中考物理复习：微专题四　功、功率及机械效率的综合计算

微专题四功、功率及机械效率的综合计算1．(2021·黔东南州)如图所示，用滑轮组提升重物时，5s将重90N的物体匀速提升了2m。已知动滑轮重为10N(不计绳重和摩擦)，则提升重物的过程中正确的是(D)A.绳子自由端拉力F的大小为90NB．提升物体的过程中，拉力F做的有用功为200JC．绳子自由端拉力F的功率为36WD．此滑轮组的机械效率为90%2．(2021·丹东)如图所示，重力为6N的物体在4N拉力F的作用下，以0.2m/s的速度沿斜面匀速上升。当物体升高0.6m时，恰好沿斜面前进1.2m的距离(忽略绳重和动滑轮自重)(D)A．物体对斜面的压力为6NB．该装置的机械效率为75%C．物体与斜面间的摩擦力为5ND．拉力F的功率为1.6Weq\o(\s\up7(),\s\do5(第2题图))eq\o(\s\up7(),\s\do5(第3题图))3．(2021·黑龙江)如图所示，一木块沿固定光滑斜面下滑，木块(不计大小)的重力为10N，所受支持力为8N，则木块由斜面顶端滑到底端的过程中，重力做功为__0.6__J，支持力做功为__0__J。4．(2021·锦州)如图所示，将重为40N的物体G沿水平方向匀速直线向左拉动2m，用时5s。已知滑轮组中动滑轮重为6N，绳子自由端拉力F为10N，则物体与地面间的摩擦力为__24__N。绳子自由端拉力F的功率为__12__W，该滑轮组的机械效率为__80%__(不计绳重和滑轮组的摩擦)。5．(2021·大庆)小明同学设计了如图甲所示的滑轮组装置，当施加图乙所示随时间变化的水平拉力F时，重物的速度v随时间t变化的关系如图丙所示。不计绳与滑轮的重量及滑轮转动时的摩擦，绳对滑轮的拉力方向近似看成水平方向。在0～1s内，重物受到地面的摩擦力为__100__N，在2s～3s内，拉力F做功的功率为__300__W。6．(2021·贺州)随着科技的发展，低碳环保电瓶车的出现极大地方便了人们的出行。一天，小明的妈妈驾驶电瓶车送小明上学。假设小明的妈妈驾驶电瓶车是匀速行驶的，电瓶车的牵引力恒为100N，从家到学校的路程是1.5km，用时5min，求：(1)电瓶车行驶的速度是多少m/s；(2)电瓶车受到地面的摩擦力；(3)电瓶车牵引力的功率。解：(1)小明的妈妈骑车的时间：t＝5min＝300s，路程：s＝1500m，则小明的妈妈骑车的速度：v＝eq\f(s,t)＝eq\f(1500m,300s)＝5m/s；(2)电瓶车匀速行驶时处于平衡状态，受到的牵引力和阻力是一对平衡力，二力大小相等。电瓶车受到地面的摩擦力f＝F牵＝100N；(3)电瓶车牵引力的功率：P＝eq\f(W,t)＝eq\f(F牵s,t)＝F牵v＝100N×5m/s＝500W。7．(2021·安徽)如图所示，小明在单杠上做引体向上运动，每次引体向上身体上升的高度为握拳时手臂的长度。已知小明的体重为500N，握拳时手臂的长度为0.6m，完成4次引体向上所用的时间为10s。求：(1)小明完成1次引体向上所做的功；(2)10s内小明做引体向上的功率。解：(1)做引体向上时需要克服重力做功，已知小明体重：G＝500N，每次上升距离：h＝0.6m，小明完成一次引体向上做的功为：W＝Gh＝500N×0.6m＝300J；(2)小明10s内做的总功：W总＝4×300J＝1200J；小明做功的功率：P＝eq\f(W总,t)＝eq\f(1200J,10s)＝120W。8．为了发展文化旅游事业，荆州市正在兴建方特文化主题园，建成后将通过最新的VR技术展示包括楚文化和三国文化在内的五千年华夏文明。