浙教版九上第三章《能量的转化与守恒》补充作业（2）（解析版）

浙教版九上第三章：《能量的转化与守恒》补充作业2-------功、功率、机械效率综合计算1.如图所示，用F1的力直接将物体B匀速提高h,若借助滑轮组把B匀速提升相同高度，绳子自由端拉力为F2；关于滑轮组把B匀速提升的过程中，下列说法正确的（▲）A.滑轮组绳子自由端要移动2hB.总功为F2hC.额外功为F1h-F2hD.机械效率【答案】D【解析】（1）由图知，使用的滑轮组n=3,绳子移动距离是物体的上升高度的三倍，利用W=Fs求拉力做的总功；（2）使用滑轮组做的有用功等于直接用F1提升h做的功，拉力做的额外功等于总功减去有用功，滑轮组的机械效率等于有用功与总功之比。【分析】本题考查了使用滑轮组时有用功、总功、额外功、机械效率的计算，正确认识有用功和总功是解题的关键。【详解】AB.由图知，使用的滑轮组n=3,绳子移动距离是物体的上升高度的三倍，即s=3h；拉力做的总功W总=F2s=F2×3h=3F2h,故AB错误；CD.使用滑轮组做的有用功等于直接用F1提升h做的功，即W有用=F1h,拉力做的额外功：W额=W总-W有用=3F2h-F1h,滑轮组的机械效率：η=，故C错误、D正确；故选：D2.如图，用滑轮组将600N的重物在10s内匀速提升了2m,动滑轮重为100N(不计绳重和摩擦），下列说法正确的是（▲）A.绳子自由端的拉力是200NB.绳子自由端拉力的功率是70WC.滑轮组的机械效率是85.7%D.提升重物的过程中所做的额外功是400J【答案】C【解析】【分析】【详解】略3.如图所示，甲同学站在地面上用定滑轮把地面上的物体匀速向上运送到某一高度处。乙同学站在某一高度处用动滑轮把该物体也从地面上匀速向上运送到同样的高度处。不计绳和滑轮之间的摩擦，绳子的重力和动滑轮的重力均不计。就甲和乙这一运送物体的过程中，下列分析正确的是（▲）A.甲和乙做功相同B.甲和乙做功的功率相同C.甲比乙做的功多D.甲比乙做功的功率大【答案】A【解析】克服物体的重力所做的功是有用功，由题知匀速提升同一物体到同一高度处，可知做的有用功相同；功率P=，是由功和做功时间共同决定的。【分析】本题结合定滑轮和动滑轮的特点，考查学生对功和功率概念的理解，是一道学科内的综合题目，是一道好题。【详解】（1）匀速提升同一物体到同一高度处，三种情况下做的有用功相同，大小都为W有用=Gh，因不计绳子质量和摩擦，所以W=W有用=Gh，故选项A说法正确，符合题意；选项C说法错误，不符合题意；（2）因功率是由功和做功时间共同决定的，而题干中没有做功时间，故无法判断功率的大小，故B、D选项说法错误，不符合题意；故选:A4.如图为了提升重物，我们选用了粗细均匀重为G的杠杆，不计杠杆支点处的摩擦，先后把同一个重物挂在A、B两处，每次用力让杠杆上升同样的高度，下列说法正确是（▲）A.重物在A点处做的有用功多，机械效率高B.重物在A和B点处杠杆的机械效率相等C.重物在B点处做的额外功多，杠杆的机械效率高D.重物在B点处做的有用功多，杠杆的机械效率高【答案】D【解析】（1）知道重物重力和重物上升的距离，根据W=Gh求出有用功。（2）由于拉力总是竖直向上的，重物挂在杠杆的A、B两处，所以动力臂不变，阻力臂变大，知道利用杠杆所做的额外功就是克服杠杆的重力而做的功，则根据杠杆的重力和杠杆中点上升的距离，根据W=Gh求出额外功；求出总功；根据机械效率公式求出机械效率。【分析】对于已知机械效率或要求机械效率的问题，想法求出有用功、总功，本题关键是判断出在A、B两处提升重物，上升同样的高度时，杠杆的重心上升的高度的关系。【详解】（1）利用杠杆提升重物，有用功W有用=Gh，在A、B两处提升的是同一个重物，每次杠杆上升同样的高度，而重物上升的高度hB＞hA,在A、B两处人做的有用功不相同，重物在A点处做的有用功少，故A选项错误。由图可知：在A、B两处提升重物，每次用力让杠杆上升同样的高度，而杠杆的重心上升的高度h´A=h´B,额外功：W额外＝G杆h,W额外A=W额外B，故C错误；在A、B两处人对重物提升的高度不同，做的有用功不相同，而W总=W有用+W额外，W有用＜W总B由η=，可得ηA＜ηB，所以B选项错误，D选项正确。故选：D5.用如图所示的滑轮组拉动水平地面上重200N的物体，使物体在4s内匀速前进了4m,已知物体受到地面的摩擦力为60N,所用拉力大小为25N,忽略绳重、滑轮重。