专项02 简单机械的综合应用

专项（二）简单机械的综合应用类型一斜面的应用1.（2023湖南张家界调研）天门山盘山公路是网红打卡地，公路共计99道弯，似玉带环绕，层层叠起，直冲云霄，公路全长大约10km，海拔落差约1000m。为助力“2022年湖南省首届旅游发展大会”，实现省委省政府提出的“立标打样”“办一次会、兴一座城”的目标要求，天门山景区购置了一批新能源纯电动客车，客车满载时总质量为6000kg。现有一辆满载的新能源客车，以80kW的恒定功率、4m/s的速度沿盘山公路从山底匀速行驶至山顶，整个过程中，电动机对客车和游客所做的有用功为J，电动机的牵引力为N，盘山公路的机械效率为，汽车受到的阻力为N。（行驶过程中客车所受重力和阻力大小恒定不变，g取10N/kg）2.（2022海南中考）小明发现公共场所为残障人士设计的无障碍通道是斜面，且不同的斜面通道的倾斜程度有所不同，这引发了小明对斜面的兴趣。他想了解斜面的机械效率是否与倾斜程度有关，便与实验小组的小伙伴们用如图所示装置进行实验探究。（1）测量斜面的机械效率，需要的测量工具是、。（2）请设计出实验数据记录表。（3）准备动手实验时，有小伙伴提出，斜面的机械效率还可能跟斜面的粗糙程度有关。则他们要探究斜面的机械效率是否与倾斜程度有关时，应当保持不变，这里采用的科学研究方法是。类型二杠杆的机械效率问题3.有一种重心在支点处的杠杆，它与转轴的摩擦较小（忽略不计），因此机械效率很高。在用这种杠杆将质量为72kg的物体提升50cm的过程中，杠杆的机械效率为90%，（g取10N/kg）则：（1）提升该物体需要做多少总功?做多少额外功?（2）若提升该物体时，动力大小始终不变，方向始终垂直于杠杆向下，动力作用点通过的路程为80cm，则动力大小为多少?类型三与图像有关的问题4.（2021江苏盐城实验学校月考）现用如图甲所示的装置来探究滑轮组的机械效率η与所挂物重G物的关系，改变G物，竖直向上匀速拉动弹簧测力计（图中未画出），计算并绘出η与G物的关系如图乙所示，若不计绳重和摩擦，则：（1）动滑轮自重是N;

（2）当G物=4N时，重物以v=20cm/s的速度匀速上升，拉力F做功的功率是W;

（3）图乙中的曲线表明，同一滑轮组的机械效率η随所挂物重G物的增大而增大，最终（选填“会”或“不会”）达到100%；仅改变图甲中的绕绳方式，重复上述实验，所得到的η⁃G物图线与图乙所示曲线

（选填“相同”或“不同”）。 类型四组合机械问题5.（2022陕西中考）如图，这是一种塔式起重机。已知起重机上的滑轮组在匀速起吊330kg的物体时，滑轮组的机械效率是60%，g取10N/kg。下列分析和计算错误的是（）A.起重机的吊臂AOB可视为杠杆B.物体上升2m，滑轮组所做有用功是6.6×103JC.物体上升2m，滑轮组所做总功是1.1×104JD.增加起吊物体的质量，滑轮组的机械效率将减小6.（2023江苏南京外国语学校期中）物理实践活动中，小明设计了如图所示的机械模型，推动硬棒CD或EF，使它们在水平面内绕轴O转动，即可将绳绕到轴O上，重物被提升。该装置中，滑轮B是滑轮，（选填“能”或“不能”）改变力的大小。在使重物上升的过程中，该装置的主要优点为，该装置在使用时的不利因素有；若要更省力，在不改变装置结构的基础上可以做出的改进是。

类型五轮轴问题7.（2023江苏淮安文通中学期中）研究物理问题时，常需要突出研究对象的主要因素，忽略次要因素，将其简化为物理模型。如图甲所示，一个质量分布均匀的轮轴，研究它的特点时可以忽略它的质量，将其简化成一个轻质杠杆如图乙。已知轮半径R是轴半径r的n倍。（1）若所提升物体的重力为G，当作用在轮上的力为F时轮轴匀速转动，不计绳重和摩擦，请证明F=Gn（2）若该轮轴的轴半径r=10cm，轮半径R=50cm，当施加的拉力F=120N时，重力为G=500N的物体匀速上升了2m，则该轮轴的机械效率是多少?（百分号前保留一位小数）

专项（二）简单机械的综合应用答案全解全析1.6×1072×10430%1.4×104解析客车与游客的总重力G=mg=6000kg×10N/kg=6×104N;电动机所做的有用功W有用=Gh=6×104N×1000m=6×107J;客车功率P=80kW=8×104W，v=4m/s，由P=Wt=Fst=Fv得电动机的牵引力F=Pv=8×104W4m/s=2×104N;电动机做的总功W总=Fs=2×104N×10×103m=2×108J，盘山公路的机械效率η=W有用W总×100%=6×107J2×108J×100%=30%;额外功W额=2.（1）弹簧测力计刻度尺（2）见解析（3）斜面粗糙程度控制变量法解析（1）机械效率涉及力和移动距离，所以需要弹簧测力计和刻度尺;（2）探究斜面的机械效率是否与倾斜程度有关，需要记录倾斜角度及和机械效率相关的物理量，表格如表所示:实验序号斜面的倾斜角度物体重力G/N拉力F/N斜面高度h/m斜面长度s/mW有/JW总/J机械效率η123（3）探究斜面的机械效率是否与倾斜程度有关，应保持斜面粗糙程度不变，改变倾斜程度分析机械效率的变化，这种方法叫作控制变量法。3.解析（1）物体的重力G=mg=72kg×10N/kg=720N，提升物体时所做的有用功W有=Gh=720N×0.5m=360J，由η=W有W总可得，W总=W有η=360J90%=400J，由W总=W有+W额可得，W额=W总-W有=400J-360J=40J;（2）已知s=80cm=0.8m，由W总=4.（1）2（2）1.2（3）不会相同解析（1）由图乙可知，物重G物=8N时，滑轮组的机械效率η=80%，因不计绳重和摩擦，所以，η=W有W总=G物ℎ(G物+G动)ℎ=G物G物+G动=8N8N+G动=80%，解得G动=2N;（2）当G物=4N时，重物以v=20cm/s=0.2m/s的速度匀速上升，则拉力F做功的功率P=W总t=(G物+G动)ℎt=（G5.D据图可知，起重机的吊臂符合杠杆的条件，所以是一个杠杆，故A正确;物体上升2m，滑轮组所做有用功W有用=Gh=mgh=330kg×10N/kg×2m=6.6×103J，故B正确;W总=W有用η=6.6×103J60%=1.1×104J，故C正确;增加起吊物体的质量，起吊物体的重力变大，有用功变大6.定不能既可以省力，又可以改变力的方向不能省距离增大硬棒CD或EF的长度解析A、B都是定滑轮，使用时不能省力，也不能省距离;轮轴（省力杠杆）和定滑轮组合使用的好处是既可以省力，又可以改变力的方向，弊端是不能省距离;若要更省力，在不改变装置结构的基础上，可以增大硬棒