园区建设中需把重1200N的木箱A搬到高h＝2m，长L＝10m的斜面顶端，如图所示，工人站在斜面顶端，沿斜面向上用时50s将木箱A匀速直线从斜面底端拉到斜面顶端，已知拉力F的功率为80W。求：(1)拉力F的大小；(2)该斜面的机械效率是多少？(3)木箱A在斜面上匀速直线运动时受到的摩擦力是多大？解：(1)由P＝eq\f(W,t)得，拉力所做的功W总＝Pt＝80W×50s＝4×103J，由W＝FL得，拉力F＝eq\f(W总,L)＝eq\f(4×103J,10m)＝400N；(2)克服物重做功W有＝Gh＝1200N×2m＝2.4×103J，则斜面的机械效率η＝eq\f(W有,W总)×100%＝eq\f(2.4×103J,4×103J)×100%＝60%；(3)木箱A在斜面上匀速运动时克服摩擦做功W额＝W总－W有＝4×103J－2.4×103J＝1.6×103J，由W额＝fL得，木箱A在斜面上匀速运动时受到的摩擦力f＝eq\f(W额,L)＝eq\f(1.6×103J,10m)＝160N。9．(2021·苏州)如图是工人师傅用滑轮组提升建筑材料的示意图，在400N的拉力作用下，使质量为70kg的建筑材料在10s的时间里，匀速竖直上升了2m。不计绳子重力和摩擦，g取10N/kg。求：(1)拉力的功率P；(2)滑轮组的机械效率η；(3)动滑轮的重力G动。解：(1)由图可知，绳子自由端移动的距离：s＝2h＝2×2m＝4m，拉力做的功：W总＝Fs＝400N×4m＝1600J，拉力的功率：P＝eq\f(W总,t)＝eq\f(1600J,10s)＝160W；(2)建筑材料的重力：G＝mg＝70kg×10N/kg＝700N，有用功：W有＝Gh＝700N×2m＝1400J，滑轮组的机械效率：η＝eq\f(W有,W总)×100%＝eq\f(1400J,1600J)×100%＝87.5%；(3)不计绳子重力和摩擦，由F＝eq\f(1,2)(G＋G动)可得，动滑轮的重力：G动＝2F－G＝2×400N－700N＝100N。10．(2021·河北)图甲是一辆起重车的图片，起重车的质量为9.6t。有四个支撑脚，每个支撑脚的面积为0.3m2，起重时汽车轮胎离开地面，图乙是起重机吊臂上的滑轮组在某次作业中将质量为1200kg的货物匀速提升，滑轮组上钢丝绳的拉力F为5000N，货物上升过程中的图象如图丙所示。(不考虑绳重，g取10N/kg)求：(1)提升货物过程中起重车对水平地面的压强；(2)拉力F的功率；(3)提升货物过程中滑轮组的机械效率。解：(1)提升货物过程中起重车对水平地面的压力：F压＝G总＝(m车＋m货物)g＝(9.6×103kg＋1200kg)×10N/kg＝1.08×105N，受力面积：S＝4×0.3m2＝1.2m2，提升货物过程中起重车对水平地面的压强：p＝eq\f(F压,S)＝eq\f(1.08×105N,1.2m2)＝9×104Pa；(2)由图乙可知，滑轮组钢丝绳的有效股数n＝3，由图丙可知，货物在10s内上升的高度h＝2.5m，则钢丝绳移动的距离：s＝nh＝3×2.5m＝7.5m，拉力F做的功：W总＝Fs＝5000N×7.5m＝3.75×104J，拉力F的功率：P＝eq\f(W总,t)＝eq\f(3.75×104J,10s)＝3.75×103W；(3)拉力F在10s内所做的有用功：W有＝G货物h＝m货物gh＝1200kg×10N/kg×2.5m＝3×104J，提升货物过程中滑轮组的机械效率：η＝eq\f(W有,W总)×100%＝eq\f(3×104J,3.75×104J)×100%＝80%11．(2021·成都改编)工人用如图所示装置把重为1000N的物体，从斜面底部匀速拉到2m高的平台上(斜面与水平地面的夹角为30°)，用时20s。