2019八年级物理下册 12.3机械效率 特殊情况导学案 （新版）新人教版.doc

1机械效率机械效率专题五专题五 特殊情形的机械效率特殊情形的机械效率1如图所示，用滑轮组拉着重 1000N 的物体 A 沿水平地面以 0.5m/s 的速度匀速向左运动了 6s，物体受到地面的摩擦力是 200N，拉力 F 是 125N，则（1）拉力 F 做的有用功为_J；（2）该滑轮组的机械效率为_；（3）拉力 F 的功率为_W。【答案】600J， 80%， 125W。【难易】较易【考点】功、功率、机械效率的计算【解析】 （1）W 有=fs=fv物t=200N×0.5m/s×6s=600J。（2）物体由两根绳子承担，拉力移动的距离 s=2s，=W 有/W总= fS/ F·2S= f/2F=200N/2×125N=80%（3）P=Fv绳=F·2v物=125N×2×0.5m/s=125W2如图所示，用滑轮组拉着重为 600N 的物体沿水平方向向右匀速移动了 8m，拉力 F 做的功为1280J，(不计绳重和摩擦)。（1）拉力的大小为_N；（2）若动滑轮重为 12N，机械效率为_。【答案】80N，92.5%【难易】较易【考点】受力分析；功、功率、机械效率的计算【解析】 （1）拉力通过的距离：s=nh=2×8m=16m由 W=Fs 得 F=W/s=1280J/16m=80N（2）W额=G动·h=12N×8m=96J，W额=W总-W有=1280J-96J=1184J=W有/W总=1184J/1280J=92.5%3如图所示，用一滑轮组拉着一只木块 P 沿水平面以 0.5m/s 的速度匀速向右运动，此时弹簧测力计的读数为 4N，若每只滑轮重 1N，忽略绳重与轴间的摩擦，则该滑轮组的机械效率为_，在 2s 内拉力 F 做的功为_J。【答案】80%；5【难易】较易2【考点】受力分析；功、功率、机械效率的计算【解析】每只滑轮重 1N，有 2 段绳子在拉木块，故拉力 F=1/2（F物+G动）=1/2×（4N+1N）=2.5N，机械效率 =W有/W总=F物·S物/F拉·S拉= 1/2×F物/F拉=0.5×4N÷2.5N=80% 2s 内拉力移动距离 S拉=2S木=2V木t=2×0.5m/s×2s=2m，故拉力做功 W拉=F拉·S拉=2.5N×2m=5J 4如图所示，用一滑轮拉着一只物体 A 沿竖直方向以 0.4m/s 的速度匀速向上运动，此时拉力 F的大小为 100N,物体 A 的重力为 40N，忽略绳重与轴间的摩擦，则该滑轮组的机械效率为_，滑轮的重力为_N，滑轮移动的速度为_m/s，拉力的功率为_W。【答案】80%；20；0.2；20【难易】较易【考点】受力分析；功、功率、机械效率的计算【解析】=W有/W总=G物·h物/F拉·S拉= 2G物/F拉=40N×2÷100N=80% ，对动滑轮做受力分析得 2GA+G动=F拉，故 G动=F拉-2GA=100N-2×40N=20N，v轮=1/2vA=0.5×0.4m/s=0.2m/s，拉力的功率 P=F拉·v轮=100N×0.2m/s=20W。5如图所示，用一滑轮拉着一只物体 A 沿竖直方向匀速向上运动 10m，物体 A 的重力为 30N，滑轮重力为 15N，忽略绳重与轴间的摩擦，则拉力 F 的大小为_N，该滑轮的机械效率为_，拉力做的功为_J。【答案】75；80%；375。【难易】较易【考点】受力分析；功、功率、机械效率的计算【解析】 对动滑轮做受力分析得 2GA+G动=F，故 F =G动2GA=15N2×30N=75N，=W有/W总=GA·h物/F拉·S拉= 2GA/F拉=30N×2÷75N=80% s拉=1/2sA=0.5×10m=5m，拉力 F 做的功 W=F·s=75N×5m=375J。6如图所示，重为 30N 的物体 A 在拉力 F=10N 的作用下，以 0.2m/s 的速度在水平桌面上做匀速直线运动，此时物体 A 与地面间的摩擦力为 4N，则拉力的功率 P= _W，该装置的机械效率 =_。