苏科版九年级下学期中考物理专题复习之机械效率类的基础计算

苏科版初三物理下学期
中考物理专题复习之机械效率的基础计算
1.如图所示，某工人用动滑轮匀速将水桶提高2m，水桶所受重力为150N，滑轮的重
力为10N，不计绳重和摩擦，求：
(1)工人拉绳子所用拉力F的大小。

(2)拉力做的功。

(3)若物体上升的速度为1m/s，则拉力的功率为多少千瓦。

(4)动滑轮的机械效率。

2.如图所示，小型牵引车通过滑轮组可以将重物匀速吊起，若每次重物均以0.4m/s的
速度匀速上升，且滑轮的摩擦和绳重均可忽略不计。

当吊起质量为270kg的重物A 时，牵引车对绳的拉力为F，滑轮组的机械效率为90%，取g=10N/kg。

求：(1)拉力F的大小。

(2)动滑轮所受的重力。

(3)拉力F的功率P。

3.质量为60kg的工人用如图甲所示的滑轮组运送货物上楼，滑轮组的机械效率随货
物重力变化的图象如图乙，机械中摩擦力及绳重忽略不计，(g=10N/kg)。

问：
(1)若工人在1min内将货物匀速向上提高了6m，作用在钢绳上的拉力为400N，拉
力的功率是多大；
(2)动滑轮受到的重力；
(3)该工人竖直向下拉绳子自由端运送货物时，此滑轮组机械效率最大值是多少？
4.小明同学为了将放置在水平地面上重G=100N的物体提升到高处，设计了图甲所
示的滑轮组装置，动滑轮重10N.当小明用图乙所示随时间t变化的竖直向下的力F 拉绳时，重物上升的高度h随时间t变化的关系如图丙所示。

求：
(1)在0～2s内拉力F做的功。

(2)在2～3s内，拉力F的功率及滑轮组的机械效率。

5.如图所示，一个边长为80cm的正方体重640N，放在水平地面上，一个人站在地上
利用滑轮组将重物匀速提起来．求：
(1)人还没有用力拉之前，重物对地面的压强是多大？
(2)要想使人所用的拉力最小，请在图上画出滑轮组上绳子的绕法．
(3)如果人对绳子的实际拉力是320N，滑轮组的机械效率是多少？
6.如图所示，A物体受到的重力是100N，在拉力F的作用下，能以0.2m/s的速度在水
平地面上向左匀速直线运动。

已知拉力F=5N，滑轮组的机械效率为80%，试问：
(1)5s内拉力F所做功的大小是多少？
(2)物体A受到水平地面的摩擦力大小是多少？
7.如图所示，图甲是使用滑轮组从水中打捞一正方体物体的简化示意图，在打捞过程
中物体始终以0.1m/s的速度匀速竖直上升，物体未露出水面前滑轮组的机械效率为75%，图乙是打捞过程中拉力F随时间t变化的图象。

(不计绳重，忽略摩擦和水的阻力，g取10Nkg)求：
(1)物体的边长；
(2)物体浸没在水中时受到的浮力；
(3)物体的重力。

8.搬运工人站在水平高台上用如图所示的滑轮组匀速竖直向上提升重物，不计绳重和
摩擦.工人的重力为640N，提升时间为20s，重物上升高度为2m.则：
(1)提升时绳自由端的速度为多少⊕
(2)若拉力F的大小为150N，则拉力的功率为多少⊕
(3)若上述过程中所提重物重为360N，则滑轮组的机械效率为多少⊕
(4)若仍用该滑轮组提升另一重物，当提升过程中该工人对高台的压力为800N，则
所提升重物的重力为多少⊕
9.某桥梁施工队用如图所示的滑轮组打捞沉在水底的工件。

已知工件的体积是
0.16m3，密度是3.5×103kg/m3，滑轮组向上匀速拉动浸没在水中的工件时，人
在绳子的自由端施加的拉力F=1700N。

(不考虑摩擦及水的阻力，g取10N/kg)求：
(1)工件的质量是多少千克？工件浸没在水中时，受到的浮力是多少？
(2)滑轮组向上匀速拉动浸没在水中的工件时，机械效率是多大？
(3)工件从水里升到水面上的过程中，滑轮组的机械效率将如何变化，并分析原因。

