精练13机械效率(原卷版+解析)

精练13机械效率一．选择题（共10小题）1．如图所示，有一斜面长为s、高为h，现用力F沿斜面将重力为G的物体从底端匀速拉到顶端，斜面的机械效率为η。则下列关于斜面对物体的摩擦力f的表达式中不正确的是（）A．f=Gℎsη B．fC．f＝F（1﹣η） D．f=2．如图所示，实心物体A漂浮在水面上，现利用电动机通过滑轮组拉动A，使A向下运动（运动过程中始终未碰到定滑轮）。已知A的体积为0.2m3，密度为0.4×103kg/m3．动滑轮重为300N，电动机工作时拉绳子的功率为1.5×103W且保持不变，不计绳重、摩擦和水的阻力，g＝10N/kg，ρ水＝1.0×103kg/m3，下列说法中不正确的是（）A．物体向下运动的最小速度3m/s B．物体A浸没在水中时受到的浮力为2×103N C．物体A向下运动过程中，电动机拉着绳子的力先变大，后不变 D．物体A向下运动过程中，滑轮组机械效率的最大值为80%3．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110N B．F的大小为210N C．F做功的功率为42W D．提升物体B时的机械效率约为83%4．在测量图甲所示滑轮组机械效率η的实验中，通过改变物重G或动滑轮重G动进行多次实验，得到了如图乙所示的效率与物重或动滑轮重的关系，图中纵轴表示机械效率的倒数η﹣1，若不计绳重与摩擦，则横轴可能表示（）A．G动或G﹣1 B．G动﹣1或G C．G动或G D．G﹣1或G动﹣15．用如图甲所示的滑轮组缓慢提升不同物体，每次物体被提升的高度均为0.5m，滑轮组的机械效率与物体受到重力的关系如图乙所示．不计摩擦，下列分析正确的是（）A．动滑轮的重力为10N B．动滑轮组的机械效率可以达到100% C．滑轮组的机械效率越高，拉力做功越少 D．每次提升重物时，滑轮组做的额外功为7.5J6．如图所示，物体A重50N，物体B重30N，每个滑轮重3N，物体A在物体B的作用下沿粗糙水平面向右做匀速直线运动。如果在物体A上施加一个水平向左的力F拉动A，使物体B匀速上升0.2m（不计滑轮组中的摩擦及绳重），下列选项错误的是（）A．物体A向右匀速直线运动时，绳子对它的拉力为11N B．物体B匀速上升0.2m，滑轮组做的有用功为6J C．力F做的功为13.2J D．滑轮组的机械效率为83%7．甲装置中，空吊篮A重25N，绳子承受最大拉力100N。小壮将A提升到高处，施加拉力F随时间变化关系如图乙，A上升速度随时间变化关系如图丙。忽略绳重、摩擦、空气阻力。下列说法不正确的是（）A．动滑轮所受的重力为15N B．第2秒内克服滑轮重做的额外功为30J C．此装置最多能匀速运载160N重的货物 D．此装置运载货物最高机械效率为92.5%8．为了研究机械效率与哪些因素有关，小明同学提出两个猜想：猜想一：机械效率是否与G物有关；猜想二：机械效率是否与G动有关。为了验证猜想，小明先用如图甲所示的装置不断改变G物，竖直向上匀速拉动弹簧测力计，计算并绘出η与G物关系如图乙（a）所示；然后换另一个不同重力的动滑轮，不断改变G物，计算并绘出η与G物关系如图乙（b）所示。根据图象（）A．只能验证猜想一 B．只能验证猜想二 C．既能验证猜想一，也能验证猜想二 D．既不能验证猜想一，也不能验证猜想二9．如图所示，物体A重为GA物体B重为GB，每个滑轮重G动，物体A在物体B的作用下沿粗糙水平面向右做匀速直线运动。如果在物体A上施加一个水平向左的力F拉动A，使物体B匀速上升h（不计滑轮组中的摩擦及绳重），下列选项不正确的是（）A．物体A向左匀速直线运动时，绳子对它的拉力为G动B．物体B匀速上升时，滑轮组做的有用功为GBh C．力F做的功为G动h+GBh D．滑轮组的机械效率大小等于GB10．用如图重为G的均匀杠杆，先后把同一重物挂在A、B两处匀速提升相同高度，支点处的摩擦不计，拉力方向始终竖直向上。下列说法正确的是（）A．