备战2025年中考科学考前抢分秘籍（浙江新统）通关14 功和功率 机械效率（解析版）

通关14功和功率机械效率考点预测概率预测题型预测功的判断和计算☆☆☆选择题、填空题功率计算牵引力的计算☆☆选择题、填空题机械效率☆☆选择题、解答题(可先根据下列要点回答，若有疑问，可查阅中考科学（物理部分）知识点随身记)功与功率是中考试卷中的考试内容，同时也是必考内容。但对功和功率的考查，考题形式多种多样，常见的考题有选择题、填空题和计算题。机械效率是考查热点，其考査方向主要是机械效率的概念、机械效率的简单计算和测量滑轮组的机械效率。1、做功与否的判断，做功的计算问题，尤其是在非恒力做功时要利用功是能量转化量度分析。2、功率是做功快慢的物理量，注意公式变形的应用环境，还有汽车在爬坡的变挡位问题分析。功和功率也是和力相关内容，所以受力分析的准确性也是答题的关键。3、功率和机械效率是两个不同的概念，功率表示物体做功的快慢，即单位时间内所做的功；机械效率表示机械做功的效率，即所做的总功中有多大比例的功是有用的。它们之间的物理意义不同，也没有直接联系，功率大的机械，机械效率不一定大；机械效率高的机械，功率也不一定大。题型一功的判断和计算（2023•余杭区模拟）如图有两个完全相同的弹簧秤，分别用恒力F拉着弹簧秤使不同物体按照甲、乙图示位置做匀速直线运动。下列说法正确的是（）A．甲、乙两图中弹簧秤示数一定相等 B．甲、乙两图中两物体所受的摩擦力一定相等 C．甲物体在运动过程中拉力F所做的功大于克服摩擦力所做的功 D．乙物体在运动过程中拉力F所做的功等于克服重力所做的功【解答】解：A、由题意可知：两个完全相同的弹簧秤，分别用恒力F拉着弹簧秤使不同物体按照甲、乙图示位置做匀速直线运动，弹簧秤受到平衡力作用，所以两个弹簧秤示数相同，都是F，故A正确；B、物体在水平桌面上做匀速直线运动，表明该物体在受到弹簧秤的拉力和物体受到的摩擦力这一对平衡力的作用，即受到的摩擦力等于拉力，所以甲物体受到的摩擦力是F；乙物体在斜面上匀速向上运动时，物体受到沿斜面向上的拉力、沿斜面向下的摩擦力和重力沿斜面向下的分力，所以物体乙受到的摩擦力小于F，故甲图中物体所受摩擦力大于乙图，故B错误；C、由于甲图受到的摩擦力等于拉力，甲物体在运动过程中拉力F所做的功等于克服摩擦力所做的功，故C错误；D、乙图物体在斜面上运动，拉力做功等于克服物体重力做功与克服摩擦力做功之和，因而乙物体在运动过程中拉力F所做的功大于克服重力所做的功，故D错误。故选：A。（1）物体做匀速直线运动时，此时物体处平衡状态，可根据一个力的大小、方向，确定另一个力的大小和方向。（1）物体做匀速直线运动时，此时物体处平衡状态，可根据一个力的大小、方向，确定另一个力的大小和方向。（2）当物体沿斜面做匀速向上运动时，对物体进行受力分析，然后解答。（3）根据功的计算公式W＝Fs确定拉力做功和克服摩擦力做功的多少；（4）斜面上拉力做功等于克服物体重力做功与克服摩擦力做功之和。（2023•台州模拟）如图甲是某小区使用的一种垃圾投放装置，即方便又卫生，其侧面模式图如图乙所示，人向下拉吊把就能打开垃圾桶桶盖，桶盖所受的重力可视为集中在桶盖中心。下列说法正确的是（）A．装置中的滑轮是动滑轮 B．绳子拉起桶盖瞬间，桶盖是费力杠杆 C．装置中的滑轮改变了使用者施力的方向 D．用此装置拉起桶盖比直接打开桶盖做功更少【解答】解：AC、由图可知，垃圾桶盖使用过程中，滑轮轴固定不动，所以该装置中的滑轮为定滑轮；定滑轮实质相当于等臂杠杆，不省力，可以改变力的方向，故A错误，C正确；B、由图可知，垃圾桶盖使用过程中，动力臂大于阻力臂，属于省力杠杆，故B错误；D、使用任何机械都不省功，故D错误。