【答案】10；80%。3【难易】较易【考点】受力分析；功、功率、机械效率的计算【解析】v轮=1/2vA=0.5×0.2m/s=0.1m/s，拉力的功率 P=F拉·v轮=10N×0.1m/s=10W。=W有/W总=fA·sA /F·S拉= 2fA/F=4N×2÷10N=80% 7如图所示，物体 A 的质量 m=10kg，在拉力 F 的作用下，物体 A 以 0.2m/s 的速度在水平面上做匀速直线运动，弹簧测力计的示数为 15N，忽略滑轮、弹簧测力计和绳子所受的重力，并且绳子足够长，此滑轮的机械效率为 75%，则物体 A 与水平面间摩擦力 f 的大小为_N；拉力 F 的大小为_N；物体 A 运动 5s 的过程中，拉力 F 所做的功_J。【答案】15； 40；20.【难易】较易【考点】受力分析；功、功率、机械效率的计算【解析】因为弹簧测力计示数为 15N，而同一段绳子的拉力相等，故 f=15N；=W有/W总=fA·sA /F·S拉= 2fA/F=75% ，带入数值得 F=40N；物体 A 运动 5s 的过程中，sA=vAt=0.2m/s×5s=1m，拉力 F 所做的功W=F·s=F·0.5sA=40N×1m÷2=20J。8如图所示，滑轮组在拉力 F1=45N 的作用下，拉着物体 A 以 3m/s 的速度做匀速直线运动，绳子的伸长及滑轮的摩擦不计，拉力 F1的功率为 P1；用该滑轮组拉着物体 B 以 1.5m/s 的速度做匀速直线运动，所用拉力 F2的功率为 P2，滑轮组的机械效率为 75%；已知 P1：P2=3：2，则物体 B 做匀速直线运动时受到的阻力为_ N。【答案】15N【难易】中等【考点】受力分析；功、功率、机械效率的计算【解析】根据滑轮组的结构，向右的拉力 F1与向左的三段绳子拉力平衡，则 F1的速度为3m/s÷3=1m/s，功率 P1=F1v=45N×1m/s=45W，P1：P2=3：2，P2=2/3P1=2÷3×45W=30W，物体B 的速度为 1.5m/s，拉力 F2 的速度为 1.5m/s÷3=0.5m/s，则拉力 F2=P2/v=30W÷0.5m/s=60N，设拉力移动的距离为 L，则阻力 f 移动的距离为 3L，=W有/W总=3fL/F2L=75%，带入数值，解得，阻力 f=15N。9如图所示，用滑轮组拉重 400N 的物体 A 沿水平方向以 0.02m/s 的速度匀速运动，滑轮组的机械效率为 80%。运动中物体 A 受到地面的摩擦阻力为 200N，人对地面的压强为 20000pa。不计绳重、滑轮摩擦，地面上的定滑轮与动滑轮4相连的绳子沿竖直方向，人对绳子的拉力与地面的压力始终竖直向下且在同一直线上。已知人于地的接触面积为 300cm2，则绳子自由端受到的拉力的大小是_ N，人的重力为_ N，绳子自由端运动的速度是_ m/s，动滑轮重为_ N。【答案】125N，725N，0.04m/s，50N。【难易】中等【考点】受力分析；功、功率、机械效率的计算【解析】由 P=F/s 得人对地面的压力 F=PS=20000Pa×300cm2=20000Pa ×3×10-2m2=600N=W有/W总=fL/2F拉L=80%，带入数值，解得，F拉=125N。对人来说，重力=绳子的拉力对地面的压力，即 G=F拉F压= 125N600N=725N。因为本装置中有一只是动滑轮，省一半的力，费一倍的距离，因此，绳子自由端移动的速度应为物体移动速度的 2 倍，即 v绳=2v物=0.02m/s×2=0.04m/s人对绳子的拉力 F拉=125N，则动滑轮的重 G轮=2F拉-f=250N-200N=50N。10如图所示装置，重为 100N 的物体 B，在足够深的水中匀速下沉，通过滑轮组拉着中 600N 的物体 A 沿水平方向匀速运动，在 4s 内物体 A 移动了 0.8m，已知 B=5 水，动滑轮重 12N，不计绳重及滑轮与绳之间的摩擦 （取 g=10N/kg）AB 对绳的拉力是 20NBB 对绳的拉力的功率是 16WCA 物体受摩擦力为 148ND滑轮组的机械效率为 90%。