2020-2021【物理】物理机械效率的计算的专项培优练习题(含答案)附答案解析

一、初中物理有用功额外功总功机械效率的计算问题
1．如图，拉力 F 将重 120N 的物体沿水平方向移动 1m ，用时 1s 。

运动时，物体与地面之间的摩擦力为 30N ，此时滑轮组的机械效率为 80%。

下列说法正确的是（ ）
A ．拉力 F ＝10N
B ．克服动滑轮重力做额外功 7.5J
C ．动滑轮重 7.5N
D ．拉力的功率是 37.5W
【答案】D 【解析】 【分析】 【详解】
A ．由图知，滑轮组由3段绳子拉着动滑轮，即n =3，该滑轮组的机械效率
W fs f W Fns nF
η=
=
=
有用物总
物 则绳子自由端的拉力
30N 12.5N 3380%
f F η=
==⨯⨯ 故A 错误；
B ．滑轮组对物体做的有用功
30N 1m 30J W fs ==⨯=有用
滑轮组做的总功
312.5N 31m=37.5J W F s =⨯=⨯⨯总
额外功为
37.5J 30J 7.5J W W W =-=-=额总有用
由于绳有重力，绳与滑轮之间有摩擦力，故此额外功包括对动滑轮做的功和克服绳重及绳与滑轮之间的摩擦做功的总和，故克服动滑轮重力做的额外功应小于 7.5J ，故B 错误； C ．由B 知对动滑轮重力做的额外功小于 7.5J ，动滑轮上升的高度为1m ，根据W Gh =知，动滑轮重小于 7.5N ，故C 错误； D ．拉力做的总功为37.5J ，用时 1s ，由W
P t
=
得拉力的功率为 37.51s
J
37.5W W P t =
==总 故D 正确。

故选D 。

2．工人用图甲所示的滑轮组运送建材上楼，每次运送量不定，滑轮组的机械效率随建材重力变化的图像如图乙所示，滑轮和绳的摩擦力及绳重忽略不计。

则：
（1）若某次运送建材的质量为40kg ，滑轮组的机械效率是_______。

动滑轮的重力是_______N 。

（2）若工人在1min 内将建材匀速竖直向上提升12m ，作用在绳上的拉力为500N 时，拉力的功率是_______W ，运送建材的重力是_______N ，此时的机械效率是_______。

【答案】50% 400 200 600 60%. 【解析】 【分析】 【详解】
(1)[1]建材质量为40kg ，其重力为
=40kg 10N/kg=400N G mg =⨯
由图乙得，当建材重力为400N 时，滑轮组机械效率为50%。

[2]此时机械效率
400
=
==50%400+G G G G η+动动
解得G 动=400N 。

(2)[3]滑轮组由一个动滑轮和一个定滑轮组成，与动滑轮相连的绳子有两段，则该滑轮组可以省一半的力，建材向上提升了12m ，则绳子段移动的距离为24m ，拉力功率
500N 24m ==200W 60s
W Fs P t t ⨯=
= [4]滑轮组省一半的力，所以
+=2G G F 动材
解得=600N G 材。

[5]此时的机械效率为
600
=
=
=60%600+400
G G G η+材动
材
3．如图所示，工人们用同一滑轮组，根据需要有两种方式来提起等重的建筑材料，若不计摩擦和绳重，则F 1______F 2，机械效率ηA ______ηB 。

（填“>”“=”或“<”）
【答案】< = 【解析】 【分析】 【详解】
[1]由图可知，不计摩擦及绳重，绳子自由端拉力分别为
(
)113F G G =
+物动，()21
2
F G G =+物动 所以
1F F ２＜
[2]不计摩擦和绳重，两种方式来提起等重的建筑材料到相同高度，则对物体做的有功相同，动滑轮相同，则所做额外功相同。

所以机械效率相同，即A B ηη=。

4．如图所示，用滑轮组拉动重为200N 的物体在水平桌面上匀速直线运动。

已知F =20N ，滑轮组的机械效率为85%，则物体与桌面的之间的摩擦力大小为__________N 。

【答案】51 【解析】 【分析】 【详解】
由图可知，由3段绳子通过动滑轮，则s F =3s 物，滑轮组的机械效率为85%，即
η=
W W 有总
=
F fs Fs 物 =3f F =
320N
f
=⨯85% 解得
f =51N
即物体与桌面的之间的摩擦力为51N 。

