_。【答案】3105 80%【解析】【分析】【详解】1由题图知：与动滑轮相连的绳子共有三段，则拉力F 移动的距离 s 与物体升高的距离 h之间的关系为s 3h；拉力 F 做功是W总 Fs 104N310m 3105J2滑轮组做的有用功是W有用Gh 2.4104N10m 2.4105J滑轮组的机械效率是5JW有2.410100%100%80%5W总310 J10用如图甲所示的装置将实心物体A 从深井中吊出来，拉力的功率随时间的变化如图乙所示，已知动滑轮的重力为60N，物体匀速上升的速度始终为1m/s（不计绳重、摩擦及阻力，水=1103kg/m3，g=10N/kg），则物体浸没在水中时受到的浮力为_N；物体浸没在水中时滑轮组的机械效率为_。【答案】120 80%【解析】【分析】由图甲可知，承担物重的绳子股数n=2，则绳子自由端移动的速度等于物体升高速度的2倍；由图乙可知圆柱体A 离开水面后拉力 F 的功率，利用P Fv求绳子自由端的拉力，而不计绳重、摩擦及阻力，拉力F 1(GAG轮)，据此求 A 的重力；由图乙可知圆柱体2A 在水中拉力 F 的功率，由P Fv得绳子自由端的拉力，不计绳重、摩擦及阻力，拉力1F(GA F浮G轮)，据此求浮力大小；不计绳重、摩擦及阻力，利用2W有GA F浮求物体浸没水中时的机械效率。W总GAG轮F浮【详解】1由图甲可知，n=2，则拉力 F 拉绳的速度v 2vA 21m/s 2m/s由图乙可知，圆柱体 A 离开水面后拉力 F 的功率 420W，由P Fv得，绳子自由端的拉力F P420W 210Nv2m/s不计绳重、摩擦及阻力，拉力F 1(GAG轮)，A 的重力2GA 2FG轮 2210N 60N 360N由图乙可知，圆柱体 A 在水中拉力 F 的功率 300W，由P Fv得，绳子自由端的拉力F 不计绳重、摩擦及阻力，拉力F P300W150Nv2m/s1(GA F浮G轮)，物体浸没在水中时受到的浮力2F浮 GAG轮2F 360N 60N 2150N 120N2物体浸没在水中的机械效率W有GA F浮h100%360N 120N100%80%100%W总360N 120N 60NGA F浮G轮h11高台上的电动车通过如图滑轮组将重力为G 的物体匀速提至高台上（不计绳重和滑轮间摩擦），用时为 t，已知整个过程中电动车的速度为v，受到水平地面的摩擦力为Ff，滑轮组的机械效率为。则下列说法中正确的是（）A电动车的牵引力等于水平地面的摩擦阻力FfB此过程中物体克服重力做功GvtC绳对车的拉力为GD电动车牵引力的功率（+Ff）v2【答案】CD【解析】【分析】【详解】A电动车匀速提升物体，处于平衡态，受平衡力作用，故电动车水平向左的牵引力等于向右的水平地面的摩擦阻力Ff与绳子拉力之和，A 选项错误；B由图可知动滑轮缠绕的绳子股数n=2，则物体竖直方向上移动的速度为v物物体竖直方向上移动的高度为v绳vn2hv物t克服重力做功vt2WGhB 选项错误；C由滑轮组效率Gvt2得绳对车的拉力为W有GhG 100 100 100W总FsnFGGn2FC 选项正确；D由平衡力关系得电动车的牵引力为F牵FFf电动车牵引力的功率PD 选项正确。故选 CD。