【答案】C【难易】较难【考点】受力分析；功、功率、机械效率的计算【解析】 （1）由平衡条件可得：F拉 B+F浮=GB，GB=BgVB=5水gVB=100N，F浮=水gVB，解得：F拉 B=80N，A 错；速度 vA=s/t=0.8m/4s=0.2m/s，vB=2vA=0.4m/s，功率 PB=F拉 B·vB=80N×0.4m/s=32W，B 错；（2）2F拉 B=F拉 A+G动，G动=12N，F拉 B=80N，解得：F拉 A=148N，因为 A 做匀速直线运动，所以 fA=F5拉 A=148N，C 对；=W 有/W 总×100%=F拉 A·s/F拉 B·2s×100%=148N÷80N×2×100%=92.5%，D 错。11如图所示装置，物体 B 放在水平桌面上，物体 A 通过滑轮组拉住物体 B，此时物体 B 保持静止。小明用竖直向下大小为 2N 的力 F1拉重为 1N 物体 A 时，物体 B 以 0.06m/s 的速度水平匀速向右运动；小明只用水平向左的拉力 F2拉物体 B 时，物体 A 以 0.3m/s 的速度匀速上升。不计轮重、绳重和轴摩擦，则下列判断正确的是A物体 B 受到的滑动摩擦力大小为 6NB水平向左拉物体 B 时，拉力 F2功率为 1.2WC水平向左拉物体 B 时，拉力 F2的大小为 10ND用力 F1竖直向下拉物体 A 时，物体 A 重力的功率为 0.02W【答案】B【难易】较难【考点】受力分析；摩擦力、拉力、功率的计算；二力平衡条件的应用【解析】由滑轮组的结构看出，n=3，则 s=3h；当保持静止时，B 所受的摩擦力 f =3GA=3N，A 错误；当 B 水平匀速向右运动时，f=3（F1+GA）=3×（2N+1N）=9N；水平向左拉物体 B 时，F2-f=3GA；所以 F2=3GA+f=3×1N+9N=12N，C 错误；水平向左拉物体 B 时， B 的移动速度为 vB=vA/3=（0.3m/s）/3=0.1m/s；拉力 F2功率为 P2=F2×vB=12N×0.1m/s=1.2W，B 正确；用力 F1竖直向下拉物体 A 时，物体 A 重力的功率为 PA=GAv=1N×3×0.06m/s=0.18W；故 D 错误。此题应选 B。12如图所示装置，物体 B 是密度为 5×103kg/m3，体积为 2dm3的金属块，它在水中匀速下沉时，通过滑轮组拉着重 180N 的物体 A 在水平面上匀速运动。当用一个水平向左的力 F1拉物体 A，使物体 B 在水中匀速上升（物体 B 未露出水面）时，拉力 F1的功率 P1，滑轮组的机械效率为 1；把物体把 B 换成密度是 9 ×103kg/m3，体积是 1.25dm3的金属块 C 后，使物体 C 在水中匀速上升（物体C 未露出水面） ，用另一个水平向左的力 F2拉物体 A， 拉力 F2的功率 P2，在 3s 内使物体 B 匀速上升0.9m，此时滑轮组的机械效率为 2。已知：两次拉力 F1F2=1011。(不计绳重、滑轮组装置的摩擦及水中的阻力，g 取 10N/kg。)则AG动=10N B1 / 2=2 4/ 25Cf =20N DP2=22W【答案】B【难易】较难【考点】受力分析；功、功率、机械效率的计算6【解析】A、知道物体 B 的密度和体积，利用重力公式和密度公式求物体 B 的重力，再利用阿基米德原理求浸没在水中受到的浮力，由题知，A 匀速运动，不计绳重和摩擦，A 受到的摩擦力 f=（GB-F浮 B+G动）/3，当用一个水平向左的力 F1拉物体 A，使物体 B 在水中匀速上升，F1-f=（GB-F浮 B+G动）/3，可得F1=2f=(2/3)（80N+G动） ；31当把物体把 B 换成金属快 C 后，使物体 