10.一个工人用由一个定滑轮和一个动滑轮组成的滑轮组(不计摩擦和绳重)，站在地上
将400N重的货物经过10s匀速提高4m，所用的拉力是250N，求：
(1)这个工人做功的功率是多少？
(2)此时滑轮组的机械效率是多少？
(3)若把800N的重物提起，工人至少要用多大的拉力？
答案和解析
1.【答案】解：(1)不计绳重和摩擦，拉力：
F =12(
G +G 轮)=1
2
×(150N +10N)=80N ；
(2)拉力端移动的距离：s =2ℎ=2×2m =4m ， 拉力做功：W 总=Fs =80N ×4m =320J ； (3)拉力端移动的速度v =2×1m/s =2m/s ，
拉力做功功率：P =Fv =80N ×2m/s =160W =0.16kW ； (4)工人做的有用功：W 有=Gℎ=150N ×2m =300J ， 动滑轮的机械效率：η=W 有 
W
总 
×100％=
300J 320J
×100％=93.75％
答：(1)工人拉绳子所用拉力的大小为80N ； (2)拉力做的功为320J ；
(3)如果物体上升速度为1m/s ，则拉力的功率为0.16kW ； (4)动滑轮的机械效率是93.75%。

【解析】本题考查了使用动滑轮拉力、功、功率和机械效率的计算，利用好不计绳重和
摩擦拉力F =1
2
(G +G 轮)是本题的突破口。

由图知，使用的是动滑轮，n =2。

(1)不计绳重和摩擦，利用F =1
2(G +G 轮)求拉力；
(2)利用s =2ℎ求拉力端移动的距离，利用W =Fs 计算拉力做功；
(3)拉力端移动的速度等于物体升高速度的2倍，再利用P =Fv 求拉力的功率； (4)利用W =Gℎ计算有用功，应用公式η=W 有 
W 总 
计算动轮组的机械效率。

2.【答案】解：(1)重物的重力：G A =mg =270kg ×10N/kg =2700N ， 由图可知，n =3，
由η=W 有
W 总×100%=Gℎ
Fs ×100%=Gℎ
Fn ℎ×100%=G
nF ×100%可得，拉力的大小：
F =
G A nη=2700N
3×90％=1000N ；
(2)滑轮的摩擦和绳重均可忽略不计，
由F =1
n
(G +G 动)可得，动滑轮所受的重力：G 动=nF −G A =3×1000N −2700N =300N ；
(3)绳端移动的速度：v 绳=nv 物=3×0.4m/s =1.2m/s ， 拉力F 的功率：P =Fv 绳=1000N ×1.2m/s =1200W 。

答：(1)拉力F 的大小为1000N ； (2)动滑轮所受的重力为300N ； (3)拉力F 的功率为1200W 。

【解析】本题考查了拉力、动滑轮重力、拉力功率的计算，利用滑轮组机械效率公式η=G
nF
×100%和功率公式P =Fv 是关键。

(1)知道重物的质量，根据G =mg 求出其重力，由图可知滑轮组绳子的有效股数，根据η=W 有
W 总×100%=Gℎ
Fs ×100%=Gℎ
Fn ℎ×100%=G
nF
×100%求出拉力F 的大小； (2)滑轮的摩擦和绳重均可忽略不计，根据F =1
n (G +G 动)求出动滑轮所受的重力；
(3)根据v 绳=nv 物求出绳端移动的速度，根据P =W
t =Fs t =
Fv 求出拉力F 的功率。

3.【答案】解：(1)由图可知，n =3，则绳端移动的距离： s =nℎ=3×6m =18m ， 拉力做的功：
W =Fs =400N ×18m =7200J ， 拉力的功率： P =W t =7200J
60s =120W ；
(2)由图乙可知，物重G=300N时，滑轮组的机械效率η=60%，
因机械中摩擦力及绳重忽略不计，克服物重做的功为有用功，克服动滑轮重力和物重做的功为总功，
所以，滑轮组的机械效率：
η=W
有用
W
总
=
Gℎ
(G+G
动
)ℎ=
G
G+G
动
=60%，
即300N
300N+G
动
=60%，
解得：G动=200N；
(3)已知工人的质量为60kg，
则该工人竖直向下拉绳子自由端运送货物时，绳子的最大拉力：
F 大=G
人
=m
人
g=60kg×10N/kg=600N，
由F=1
n (G+G
动
)可得，提升的最大物重：
G 大=nF
大
−G
动
=3×600N−200N=1600N，
则滑轮组的最大机械效率：
η
大=
G
大
G
大+
G
动
×100%=
1600N
1600N+200N×
100%≈88.9%。

