机械效率的计算问题-2024年中考物理必考的12种类型大题夺分技巧试题解析

机械效率的计算问题-2024年中考物理必考的12种类型大题
夺分技巧试题解析
1. 如图，某同学用40N 的拉力，在6s 内将重90N 的物体匀速提升2m ，不计绳重和摩擦。

在此过程中，求∶
(1)拉力F 做的有用功是多少？
(2)该滑轮组的机械效率是多少？
(3)拉力开的功率是多少？
(4)若绳子所能承受的最大拉力是45N ，请计算说明，使用该滑轮组能否提起重120N 的物体？
【答案】(1)180J ；(2)75%；(3)40W ；(4)不能
【解析】由图可知，滑轮组的动滑轮绕3段绳。

(1)拉力F 做的有用功
W 有=Gh =90N×2m=180J
(2)该滑轮组的机械效率
方法一：
方法二：
(3)拉力F 的功率
(4)
不计绳重和摩擦，额外功
90N 100%75%340N
W Gh G W Fs nF η====⨯=⨯有总40N 32m=240J
W s F ==⨯⨯总180J 100%75%240J
W W η==⨯=有总240J 40W 6s
W P t ===总
W 额=W 总-W 有=240J-180J=60J
动滑轮的重力
G 动
==30N 绳子所能承受的最大拉力是45N ，提起物体的最大重力
G 最大=3F 最大-G 动=3×45N-30N=105N ＜120N
使用该滑轮组不能提起重120N 的物体。

答：(1)拉力F 做的有用功是180J ；
(2)该滑轮组的机械效率是75%；
(3)拉力开的功率是40W ；
(4)若绳子所能承受的最大拉力是45N ，使用该滑轮组不能否提起重120N 的物体。

2．如图所示，人用滑轮组拉着重810N 的物体使其沿竖直方向以0.1m/s 的速度匀速向上运动了5s ，人对绳子向下的拉力为300N ．求：
（1）物体上升的高度；
（2）滑轮组的机械效率；
（3）拉力的功率。

【答案】（1）物体上升的高度为0.5m ；
（2）滑轮组的机械效率为90%；
（3）拉力的功率为90W 。

【解析】（1）由v ＝可得，物体上升的高度：
h ＝vt ＝0.1m/s ×5s ＝0.5m ；
（2）由图可知，滑轮组绳子的有效股数n ＝3，
滑轮组的机械效率：
60J 2m
W h 额
η＝＝＝＝＝×100%＝90%；
（3）拉力端移动距离s ＝3h ＝3×0.5m ＝1.5m ，
总功：W 总＝Fs ＝300N ×3h ＝300N ×1.5m ＝450J ，
拉力的功率：P ＝＝＝90W 。

3.为了进一步理解所学知识，朝阳中学物理兴趣小组组装了如图所示的装置。

一辆质量为0.3kg 的玩具电动小车放置在粗糙水平桌面上，其与桌面间的滑动摩擦力为2N ，一根不可伸长的细绳一端固定在小车尾部，另一端依次跨过定滑轮、动滑轮后固定在O 点，两滑轮质量都为0.05kg 。

当小车向右运动，借助细绳、滑轮带动质量为0.2kg 的物体以0.1m/s 的速度沿竖直方向匀速上升，不计细绳与两滑轮之间的摩擦，不考虑空气阻力，求：
(1)细绳的拉力F ；
(2)滑轮组的机械效率η；
(3)玩具电动小车牵引力的功率P 。

【答案】（1）1.25N ；（2）80%；（3）0.65W
【解析】(1)动滑轮与重物在细绳的拉力作用下做匀速直线运动，将动滑轮和物体看做整体，整体处于平衡状态，受平衡力，根据平衡力条件，可得则
(2)滑轮组的机械效率
(3)由题意可知，小车也做匀速直线运动，则小车的牵引力
则牵引力的功率
2F G G =+物动
(0.2kg+0.05kg)10N/kg 1.25N 2
)(22G G m m g F ++⨯====物动物动0.2kg 10N/kg 80%2222 1.25N
W G h G h G m g W Fs F h F F η⨯=======⋅⨯物有物物物总F F f
=+牵
4．在九年级物理拓展课上，李博同学模拟某建筑工地上塔吊的工作情景，设置了如图所示的滑轮组来提升装修材料，若他用250N 的拉力在20s 内将450N 的材料提升了10m ，（不计绳重和摩擦，g ＝10N/kg ）。