重物在A点处人做的有用功多 B．在提升重物时杠杆可节省距离 C．重物在A点处杠杆的机械效率更高 D．重物在B点处杠杆的机械效率更高二．多选题（共1小题）（多选）11．如图所示，杠杆DE可绕O点在竖直平面内转动，OD：OE＝1：2，小轩的质量为55kg，他通过细绳在E点施加竖直向下的拉力T1为150N时，杠杆在水平位置平衡，小轩对地面的压力为F1，物体A对地面的压强p1为3×103Pa。当小轩施加竖直向下的拉力为T2时，物体A恰好匀速上升。已知：物体A的质量为100kg，其底面积为5×10﹣2m2，杠杆DE和细绳的质量及滑轮轴的摩擦力均忽略不计，g取10N/kg。下列分析正确的是（）A．小轩对地面的压力F1为400N B．动滑轮B受到的重力为40N C．小轩施加竖直向下拉力为175N时，物体A对地面的压强恰好为零 D．当小轩施加竖直向下的拉力为T2时，滑轮组的机械效率为85%三．实验探究题（共3小题）12．小金用如图所示的实验装置测量杠杆的机械效率。实验时竖直向上拉动杠杆，使挂在杠杆下面的钩码缓缓上升（支点和杠杆的摩擦不计）。问：（1）重为5N的钩码挂在A点时，人的拉力F为4N，钩码上升0.3m时，动力作用点C上升0.5m，此时有用功为J，总功为J，机械效率η1为。（2）小金为了进一步研究杠杆的机械效率与哪些因素有关，仍用该实验装置，将钩码移到B点，再次缓慢提升杠杆使动力作用点C仍然上升0.5m。问：人的拉力F与第一次相比（选填“变大”、“变小”或“不变”）；有用功W有用与第一次相比（选填“变大”、“变小”或“不变”）；额外功W额外与第一次相比（选填“变大”、“变小”或“不变”）；比较此时的机械效率η2η1（选填“大于”、“等于”或“小于”）。13．在“测滑轮组机械效率”的实验中，小红用如图所示的滑轮组进行了实验，实验数据如下表：实验次数物重G/N物体上升的高度h/cm测力计的示数F/N测力计移动的距离s/cm1632.592652.5153682.524（1）实验中，测量绳端拉力F时，应尽量竖直向上拉动弹簧测力计。（2）第3次实验中滑轮组的机械效率为%，此过程中拉力做的功为J。（3）现用该滑轮组将质量相同的重物提升到高处。若第一次、第二次、第三次分别将一个、两个、三个重物提升到同一高处，三次滑轮组做的额外功分别为0.3J、0.4J、0.5J，机械效率分别为η1、η2、η3，则2η2η1+η3（填“＜”“＞”或“＝”）。14．测量浮力小雨想要知道用图示滑轮组向上提起一个金属块时的机械效率。身边只有一个不可拆卸的滑轮组（如图）和一个形状不规则的金属块，一个底面积较大的长方体木块，一把轻质硬木刻度尺，一个盛有适量水的水槽和线绳。（1）测量步骤（配图说明）（2）写出计算机械效率大小的推导过程四．计算题（共3小题）15．甲、乙、丙三人用如图所示装置打捞水中重物。端点为A、B的木棒中点为C，端点为D、H的木棒中点为E；两根木棒质地均匀，均为圆柱体，重力均为150N；重物的体积为0.01m3、重力为1200N；A、B、H是三人对木棒施力的作用点，C与D之间、E与重物之间均通过轻绳相连。打捞过程中两根轻绳始终紧绷，三人用竖直向上的力使两根木棒始终以相同的速度同步匀速提升重物，最终将重物打捞出水。（不计轻绳的质量及水的阻力，g＝10N/kg，ρ水＝1.0×103kg/m3）（1）重物浸没在水中时受到的浮力大小为多少？（2）重物浸没在水中时，打捞过程中轻绳对D点的拉力大小为多少？（3）若重物浸没在水中时，被提升的高度为1m，请计算整个装置在此过程中的机械效率。16．如图甲、乙所示，物体M先后浸没在水和浓盐水中（ρ盐水＞ρ水），用同一滑轮组从两种液体中将物体M匀速提出水面，拉力F和F′随时间t变化的图像如图丙所示。不计绳重、摩擦及水的阻力，物体M不吸水、不沾水，g＝10N/kg。（1）图丙中（选填“A”“B”）曲线表示拉力F随时间t变化的图像。（2）求物体M浸没在水中受到的浮力。