C 在水中匀速上升，F2-f=31（GC-F浮 C+G动） ，可得F2=31（100N+G动）+f，由于 F1：F2=10：11，即31（80N+G动）：31（180N+2G动）=10：11，可求动滑轮重；B、1=hGFGhFGBBBB )()(动浮浮 =)()(动浮浮 GFGFGBBBB ，2=hGFGhFGCCCC )()(动浮浮 =)()(动浮浮 GFGFGCCCC ，可求 1：2；C、求出了动滑轮重，可求 f=31（GB-F浮 B+G动） ；D、在 3s 内使物体 B 匀速上升 0.9m，求出物体 B 上升速度，则物体 A 的速度 vA=3vB，求出 F2，利用 P=Fv 求 P2解：A、物体 B 的重力：GB=BVBg=5×103kg/m3×2×10-3m3×10N/kg=100N，在水中受到的浮力：F浮 B=水VBg=1×103kg/m3×2×10-3m3×10N/kg=20N，由题知，A 匀速运动，不计绳重和摩擦，f=31（GB-F浮 B+G动）=31（100N-20N+G动）=31（80N+G动） ，7当用一个水平向左的力 F1拉物体 A，使物体 B 在水中匀速上升，F1-f=31（GB-F浮 B+G动）=31（100N-20N+G动）=31（8 0N+G动） ，F1=2f=32（80N+G动） ，1=hGFGhFGBBBB )()(动浮浮 =)()(动浮浮 GFGFGBBBB 把物体把 B 换成金属快 C 后，使物体 C 在水中匀速上升，物体 C 的重力：GC=CVCg=9×103kg/m3×1.25×10-3m3×10N/kg=112.5N，在水中受到的浮力：F浮 C=水VCg=1×103kg/m3×1.25×10-3m3×10N/kg=1.25N，F2-f=31（GC-F浮 C+G动）=31（112.5N-11.25N+G动）=31（100N+G动） ，F2=31（100N+G动）+f=31（100N+G动）+31（80N+G动）=31（ 180N+2G动） ，2=hGFGhFGCCCC )()(动浮浮 =)()(动浮浮 GFGFGCCCC F1：F2=10：11，即32（80N+G动）：31（180N+2G动）=10：11，解得：G动=20N，B、1=hGFGhFGBBBB )()(动浮浮 =)()(动浮浮 GFGFGBBBB =54 )2020100()20100( NNNNN2=hGFGhFGCCCC )()(动浮浮 =)()(动浮浮 GFGFGCCCC =65 )2025.115.112()25.115.112( NNNNN1：2=24：25，故 B 正确；C、f=31（GB-F浮 B+G动）=31（100N-20N+G动）=31（80N+G动）=31（80N+20N）33.3N，故 C 错；8D、在 3s 内使物体 B 匀速上升 0.9m，vB=0.9m/3s=0.3m/s，物体 A 的速度：vA=3vB=3×0.3m/s=0.9m/s，F2=31（180N+2×20N）=220/3N，P2=F2vA=220/3N×0.9m/s=66W，故 D 错故选 B13如图所示，竖直固定的测力计下端挂一个滑轮组，滑轮组下端挂有物体 B，滑轮组绳的末端通过定滑轮沿水平方向与物体 A 相连。此时物体 A 在绳的水平 拉力作用下向左做匀速直线运动，此时测力计的示数为 450N；在物体 B 下加挂重为 60N 的物体 C 后，用水平向右的力 F 拉动物体 A 使其沿水平桌面向右做匀速直线运动，此时物体 B 上升的速度大小为 5cm/s。