答：(1)拉力的功率为120W；
(2)动滑轮受到的重力为200N；
(3)该工人竖直向下拉绳子自由端运送货物时，此滑轮组的机械效率最大值是88.9%。

【解析】本题考查了影响滑轮组机械效率的因素和做功公式、功率公式、机械效率公式、滑轮组绳子拉力公式的综合应用，要注意绳子的最大拉力和人的重力相等。

(1)由图可知滑轮组绳子的有效股数，根据s=nℎ求出绳端移动的距离，根据W=Fs求
出拉力做的功，利用P=W
t 求出拉力的功率；
(2)由图乙可知，物重G=300N时，滑轮组的机械效率η=60%，机械中摩擦力及绳重忽略不计，克服物重做的功为有用功，克服动滑轮重力和物重做的功为总功，根据
η=W
有用
W
总
=
Gℎ
(G+G
动
)ℎ=
G
G+G
动
求出动滑轮受到的重力；
(3)该工人竖直向下拉绳子自由端运送货物时，绳子的最大拉力等于人的重力，根据G=
mg求出其大小，根据F=1
n (G+G
动
)求出提升的最大物重，然后利用
η=W
有用
W
总
=
Gℎ
(G+G
动
)ℎ=
G
G+G
动
求出滑轮组的最大机械效率。

4.【答案】解：
(1)由图丙可知，在0～1s内物体升高高度为0，则此过程中拉力端移动距离为0，拉力做功为0J；
由甲图可知，n=3；
由图丙可知，在1～2s内重物上升的高度ℎ1=1.25m，则拉力端移动距离s=3ℎ1=
3×1.25m=3.75m，
由甲图可知，1～2s内，拉力F=50N，
则拉力F做的功：
W=Fs=50N×3.75m=187.5J；
(2)由图乙可知，2～3s内绳端的拉力F′=40N，
由图丙可知，2～3s内物体上升的高度ℎ2=3.75m−1.25m=2.5m，
则绳端移动的距离：
s′=3ℎ2=3×2.5m=7.5m，
2～3s内拉力做的总功：
W
总
=F′s′=40N×7.5m=300J，
在2～3s内，拉力F的功率：
P=W
总
t=
300J
1s=
300W；
此过程中所做的有用功：
W 有=Gℎ2=100N ×2.5m =250J ， 则滑轮组的机械效率： η=
W 有用W 总
=250J
300J ×100%≈83.3%。

答：(1)在0～2s 内拉力F 做的功为187.5J ；
(2)在2～3s 内，拉力F 的功率及滑轮组的机械效率分别为300W 、83.3%。

【解析】本题主要考查了功、功率和机械效率的计算，是一道力学综合题，关键是能从题目提供的图中得出不同时间内物体的相关信息。

(1)由图丙可知，在0～1s 内物体升高高度为0，则拉力端移动距离为0，拉力不做功； 由甲图可知，1～2s 内，拉力F =50N ，重物上升的高度为1.25m ，求出拉力移动距离，根据W =Fs 求出拉力F 做的功；
(2)由图乙可知2～3s 内绳端的拉力，由图丙可知物体上升的高度，根据s =nℎ求出绳端移动的距离，根据W =Fs 求出总功，根据P =W
t 求出拉力F 的功率； 根据W =Gℎ求出有用功，利用η=
W 有用W 总
×100%求出滑轮组的机械效率。