（3）如果物体M浸没在水中滑轮组的机械效率为η1，完全拉出水面滑轮组的机械效率为η0，浸没在浓盐水中滑轮组的机械效率为η2，已知η0：η1＝25：24，η0：η2＝20：19，求物体M浸没在盐水中的浮力。17．如图所示是修建武汉火神山医院时用到的起重机，如图乙是起重机的示意图，起重机重3×105N（包括悬臂、滑轮组及钢绳），重心为P1。为了使起重机起吊重物时不至倾倒，在其右侧配有配重M，重心为P2。现测得AB为10m，BO为1m，BC为4m，CD为1.5m。（1）匀速起吊重物时，重物的机械能（增大、不变、减小）；（2）计算说明配重不得超过多少？（在不吊起货物时的情景中计算）（3）如图丙是它的滑轮组装置示意图。起重机悬臂的底部有一台电动机带动的两台相同的转扬机，这两台转扬机一起同向转动回收钢绳。从而吊起物体。在某次起吊质量为2t的建筑材料时，起吊装置的效率为80%，电动机的输出功率（即为滑轮组获得的总功率）为2kW，则右转扬机拉绳的速度是多少？五．综合能力题（共1小题）18．图甲是某居民楼前的无障碍通道，一位中年人正用轮椅推着他年迈的母亲缓缓上行，图乙是该通道斜面示意图。为了解中年人推轮椅时所用力的大小，小红和小华进行了探究。她们从斜面底端A点沿斜面确定了相距1m处的B点。（g取10N/kg）（1）使刻度尺“0”刻度线与水平地面对齐，正确测量B点高度，结果如图乙，为cm。（2）选用车轮与轮椅相同材质、花纹的小车为研究对象，进行了如下操作：①正确使用弹簧测力计，测出小车重为2.0N；②将弹簧测力计与斜面平行放置并，然后沿斜面方向匀速拉动小车，如图乙所示，弹簧测力计示数为N；③计算出将小车从A点拉到B点的过程中，拉力所做的功为J；利用斜面将小车从水平地面提升到B点时的机械效率为。（3）在小车上逐渐添加重物，测出小车的总重G，测出沿斜面匀速拉动小车需要的力，计算出拉小车从A点到B点所做的功W1；计算出竖直向上将小车从水平地面提升到B点所做的功W2。以功为纵坐标，以小车总重为横坐标，建立平面直角坐标系，作出W1和W2与小车总重G的关系图像，分别如图丙中的线段a和b；①由图像可知：用该通道斜面提升物体时的机械效率与物重（选填“有关”或“无关”）。②若这位母亲的质量为50kg，所坐的轮椅质量为20kg，则中年人用沿着通道斜面方向的力推轮椅匀速上坡时，力的大小为N。精练13机械效率一．选择题（共10小题）1．如图所示，有一斜面长为s、高为h，现用力F沿斜面将重力为G的物体从底端匀速拉到顶端，斜面的机械效率为η。则下列关于斜面对物体的摩擦力f的表达式中不正确的是（）A．f=Ghsη B．fC．f＝F（1﹣η） D．f=【解答】解：有用功：W有＝Gh，W总＝Fs，额外功：W额＝fs，由W额＝fs，得：f=W因为η=W有W总，W总＝W有+W额，所以W额＝W总（1﹣η），即fs＝Fs（1﹣总功（拉力做的功）：W总＝W有+W额＝Gh+fs，斜面的机械效率：η=W整理可得物体与斜面间的摩擦力：f=Gh(1−η)故选：A。2．如图所示，实心物体A漂浮在水面上，现利用电动机通过滑轮组拉动A，使A向下运动（运动过程中始终未碰到定滑轮）。已知A的体积为0.2m3，密度为0.4×103kg/m3．动滑轮重为300N，电动机工作时拉绳子的功率为1.5×103W且保持不变，不计绳重、摩擦和水的阻力，g＝10N/kg，ρ水＝1.0×103kg/m3，下列说法中不正确的是（）A．物体向下运动的最小速度3m/s B．物体A浸没在水中时受到的浮力为2×103N C．物体A向下运动过程中，电动机拉着绳子的力先变大，后不变 D．