下列说法正确的是（▲）①拉力做功的功率为75W②绳子自由端在4s内移动了8m③该滑轮组的机械效率为80%④物体克服摩擦力做的功为300JA.只有①③正确B.只有②④正确C.只有①④正确D.只有②③正确【答案】A【解析】由图可知，动滑轮上有三段绳子，绳子自由端移动的距离等于物体移动距离的3倍；利用W=fs物求物体克服摩擦力做的功（有用功），利用W=Fs求拉力做的总功，知道做功时间，利用P=求拉力做功的功率，滑轮组的机械效率等于有用功与总功之比。【分析】本题考查了水平使用滑轮组时有用功、总功、功率、机械效率的计算，本题关键：知道物体克服摩擦力做的功为有用功。【详解】由图可知，动滑轮上有三段绳子，则绳子自由端移动的距离s=3s物=3×4m=12m,物体克服摩擦力做的功（有用功）：W有用=fs物＝60N×4m=240J,拉力做的总功：W总=Fs=25N×12m=300J,拉力做功的功率：P==75W,滑轮组的机械效率：η=×100%=80%,可见，①③正确、②④错误。故选：A6.质量为0.6t的货物在吊车钢索的拉力作用下，竖直向上运动（忽略空气的阻力和钢索自重），货物运动的s-t图像如图所示，2s时钢索的拉力大小为F1,8s时钢索的拉力大小为F2,则F1▲F2（填“＞”“＜”或“＝”），6∽12s内钢索拉力的功率为▲W。【答案】=；1000【解析】（1）物体处于静止或匀速直线运动状态时，受的是平衡力的作用，大小相等；（2）从图象上读出6∽12s过程中通过的距离，根据W=Fs求得拉力做功，然后利用P=可求得拉力的功率。【分析】本题考查了二力平衡条件的应用、功和功率的计算，能根据图象得出相关信息是关键。【详解】（1）根据图示可知，物体在0∽6s以较大的速度做匀速直线运动，物体在6∽12s的内以较小的速度做匀速直线运动，因为物体处于平衡状态，拉力都等于重力、所以2s时和8s时钢索的拉力是相等的；（2）由（1）的分析知道，钢索拉力F=G=mg=0.6×103kg×10N／kg=6×103N,货物在6至12s内升高的高度s=1m,钢索拉力做功：W=Fs=6×103N×1m=6×103J；6∽12s内钢索拉力的功率P===1000W。故答案为：=；10007.如图所示，小明的爸爸用600N的拉力使重1140N的物体在10s内匀速上升了2m（不计摩擦及绳重），此时滑轮组的机械效率为▲。体重为450N的小明也用此滑轮组来提升同一物体，但物体没有被拉动，当小明对地面的压力为ON时，物体对水平地面的压力为▲N。【答案】95％；300【解析】（1）根据滑轮组可知绳子的有效股数，根据η=×100%=×100%=×100%=×100%求出滑轮组的机械效率；（2）不计摩擦及绳重，根据F=（G+G动）求出动滑轮的重力，体重为450N的小明也用此滑轮组来提升同一物体，但物体没有被拉动，当小明对地面的压力为0N时，把动滑轮和物体看做整体，整体受到竖直向上2股绳子的拉力和水平地面对物体的支持力、竖直向下的总重力处于平衡状态，根据整体受到的合力为零求出水平地面对物体的支持力，物体对水平地面的压力和水平地面对物体的支持力是一对相互作用力，二力大小相等。【分析】本题考查了滑轮组机械效率公式和滑轮组拉力公式的综合应用，要注意小明对地面的压力为0N时绳子的拉力等于小明的重力。【详解】（1）由图可知，滑轮组绳子的有效股数n=2,则滑轮组的机械效率：η=×100%=×100%=×100%=×100%=×100％=95％；不计摩擦及结重，由F=(G＋G动）可得，动滑轮的重力：G动＝nF-G=2×600N-1140N=60N，体重为450N的小明也用此滑轮组来提升同一物体，但物体没有被拉动，当小明对地面的压力为0N时，把动滑轮和物体看做整体，整体受到竖直向上2股绳子的拉力和水平地面对物体的支持力、竖直向下的总重力处于平衡状态，所以，由整体受到的合力为零可得：2F´+F支持=G+G动，则F支持=G+G动-2F´=1140N＋60N-2×450N=300N，因物体对水平地面的压力和水平地面对物体的支持力是一对相互作用力，所以，物体对水平地面的压力：故答案为：95%；3008.在建筑工地上，小明同学利用如图所示的装置，用25N的拉力使重为300N的物体A沿着水平地面匀速运动。A在运动时受到地面的摩擦力为其所受重力的0.2倍，不计绳重及滑轮组的摩擦。则动滑轮所受重力▲N,若增加物体A的重力，仍使物体A匀速运动，则该装置的机械效率将▲（填“增大”“减小”或“不变”）。