中考物理机械效率的计算(大题培优 易错 难题)附答案

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G1和G2提高10cm，已知Fl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G1的重力大小为5.5NB．乙滑轮组所做的有用功是0.7JC．F1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，可知解得，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，可知解得，重物升高的高度是，乙滑轮组所做的有用功是乙滑轮组所做的有用功是，B正确，不合题意；C．重物G1移动的速度是甲图中绳端移动的速度是重物G2移动的速度是乙图中绳端移动的速度是那么可知F1和F2做功的功率之比是F1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所做的总功是乙滑轮组所做的总功是由上述可知，乙滑轮组所做的有用功是，那么两个滑轮组的机械效率之比是两个滑轮组的机械效率之比是；D错误，符合题意。故选D。2．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）【答案】物重（或动滑轮重）Gn×100%【解析】【分析】【详解】[1]已知机械中摩擦力及绳重忽略不计，由可知，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，滑轮组的机械效率，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[3]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，绳子的最大拉力由可得提升的最大物重则滑轮组的最大机械效率3．如图所示，用8N的拉力F拉着物体A在水平面匀速运动了1m。已知物体A重40N，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】4×10375%【解析】【详解】[1]重物对地面的压强为：；[2]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：；克服摩擦力做的有用功为：；总功为：；机械效率为：。4．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与重物水平移动的距离的关系是，由于物体沿水平地面做匀速直线运动，水平方向受力平衡，可知动滑轮对重物的拉力是则滑轮组的机械效率为[2]若物体的运动速度为0.2m/s，那么绳端移动的速度可知拉力F的功率为5．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】0.60.475％【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[2]绳子移动的距离为拉力所做的功为拉力的功率为[3]动滑轮的机械效率为6．如图所示，甲乙两个滑轮组，其中每个大小相同的滑轮质量相同，用它们分别将相同的重物提高到相同的高度，不计绳重及摩擦，下列说法正确的是（）A．两滑轮组绳自由端拉力相等 B．两滑轮组机械效率相等C．乙滑轮组的额外功多 D．甲滑轮组绳自由端移动的距离多【答案】C【解析】【详解】A．由图可知，，n乙=4，不计绳重和摩擦，则，两滑轮组绳自由端拉力不相等，故A错误；B．不计绳重和摩擦，滑轮组的机械效率，两滑轮组机械效率不相等，故B错误；C．两滑轮组的额外功；故乙滑轮组的额外功多，故C正确；D．两滑轮组绳自由端移动的距离，则乙滑轮组绳自由端移动的距离多，故D错误；故选C。7．用如图所示的滑轮组拉动物体A，使物体A以0.2m/s的速度水平向左匀速运动10s。已知物体A重500N，物体A受到的摩擦力为120N，拉力F的功率为30W。下列说法正确的是（）A．绳子自由端移动的距离为2mB．拉力F的大小为40NC．滑轮组的机械效率为80%D．滑轮组对物体A所做的功为1000J【答案】C【解析】【分析】【详解】A．由图知，，绳子自由端移动的距离的速度为则绳子自由端移动的距离为故A错误；B．由可得拉力的大小故B错误；CD．物体移动的距离为滑轮组对物体所做功为总功为滑轮组的机械效率为故C正确，D错误。故选C。8．如图是工人将重160N的物体匀速放下的过程，已知物体下降的距离为3m，用时3s，工人的拉力为50N，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η1；如果物体完全浸没水中后滑轮的机械效率为η2，已知（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，g取10N/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（）A．v1=1m/s B．η1=62.5%。 C．F2=525N D．F浮=120N【答案】C【解析】【分析】【详解】A．物体下降速度为因为有4段绳子，所以工人放绳的速度为故A不符合题意；B．已知物体下降的距离为3m，因为有4段绳子，所以绳子运动距离放绳子的做的有用功放绳子的做的总功滑轮组的效率故B不符合题意；CD．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，由可得，动滑轮重力已知η1：η2=4：3，则物体完全浸没水中后滑轮组的机械效率为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则人对绳子的拉力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。9．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】580%【解析】【分析】【详解】物体2s移动的距离：s=vt=0.5m/s×2s=1m，∵使用的是动滑轮，∴拉力移动的距离：s′=2s=2×1m=2m，拉力做功：W=Fs′=2.5N×2m=5J；∵物体受到的摩擦阻力是物重的0.2倍，∴f=0.2G=0.2×20N=4N，滑轮的机械效率：η====80%．故答案为5，80%．10．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450NB．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：，故A错误；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，根据可得动滑轮的重力：；忽略绳重及一切阻力，滑轮组的机械效率，则用图乙绕法匀速提升400N重物时，其机械效率为：，故C正确。11．工人师傅利用如图所示的两种方式将重均为300N的货物从图示位置向上缓慢提升一段距离。F1、F2始终沿竖直方向；图甲中OB＝2OA，图乙中动滑轮重为60N，重物上升速度为0.01m/s。不计杠杆重、绳重和摩擦，则下列说法正确的是A．甲乙两种方式都省一半的力B．