故选：C。（2024•瓯海区校级模拟）如图所示，水平板上有质量m＝1.0kg的物块，受到随时间t变化的水平拉力F作用，用力传感器测出相应时刻物块所受摩擦力Ff的大小。g取10N/kg，则下列判断正确的是（）A．5s内拉力对物块做功为零 B．4s末物块所受合力大小为1.0N C．物块与木板之间的动摩擦因数为0.3 D．物块先处于静止状态，后做匀速运动【解答】解：A、在0﹣4s内，物体所受的摩擦力为静摩擦力，物体未移动，所以拉力不做功；4s末开始运动，4﹣5s内物体沿拉力运动了一段距离，拉力对物体做了功，故A错误；B、由F与t图象，4s末拉力F＝4N，由Ff与t图象可知此时摩擦力Ff＝4N，所以两力的合力为0，故B错误；C、由Ff与t图象可知，滑动摩擦力f＝3N，则由f＝μmg；所以μ=fD、在0﹣4s内，物体所受的摩擦力为静摩擦力，物体处于静止状态；4s末物体开始运动，由F与t的图象，5s后拉力F＝5N，摩擦力f＝3N，则合力F合＝F﹣f＝5﹣3＝2N，所以物体会加速运动。即物体先处于静止状态，后做加速运动。故D错误。故选：C。（2024•西湖区校级模拟）如图所示，物体A的重力为180N，物体B的重力为15N。物体A受到一个水平向右的拉力F，拉力F的功率为3W，在拉力F的作用下，物体B在2s内匀速上升0.3m。不计滑轮、绳子的自重及它们之间的摩擦，下列说法正确的是（）A．拉力F做的功等于物体B克服重力做的功 B．2s内，物体B克服重力做功5.4J C．拉力F大小为40N D．物体A向右做匀速直线运动的速度为0.3m/s【解答】解：B、2s内，物体B克服重力做功W有用＝Gh＝15N×0.3m＝4.5J，故B错误；A、拉力做的总功W总＝Pt＝3W×2s＝6J，所以拉力F做的功大于物体B克服重力做的功，故A错误；CD、物体上升速度v物=ℎt=0.3m2s=由P=Wt=故选：C。（2024•越城区校级一模）如图甲所示，一段粗糙程度相同的水平面和一个光滑的圆弧槽在B点处相连。质量为m的物体从离水平面高h的A点由静止释放，BC长为3m，最后静止于水平面上的C点。如图乙所示，若在水平面上的D点处再连接一个光滑的圆弧槽，且BD长为0.7m，物体从A点由静止释放，第一次到达左侧圆弧槽的E点，之后再下滑直至最终静止。（1）甲图中，物体从A点滑到水平面时，重力所做的功为（用题中符号表示）。物体从B点到C点的过程中，能量转化的情况是。（2）乙图中，最后物体静止于水平面上的位置距B点m。【解答】解：（1）物体从A点滑到水平面时，重力做的功为：W＝Gh＝mgh；（2）甲图中，物体在BC段运动时，克服阻力做功，将动能转化为内能，直至动能为零；乙图中，两侧都是光滑的圆弧槽，圆弧槽上运动时，机械能不减小，因而在水面上的运动的距离相等，故先来回运动4×0.7m＝2.8m，然后再从B向左运动3m﹣2.8m＝0.2m，最后物体静止于水平面上的位置距B点0.2m。故答案为：（1）mgh；动能转化为内能，直至动能为零；（2）0.2。题型二功率计算牵引力的计算（2024•瓯海区校级模拟）如图所示，绳子通过一个定滑轮悬挂一个重100N的物体，一人拉着绳端从A向B走过6m用了5s，物体被匀速提高2m，若不计绳与滑轮的摩擦和绳重，则下列说法正确的是（）A．人拉绳子做功为200J，平均功率为40W B．拉力大于100N，功率为120W C．拉力做功为600J，功率为120W D．