工人对绳子的拉力为400N，动滑轮重为20N，不考虑绳重和滑轮转轴的摩擦，求：(1)绳子对物体的拉力；(2)绳子对物体做的功；(3)工人做功的功率；(4)整个装置的机械效率。解：(1)从图中可知绳子的股数n＝2，工人对绳子的拉力为F＝400N，对动滑轮受力分析，受到上面的两段绳子对其竖直向上的拉力、竖直向下的重力和下面的绳子对其竖直向下的拉力F绳，则2F＝G动＋F绳，得出F绳＝2F－G动＝2×400N－20N＝780N，故绳子对物体的拉力也为780N；(2)斜面与水平地面的夹角为30°，平台高2m，根据数学知识可知斜面的长为s＝4m，绳子对物体做的功：W＝F绳s＝780N×4m＝3120J；(3)绳子自由端移动的距离：s′＝2×4m＝8m，工人做的功：W总＝Fs′＝400N×8m＝3200J，工人做功的功率：P＝eq\f(W总,t)＝eq\f(3200J,20s)＝160W；(4)有用功：W有用＝Gh＝1000N×2m＝2000J，整个装置的机械效率：η＝eq\f(W有用,W总)×100%＝eq\f(2000J,3200J)×100%＝62.5%。12．(2021·怀化改编)某工人用如图所示的滑轮组匀速打捞水中的工件。已知工件的体积为30dm3，密度为3×103kg/m3。每个滑轮的重力为20N，不计绳与滑轮间的摩擦、绳重及水的阻力。(已知ρ水＝1.0×103kg/m3，g取10N/kg)求：(1)工件浸没在水中时所受的浮力；(2)工件受到的重力；(3)工件在水中上升过程中滑轮组的机械效率(工件始终浸没在水中，结果保留整数)。解：(1)工件浸没在水中时，排开水的体积V排＝V＝30dm3＝0.03m3，受到的浮力F浮＝ρ水gV排＝1.0×103kg/m3×10N/kg×0.03m3＝300N；(2)根据ρ＝eq\f(m,V)可得，工件的质量：m＝ρV＝3×103kg/m3×0.03m3＝90kg；工件的重力G＝mg＝90kg×10N/kg＝900N；(3)工件在水中上升受到的拉力F拉＝G－F浮＝900N－300N＝600N，工人拉绳子的力F＝eq\f(F拉＋G动,2)＝eq\f(600N＋20N,2)＝310N，滑轮组机械效率：η＝eq\f(W有,W总)×100%＝eq\f(F拉h,Fs)×100%＝eq\f(F拉,nF)×100%＝eq\f(600N,2×310N)×100%≈97%。13．(2021·菏泽)如图所示是一个水位监测仪的简化模型。杠杆AB质量不计，A端悬挂着物体M，B端悬挂着物体N，支点为O，BO＝4AO。物体M下面是一个压力传感器，物体N是一个质量分布均匀的实心圆柱体，放在水槽中，当水槽中无水时，物体N下端与水槽的底部恰好接触且压力为零，此时压力传感器的示数也为零。已知物体N的质量m2＝4kg，高度H＝1m，横截面积S＝20cm2(g取10N/kg，ρ水＝1.0×103kg/m3)。求：(1)物体N的密度ρ；(2)物体M的质量m1；(3)当压力传感器的示数F＝40N时，求水槽内水的深度h。解：(1)物体N的密度为：ρ＝eq\f(m2,V)＝eq\f(m2,SH)＝eq\f(4kg,0.002m2×1m)＝2×103kg/m3；(2)水槽中无水时，物体N下端与水槽的底部恰好接触且压力为零，此时压力传感器的示数也为零，此时杠杆处于平衡状态，根据杠杆的平衡条件可知：m1g×AO＝m2g×BO，则：m1＝m2×eq\f(BO,OA)＝4kg×4＝16kg；(3)M的重力为：G1＝m1g＝16kg×10N/kg＝160N；则A端受到的拉力为：FA＝G1－F＝160N－40N＝120N；根据杠杆的平衡条件可知：FA×AO＝FB×BO，则B端受到的拉力为：FB＝FA×eq\f(AO