F sGW牵F牵vFFfvFfvtt212如图，A 物体重力为 100N，B 物体重力为 30N，此时 A 物体恰好向右做匀速直线运动，A 物体受到的滑动摩擦力为其重力的0.2 倍，下列说法正确的是（不计绳重和摩擦）（）AA 物体受到的绳子的拉力为15NB若将 B 物体的重力增加一倍，则A 物体受到的摩擦力为35NC动滑轮拉 B 物体的效率为 75%D若将 A 以 0.1m/s 的速度水平向左匀速拉动，拉力的功率为2W【答案】C【解析】【分析】【详解】AA 物体恰好向右做匀速直线运动，摩擦力等于拉力，由题知，摩擦力f=0.2G=0.2100N=20N故 A 物体受到的绳子的拉力为20N，故 A 错误；B 若把 B 的重增加一倍，但A 与地面的粗糙程度不变，压力也不变，因此A 受到的摩擦力也不会改变，故 B 错误；C由图可知，n=2，A 物体对绳子的拉力等于A 物体受到的绳子的拉力，则动滑轮的重力G动=2F-GB=2f-GB=220N-30N=10N不计绳重和摩擦，则动滑轮拉B 物体的效率=故 C 正确；D若将 A 以 0.1m/s 的速度水平向左匀速拉动，摩擦力水平向右，大小不变，A 物体受到的绳子的拉力不变，则拉力为原来的2 倍，即 40N，拉力的功率P=故 D 错误。故选 C。W有用W总GBhGB30N=75%W有用W额GhG动hGBG动30N 10NW有用WFs=Fv=40N0.1m/s=4Wtt13如图是工人将重 160 N 的物体匀速放下的过程，已知物体下降的距离为3 m，用时 3s，工人的拉力为 50 N，工人质量为 50kg（物体未浸入水中，且不计绳重及摩擦）设此时工人放绳的速度为 v1，滑轮组的效率 1；如果物体完全浸没水中后滑轮的机械效率为 3（物体在水中仍匀速下降，动滑轮不会浸入水中且不计绳重及摩擦，2，已知12 4g 取 10 N/kg）设当物体完全浸没在水中后物体所受的浮力为F浮，工人对地面的压力为 F2.则（）Av1=1 m/s【答案】C【解析】【分析】【详解】A物体下降速度为B1=62.5%。CF2=525 NDF浮=120 Nv h3m=1m/st3s因为有 4 段绳子，所以工人放绳的速度为v1 4v物 41m/s 4m/s故 A 不符合题意；B已知物体下降的距离为3 m，因为有 4 段绳子，所以绳子运动距离s 4h 43m12m放绳子的做的有用功W有用 Gh 160N 3m 480J放绳子的做的总功W总 Fs 50N12m 600J滑轮组的效率1故 B 不符合题意；W有用480J100%100%80%W总600JCD物体未浸入水中时，不计绳重及摩擦，动滑轮受到重物对它的拉力、本身的重力、绳子的拉力，由F 1(GG)可得，动滑轮重力n动G动 4F G 450N 160N 40N已知 1：2=4：3，则物体完全浸没水中后滑轮组的机械效率为2180%60%物体完全浸没水中后，滑轮组对物体的拉力做的功为有用功，不计绳重及摩擦，克服动滑轮重力做的功为额外功，则此时滑轮组的机械效率34342W有用F拉物hF拉物 60%W总F拉物hG动hF拉物40NF浮=G F拉物=160N-60N=100N解得 F拉物=60N；物体的重力为 160N，根据公式可得故 D 不符合题意；完全入水后，动滑轮受到重物对它向下的拉力、本身向下的重力、4 段绳子向上的拉力，由力的平衡条件可得4F绳 F拉物G动则人对绳子的拉力11F绳(F拉物G动)(60N 40N)25N44因为物体间力的作用是相互的，所以绳子对人的拉力也为25N；人的重力为G人 m人g 50kg10N/kg 500N对人进行受力分析可知，人受竖直向下的重力、竖直向下的拉力、竖直向上的支持力，则人受到竖直向上的支持力F支 G人 F绳 500N+25N=525N因为物体间力的作用是相互的，则人对地面的压力为525N，故 C 符合题意。故选 C。14一个斜面高为 h，长为 l，该斜面的机械效率为。