甲方式F1由150N保持不变C．乙方式机械效率约为83.3%D．乙方式F2的功率为3W【答案】BC【解析】【详解】A．甲图中，F1为动力，已知OB＝2OA，即动力臂为阻力臂的2倍，由于不计摩擦、杠杆自重，由杠杆平衡条件可知，动力为阻力的一半，即F1＝150N；由图乙可知，n＝3，不计绳重和摩擦，则（G+G动）=（300N+60N）＝120N，故A错误；B．甲图中，重力即阻力的方向是竖直向下的，动力的方向也是竖直向下的，在提升重物的过程中，动力臂和阻力臂的比值不变，故动力F1为150N不变，故B正确；C．不计绳重和摩擦，乙方式的机械效率为：，故C正确；D．乙方式中F2＝120N，绳子的自由端的速度为v绳＝0.01m/s×3＝0.03m/s，则乙方式F2的功率为：P＝F2v绳＝120N×0.03m/s＝3.6W，故D错误。12．如图所示，物体A在拉力的作用下沿水平面匀速运动了一段距离s，试比较拉力F1、F2及拉力所做的功W1、W2的大小（滑轮重、绳重及绳与滑轮之间的摩擦不计）。下列判断正确的是A．F1=2F2W1=W2B．F1=F2W1=W2C．F1=4F2W1=W2D．F1=F2W1=W2【答案】C【解析】【详解】物体A在两种情况下的摩擦力f相等，上图滑轮是动滑轮，下图滑轮的轴固定不动，可以看做是特殊使用的定滑轮。则：F1=2fF2=f故：F1=4F2根据功的公式可知：W1=F1×s=2f×s=fsW2=F2×2s=f×2s=fs故：W1=W2，故选C。13．如图所示，用规格相同的滑轮组成甲、乙两个滑轮组，分别将两个重力相同的物体G1和G2在相同时间内匀速提升相同高度，若不计绳重和摩擦，比较甲、乙两滑轮组，下列说法正确的是A．甲滑轮组省力，乙滑轮组的机械效率大B．乙滑轮组省力，乙滑轮组的机械效率大C．乙滑轮组省力，甲滑轮组的机械效率大D．甲、乙滑轮组做的有用功相同，甲、乙滑轮组机械效率一样大【答案】D【解析】【详解】由题知，动滑轮重相同，提升的物体重也相同，不计绳重及摩擦，拉力，由图知，n甲=3，n乙=2，则绳端的拉力分别为：，，所以，则甲滑轮组更省力；因为不计绳重及摩擦，动滑轮重相同，提升的物体重和高度都相同，由、可知，利用滑轮组做的有用功相同、额外功相同，则拉力做的总功相同，因为，所以两滑轮组的机械效率相同；综上所述，故选D。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1～2s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1s～2s内，滑轮组的机械效率为80%，由甲图可知，在1～2s内拉力，由可得物体A的重是故A错误；B．不计绳重和摩擦，根据得动滑轮的重是故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，则绳子自由端移动的速度所以拉力F的功率故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故D正确。故选D。15．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GA＞GB，滑轮组的机械效率η甲＜η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 B．甲滑轮组的有用功比乙的少C．甲滑轮组的总功率比乙的小 D．甲滑轮组的动滑轮比乙的重【答案】D【解析】【分析】【详解】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GA＞GB，所以W有甲＞W有乙，故B错误；C．W有甲＞W有乙，η甲＜η乙，结合知，W总甲＞W总乙，时间又相等，由P=知，甲滑轮组的总功率比乙的大，故C错误；D．根据，得=1+，因为η甲＜η乙，所以，又因为W有甲W有乙，所以，再根据得，，故D正确。故选D。16．如图甲所示的装置，A是重15N的空吊篮，绳子B和C能承受的最大拉力分别为100N和50N。质量为50kg的小张同学将A提升到高处，施加的拉力F随时间变化关系如图乙所示，A上升的速度v随时间变化关系如图丙所示。忽略绳重及摩擦，常数g取10N/kg。下列结论正确的是（）A．动滑轮的重力为9NB．第2s内拉力F的功率为40WC．此装置最多能匀速运载80N的货物D．此装置提升重物的最大机械效率为85%【答案】BC【解析】【分析】【详解】A．由图丙可知，在1~2s内物体匀速运动，图乙可知，拉力为10N，由图甲知绳子股数n=2，则根据即解得G动=5N故A错误；B．第2s内绳子自由端的速度为第2s内拉力F的功率为故B正确；C．当拉力最大为50N时，可以拉动物重为绳子B不断，故C正确；D．由C可得，重物最重为80N，则最大的机械效率为故D错误。故选BC。17．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Ⅱ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Ⅲ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Ⅱ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Ⅲ中提升A的机械效率η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、Ⅱ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Ⅱ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，由可知过程I中动滑轮所做的有用功与过程Ⅱ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，由可知卷扬机对绳子的拉力大小不同，故错误；CD．过程I中过程Ⅲ中又因为则故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（）A．0~1s内，合金块对地面的压强是3000Pa B．0~2s内，拉力F做的功是62.5JC．2s~3s内，拉力F的功率是100W D．2s~3s内，滑轮组的机械效率是90%【答案】AD【解析】【分析】【详解】在2s~3s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/s×3=7.50m/s拉力F的功率为在0~2s时间内，读丁图可以知道，合金块只是在1~2s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1.25m×3=3.75m读乙图可以知道，在1~2s时间内拉力F为50N，则拉力F做的功为在0~1s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30N×3=90N合金块和动滑轮总重120N，则合金块对地面的压力为合金块对地面的压强为故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．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