2020-2021备战中考物理压轴题之机械效率的计算(备战突破提升)

1、一、初中物理有用功额外功总功机械效率的计算问题1.某实验小组分别用如图所示的甲、乙两个滑轮组（每个滑轮重均为50g）在2s内把重物Gi和G2提高10cm，已知F和F2的大小均为2N,不计绳重及摩擦（g取10N/kg）。下 列说法中不正确的是（）A.重物Gi的重力大小为5.5NB乙滑轮组所做的有用功是0.7JC. Fi和F2做功的功率之比为3:4D.两个滑轮组的机械效率之比为4：3【答案】D【解析】【分析】【详解】A.从图甲可以看到，三条绳子托着动滑轮，动滑轮只是一个，重力大小是G动m动g 0.05kg 10N/kg 0.5N把动滑轮和重物看作一个整体，这个整体处于平衡状态，可知3F1G动G1解

2、得G15.5N，重物G1的重力大小为5.5N,A正确，不合题意；B.在图乙中，把两个动滑轮和重物看作一个整体，这个整体处于平衡状态，可知4F22G动G2解得G27N，重物升高的高度是h20.1m，乙滑轮组所做的有用功是W乙有用G2h27N 0.1m0.7J乙滑轮组所做的有用功是0.7J,B正确，C.重物G1移动的速度是0v1ft1甲图中绳端移动的速度是v绳13v13 0.05m/s0.15m/s不合题意;0.1m0.05m/s2s甲甲 乙乙重物G2移动的速度是h20.1m,V20.05m/st22s乙图中绳端移动的速度是V绳24V24 0.05m/s0.2m/s那么可知F1和F2做功的功率之比

3、是R：P2F1V绳1F2V绳23：Fi和F2做功的功率之比为3:4,C正确，不合题意;D.甲滑轮组所做的有用功是故选Do2._如图所示，重300N的物体在10s内水平均速移动了1.5m，若物体受到地面的摩擦力 为60N，绳端所用的拉力F的功率为12W，则绳端所用的拉力为 _N,滑轮组的机械效率为_o【解析】【分析】W甲有用G1h15.5N 0.1m0.55J所做的总功是W甲总Rs2N 30.1m0.6J乙滑轮组所做的总功是W乙总F2s22N 40.1m0.8J由上述可知，乙滑轮组所做的有用功是W乙有用0.7J，那么两个滑轮组的机械效率之比是甲 乙s甲有用:s乙有用W甲总W乙总0.55J：0.7

4、J0.6J : 0.8J22: 21两个滑轮组的机械效率之比是22: 21；D错误，符合题意。【答案】4075%【详解】1由图可知，滑轮组有两段绳子与动滑轮相连，所以s绳2s物3m绳端运动的速度为t 10s3m=0.3m/s2由题可知，滑轮组所做的有用功为物体克服摩擦力所做的功W有fs物60N?1.5m=90J总功为W总Fs绳40N?3m=120J所以，滑轮组机械效率为=丝100%=-90J100% 75%W总120J3.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F2,机械效率n_牢。（填“”或=”【答案】=【解析】【分析】【详解】1由图可知，不计摩擦及绳重，

5、绳子自由端拉力分别为F1所以F1F22不计摩擦和绳重，两种方式来提起等重的建筑材料到相同高度，则对物体做的有功相同，动滑轮相同，则所做额外功相同。所以机械效率相同，即4.在如图所示的滑轮组中，用大小为5N的拉力F拉动绳端，使物体水平向左匀速滑动1m，不计绳重、滑轮重及绳子与滑轮之间的摩擦，此时滑轮组的机械效率为90%，则物体与地面之间的摩擦力为 _No根据公式P Fv可得，拉力大小为12W0.3m/s=40N摩擦和绳重，则F1【答案】9【解析】【分析】【详解】由图知，n=2,拉力端移动距离s=2s物=2X1m=2m拉力做功W总=Fs=5NX 2m=10J有用功为W有W总=90% 10J = 9

6、J则物体与地面之间的摩擦力为W有= 9JIs 1m5.如图所示，用F=50N的力通过滑轮组水平拉重为80N的物体使其向左匀速运动0.4m,在这个过程中拉力F做功为_J,已知物体受到水平地面的摩擦力为60N，该滑轮组的机械效率为_ （忽略绳子和动滑轮的重力）【答案】4060%【解析】【分析】首先判断滑轮组有几段绳子受力，计算出拉力移动的距离，利用汀=勺拉力做的总功；滑轮组所做的有用功为克服物体A受到摩擦力所做的功，根据=求出其大小，再根据效率公式求出滑轮组的机械效率。【详解】1滑轮组有两段绳子与动滑轮接触，所以有2段绳子有效受力，则绳子自由端移动的距离9N育屯=2/牴.2 x ft.4m 拉力F