现把重为 G 的物体沿斜面匀速向上移动，则物体受到的滑动摩擦力的大小为ABGhGlGhGlGhGCllGhDl-G【答案】D【解析】【分析】【详解】物体沿斜面匀速向上移动过程中，做的有用功W有 Gh总功W总克服物体与斜面摩擦力做的额外功W有=GhW额W总W有=所以，摩擦力的大小GhGh flGhf 故选 D。W额lGhl15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%300J16用一个动滑轮和两个定滑轮组成的滑轮组竖直向上提升物体A，要求滑轮的个数要用完（未画出），实验中，拉力F 随时间 t 变化的关系如图甲所示，物体A 上升的速度 v 随时间变化的关系如图乙所示，不计绳重和摩擦，在12s 内，滑轮组的机械效率为80%，则下列判断中正确的是A物体 A 的重为 1500NB动滑轮的重为 400NC物体 A 从静止开始上升 1s 后，拉力的功率为 500WD若将物体 A 换成重为 900N 的物体 B，则在匀速提升物体 B 的过程中，滑轮组的机械效率将变为 75%【答案】D【解析】【分析】【详解】用一个动滑轮和两个定滑轮组成的滑轮组竖直向上提升物体A，要求滑轮的个数要用完，则承担物重和动滑轮重的绳子段数为3，如图所示：A已知在 1s2s 内，滑轮组的机械效率为80%，由甲图可知，在 12s 内拉力W有用GhG可得物体 A 的重是F 500N，由W总nFhnFGA 3F 3500N 80%1200N故 A 错误；B不计绳重和摩擦，根据F （G物G动）得动滑轮的重是1nG动 3F GA 3500N 1200N 300N故 B 错误；C由甲图知，1s 后的拉力 F=500N，由乙图可知 1s 后物体的速度v物1m/s，则绳子自由端移动的速度v绳 3v物 31m/s 3m/s所以拉力 F 的功率P Fv绳 500N 3m/s 1500W故 C 错误；D若将重物 A 的重力减小为 900N，由于滑轮组不变，不计绳重和摩擦，此时滑轮组的机械效率W有用GhG900N100%75%W总G G动hG G动900N300N故 D 正确。故选 D。17如图所示，用甲、乙滑轮组在相同时间分别将A、B 物体匀速提升相同高度，已知物体受到的重力 GAGB，滑轮组的机械效率甲乙（忽略绳重和摩擦）下列判断正确的是（）A两滑轮组绳端移动的距离相等C甲滑轮组的总功率比乙的小【答案】D【解析】【分析】【详解】B甲滑轮组的有用功比乙的少D甲滑轮组的动滑轮比乙的重A两个物体提升相同的高度h 时，甲滑轮组动滑轮上有三段绳子，所以F甲自由端移动的距离为 3h，乙滑轮组动滑轮上有两段绳子，所以F乙自由端移动的距离为 2h，故 A 错误B根据公式 W有=Gh，由于两物体升高相同的高度，但是GAGB，所以 W有甲W有乙，故B 错误；CW有甲W有乙，甲乙，结合W有W总知，W总甲W总乙，时间又相等，由 P=W知，t甲滑轮组的总功率比乙的大，故C 错误；W额W额甲W额乙W有1D根据，得=1+，因为 甲乙，所以，又因为 W有甲W有W有甲W有乙W有W额W有乙，所以W额甲W额乙，再根据W额 G动h得，G动甲 G动乙，故 D 正确。故选 D。18如图所示，用甲、乙滑轮组在相同时间分别将A、B 物体匀速提升相同高度，已知物体受到的重力GAGB，滑轮组的机械效率甲乙。