物体A向下运动过程中，滑轮组机械效率的最大值为80%【解答】解：（1）由ρ=mmA＝ρAVA＝0.4×103kg/m3×0.2m3＝80kg；A的重力：GA＝mAg＝80kg×10N/kg＝800N；A浸没在水中V排＝VA＝0.2m3，A浸没在水中受到的浮力：F浮＝ρ水gV排＝1.0×103kg/m3×10N/kg×0.2m3＝2×103N；当A完全浸没时绳子对物体A的拉力最大，电动机对绳子的拉力也最大，不计绳重、摩擦和水的阻力，则电动机对绳子的最大拉力：F=13（F浮﹣G+G动）=1由P=Wv绳=P则物体向下运动的最小速度：v=13v绳（2）电动机对绳子的拉力F=13（F浮﹣G+G（3）当A完全浸没后，滑轮组受到的拉力最大，此时滑轮组的机械效率最大，有用功：W有用＝（F浮﹣G）h，总功：W总＝Fs=13（F浮﹣G+G动）×3h＝（F浮﹣G+G滑轮组机械效率的最大值：η=W故选：A。3．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110N B．F的大小为210N C．F做功的功率为42W D．提升物体B时的机械效率约为83%【解答】解：A、物体B的重力：GB＝mBg＝30kg×10N/kg＝300N，由图可知，n＝3，不计绳重及滑轮的摩擦，A对滑轮组的拉力：F拉=13（GB+G动）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正确；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，由力的平衡条件可得，此时水平向左的拉力：F＝f+13（GB+G动）＝110NC、拉力端移动速度v＝3v物＝3×6cm/s＝18cm/s＝0.18m/s，拉力做功的功率：P=WD、匀速提升物体B时，A对滑轮组的拉力F拉′＝F﹣f＝220N﹣110N＝110N，因为滑轮组的机械效率η=W所以此时滑轮组的机械效率：η′=G故选：A。4．在测量图甲所示滑轮组机械效率η的实验中，通过改变物重G或动滑轮重G动进行多次实验，得到了如图乙所示的效率与物重或动滑轮重的关系，图中纵轴表示机械效率的倒数η﹣1，若不计绳重与摩擦，则横轴可能表示（）A．G动或G﹣1 B．G动﹣1或G C．G动或G D．G﹣1或G动﹣1【解答】解：因为不计绳重和摩擦，所以滑轮组的机械效率η=W则η﹣1=G+G动G=1+已知图中纵轴表示机械效率的倒数η﹣1，由此可知，若不计绳重与摩擦，则横轴可能表示G﹣1或G动，故选：A。5．用如图甲所示的滑轮组缓慢提升不同物体，每次物体被提升的高度均为0.5m，滑轮组的机械效率与物体受到重力的关系如图乙所示．不计摩擦，下列分析正确的是（）A．动滑轮的重力为10N B．动滑轮组的机械效率可以达到100% C．滑轮组的机械效率越高，拉力做功越少 D．每次提升重物时，滑轮组做的额外功为7.5J【解答】解：A、由图乙可知，提升物重G＝15N时，滑轮组的机械效率η＝50%，不计绳重和摩擦，滑轮组的机械效率：η=W解得动滑轮重力：G动＝15N，故A错误；B、使用滑轮组时，需要提升动滑轮做额外功，使得有用功小于总功，滑轮组的机械效率总小于100%，故B错误；C、滑轮组的机械效率越高，说明有用功与总功的比值越大，拉力做功不一定少，故C错误；D、由题知，利用滑轮组每次物体被提升的高度均为0.5m，提升动滑轮上升的高度也都是0.5m，则每次提升重物时，不计绳重和摩擦，滑轮组做的额外功都为：W额＝G动h＝15N×0.5m＝7.5J，故D正确。故选：D。6．如图所示，物体A重50N，物体B重30N，每个滑轮重3N，物体A在物体B的作用下沿粗糙水平面向右做匀速直线运动。如果在物体A上施加一个水平向左的力F拉动A，使物体B匀速上升0.2m（不计滑轮组中的摩擦及绳重），下列选项错误的是（）A．物体A向右匀速直线运动时，绳子对它的拉力为11N B．物体B匀速上升0.2m，滑轮组做的有用功为6J C．力F做的功为13.2J D．滑轮组的机械效率为83%【解答】解：A．由图可知，滑轮组承担物重的绳子股数n＝3，不计滑轮组中的摩擦及绳重，物体A向右匀速直线运动时，绳子对它的拉力：F1=1n（GB+G动）B．如果在物体A上施加一个水平向左的力F拉动A，使物体B匀速上升0.2m，则滑轮组做的有用功：W有＝GBh＝30N×0.2m＝6J，故B正确；C．