专题05 机械效率问题（原卷版）

专题05机械效率问题【知识储备】有用功使用机械做功时，对人们有用的功叫有用功，用W有用表示。也就是人们不用机械而直接用手时必须做的功，也等于在理想情况下(即不考虑摩擦和机械本身的重力)人们所做的功，或者是机械对物体做的功。在提升物体时，W有用＝GH。额外功使用机械时，对人们没有用但又不得不做的功叫额外功，用W额表示。额外功的来源主要有：a.提升物体时，克服机械自重、容器自重、绳重等所做的功；b.克服机械的摩擦所做的功。总功人们在使用机械做功的过程中实际所做的功叫总功，用W总表示。它等于有用功和额外功的总和，即W总＝W有用＋W额，或人对机械的动力为F，则W总＝FS。(4)机械效率①定义：有用功与总功的比值叫做机械效率。②公式：η＝w有/w总由于总是存在额外功，使得W有用＜W额，所以η总是＜1；影响机械效率的主要因素有摩擦和机械自重等。【专题突破】1．如图所示，甲工人用水平推力F甲推动重为750N的货物，在水平路面上匀速移动2m至仓库门口A处，用时10s，此过程中甲工人做功的功率P甲＝30W；乙工人接着使用滑轮组拉动该货物在同样的路面上匀速移动3m到达指定位置B，拉力F乙为80N。求：（1）货物的质量。（2）甲工人做的功。（3）该滑轮组的机械效率。2．小强同学利用如图所示的滑轮组将货物运送到楼上，图中每个滑轮重100N，不计绳子重和摩擦。已知绳能承受的最大拉力为300N，每次均竖直向上匀速拉动绳子，人重力为600N，双脚站立在水平地面上时，脚与地面的接触面积为600cm2，求：（1）滑轮组的最大机械效率是多少？（2）滑轮组机械效率最大时，人脚对地面的压强为多少？（3）如果使用这个滑轮组提起重物时，刚好不省力时，提起的物重为多少N？（结果保留一位小数）3．如图是冰球门将周嘉鹰在本届冬奥会上镇守球门的情景。由于冰球对抗性极强，为防住高速冰球撞击，门将护具的质量为35kg。求：（g取10N/kg）（1）若冰刀与冰面的总接触面积为10cm2，质量为65kg的周嘉鹰穿上护具站立时，冰刀对冰面的压强有多大；（2）若周嘉鹰开球时用100N的力向前挥杆，向前挥杆时手的速度为10m/s，那么周嘉鹰的挥杆功率有多大；（3）守门训练时，额定电功率为120W的发球机产生的推力恒为240N，1s将冰球从30cm的平直发射轨道中推出，发球机发球时的效率有多大？4．乳山口跨海大桥工程起点位于乳山市大乳山猫头嘴，终点接G228丹东线烟台海阳市起点，路线全长4.01公里。乳山口大桥建成后，将成为威海最长的跨海大桥，也将是全省首座悬索桥。如图甲是使用轮船吊车向海底投放长方体石料的示意图。吊臂前段用钢绳连着一个动滑轮，动滑轮质量为40kg，在整个投放过程中，石料以恒定速度下降，动滑轮始终位于水面以上，乙是每股钢绳的拉力F随时间t变化的图像。忽略机械摩擦及水的摩擦阻力。（g取10N/kg，ρ水＝1.0×103kg/m3）求：（1）石块的重力；（2）石块浸没在水中时受到的浮力；（3）石块的密度；（4）石块在未接触水面前滑轮组的机械效率。5．如图甲所示是一台起重车的图片。起重车的质量为7.5t，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1500kg的货物匀速提升，滑轮组上钢丝绳的拉力F为6000N，货物上升过程中的s﹣t图像如图丙所示。（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。（结果精确到千分位）6．如图是用动滑轮运送建筑材料A的示意图，在卷扬机对绳子的拉力作用下，使重800N的建筑材料A以0.2m/s的速度沿竖直方向匀速上升10m。已知卷扬机对绳子的拉力F做功的功率为200W。绳重可忽略不计。求：（1）拉力F所做的功；（2）拉力F的大小；（3）动滑轮匀速提升建筑材料A的机械效率η。