7、所做的总功=打埠二TiON X 0.8m = 40J2滑轮组克服摩擦所做有用功W封崔二 /刑=60N冥0.4m = 24)【点睛】本题考查水平使用滑轮组拉力的计算，有两处关键的地方，一是滑轮组水平使用克服的是摩擦力，故题目已知物体重力是个干扰条件；二是对动滑轮上绳子段数n的判断。6.如图是某型号电动轮椅工作原理示意图。开关Si和由绝缘操纵杆控制，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10Q,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Si和S2同时接 _时，电动

8、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Si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

9、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Si和S2同时接2,F2、电动机、电流表串联接滑轮组的机械效率叫用X 100%=2+)40JX100% = 60%甘：f丄在电路中，电路中的总电阻r24V小R总24Q总1A电动机的电阻RMR总-R224Q-10Q14Q解得F 40N，此时电动轮椅受到的阻力是40N。7.如图所示，用相同的滑轮安装成甲、乙两种装置，分别用FA、FB匀速提升相同物体升高到相同的高度，不计绳子重和摩擦。则拉力FA_FB，甲、乙两个滑轮组的机械

10、效率甲_ 乙。（均选填“”或“=”）甲乙【答案】 =【解析】【详解】1由题意可知，两滑轮组中动滑轮的重力相等，提升物体的重力相等，由图可知，n甲=2,n乙=3,不计绳子重和摩擦，则所用的拉力分别为F甲1 n甲(GG动）1(GG动)F乙1(GG动）1(GG动)n乙3所以，甲的拉力大于乙的拉力。2将同一物体在相同时间内匀速提升相同高度时，因不计绳子重和摩擦，拉力做的功等于 克服物体重力和动滑轮重力所做的功，克服物体重力做的功为有用功，所以，拉力做的总W有此时电动机的实际功率22PMIMRM1A 14Q14W此时电动机的实际功率是14W。4设此时电动轮椅受到的阻力是 由题意可知，电动轮椅的机械效率f

11、,电动轮椅在水平路面上匀速前进，牵引力F 2m/s t100W t80%功相等，所做的有用功相等，由有100%可知，甲的效率等于乙的效率。W总&为了将放置在水平地面上重为100N的物体提升一定高度，设置了如图所示的滑轮组装置。当用图甲所示随时间变化的竖直向下的拉力F拉绳时，物体的速度v和物体上升的高度h随时间变化的关系分别如图乙和丙所示（不计绳重和绳与轮之间的摩擦）。下列计算 结果正确的是（ ）A.Os1s内，地面对物体的支持力是10NB. 1s2s内，拉力F做的功是62.5JC. 2s3s内，拉力F的功率是300WD.2s3s内，滑轮组的机械效率是62.5%【答案】C【解析】【分析】

12、【详解】A.从图乙可以看到，时间从第2s到第3s时，速度大小是不变的，这时处于平衡状态，物 体受到的拉力大小等于重物和动滑轮的总重，即F拉G G动3 40N120N由题意可知，0s1s内，地面对物体的支持力符合关系式F支3F拉G G动120N从图甲可以看到，F拉30N，解得F支30N,A错误；B.从图甲可以看到，1s2s内，拉力F的大小是50N，物体上升的高度是1.25m，三条绳 子托着动滑轮，绳端移动的距离是s 3h 3 1.25m 3.75m拉力F做的功是W Fs 50N 3.75m 187.5J拉力F做的功是187.5J,B错误；C.2s3s内，物体匀速运动，绳端也是匀速运动，拉力F的大

13、小是40N,绳端移动的速度v绳3 2.5m/s7.5m/s根据P Fv可知，拉力F的功率P Fv绳40N7.5m/s300W拉力F的功率是300W,C正确；D. 2s3s内，物体上升的高度h 3.75m-1.25m2.5m拉力F的大小是40N,则滑轮组的机械效率10.如图所示，工人师傅用500N的拉力向下拉绳，使重为了3m，此过程中忽略绳重和摩擦，则下列说法正确的是（900N的物体在10s内匀速上升）W有用功100%Gh100%10N2.5m100% 83.3%W总功Fs40N 3 2.5m滑轮组的机械效率约是83.3%,D错误。故选Co9如图所示，利用轻质滑轮组匀速拉动水平地面上重为300N