因物体A向右匀速直线运动时处于平衡状态，受到的滑动摩擦力和绳子的拉力是一对平衡力，所以，物体A受到的摩擦力：f＝F1＝11N，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，如果在物体A上施加一个水平向左的力F拉动A，使物体B匀速上升时其受到的摩擦力不变，此时物体A受到水平向左的力F、水平向右的滑动摩擦力和绳子的拉力作用处于平衡状态，所以，由物体A受到的合力为零可得：F＝F1+f＝11N+11N＝22N，物体A移动的距离：s＝nh＝3×0.2m＝0.6m，力F做的功：W总＝Fs＝22N×0.6m＝13.2J，故C正确；D．滑轮组的机械效率：η=W有W故选：D。7．甲装置中，空吊篮A重25N，绳子承受最大拉力100N。小壮将A提升到高处，施加拉力F随时间变化关系如图乙，A上升速度随时间变化关系如图丙。忽略绳重、摩擦、空气阻力。下列说法不正确的是（）A．动滑轮所受的重力为15N B．第2秒内克服滑轮重做的额外功为30J C．此装置最多能匀速运载160N重的货物 D．此装置运载货物最高机械效率为92.5%【解答】解：A、由图丙可知，在1～2s内（第2s内）A被匀速提升，由图乙可知拉力F＝20N，由图知，n＝2，忽略绳重及摩擦，动滑轮重力G动＝nF﹣GA＝2×20N﹣25N＝15N，故A正确；B、由图丙可知，第2s内A上升的速度vA＝2m/s，第2s内滑轮上升的高度h＝vAt＝2m/s×1s＝2m，第2秒内克服滑轮重做的额外功为W额＝G动h＝15N×2m＝30J，故B正确；C、忽略绳重及摩擦，绳子拉力为：F=1n（G+GA+G动），即提升的货物的最大重力为：G＝2F最大﹣GA﹣GD、此装置提升重物的机械效率随提升物重的增大而增大，此装置提升重物的最大机械效率为：η=W故选：D。8．为了研究机械效率与哪些因素有关，小明同学提出两个猜想：猜想一：机械效率是否与G物有关；猜想二：机械效率是否与G动有关。为了验证猜想，小明先用如图甲所示的装置不断改变G物，竖直向上匀速拉动弹簧测力计，计算并绘出η与G物关系如图乙（a）所示；然后换另一个不同重力的动滑轮，不断改变G物，计算并绘出η与G物关系如图乙（b）所示。根据图象（）A．只能验证猜想一 B．只能验证猜想二 C．既能验证猜想一，也能验证猜想二 D．既不能验证猜想一，也不能验证猜想二【解答】解：由图（a）或者图（b）可知，当甲图中动滑轮的重力一定时，都有滑轮组的机械效率随提升物体重力的增大而增大，故可以验证猜想一；在图（a）和图（b）中，提升物体的重力相同时，动滑轮的重力不同，滑轮组的机械效率不同，故可以验证猜想二。综上可知，ABD选项错误、C正确。故选：C。9．如图所示，物体A重为GA物体B重为GB，每个滑轮重G动，物体A在物体B的作用下沿粗糙水平面向右做匀速直线运动。如果在物体A上施加一个水平向左的力F拉动A，使物体B匀速上升h（不计滑轮组中的摩擦及绳重），下列选项不正确的是（）A．物体A向左匀速直线运动时，绳子对它的拉力为G动B．物体B匀速上升时，滑轮组做的有用功为GBh C．力F做的功为G动h+GBh D．滑轮组的机械效率大小等于GB【解答】解：由图可知，连接动滑轮绳子的股数n＝3，A、由于不计滑轮组中的摩擦及绳重，绳子的拉力：F1=1n（GB+G动）B、物体B匀速上升的高度h，则滑轮组做的有用功：W有＝GBh，故B正确；C、当物体A向右匀速直线运动时，根据二力平衡条件可知，物体A受到的滑动摩擦力：f＝F1，当物体A向左匀速直线运动时，由于压力大小和接触面的粗糙不变，所以滑动摩擦力不变，仍为F1，此时对物体A受力分析，A受到水平向左的拉力F、绳子水平向右的拉力及向右的滑动摩擦力，根据力的平衡条件可知，向左的拉力：F＝F1+f＝2F1，力F移动的距离：s＝nh＝3h，则力F做的功：W＝Fs＝2F1×3h＝6F1h＝6×GB+G动3×h＝2×（GBD、因为不计绳重和摩擦，滑轮组的机械效率：η=W故选：C。