7．如图所示，利用滑轮组匀速提升水中物体A的示意图，滑轮组固定在钢架上，滑轮组中的两个滑轮质量相等。物体A底面积为20cm2，密度为6×103kg/m3。底面积为40cm2的圆柱形玻璃筒中装有一定量的水，当物体A完全浸没在水中时液面上升了15cm；在绳端拉力F为20N的作用下，物体A从水中匀速上升，物体A有13（1）物体A所受的浮力为F浮。（2）水在物体A底面处产生的压强为p。（3）物体浸没在水中时滑轮组的机械效率（g取10N/kg）。8．某工人站在水平地面上，用如图甲所示装置，将实心长方体A从井底沿竖直方向匀速拉起。A体积为0.12m3，重3600N，上升的速度始终为0.1m/s，图乙是人对绳子的拉力F随时间t变化的图象。（不计绳与滑轮间的摩擦及绳重，忽略水对物体的阻力，g取10N/kg，ρ水＝1×103kg/m3）求：（1）井底受到水的压强；（不考虑井中水面高度的变化）（2）实心长方体A浸没在水中时受到的浮力；（3）实心长方体A露出水面前，在提升过程中滑轮组的机械效率。9．如图甲所示是一种塔式起重机上的滑轮组。已知在匀速吊起600kg的货物时，绳端的拉力F是2500N，不计摩擦和绳重，g取10N/kg。（1）滑轮组的机械效率多大；（2）货物在10s内匀速上升5m，绳端拉力F的功率是多大；（3）图乙中悬吊货物所用动滑轮与图甲中动滑轮质量相同，若配重质量为3t，平衡臂长l1＝5m，起重臂长l2＝15m，当把货物送至最右端且塔臂在水平位置平衡时，求此时货物的质量。10．质量为60kg的同学用一根绳子通过甲图所示的滑轮组最多能够提起重力为300N的物体A（若物体在增重绳子将断裂），不计绳重和阻力（g取10N/kg）。求：（1）若用甲图所示的滑轮组提升物体A时，滑轮组的机械效率为75%，动滑轮的重力是多少？（2）该同学能用这根绳子和滑轮，组成如图乙所示的滑轮组，利用它从水中缓慢匀速地提起一个边长为0.2m的正方体B（不计水的阻力），当提到B的下表面所受水的压强为1.0×103Pa时，绳子断裂。则正方体B的密度是多少？（3）在乙图中，当物体B浸没在水中以0.5m/s的速度匀速上升时，人的功率为多少？11．小超与同学到某工地参观，看到工人操作电动机通过如图所示滑轮组将正方体石料从水池底竖直匀速吊起。他们通过调查得知：石料的边长为0.2m，密度为2.5×103kg/m3，石料上升时速度恒为0.4m/s，圆柱形水池的底面积为0.2m2，动滑轮重为30N。请根据他们的调查数据求（不计绳重和摩擦，ρ水＝1.0×103kg/m3，g取10N/kg）：（1）石料露出水面前受到的浮力；（2）石料的重力；（3）石料露出水面前滑轮组的机械效率；（4）石料从刚露出水面到完全露出水面所用的时间；并推导出该过程中电动机的输出功率P（单位：W）与时间t（单位：s）的函数关系式。12．如图21是用滑轮组提升物体A的示意图，物体A受到的重力大小为GA．在匀速竖直提升物体A的过程中，物体A上升的速度大小为vA，滑轮组的机械效率为η．已知：GA＝100N，vA＝0.4m/s，η＝80%，绳重、轮与轴的摩擦均可忽略不计。求：（1）绳子自由端的拉力大小F；（2）动滑轮所受的重力大小G动；（3）拉力F做功的功率P。13．一救援队员用如图所示的装置从水中打捞一装有贵重物品的箱子。在打捞过程中箱子始终做匀速竖直上升。已知该箱子的体积为0.08m3，质量为240kg，该箱子上表面距水面4m．若该箱子在救援队员施加600N的拉力作用下在水中竖直匀速上升。绳重和摩擦不计。[g＝10N/kg]求：（1）箱子上表面受到的水的压强；（2）箱子在水中所受浮力的大小；（3）在箱子拉出水面之后，该装置的机械效率。14．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、