人的拉力拉过的距离不知，无法求出拉力做的功和功率【解答】解：因为不计绳与滑轮的摩擦和绳重，此机械为理想机械，根据功的原理，使用机械做的功等于直接用手做的功。直接用手做的功是：W手＝Gh＝100N×2m＝200J．所以用机械做的功也是200J。P=W故选：A。定滑轮不省力，因为不计绳与滑轮的摩擦和绳重，所以F＝G．公式化W＝Fs中距离必须是在力的方向上通过的距离。定滑轮不省力，因为不计绳与滑轮的摩擦和绳重，所以F＝G．公式化W＝Fs中距离必须是在力的方向上通过的距离。因为此机械为理想机械，根据功的原理，使用机械做的功等于直接用手做的功。已知时间和做的功，由公式P=W（2023•宁波模拟）甲、乙两铁块如图连接，吸附在竖直且足够长的固定磁板两侧，m甲＝2.5kg，m乙＝3kg、G动＝5N，甲以0.2m/s的速度竖直向下匀速直线运动，磁性平板对甲、乙的磁力相同（细绳足够长且处于竖直拉伸状态，不计绳重和绳与滑轮的摩擦，磁性平板对其他器材无磁力作用且接触面粗糙程度都相同）。下列说法不正确的是（）A．磁性平板对甲乙的摩擦力相同均为5N B．甲所受拉力为20N C．乙所受拉力的功率为1.5W D．3s内甲、乙克服摩擦力做功不相等【解答】解：AB．甲、乙两铁块的重力分别为：G甲＝m甲g＝2.5kg×10N/kg＝25N，G乙＝m乙g＝3kg×10N/kg＝30N，因滑动摩擦力的大小只与压力的大小和接触面的粗糙程度有关，所以，由磁性平板对甲、乙的磁力相同和接触面粗糙程度相同可知，甲、乙受到的摩擦力f大小相等；由题知，甲以0.2m/s的速度竖直向下匀速直线运动，对甲进行受力分析可知，甲受到竖直向下的重力G甲和竖直向上的摩擦力f、绳子的拉力F甲的作用处于平衡状态，由甲受到的合力为零可得：G甲＝f+F甲，即25N＝f+F甲﹣﹣﹣﹣﹣①对乙进行受力分析可知，乙受到竖直向下的重力G乙、摩擦力f和竖直向上绳子的拉力F乙的作用处于平衡状态，由乙受到的合力为零可得：G乙+f＝F乙，即30N+f＝F乙﹣﹣﹣﹣﹣②由图可知，滑轮组绳子的有效股数n＝2，不计绳重和绳与滑轮的摩擦，则有：F甲=1n（F乙+G动），即F甲=12由①②③可得：f＝5N，F甲＝20N，F乙＝35N，故AB正确；C．由v甲＝nv乙可得，乙物体上升的速度：v乙=1nv甲则乙所受拉力的功率：P乙=W乙t=FD．甲、乙运动的路程关系为s甲＝ns乙＝2s乙，即甲、乙运动的路程不同，由W＝fs可知，3s内甲、乙克服摩擦力做功不相等，故D正确。故选：C。（2023•萧山区模拟）如图1，一物体放在水平地面上，已知物体所受水平拉力F随时间t的变化情况如图2所示，物体相应的速度v随时间t的变化关系如图3所示。则下列说法正确的是（）A．物体在0﹣2s时，只受到一对平衡力的作用 B．物体在2﹣6s时，受到的摩擦力为3N C．物体在6﹣8s内，克服摩擦力所做的功是18J D．t＝7s时，拉力F对物体做功的功率是6W【解答】解：A、由图3可知，物体在0﹣2s时静止，由力的平衡条件可知，此时物体在竖直方向上受到的重力和支持力是一对平衡力，在水平方向上受到的拉力和摩擦力是一对平衡条件，因此此时物体受到两对平衡力作用，故A错误；C、由图3可知，物体在6﹣8s内物体做匀速直线运动，速度v＝3m/s，由v=s由图2可知此时物体受到的拉力F＝2N，由二力平衡条件可知，物体受到的滑动摩擦力：f＝F＝2N，则物体在6﹣8s内，克服摩擦力所做的功：W＝fs＝2N×6m＝12J，故C错误；B、由图3可知，物体在2﹣6s时物体做加速运动，此时物体受到的摩擦为滑动摩擦，此时物体对地面的压力和接触面的粗糙程度没有发生变化，由滑动摩擦力影响因素可知，此时物体受到的摩擦力不变，仍为2N，故B错误；D、由图3可知，t＝7s时物体的运动速度v＝3m/s，由图2可知此时物体受到的拉力F＝2N，则拉力F对物体做功的功率：P=W故选：D。