10．用如图重为G的均匀杠杆，先后把同一重物挂在A、B两处匀速提升相同高度，支点处的摩擦不计，拉力方向始终竖直向上。下列说法正确的是（）A．重物在A点处人做的有用功多 B．在提升重物时杠杆可节省距离 C．重物在A点处杠杆的机械效率更高 D．重物在B点处杠杆的机械效率更高【解答】解：A、利用杠杆提升重物时，所做的有用功为W有用＝Gh，在A、B两处提升的是同一个重物，上升同样的高度，所以在A、B两处人做的有用功相同，故A错误；B、根据力臂的定义，由图可知，动力臂大于阻力臂，则该杠杆为省力杠杆，费距离，故B错误；CD、由图可知，在A、B两处提升重物，重物上升同样的高度时，杠杆的重心上升的高度hA＞hB，由W额外＝G杆h可知，W额外A＞W额外B，在A、B两处人做的有用功相同，而W总＝W有用+W额外，所以W总A＞W总B，由η=W有用W总可知ηA故选：D。二．多选题（共1小题）（多选）11．如图所示，杠杆DE可绕O点在竖直平面内转动，OD：OE＝1：2，小轩的质量为55kg，他通过细绳在E点施加竖直向下的拉力T1为150N时，杠杆在水平位置平衡，小轩对地面的压力为F1，物体A对地面的压强p1为3×103Pa。当小轩施加竖直向下的拉力为T2时，物体A恰好匀速上升。已知：物体A的质量为100kg，其底面积为5×10﹣2m2，杠杆DE和细绳的质量及滑轮轴的摩擦力均忽略不计，g取10N/kg。下列分析正确的是（）A．小轩对地面的压力F1为400N B．动滑轮B受到的重力为40N C．小轩施加竖直向下拉力为175N时，物体A对地面的压强恰好为零 D．当小轩施加竖直向下的拉力为T2时，滑轮组的机械效率为85%【解答】解：A.小轩的重力G人＝m人g＝55kg×10N/kg＝550N，他通过细绳在E点施加竖直向下的拉力T1为150N时，由同一根绳子的拉力相等可知，小轩受到的拉力也为T1＝150N，则小轩对地面的压力F1＝G人﹣T1＝550N﹣150N＝400N，故A正确；B.他通过细绳在E点施加竖直向下的拉力T1为150N时，物体A对地面的压强p1＝3×103Pa，由p=FS可得，物体A对地面的压力F压＝p1S＝3×103Pa×5×10﹣2m因物体A对地面的压力和地面对物体A的支持力是一对相互作用力，所以，地面对物体A的支持力F支持＝F压＝150N，因此时杠杆在水平位置平衡，所以，由杠杆的平衡条件可得：T1•OE＝FD•OD，则绳子对D点的拉力FD=OEODT物体A的重力GA＝mAg＝100kg×10N/kg＝1000N，以动滑轮和物体A为整体受力分析可知，受到竖直向上3股绳子的拉力和地面对物体A的支持力、竖直向下物体A和动滑轮重力作用处于平衡状态，由整体受到的合力为零可得：3FD+F支持＝GA+G动，则G动＝3FD+F支持﹣GA＝3×300N+150N﹣1000N＝50N，故B错误；C.若物体A对地面的压强恰好为零，以动滑轮和物体A为整体受力分析可知，受到竖直向上3股绳子的拉力、竖直向下物体A和动滑轮重力作用处于平衡状态，由整体受到的合力为零可得：3FD′＝GA+G动，则FD′=13（GA+G动）由杠杆的平衡条件可得：FD′×OD＝T×OE，细绳在E点施加竖直向下的拉力T=ODOEFD′D.当小轩施加竖直向下的拉力为T2时，物体A恰好匀速上升，因细绳的质量及滑轮轴的摩擦力均忽略不计，所以，滑轮组的机械效率η=W有W总×100%=故选：AC。三．实验探究题（共3小题）12．小金用如图所示的实验装置测量杠杆的机械效率。实验时竖直向上拉动杠杆，使挂在杠杆下面的钩码缓缓上升（支点和杠杆的摩擦不计）。问：（1）重为5N的钩码挂在A点时，人的拉力F为4N，钩码上升0.3m时，动力作用点C上升0.5m，此时有用功为1.5J，总功为2J，机械效率η1为75%。（2）小金为了进一步研究杠杆的机械效率与哪些因素有关，仍用该实验装置，将钩码移到B点，再次缓慢提升杠杆使动力作用点C仍然上升0.5m。