5.【答案】解：(1)重物的底面积：S =L 2=(80×10−2m)2=0.64m 2，
人还没有用力拉之前，重物对地面的压强：P =F S
=G S
=6400N
0.64m
2=1000Pa ． (2)要使该滑轮组向下用力物体向上运动，应从定滑轮开始绕．如图所示
(3)由图可知绳子有效股数为n =3，滑轮组的机械效率为：
η=W 有W 总=Gh FS =G nF =640N 3×320N
≈66.7%
答：(1)人还没有用力拉之前重物对地面的压强为1000Pa ；(2)滑轮组上绳子的绕法如图
所示；(3)滑轮组的机械效率约为66.7%．
【解析】本题考察了滑轮组的设计与安装，压强的计算，和滑轮组的机械效率计算等知识点。

(1)先根据面积公式求出正方体的底面积，再根据水平面上物体对地面的压力等于重力，利用压强公式求出重物对地面的压强；
(2)拉力的方向向下，可以倒着从人的手开始画，遵从“奇动偶定”和“绕线不交叉”“承担重物段数最多最省力”的原则； (3)根据滑轮组的机械效率公式计算。

6.【答案】解：(1)如图所示，有三股绳子作用在动滑轮上，即n =3， 则绳子自由端移动的速度为：
v =3v 物=3×0.2m/s =0.6m/s ；
5秒内绳端移动的距离：s =vt =0.6m/s ×5s =3m ；
5秒内拉力所做的功：W =Fs =5N ×3m =15J ；
(2)在水平滑轮组中，克服物体与地面间的摩擦力做的功为有用功， 因为η=W 有W 总
=fs 物
Fn s 物=f
nF ，
所以，物体A 受到水平地面的摩擦力：
f =nηF =3×80%×5N =12N 。

答：(1)5s 内拉力F 所做功的大小是15J ； (2)物体A 受到水平地面的摩擦力大小是12N 。

【解析】此题主要考查的是学生对机械效率计算公式及其变形公式的理解和掌握，知道克服物体摩擦力做的功为有用功是解决此题的关键。

(1)由功率公式W =Fs 可求得5s 内拉力F 所做功； (2)根据效率公式η=W 有W 总
=fs 物
Fn s 物=f
nF 求出摩擦力。

7.【答案】解：
(1)由图象可知正方体的边长：L =vt =0.1m/s ×(110s −100s)=1m ； (2)物体浸没在水中时受到的浮力为：
F 浮=ρ水gV 排=ρ水gV =1.0×103kg/m 3×10N/m ×(1m)3=104N ； (3)物体在水中匀速上升时，有：
，
解得：G =105N 。

答：(1)物体的边长为1m ；
(2)物体浸没在水中时受到的浮力为104N ； (3)物体的重力为105N 。

【解析】本题考查了速度公式，功的计算公式，浮力大小的计算等多个知识点，难度不大，关键是读懂图象提供的信息。

(1)物体始终匀速上升，但在物体离开水面上时，其浮力发生变化，要维持匀速，故其拉力F 也会发生变化，从而确定物体离开水面过程中用的时间，进而算出物体边长； (2)根据阿基米德原理公式即可求出；
(3)该图中用到了滑轮组，由滑轮组特点结合图形可知物体升高h ，绳子拉力的路程为3h ，再结合机械效率的计算公式即可求解。

8.【答案】解：(1)∵滑轮组有3段绳子与动滑轮相连，
∴重物上升高度为2m 时，绳子自由端移动的距离为：s =3ℎ=3×2m =6m ，
∴提升时绳自由端的速度为：v =s t =6m
20s =0.3m/s ； (2)∵拉力F 的大小为150N ，
∴根据公式P =W t =Fs
t =Fv 可得，拉力的功率为： P =Fv =150N ×0.3m/s =45W ；
(3)∵克服物体的重力做的有用功为：W 有=Gℎ=360N ×2m =720J ， 拉力F 做的总功为：W 总=Fs =150N ×6m =900J ，
∴滑轮组的机械效率为：η=W 有
W 总
×100％=720
J 900J
×100％=80％；
(4)此工人对高台的压力为：F 压=800N ，
∴工人作用在绳子上的拉力为：F 拉=F 压−G 人=800N −640N =160N ， ∵动滑轮的重力为：G 动=3F −G =3×150N −360N =90N ，
∴此时所提升货物的重力为：G 货物=3F 拉−G 动=3×160N −90N =390N 。

答：(1)提升时绳自由端的速度为0.3m/s ；
(2)若拉力F 的大小为150N ，则拉力的功率为45W ；
(3)若上述过程中所提重物重为360N ，则滑轮组的机械效率为80%； (4)则所提升重物的重力为390N 。