（2023•杭州模拟）如图所示，用10N的水平拉力F拉滑轮，使足够长的物体A以0.4m/s的速度在水平地面上匀速运动，弹簧测力计的示数为3N。下列说法正确的是（不计滑轮、弹簧测力计、绳重及滑轮摩擦）（）A．地面对A的摩擦力为3N B．绳子拉物体A的功率为2W C．物体B受到的摩擦力为3N，方向水平向左 D．在运动过程中若将拉力F增大到12N，弹簧测力计的示数也增大【解答】解：AC、B静止处于平衡状态，水平方向上受到向左的拉力和A给它的右向的摩擦力的作用，由力的平衡条件可得，B受到的摩擦力f＝F示＝3N，方向水平向右；由于物体间力的作用是相互的，B对A的摩擦力的方向水平向左，大小为3N；A沿水平方向向右做匀速直线运动，A在水平方向上受力平衡；图中的滑轮为动滑轮，2段绳子向左的拉力与F平衡，即2F绳＝F，则F绳=12F则地面对A的摩擦力f'＝F绳﹣f＝5N﹣3N＝2N，故AC错误；B、绳子拉物体A的功率：P＝F绳v物＝5N×0.4m/s＝2W，故B正确；D、在运动过程中若将拉力F增大，但是AB间的压力大小和接触面的粗糙程度不变，则AB间的摩擦力不变，且物体B仍然静止，由二力平衡条件可知，测力计的示数不变，仍为3N，故D错误。故选：B。（2024•台州一模）智能制造融合到快递业，出现了智能快递车，如图甲。某次快递运送，该车在粗糙程度相同的平直路面上由静止开始运动，速度v随时间t变化关系如图乙。（1）第7～15分钟，智能快递车移动的距离是多少米？（2）该车轮胎与地面的总接触面积为0.02米2，轮胎能承受的最大压强为2×105帕，空载质量为250千克。求该车的最大载重量是多少千克？（3）在7～15分钟内，该车动力做功的功率是150瓦。请在图丙中画出这段时间内动力F随时间t变化的关系图像。【解答】解：（1）由图知第7～15分钟，智能快递车移动的速度为5m/s，距离是：s＝vt＝5m/s×（15﹣7）×60s＝2400m；（2）该车对地面的最大压力为：F压＝pS＝2×105Pa×0.02m2＝4000N，空载时的重力：G＝mg＝250kg×10N/kg＝2500N，最大载重G载＝F压﹣G＝4000N﹣2500N＝1500N，该车的最大载重量为：m=G（3）在7～15分钟内，该车动力做功的功率是150瓦，根据P=WF=P这段时间内动力F随时间t变化的关系图像如下图所示：。（2024•舟山模拟）在“双碳”目标背景下，2021年我国新能源汽车产销量均超350万辆。如图所示是我国某品牌厂商生成的某款型号电动汽车，其部分参数如表。汽车的整备质量1900kg电动机额定功率90kW每个车轮与地面的接触面积40cm2电池的容量43.2kW•h每百公里耗电9.4kW•h快充至80%电量时间40min（1）若电动汽车空载静止时，对水平地面的压强为多少？（2）若该电动汽车在额定功率下以20m/s的速度在水平路面匀速直线行驶10min，求该过程中电动车通过的距离和电动车受到的阻力各是多少？（3）在电动汽车快充过程中，充电桩的额定输出功率为多少？（4）规格相近的某燃油车每百公里耗油6.5L，与燃油车相比，电动车每行驶100km会向空气减少排放多少二氧化碳？