问：人的拉力F与第一次相比变小（选填“变大”、“变小”或“不变”）；有用功W有用与第一次相比变小（选填“变大”、“变小”或“不变”）；额外功W额外与第一次相比不变（选填“变大”、“变小”或“不变”）；比较此时的机械效率η2小于η1（选填“大于”、“等于”或“小于”）。【解答】解：（1）有用功：W有用＝Gh＝5N×0.3m＝1.5J；总功：W总＝Fs＝4N×0.5m＝2J，机械效率：η=W有用W（2）钩码的悬挂点在A点时，由于杠杆的重力会阻碍杠杆转动，则由杠杆的平衡条件得：G•OA+G杠杆•12悬挂点移至B点时，由杠杆的平衡条件得G•OB+G杠杆•12观察比较可知，悬挂点移至B点时，OB＜OA，即钩码重力的力臂变小，所以拉力F也变小；杠杆的机械效率：η=W因为杠杆升高的高度不变，所以克服杠杆自重所做的额外功不变（即W额＝G杠杆•h杠杆不变）；由于悬挂点B更接近支点，所以钩码提升的高度减小，根据W有用＝Gh可知，有用功减小；从上面η的表达式可知：W有用减小、W额不变，所以W额W有用变大，分母变大，η就减小；即η2＜故答案为：（1）1.5；2；75%；（2）变小；变小；不变；小于。13．在“测滑轮组机械效率”的实验中，小红用如图所示的滑轮组进行了实验，实验数据如下表：实验次数物重G/N物体上升的高度h/cm测力计的示数F/N测力计移动的距离s/cm1632.592652.5153682.524（1）实验中，测量绳端拉力F时，应尽量竖直向上匀速拉动弹簧测力计。（2）第3次实验中滑轮组的机械效率为80%%，此过程中拉力做的功为0.6J。（3）现用该滑轮组将质量相同的重物提升到高处。若第一次、第二次、第三次分别将一个、两个、三个重物提升到同一高处，三次滑轮组做的额外功分别为0.3J、0.4J、0.5J，机械效率分别为η1、η2、η3，则2η2＞η1+η3（填“＜”“＞”或“＝”）。【解答】解：（1）实验中应沿竖直向上匀速拉动弹簧测力计，这样才能准确测出拉力的值；（2）第3次实验时滑轮组的机械效率为：η=W所做的总功为：总功：W总＝Fs＝2.5N×0.24m＝0.6J；（3）设一块水泥板重G牛顿，提高的高度为h米，根据η=Wη1=GℎGℎ+0.3J，η2=2因为Gh相同，所以GℎGℎ+0.3J＜GℎGℎ+0.2J＜Gℎ又因为2η2=2η1+η3=Gℎ比较可得：2GℎGℎ+0.2J＞2Gℎ(3Gℎ+0.7故答案为：（1）匀速；（2）80%；0.6；（3）＞。14．测量浮力小雨想要知道用图示滑轮组向上提起一个金属块时的机械效率。身边只有一个不可拆卸的滑轮组（如图）和一个形状不规则的金属块，一个底面积较大的长方体木块，一把轻质硬木刻度尺，一个盛有适量水的水槽和线绳。（1）测量步骤（配图说明）（2）写出计算机械效率大小的推导过程【解答】解：（1）测量步骤：①利用硬木刻度尺作为杠杆，一端挂金属块A，另一端挂正方体木块G，移动支点使杠杆平衡，读出力臂L1、L2，如图1所示；②利用硬木刻度尺作为杠杆，一端与滑轮组的绳自由端相连，另一端连接正方体，当滑轮组提起金属块时，移动支点的位置使杠杆在水平位置平衡，读出力臂L3、L4，如图2所示；（2）机械效率大小的推导过程：③根据图1结合杠杆的平衡条件可知，GAL1＝GL2；所以金属块A的重力GA=G④根据图2结合杠杆的平衡条件可知，FL3＝GL4；所以绳端拉力的大小：F=G⑤滑轮组的机械效率：η=W有W四．计算题（共3小题）15．甲、乙、丙三人用如图所示装置打捞水中重物。端点为A、B的木棒中点为C，端点为D、H的木棒中点为E；两根木棒质地均匀，均为圆柱体，重力均为150N；重物的体积为0.01m3、重力为1200N；A、B、H是三人对木棒施力的作用点，C与D之间、E与重物之间均通过轻绳相连。打捞过程中两根轻绳始终紧绷，三人用竖直向上的力使两根木棒始终以相同的速度同步匀速提升重物，最终将重物打捞出水。（不计轻绳的质量及水的阻力，g＝10N/kg，ρ水＝1.0×103kg/m3）（1）重物浸没在水中时受到的浮力大小为多少？