已知每个滑轮重均为50N，若不计绳重及滑轮的摩擦，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 100NB水平向右的力 F 的大小为 400NC物体 B 所受重力为 400ND拉力 F 做功的功率为 63W【答案】D【难易】较难【考点】受力分析，滑轮组省力关系，功率的计算(1)当物体 A 向左做匀速直线运动，对定滑轮受力分析：450N=50N+2/3（50N+GB）即 B 的重力：GB=550N；则 A 物体所受摩擦力为 f=F=1/3（G轮+G动）=1/3（50N+550N）=200N（2）当用水平向右的力 F 拉动物体 A 使其沿水平桌面向右做匀速直线运动时对物体 A 受力分析得： F = F”+f=1/3（50N+60N+550N）+200N=420N；因为 B 上升的速度为 0.05m/s，所以 A 的速度为 vA=3×0.05m/s=0.15m/s，P=Fv=420N×0.15m/s=63W。14如图所示，用 24N 的水平拉力 F 拉滑轮，可以使重 20N 的物体 A 以 0.2m/s 的速度在水平地面上匀速运动。物体 B 重 10N，弹簧测力计的示数为 5N 且不变。若不计轮重、弹簧测力计重、绳重和轴摩擦，则下列说法中正确的是（多选）A地面受到的摩擦力为 7N9B滑轮移动的速度为 0.4m/s C水平拉力 F 的功率为 4.8W D在 2s 内绳子对物体 A 所做的功为 4.8J【答案】AD【难易】较难【考点】受力分析；摩擦力、拉力、功率的计算【解析】物体 A 受到向左的拉力等于地面的摩擦力 f地加上 B 的摩擦力 fB，又 F左=1 /2 F=1/ 2 ×24N=12N，而 fB=5N，所以 f地=F左-fB=12N-5N=7N，故 A 正确；滑轮移动的速度 v轮=1 /2 V物=1 /2 ×0.2m/s=0.1m/s，故 B 错；拉力做功功率 P=Fv=24N×0.1m/s=2.4W，故 C 错；s=vt=0.2m/s×2s=0.4m，对 A 做功：W=F左s=12N×0.4m=4.8J，故 D 正确。此题应选 AD。15如图所示，聪明爱玩的小亮将一个滑轮固定在竖直墙壁上，另一个固定在自己的滑板车上，用绳子将两个滑轮组装成滑轮组。小亮站在滑板车上拉动手中的绳子，他用 10N 的拉力在 3s 内，使自己和滑板车一起沿水平地面匀速向墙运动了 1.2m。滑轮重、轴摩擦和绳重均忽略不计。下列说法中正确的是（多选）A竖直墙壁受到的拉力为 20 NB滑板车受到地面的阻力为 30 NC在 3s 内小亮的拉力做功为 36 JD动滑轮对滑板车拉力的功率为 12W【答案】BC【难易】较难【考点】受力分析；摩擦力、拉力、功率的计算，平衡力【解析】读图可知，竖直墙壁受到的拉力由三段绳子承担，每一段的拉力等于小亮作用在绳子自由端的拉力，因此，墙壁所受拉力为 10N×3=30N，故 A 错误；滑板车受到地面的阻力同样由三段绳子承担，每一段的拉力也等于小亮作用在绳子自由端的拉力，当滑板车作匀速运动时，受到平衡力的作用，车与地面的摩擦阻力与总的拉力相等，即 10N×3=30N，故 B 正确；3s 内绳子自由端移动的距离 s=3×1.2m=3.6m，则拉力所做的功为 W=Fs=10N×3.6m=36J，故 C 正确；动滑轮对滑板车的拉力为两段绳子的拉力，即 10N×2=20N，距离为 1.2m，则所做的功 W=Fs=20N×1.2m=24J，功率 P=W/t =24J/ 3s =8W，故 D 错误此题应选 BC。16如图所示，平静的湖面上有两艘小船，绳的一端拴在甲船上，绕过乙船上的滑轮，站在岸上的人用 100N 的力拉绳子的自由端。如果在 20s 内10甲船向右匀速移动了 10m，同时乙船向左匀速移动了 4m，则人拉绳子的功率为_W。【答案】45W【难易】较难【考点】运动和静止的相对性，功率的计算【解析】如果乙船不动，滑轮为定滑轮，甲船向右移动了 10m，则绳子自由端会移动 10m；如果甲船不动，乙船动，则滑轮为动滑轮，乙船向左移动了 4m，则绳子自由端会移动 8m；现在两船都动，故绳子自由端总共移动 18m；故人拉绳子的功率 P=W/t=Fs/t=100N×18m/40s=45W。