（已知使用1kW•h电平均排放二氧化碳0.785kg，每消耗1L汽油平均排放二氧化碳2.7kg）【解答】解：（1）电动汽车的重力：G＝mg＝1900kg×10N/kg＝1.9×104N；电动汽车空载静止时对水平地面的压力：F压＝G＝1.9×104N，则电动汽车空载静止时对水平地面的压强：p=F压S（2）由v=st可知，电动汽车通过的距离：s＝vt＝20m/s×10×60s＝1.2×10由表中数据可知，电动机额定功率P＝90kW＝9×104W，由P=Wt=因为电动汽车在水平路面匀速直线行驶，所以，由二力平衡条件可知，电动汽车受到的阻力：f＝F＝4500N；（3）由表中数据可知，快充至80%电量时消耗的电能：W＝80%×43.2×103W×3600s＝1.24416×108J，则充电桩的额定输出功率：P=Wt=（4）由题意可知，电动车每行驶100km排放的二氧化碳质量：m电碳＝9.4×0.785kg＝7.379kg，行驶100km某燃油车排放的二氧化碳质量：m油碳＝6.5×2.7kg＝17.55kg，则与燃油车相比，电动汽车排放二氧化碳减少量：Δm碳＝m油碳﹣m电碳＝17.55kg﹣7.379kg＝10.171kg。（2024•浙江模拟）科技改变生活。某大型立体停车场使用某升降停车设备（如图）。该系统主要包括：摄像头、升降停车设备和信息平台。若某汽车质量为2.0吨，轮子与停车平台的接触总面积约为0.1m2。该汽车停在一层车位后，设备以平均升降速度将其升至二层车位停靠。回答下列问题：***型简易升降类停车设备相关参数容车最大质量2500kg平均升降速度4.4m/min升降高度2.2m（1）汽车停放在水平停车平台上，所受摩擦力为牛。（2）若该设备以平均升降速度将汽车升至二层车位停靠，共需要多少秒？（3）设备将汽车从一层至二层，需克服汽车重力做了多少功？平均机械功率多大？【解答】解：（1）汽车停放在水平停车平台上，没有发生相对运动也没有运动趋势，所以汽车所受摩擦力为零；（2）若该设备以平均升降速度将汽车升至二层车位停靠需要的时间为：t=s（3）m＝2.0t＝2000kgG＝mg＝2000kg×10N/kg＝20000N，克服汽车重力做的功为：W＝Gh＝20000N×2.2m＝4.4×104J，平均机械功率为：P=Wt=题型三机械效率（2024•舟山模拟）如图所示，滑轮组悬挂在水平钢架上，某工人站在水平地面上，竖直向下拉动绳子自由端，5s内使物体A匀速上升1.5m，提升过程中拉力F的功率为180W。已知物体A重540N，该工人重700N。不计绳重和摩擦，下列关于该过程的说法正确的是（）A．绳子自由端移动的速度为0.3m/s B．动滑轮重160N C．该工人对地面的压力为400N D．工人利用该滑轮组提升物体的最大机械效率为90%【解答】解：A、由图可知n＝2，绳子自由端移动的距离：s＝nh＝2×1.5m＝3m，绳子自由端移动的速度：v=sB、由P=Wt=因为不计绳重和摩擦时F=1n（G+G动），所以动滑轮的重力：GC、此时工人受到竖直向下的重力、竖直向上的拉力和支持力，由力的平衡条件可知，工人受到的支持力：F支＝G人﹣F＝700N﹣300N＝400N，工人对地面的压力与工人受到的支持力是一对相互作用力，因此工人对地面的压力：F压＝F支＝400N，故C正确；D、人通过定滑轮向下拉绳子时的最大拉力等于人自身的重力，即绳子自由端的最大拉力：F最大＝G人＝700N，因为不计绳重和摩擦时F=1n（G+G动），所以此时能提升的最大物重：G最大＝nF最大﹣G滑轮组的最大机械效率：η最大=W故选：C。