（2）重物浸没在水中时，打捞过程中轻绳对D点的拉力大小为多少？（3）若重物浸没在水中时，被提升的高度为1m，请计算整个装置在此过程中的机械效率。【解答】解：（1）重物浸没在水中时受到的浮力：F浮＝ρ水gV排＝1.0×103kg/m3×10N/kg×0.01m3＝100N；（2）物体浸没在水中时，受到竖直向下的重力、竖直向上的浮力和拉力的作用处于平衡状态，则作用在E点下方绳子上的拉力：FE＝G物﹣F浮＝1200N﹣100N＝1100N，作用在杠杆上E点的阻力：F阻力＝FE+G木棒＝1100N+150N＝1250N，以H点为支点，由杠杆平衡条件可知，FDLDH＝F阻力LEHD端绳子对杠杆的拉力：FD=F（3）有用功：W有＝FEs＝1100N×1m＝1100J，额外功：W额＝2G木棒h＝2×150N×1m＝300J，总功：W总＝W有+W额＝1100J+300J＝1400J，整个装置在此过程中的机械效率：η=W有W答：（1）重物浸没在水中时受到的浮力大小为100N；（2）重物浸没在水中时，打捞过程中轻绳对D点的拉力大小为625N；（3）整个装置在此过程中的机械效率为78.57%。16．如图甲、乙所示，物体M先后浸没在水和浓盐水中（ρ盐水＞ρ水），用同一滑轮组从两种液体中将物体M匀速提出水面，拉力F和F′随时间t变化的图像如图丙所示。不计绳重、摩擦及水的阻力，物体M不吸水、不沾水，g＝10N/kg。（1）图丙中A（选填“A”“B”）曲线表示拉力F随时间t变化的图像。（2）求物体M浸没在水中受到的浮力。（3）如果物体M浸没在水中滑轮组的机械效率为η1，完全拉出水面滑轮组的机械效率为η0，浸没在浓盐水中滑轮组的机械效率为η2，已知η0：η1＝25：24，η0：η2＝20：19，求物体M浸没在盐水中的浮力。【解答】解：（1）当物体M浸没在液体中时，由F浮＝ρ液gV排可知，液体的密度越大，物体M受到浮力越大，因为ρ甲＜ρ乙，所以M浸在两种液体受到的浮力F甲＜F乙，而浸在液体中的物体受到的浮力F浮＝G﹣FM，所以M在液体中受到的拉力FM甲＞FM乙，又因为绳自由端的拉力F=12（FM+G所以拉力F＞F′，则图丙中A曲线表示拉力F随时间t变化的图像；（2）由图丙可知物体M在完全离开水面时绳自由端的拉力F0＝180N，此时有：F0=12（G+G动当物体M浸没在水中时绳自由端受到的拉力FA＝150N，令此时物体M在水中受到的拉力为F1，则有：FA=12（F1+G动①﹣②有：G﹣F1＝2（F0﹣FA）＝2×（180N﹣150N）＝60N所以物体M浸没在水中受到的浮力为：F浮＝G﹣F1＝60N；（3）由于绳重和摩擦不计，则η=W所以，物体离开水面前，滑轮组的机械效率：η1=F物体离开水面后，滑轮组的机械效率：η0=G所以，η0解得：G＝300N，则动滑轮的重力为：G动＝2F0﹣G＝2×180N﹣300N＝60N，令物体M在浓盐水中受到的拉力为F2，浮力为F浮'，绳自由端受到的拉力为FB，物体离开浓盐水前，滑轮组的机械效率：η2=F所以，η0解得：F浮'＝72N。答：（1）A；（2）物体M浸没在水中受到的浮力为60N；（3）物体M浸没在盐水中的浮力72N。17．如图所示是修建武汉火神山医院时用到的起重机，如图乙是起重机的示意图，起重机重3×105N（包括悬臂、滑轮组及钢绳），重心为P1。为了使起重机起吊重物时不至倾倒，在其右侧配有配重M，重心为P2。现测得AB为10m，BO为1m，BC为4m，CD为1.5m。（1）匀速起吊重物时，重物的机械能增大（增大、不变、减小）；（2）计算说明配重不得超过多少？（在不吊起货物时的情景中计算）（3）如图丙是它的滑轮组装置示意图。起重机悬臂的底部有一台电动机带动的两台相同的转扬机，这两台转扬机一起同向转动回收钢绳。从而吊起物体。在某次起吊质量为2t的建筑材料时，起吊装置的效率为80%，电动机的输出功率（即为滑轮组获得的总功率）为2kW，则右转扬机拉绳的速度是多少？【解答】解：（1）当匀速