5．如图在粗糙斜面上将一个重为16N 的物体匀速拉到高h 处，沿斜面向上的拉力为10N ，斜面长2m s =、高1m h =。

其中所做的有用功为__J ，物体受到的摩擦力大小为
__N ，斜面的机械效率为__。

【答案】16 2 80% 【解析】 【详解】
[1]所做的有用功为：
W 有用16N 1m=16J Gh ==⨯；
[2]拉力做的总功为：
W 总10N 2m=20J Fs ==⨯，
所做的额外功为：
W 额=W 总-W 有用=20J-16J=4J ；
摩擦力：
4J
=2N 2m
W f s
=
=
额。

[3]斜面的机械效率为：
16J
100%=
100%=80%20J
W W η=
⨯⨯有用总。

6．用如图所示的滑轮组匀速提升质量为4kg 的物体，在重物上升1m 的过程中，拉力F 的功率为25W ，此时滑轮组的机械效率为80%，则拉力做的有用功是_____J ，重物上升的速度是_____m/s ；若用此滑轮组匀速提升80N 的货物，所需拉力为________N 。

（不考虑绳重和摩擦）
【答案】40J 0.5m/s 45N 【解析】 【分析】 【详解】 [1]有用功为
=4kg 10N/kg 1m 40J W G h mgh ==⨯⨯=有物
[2]拉力做的总功为
40J
=
=
50J 80%
W W η
=有
总 做功所需的时间为
50J
=2s 25W
W t P =
=总 所以重物上升的速度为
1m =0.5m/s 2s
s v t =
= [3]上问中拉力为
50J
25N 1m 2
W F s =
==⨯总 动滑轮重力为
=-=225N-40N=10N G nF G ⨯动物
所以用此滑轮组匀速提升80N 的货物，所需拉力为
()()11
+=80N+10N =45N 2
F G G n =
物动
7．如图所示，在40N 的水平拉力F 作用下，将重700N 的物体沿水平地面做匀速直线运动，物体与地面间滑动摩擦力为100N 。

则滑轮组的机械效率为________；若物体的运动速度为0.2m/s ，则拉力F 的功率为________W 。

【答案】83.3% 24 【解析】 【详解】
[1]从图中可以看到，有三根绳子托着动滑轮，那么绳端移动的距离s 与重物水平移动的距离's 的关系是'
1
3
s s =
，由于物体沿水平地面做匀速直线运动，水平方向受力平衡，可知动滑轮对重物的拉力是
'100N F f ==滑
则滑轮组的机械效率为
''
1
100N 3100%100%100%83.3%40N s W F s W Fs s
η⨯=⨯=⨯=
⨯≈⨯有用总 [2]若物体的运动速度为0.2m/s ，那么绳端移动的速度
330.2m/s 0.6m/s v v ==⨯=绳物
可知拉力F 的功率为
40N 0.6m/s 24W P Fv ==⨯=绳
8．用如图所示的滑轮组将重85N 的物体匀速提升2m ，用时10s ，已知动滑轮重为10N ，机械效率为85%。

此过程中有用功为_____J ，额外功为_____J ，拉力F 的大小为_____N 。

拉力F 做功的功率为_____W 。

当该滑轮组的机械效率低于_____时，使用它将不再省力。

【答案】170 30 50 20 50% 【解析】 【详解】 [1]拉力做的有用功
W 有用＝Gh ＝85N×2m ＝170J
[2]由100%=85%W W η=
⨯有用
总
得拉力做的总功 170J
=
200J 85%
W W η
=
=有用
总 则额外功为
W 额外＝W 总−W 有用＝200J−170J ＝30J
[3]由图知，n ＝2，拉力端移动距离
s ＝2h ＝2×2m ＝4m
由W 总＝Fs 得拉力大小
200J
50N 4m W F s =
==总 [4]拉力做功的功率
200J 20W 10s
W P t =
==总 [5]不省力，说明拉力至少等于物重，当F ＝G ＝85N 时，此时的机械效率
85N
100%=100%=100%=100%=100%=50%22285N
W Gh Gh G W Fs F h F η=
⨯⨯⨯⨯⨯⨯有用总 当该滑轮组的机械效率低于50%时，使用它将不再省力。

9．用如图甲所示的滑轮组运送货物上楼，每件货物重100N ，每次运送的量不定，图乙是记录了在整个过程中滑轮组的机械效率随货物重力增加而变化的图像，则动滑轮重为
_____________N，当某次运送3件货物时，绳子的拉力F是_______ N ，滑轮组的机械效率为_________；经过分析，发现使用同一滑轮组，_________ ，可以提高滑轮组的机械效率（不考虑绳重和摩擦）。