（1）由图可知n＝2，绳子自由端移动的距离s＝nh，根据v（1）由图可知n＝2，绳子自由端移动的距离s＝nh，根据v=s（2）根据P=Wt=Fst（3）根据力的平衡条件求出工人受到的支持力，根据力的作用是相互的求出工人对地面的压力；（4）人通过定滑轮向下拉绳子时的最大拉力等于人自身的重力，利用不计绳重和摩擦时F=1n（G+G动）求能提升的最大物重，利用利用η（2023•杭州模拟）如图所示，拉力F为5N，物体A以0.1m/s的速度在物体B表面向左做匀速直线运动（B表面足够长）；物体B静止在地面上，受到地面水平向左4N的摩擦力，弹簧测力计示数为12N。下列说法正确的是（）A．拉力F的功率为1.0W B．物体A受到的摩擦力为16N C．滑轮组的机械效率为75% D．拉力F增大到10N时，物体B开始向左运动【解答】解：A、由图知，水平使用滑轮组，n＝2，拉力端移动速度：v＝2v物＝2×0.1m/s＝0.2m/s，则拉力做功的功率：P=WB、物体B静止在地面上，处于平衡状态；则水平方向上物体B受到向右的弹簧拉力等于地面对它向左的摩擦力与物体A对它向左的摩擦力之和，即fAB+4N＝12N，则fAB＝8N；由于力的作用是相互的，物体A受到的摩擦力为f＝fAB＝8N，故B错误；C、由图知，水平使用滑轮组，滑轮组的机械效率：η=WD、若拉力F增大到10N时，A在运动过程中，A对B的压力不变、接触面的粗糙程度不变，则A和B之间的摩擦力不变，所以物体B的运动状态不会改变，即物体B仍然静止，不会向左运动，故D错误。故选：A。（2023•下城区模拟）小徐同学家装修新房，看到工人师傅使用如图所示的一种自制的简易起重装置向楼上吊装笨重的装修材料，大大减少了工人搬运材料的劳动强度。小科观察到电动机的输出功率800W，将质量为80kg的水泥匀速提升到10m高的位置用时15s。假设电动机的输出功率恒定不变（不计绳重和摩擦），请帮小徐完成下列问题：（1）电动机对绳子的拉力多大？（2）该滑轮组的机械效率多大？（3）若用该套装置以0.5m/s的速度提升120kg的水泥，该滑轮组的机械效率如何变化？【解答】解：（1）由P=WW总＝Pt＝800W×15s＝1.2×104J，由图可知，n＝3，拉力端移动的距离s＝3h＝3×10m＝30m，由W总＝Fs可得，电动机对绳子的拉力：F=W（3）电动机做的有用功：W有＝Gh＝mgh＝80kg×10N/kg×10m＝8000J，该滑轮组的机械效率：η=W有W（3）不计绳重和摩擦，滑轮组的机械效率η=W（2024•宁波模拟）如图甲是建筑工地上的“塔吊”示意图，其配重箱A重4000kg，起重臂上有一个可以沿水平方向左右移动的滑车B，图乙为滑车B及滑轮组中钢绳的穿绳示意图，滑车B内装的电机可卷动钢绳提升重物C。现用该装置吊起重8×103N的物体C，若不计起重臂、滑车、钢绳、动滑轮重及摩擦，g取10N/kg，请完成以下问题。（1）滑车B中定滑轮的作用是。（2）若配重箱A到支点O的距离为5m，则滑车B可向右移动的最远距离是多少？（3）若电机在25s内将物体C竖直向上匀速吊起10m，则该电机克服物体C重力做功的功率为多少？若此时电机工作的实际功率为5000W，则该电机的机械效率为多少？【解答】解：（1）滑车B中定滑轮的作用：改变拉力方向，但不省力；（2）配重箱的重力相当于动力，即F1＝G＝mg＝4000kg×10N/kg＝4×104N，重物的重力相当于阻力F2＝G′＝8×103N，根据杠杆平衡条件可知：F1L1＝F2L2，滑车B可向右移动的最远距离为：L2=F（4）该电机克服物体C重力做功：W＝G′h＝8×103