【解析】本题考查滑轮组的功率、机械效率及相关计算，由图确定承重绳子的股数是解题的关键。

(1)由图知，s=3ℎ，据v=s
t
求出绳自由端的速度；
(2)已知拉力F的大小，据P=W
t =Fs
t
=Fv求拉力的功率；
(3)据W有=Gℎ和W总=Fs分别求出有用功和总功，由η=W
有
W
总
×100％求出滑轮组的机
械效率；
(4)据工人对高台的压力，工人作用在绳子上的拉力为：F拉=F压−G人，动滑轮的重力为：G动=3F−G，则货物的重力为：G货物=3F拉−G动。

9.【答案】解：(1)工件的质量：m=ρV=3.5×103kg/m3×0.16m3=560kg，
工件浸没在水中时，受到的浮力：F浮=ρ液gV排=1×103kg/m3×10N/kg×0.16m3= 1600N；
(2)滑轮组对工件的拉力：F′=G−F浮=mg−F浮=560kg×10N/kg−1600N= 5600N−1600N=4000N，
机械效率：；(3)工件从刚露出水面到完全露出水面的过程中，工件排开水的体积减小，工件受到的浮力减小，滑轮受到的拉力增大，拉力做的有用功增大，额外功几乎不变，由此可知动滑轮的机械效率变大。

答：(1)工件的质量是560千克；工件浸没在水中时，受到的浮力是1600N；
(2)滑轮组向上匀速拉动浸没在水中的工件时，机械效率是78.43%；
(3)机械效率将变大，由机械效率的公式可知，在额外功不变的情况下，有用功变大，所以有用功占总功的比值就变大，即机械效率变大。

【解析】本题考查了物体质量、所受浮力以及总功、有用功和机械效率的计算，主要是考查各种公式的灵活运用，本题的关键是知道物体没露出水面前所受浮力不变，露出水面后，浮力逐渐减小，拉力逐渐增大。

(1)已知工件的体积和密度，根据m=ρV求出工件的质量；根据阿基米德原理求出工件浸没在水中时受到的浮力；
(2)对工件受力分析可知，滑轮组对工件的拉力F′等于工件的重力减掉受到的浮力；由图可知绳子的有效股数为3，根据s=nℎ求出绳端移动的距离，拉力F′做的功为有用功，
拉力F做的功为总功，然后根据η=W
有
W
总
×100％求出机械效率；
(3)工件从刚露出水面到完全露出水面的过程中，工件受到的浮力减小，滑轮受到的拉力增大，拉力做的有用功增大，额外功几乎不变，由此可知动滑轮的机械效率变大。

10.【答案】解：
(1)由一个定滑轮和一个动滑轮组成的滑轮组，又是站在地上往下拉，故可得知此滑轮组应有2段绳子在拉重物，
工人做功W=FS=250N×2×4m=2000J，
则P=W
t=2000J
10s=
200W；
(2)W
有用
=Gℎ=400N×4m=1600J，
；
(3)不计绳重及摩擦，故有F=1
2(G
动
+G
物
)，
拉400N重物用的拉力为250N，
则动滑轮重G动=2F−G物=2×250N−400N=100N，
则拉800N重物时，拉力F=1
2(G
动
+G′
物
)=1
2×
(100N+800N)=450N。

答：(1)工人做功的功率为200W；
(2)机械效率为80%；
(3)拉800N重物需用力450N。

【解析】本题是比较综合性的滑轮组试题，有不少隐藏条件需要在题目中去挖掘，对学生的要求较高。

解答本题关键是要了解：
(1)由一个定滑轮和一个动滑轮组成的滑轮组，又是站在地上往下拉，故可得知此滑轮组应有2段绳子在拉重物，故S=2ℎ，再由W=FS求出工人做的功，最后由P=W
t
求出功率；
(2)工人做的功为总功，重物被拉升为有用功。

即W总=FS，W有用=Gℎ，再由
求出机械效率；
(3)在不计绳重和摩擦的情况下，若有n段绳子在拉重物，则F=1
n (G
动
+G
物
)，再根据此
公式算出拉800N重物需多大拉力。