求：
（1）拉力的功率是多少？
（2）提升450N 材料时，此滑轮组的机械效率是多少？
（3）若绳子能承受的最大拉力为400N 时，此滑轮组的机械效率最大可提高到多少？
【答案】（1）拉力的功率是375W ；
（2）提升450N 材料时，此滑轮组的机械效率是60%；
（3）若绳子能承受的最大拉力为400N 时，此滑轮组的机械效率最大可提高到75%。

【分析】（1）由图可知连接动滑轮绳子的股数，根据s ＝nh 求出绳子自由端移动的距离，然后利用W ＝Fs 求出拉力做的功，最后根据P ＝求出拉力的功率；
（2）由W 有用＝Gh 可求得有用功，利用η＝可求得机械效率；
（3）由F ＝（G+G 动）可求得动滑轮的重力，再利用F ′＝（G ′+G 动）可求得最大物重，然后利用η＝＝＝求得此滑轮组的最大机械效率。

【解答】（1）由图知，n ＝3，
则绳子自由端移动的距离：
s ＝nh ＝3×10m ＝30m ，
拉力做的功：
W 总＝Fs ＝250N×30m ＝7500J ，
则施加拉力的功率：
P ＝＝＝375W ；
（2）有用功W 有用＝Gh ＝450N×10m ＝4500J
，
) 1.25N+2N 0.1m/s 2=0.65W
((P F v F f v ==+⨯=⨯⨯牵车车）
机械效率η＝×100%＝×100%＝60%；
（3）由F＝（G+G动）可得，
动滑轮的重力G动＝nF﹣G＝3×250N﹣450N＝300N；
由F＝（G+G动）可得，
最大物重G′＝nF′﹣G动＝3×400N﹣300N＝900N；
此滑轮组的最大机械效率η′＝＝＝＝＝75%。

5．科技馆里两位老人正饶有兴致地体验升降座椅装置，小明观察后画出简图（如图）进行研究。

若爷爷质量m人＝60kg，奶奶用F＝240N的拉力将爷爷匀速拉升到顶端，该过程中奶奶手握住绳子向下拉动的总长度s＝6m。

不计绳重和摩擦，g取10N/kg。

求：
（1）奶奶所做的功；
（2）动滑轮（含座椅）的质量；
（3）该升降座椅装置的机械效率（保留一位小数）。

【答案】（1）奶奶所做的功是1440J；
（2）动滑轮（含座椅）的质量是12kg；
（3）该升降座椅装置的机械效率是83.3%。

【解析】（1）奶奶所做的功：
W＝Fs＝240N×6m＝1440J；
（2）爷爷的质量m人＝60kg，则爷爷的重力：
G＝mg＝60kg×10N/kg＝600N，
由图可知，n ＝3，不计绳重和摩擦，由F ＝（G+G 动）可得动滑轮（含座椅）的重力：G 动＝nF ﹣G ＝3×240N ﹣600N ＝120N ，
动滑轮（含座椅）的质量：
m 动＝＝＝12kg ；
（3）不计绳重和摩擦，该升降座椅装置的机械效率：
η＝＝＝＝＝×100%≈83.3%。

6.美乡村建设中，工人用起吊装置提升建筑材料，如图。

某次把质量为200kg 的材料匀速提升6m 用时15s ，消耗电能1.5×104J 。

g 取10N/kg 。

求这次匀速提升材料过程中
(1)材料所受拉力F 的大小；
(2)拉力F 对材料做功的功率；
(3)该装置的效率。

【答案】(1) 2000N ；(2)800W ；(3)80%
【解析】(1) 建筑材料匀速上升，拉力等于重力
F=G =mg =200kg ×10N/kg=2000N
材料所受拉力F 的大小为2000N 。