忽略绳重和摩擦，下列判断正确的是（）A甲滑轮组的动滑轮比乙的重C甲滑轮组的有用功比乙的少【答案】A【解析】【分析】【详解】B甲滑轮组的总功率比乙的小D两滑轮组绳端移动的距离相等由图可知，甲滑轮组绳子的股数为2，乙滑轮组绳子的股数为3，A、B 物体匀速提升相同高度 h，则甲滑轮组绳子自由端运动2h，乙滑轮组绳子自由端运动3h，A、B 物体匀速提升相同高度 h，而GAGB，所以甲滑轮组的有用功比乙的多，即W有甲W有乙而甲乙，由W有用W总可知W总甲W总乙又因为时间相同所以P总甲 P总乙忽略绳子和摩擦，滑轮组机械效率为则W有用G物hG物=W总G物h+G动hG物+G动G G动G物=1动G物G物又因为甲乙，则G动甲G动乙GG又因为GAGB所以G动甲G动乙A甲滑轮组的动滑轮比乙的重，故A 项符正确；B甲滑轮组的总功率比乙的大，故B 项错误；C甲滑轮组的有用功比乙的多，故C 项错误；D甲滑轮组绳端运动长，故D 项错误。故选 A。19如图所示，竖直固定的测力计下端挂一个滑轮组，已知每个滑轮重均为30N，滑轮组下端挂有质量为 30kg 的物体 B，滑轮组绳的末端通过定滑轮沿水平方向与物体A 相连，物体 A 在绳的水平拉力作用下向右做匀速直线运动；用水平向左的力F 拉动物体 A，可使其沿水平桌面向左做匀速直线运动，此时物体B 上升的速度大小为6cm/s。若不计绳重及绳与滑轮的摩擦，g 取 10N/kg，则下列说法中正确的是（）A物体 A 所受滑动摩擦力大小为100NBF 的大小为 220NCF 做功的功率为 42WD提升物体 B 时滑轮组的机械效率约为90.9%【答案】BD【解析】【分析】【详解】A物体 B 的重力GB mBg 30kg10N/kg=300N由图可知，n3，不计绳重及滑轮的摩擦，A 右侧绳子对滑轮组的拉力11F拉(GBG动)300N+30N=110N33因 A 物体向右做匀速直线运动，则由二力平衡条件可得A 物体所受滑动摩擦力f F拉110N故 A 错误；B用水平向左的力 F 拉动 A 可使其沿水平桌面向左做匀速直线运动，因A 对桌面的压力不变、接触面的粗糙程度不变，则A 受到的摩擦力大小不变，又因为A 右侧绳子对 A 的拉力和对滑轮组的拉力由同一根绳子承担，所以两个拉力大小相等，由力的平衡条件可得，此时水平向左的拉力11F f F拉=f(GBG动)110N+300N+30N=220N33故 B 正确；C拉力端移动速度v 3v物 36cm/s=18cm/s=0.18m/s拉力做功的功率P 故 C 错误；WFs Fv 220N0.18m/s=39.6WttD匀速提升物体 B 时，A 对滑轮组的拉力F拉 F f 220N-110N=110N因为滑轮组的机械效率所以此时滑轮组的机械效率W有用GhGhGW总FsF3h3F 故 D 正确。故选 BD。GB300N100%90.9%3F拉3110N20用如图甲所示的装置将实心物体A 从深井中吊出来，人对绳子施加的拉力随时间的变化如图乙所示，已知动滑轮的重力为60N，物体匀速上升的速度始终为1m/s，（不计绳重、摩擦及阻力）。则当物体完全出水之后，拉力的功率为_W，物体浸没在水中时受到的浮力为_N；物体浸没在水中时滑轮组的机械效率为_。【答案】420W120N80%【解析】【分析】【详解】1由乙图可知，物体完全出水后人对绳的拉力大小为210N，绳自由端移动的速度为物体上升速度的 2 倍，此时拉力的功率P F1v1 210N 2m/s 420W2以动滑轮和下方吊起的物体为整体进行受力分析：物体完全脱离水面后，整体在竖直向上的方向上受到两股绳的拉力，竖直向下的方向上受到重力G整 2F1=2210N 420N被吊物体的重力G物 G整G动 420N 60N 360N物体在浸没状态时，整体在竖直向上的方向上受到两股绳的拉力和浮力，竖直向下的方向上受到重力，由此可得F浮 G整2F2 420N 2150N=120N3物体在浸没状态时，绳对物体的拉力F拉 G物 F浮 360N 120N 240N滑轮组的机械效率W有F h240N h100%拉100%100%80%W总F2s150N 2h