14、的物体，拉力F的大小为30N物体与地面之间的摩擦力大小为45N，若物体在1s内运动了2m，A处的绳子拉力为_ N,滑轮组的机械效率为_ .（滑轮组摩擦力及绳重不计）【答案】45 50%【解析】【分析】【详解】1如图，物体与地面之间的摩擦力大小为f=45N，物体A向左做匀速直线运动，A处的绳子拉力与物体与地面之间的摩擦力平衡，故绳子拉力为45N；2如图，绳子股数n =3,物体移动的距离s=2m, 滑轮组对物体做的有用功为W有fs45N2m=90J,拉力做的功即总功为：W总F3s30N3 2m=180J,滑轮组的机械效率为；W有90J100%-100%50%W总180J6m 0.6m/s10s可知

15、拉力F的功率为PFFv 500N 0.6m/s300WB错误；C.由题意可知，忽略绳重和摩擦，托着动滑轮的绳子有两条，那么G动G物2F解得G动2F -G物2 500N -900N100N即动滑轮重为100N,C错误；D滑轮组的总功是W总Fs 500N 6m 3000J由上述可知，滑轮组的机械效率为W有用100% 700J100% 90%W总3000JD正确。故选D。11.如图所示，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 自由端均施加大小相等的拉力F,将A、B两个不同的物块匀速提升相同的高度（不计绳重和摩擦）已知A、B两物块重分别为GA、GB,动滑轮重为G0,下列说法正

16、确的是（）A.人通过滑轮组做的有用功为1500JB.拉力F的功率为150WC.动滑轮重为200ND.滑轮组的机械效率为90%【答案】D【解析】【详解】A人通过滑轮组做的有用功是W有用A错误；B.物体在10s内匀速上升了3m, 距离是移动的速度是Gh 900N 3m 2700J托着动滑轮的绳子有两条，那么人手拉的绳子那端移动2 3m 6mB.物块A的重力小于物块B的重力C.若 GO=GB,则甲、乙滑轮组一定都是省力机械【答案】BD【解析】【分析】【详解】A.甲、 乙两滑轮组提升两块物体的质量不同，提升相同高度所做有用功不同，动滑轮质 量相同，不计绳重和摩擦，则滑轮组做额外功相同，它们的机械效率不

17、同，故A项错误;B.在各自的自由端均施加大小相等的拉力F,贝UGA2 F G动，GB3F G动所以GAGA所以甲滑轮组是费力机械, 乙滑轮组绳子端拉力为GB+G _GB+GB一2GB3 3所以乙滑轮组是省力机械，故D.甲滑轮组的机械效率为W有用=GAh GAW总=Fs 2F故D项正确。故选BD。D.甲滑轮组的机械效率为GA2FGA+G动_GA+GB2 22GA2C项错误;甲乙A.甲、乙两滑轮组的机械效率相等12.用如图所示的滑轮牵引小车沿水平地面匀速前进，已知小车的重力G 10N，拉力大小F 15N，该装置的机械效率是60%，则小车与地面之间摩擦力为（）A.27NB.36NC. 18ND.27

18、0N【答案】A【解析】【分析】【详解】由于小车沿水平地面匀速前进，那么绳对小车的拉力等于小车受到地面的摩擦力，即Ff，该装置的有用功是W有Fsfs三段绳子托着动滑轮，那么绳端移动的距离是s 3s，该装置所做的总功是W总Fs 15N 3s可知W有fs有100%；100%60%W总15N 3s解得f 27N。故选A。13.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 75N 4m 300JC.拉力做功的功率为125W【答案】B

19、【解析】【详解】A.由题意可知，重力做功的大小是WGB.斜面对木箱的摩擦力大小为D.斜面的机械效率为75%Gh 200N 1m 200J25N由上述可知，有用功大小是W有用WG200J那么额外功大小是W额W总-W有用300J - 200J100J可知斜面对木箱的摩擦力大小是f W额型25Ns 4mB正确；C.木箱是匀速运动的，根据P Fv可知，拉力做功的功率是P Fv 75N 0.2m/s 15WC错误；D由上述可知，斜面的机械效率是D错误。 故选B。14.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