(2)拉力所做的有用功
W 有用=Gh =2000N ×6m=1.2×104J
拉力做功的功率
P
===800W 拉力做功的功率为800W 。

(3) 该装置的机械效率η===×100%=80%W t 有用41.210J 15s
⨯W W 有用总W W 有用电441.210J 1.510J
⨯⨯
该装置的效率为80%。

7. 如图所示，小汽车通过滑轮组从竖直矿井中提升矿石，矿石以lm/s 的速度匀速上升8m ，已知矿石重2700N ，动滑轮重300N ，不计绳的重力及滑轮摩擦，求该过程中：
(1)汽车拉力的大小；
(2)汽车拉力的功率；
(3)滑轮组的机械效率。

【答案】(1) 1000N ；(2) 3000W ；(3)90%
【解析】(1)由图可知，n =3，则汽车拉力的大小为
(2)汽车运动的速度为
汽车拉力的功率为
(3)滑轮组的机械效率为
8.工人师傅利用如图甲所示的滑轮组搬运石材。

质量为的石材放在水平地面上，在拉力F 的作用下沿水平方向做匀速直线运动，其路程随时间变化的图象如图乙所示。

石材在水平方向上受到的阻力为石材重的0.1倍，滑轮组的机械效率为75%，滑轮组和绳子的自重不计。

（
）求：
()()112700N 300N 1000N 33
F G G =+=+=石动331m/s 3m/s
v v ==⨯=石1000N 3m/s 3000W W Fs P Fv t t
====⨯=2700N 100%100%100%100%90%2700N 300N
W Gh G W Gh G h G G η=⨯=⨯=⨯=⨯=+++有总动动31.810kg ⨯10N/kg g =
(1)石材受到的阻力；
(2)在石材移动过程中，工人做的有用功；
(3)在石材移动过程中，工人作用在绳子自由端的拉力F 。

【答案】(1)1.8×103N ；(2)7.2×103J ；(3)800N
【解析】（1）石材的重力
石材的阻力
（2）由乙图知
，石材运动的速度为
石材移动过程中，石材运动的距离石材在水平面上做匀速直线运动，所以在石材移动过程中，工人做的有用功
(3)由得，工人做的总功
由分析知，绳子段数40s 40s 341.810kg 10N /kg 1.810N
G mg ==⨯⨯=⨯430.10.1×1.8×10N=1.8×10N
F G ==阻10s t = 1.0m
s =1.0m =0.1m/s 10s
s v t ==1t =40s
110.1m/s 40s 4m
s vt ==⨯=31 1.810N
F F ==⨯阻40s 3311 1.8×10N×4m=7.2×10J
W F s ==有100%W W 有总
η=⨯337.210J 9.610J 75%
W W η⨯===⨯有
总3
n =
绳子自由端移动的距离由得，工人作用在绳子自由端的拉力F
9. 使用如图所示的机械装置，某人从井里提升78kg 的重物，在10s 内沿水平地面向右匀速行走了8m ，该人拉绳子的力是400N （绳重与摩擦忽略不计）。

求：
(1)物体上升的速度是多少？
(2)拉力的功率是多少？
(3)该装置的机械效率是多少？
(4)动滑轮的重力是多少？
【答案】(1)0.4m/s ；(2)320W ；(3)97.5%；(4)20N
【解析】(1)人移动的距离，所用的时间，人移动的速度
物体移动的速度
(2)拉力做的功
拉力的功率
(3)
物体上升的高度
134m 12m
s ns ==⨯=绳W Fs =39.610J 800N 12m
W F s ⨯===总绳=8m s 人=10s t 8m ==0.8m /s 10s
s v t =人人11==0.8m /s=0.4m /s 22
v v ⨯人物=400N 8m=3200J
W Fs =⨯总3200J ==320W 10s
W P t =总
该装置的机械效率(4)动滑轮的重力。

11=8m=4m 22
h s =⨯人78kg 10N/kg 4m ==97.5%3200J
W G h m gh W W W η⨯⨯===有物物总总总2-=2400N-780N=20N G F G =⨯动物。