【答案】15；增大【解析】（1）根据摩擦力为物重的0.2倍求出摩擦力；因物体A匀速运动，则绳子对物体的拉力和物体受到的摩擦力是一对平衡力，大小相等；由图可知滑轮组绳子的有效股数，然后利用F=(G动＋F拉）可求得动滑轮受到的重动力；（2）使用此滑轮组水平拉动物体时，克服物体与地面间摩擦力做的功为有用功；滑轮组的机械效率η若其它因素不变，只增加物体的重力，物体对地面的压力增大，则摩擦力增大，克服摩擦力做的有用功增大，在额外功不变的情况下，机械效率增大。【分析】本题考查了滑轮组拉力和机械效率的计算，明确绳端拉力做的功为总功，克服摩擦力做的功为有用功是关键。【详解】（1）因为物体A在运动时受到地面的摩擦力为其所受重力的0.2倍，所以物体受到的摩擦力：f=0.2G=0.2×300N=60N；因物体A匀速运动，绳子对物体的拉力和物体受到的摩擦力是一对平衡力，所以滑轮组对物体的拉力F拉=f=60N,由图知n=3,不计绳重与摩擦，由F=(G动＋F拉）可得动滑轮受到的重力：G动=nF-F拉=3×25N-60N=15N；滑轮组的机械效率：η=使用此滑轮组水平拉动物体时，克服物体与地面间摩擦力做的功为有用功；若增加物体A的重力，仍使物体A匀速运动，因物体对地面的压力增大，则摩擦力增大，克服物体与地面间摩擦力做的有用功增大，在外功不变的情况下，有用功在总功中所占的比例增大，则机械效率将增大。故答案为：15；增大9.跳绳是一种健身运动，李强同学对此作了专门研究：跳绳者的质量m=50kg,跳绳者的重心高度随时间变化的情况如图所示。根据所给条件可估算出此跳绳者每跳一次克服重力所做的功是▲J。在1min内克服重力做功的平均功率为▲W。（g取10N/kg）【答案】45；135【解析】求解克服重力所做的功可利用公式W=Gh求解计算功的大小，利用功率的公式P=计算功率的大小。【分析】求解此类问题要结合功的公式和功率的计算公式进行求解。【详解】跳绳者每跳一次克服重力所做的功W=Gh=50kg×10N/kg×0.09m=45J；由图分析可知，每s跳一次，即每秒跳3次，则在lmin内可跳跃3×60=180(次），故lmin内克服重力做功的平均功率P==135W；故答案为：45；13510.晾衣架（如图）给日常生活带来许多方便，转动手摇器能使横杆上升或下降。（1）安装在天花板上虚线框内的简单机械应是▲。（2）使用一段时间后，对手摇器的转轴添加润滑剂，目的是▲。（3）将挂在晾衣架上重为20牛的衣服升高1.5米，至少对衣服做功▲。（4）由于使用不当，造成晾衣架右侧钢丝绳受损，最多只能承受15牛的力，左侧钢丝绳能正常使用。晾衣架的横杆上有11个小孔，相邻两孔间的距离均为20厘米。现准备将重为20牛的一件衣服挂到水平横杆的小孔进行晾晒，通过计算说明挂在哪些编号的小孔，右侧钢丝绳会断裂（横杆、衣架和钢丝绳等自重不计）？▲。【答案】（1）定滑轮；（2）减小摩擦；（3）至少对衣服做30J功；（4）挂在9、10、11三个孔上晾晒会损坏晾衣架【解析】（1）定滑轮实质是等臂杠杆，不省力也不费力，但可以改变作用力方向。（2）减少摩擦力的方法有：一是减小压力；二是减小接触面积的粗糙程度；三是用滚动摩擦代替滑动摩擦；四是使接触面彼此分离（如加润滑油等）。（3）利用W=Gh可求得对衣服做多少功；（4）晾衣架可以看作是一个杠杆，做出绳与晾衣架的交点为杠杆的支点，L2为悬挂点到支点的距离，由杠杆平衡条件求得L2即可得出结论。【分析】此题涉及功的计算、减小摩擦的方法、杠杆平衡条件的应用等多个知识点，是一道综合性较强的题目。【详解】（1）安装在天花板上虚线框内的简单机械是定滑轮，使用定滑轮不省力，但可以改变作用力方向。（2）对手摇器的转轴添加润滑剂，使接触面彼此分离，从而减小摩擦。（3）对衣服做功W=Gh=20N×1.5m=30J。（4）晾衣架可以看作是一个杠杆，做出绳与晾衣架的交点为杠杆的支点，L2为悬挂点到支点的距离，由杠杆平衡条件F1×L1=F2×L2可得，L2==1.5m=150cm,已知相邻两孔间的距离均为20厘米，所以挂在9、10、11三个孔上晾晒会损坏晾衣架。故答案为：（1）定滑轮；（2）减小摩擦；（3）至少对衣服做30J功；（4）挂在9、10、11三个孔上晾晒会损坏晾衣架。11.港珠澳大桥被誉为现代七大奇迹之一，其中长约5600m的沉管隧道通过引桥与人工岛路面相连，引桥长1000m,竖直高度为40