20、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1 *-1)020*_3乙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 则承担物重和动滑轮重的绳子段数为3,如图所示：W有用100%200J300J100% 66.7%A,要求滑轮的个数要用完,与滑轮的摩擦，g取10N/kg，则下列说法中正确

21、的是（）A.已知在1sz7 2s内，滑轮组的机械效率为80%，由甲图可知，在12s内拉力W有用GhGF 500N,由可得物体A的重是W总nFhnFGA3F3500N 80%1200N故A错误；1一B.不计绳重和摩擦，根据F（G物G动）得动滑轮的重是nG动3F GA3 500N1200N300N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3 1m/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

22、用GhG900N00；00N100%75%故D正确。故选D。W总总、G G动hG615.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A.物体A所受滑动摩擦力大小为100NB. F的大小为220NC. F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GBm

23、Bg 30 kg 10N/kg=300N由图可知，n 3，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F f11F拉=f -（GBG动）110N+-300N+30N =220N故B正确；C.拉力

24、端移动速度v 3v物3 6cm/s=18cm/s=0.18m/s拉力做功的功率W FsPFv 220N0.18m/s=39.6Wtt故C错误；D.匀速提升物体B时，A对滑轮组的拉力220N-110N=110N故D正确。故选BD。16.用如图甲所示的动滑轮提升一批建筑材料。工人竖直向上拉动轻绳的自由端将建筑材料以0.1m/s的速度匀速提升，此过程中，作用在绳子自由端的拉力F所做的功W随时间t的变化关系如图乙所示已知这批建筑材料的总质量为70kg，滑轮的摩擦不可忽略g取10N/kg。下列说法中正确的是（）* M 40. I6D 跖 feQLI f 1AA.绳子自由端拉力做功的功率为80WB.绳子自

25、由端的拉力F大小为400NC.用该滑轮提升这批建筑材料的机械效率约为87.5%D.若用这个动滑轮以0.1m/s的速度匀速提升总质量为100kg的建筑材料，则对绳子自由端竖直向上的拉力的功率为110W【答案】ABC【解析】【分析】【详解】因为滑轮组的机械效率W有用GhGhGW总总、FsF 3h3F所以此时滑轮组的机械效率GB3F拉100%90.9%3 110Nv 0.2m/sA. 由图乙可知，拉力在100s内做功8c WP t103J，则拉力做功功率38 10 J ,100s80W故A项正确；B. 图中使用的是动滑轮，拉力端移动速度v 2v物2 0.1m/s0.2m/s由PW-FsFv可得拉力大

26、小ttL P80WF -400N故B项正确;C.建材受到的重力G mg 70kg 10N/kg 700N则动滑轮机械效率W100%Gh100%W总FsGhG100%700N100%=87.5%2F2 400NF2h100%故C项正确；D.若忽略绳重和滑轮的摩擦力不计，拉力F1G物G动2则动滑轮重力G动2FG物2400N700N100N提升总质量为100kg的建材材料时，建材重力G物mg 100kg 10N/kg 1000N拉力11F G物G动1000N 100N550N22拉力做功的功率P F v 550N 0.2m/s 110W因为不能忽略绳重和滑轮的摩擦力，所以拉力的功率不等于110W，故

27、D项错误。故选ABG17.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( )乙丙A.01s内，合金块对地面的压强是3000Pa B.02s内，拉力F做的功是62.5JC. 2s3s内，拉力F的功率是100WD.2s3s内，滑轮组的机械效率是90%【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

28、, 3股绳子与动滑轮接触，则动滑轮和合金块受到的拉为为40N 3 120N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F s Gh GhW总Fs Fs F 3h在这段时间内，读丙图可以知道，合金块上升的速度为 绳子自由端移动的速度为2.50m/sx3=7.50m/s拉力F的功率为P Fv 40N 7.50m/s 300W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1.25mx3=3.75m读乙图可以知道，在12s时间内拉力F为50N,则拉

29、力F做的功为W Fs 50N 3.75m 187.5J拉力F为30N, 3股绳子与动滑轮接触，则滑轮组对动滑轮30NX3=90NF压120N90N30N合金块对地面的压强为F压P故A、D选项正确，符合题意；故选A、D。18.一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（）3F108N90%3 40N2.50m/s，3段绳子与动滑轮接触,在01s内，读乙图可以知道,和合金块的拉力为合金块和动滑轮总重120N,则合金块对地面的压力为30N30N23000Pa10cm