【答案】100 200 75% 增加物重
【解析】
【详解】
[1]由图乙可知，运送一件货物的重力为100N时，滑轮组的机械效率是50%，不计绳重和摩擦时，滑轮组的机械效率
η=
100N
==50%
100N+
W W Gh G
W W W Gh G h G G G ===
+++
有有
总有额动动动
G动=100N
[2]由图可知，
n=2则运送3件货物时绳子的拉力
F=1
2
(G总+G动)=
1
2
(3×100N+100N)=200N
[3]不计绳重和摩擦，此时滑轮组的机械效率
η′=
3100N
==
3100N+100N
W W G h G
W W W G h G h G G
⨯
===
+++⨯
有有总总
总有额总动总动
75%
[4]由以上计算可知，使用同一滑轮组，增加物重，可以提高滑轮组的机械效率。

10．如图所示，甲乙两个滑轮组，其中每个大小相同的滑轮质量相同，用它们分别将相同的重物提高到相同的高度，不计绳重及摩擦，下列说法正确的是（）
A．两滑轮组绳自由端拉力相等B．两滑轮组机械效率相等
C ．乙滑轮组的额外功多
D ．甲滑轮组绳自由端移动的距离多
【答案】C 【解析】 【详解】
A ．由图可知，3n =甲，n 乙 =4，不计绳重和摩擦，则
()113F G G =
+动， ()21
24
F G G =+动 两滑轮组绳自由端拉力不相等，故A 错误； B ．不计绳重和摩擦，滑轮组的机械效率
G G G η=
+甲动， 2G
G G η=+乙动
两滑轮组机械效率不相等，故B 错误； C ．两滑轮组的额外功
W G h =甲额动；2W G h =乙额动
故乙滑轮组的额外功多，故C 正确； D ．两滑轮组绳自由端移动的距离
3s h =甲 ，4s h =乙
则乙滑轮组绳自由端移动的距离多，故D 错误； 故选C 。

11．建筑工地上需要将6块相同的砖从地面运送到楼顶，工人师傅利用如图所示的装置分三次运送，第一次运1块，第二次运2块，第三次运3块，每次运送时，砖都匀速上升，绳重及摩擦均忽略不计；这三次拉力依次为1F 、F 2、F 3，效率为1η、2η、3η，则
A ．123F F F +=
B ．123F F F +>
C ．123ηηη+=
D ．123ηηη<<
【答案】BD
【解析】 【分析】 【详解】
如图有两段绳子承担物重，当绳重及摩擦均忽略不计，设一块砖收到的重力为G ，人对绳子的拉力是
2
G G F +=
动
123246262222
G G G G G G G G F F F +++++=
+=>=动动动动
所以123F F F +>，由于三次提起重物时动滑轮受到重力不变，所以
1G Gh G Gh G W G W h G G G η==+=
=-++有总动动动动
提起物体重力越大，机械效率越高，故123ηηη<<。

故选BD 。

12．如图所示的滑轮组，每个滑轮重2N ，把一个重为12N 的物体在2s 内匀速提升0.2m ，不计绳重和摩擦，则（ ）
A ．绳子自由端的拉力F 为6N
B ．绳子自由端移动速度为0.1m/s
C ．F 所做的有用功为2.8J
D ．滑轮组的机械效率约为85.7%
【答案】D 【解析】 【分析】 【详解】
由图可知绳子承担重物的段数n 为2。

A ．绳子自由端的拉力
()()11
+12N 2N 7N 2
F G G n =
=+=物动 故A 错误； B ．物体移动的速度
0.2m
0.1m/s 2s
h v t =
==物 则绳子自由端移动速度
20.1m/s 0.2m/s v nv ==⨯=绳子物
故B 错误；
C ．拉力F 做的功为总功
7N 20.2m 2.8J W Fs Fnh ===⨯⨯=总
物体克服重力做的功为有用功
120.2m 2.4J W Gh ==⨯=有
故C 错误；
D ．物体克服重力为有用功
12N 0.2m 2.4J W Gh ==⨯=总
则滑轮组的机械效率
2.4J
100%100%85.7%2.8J
W W η=
⨯=⨯=有总 故D 正确。

故选D 。

13．如图所示，工人师傅用 500N 的拉力向下拉绳，使重为 900N 的物体在 10s 内匀速上升了 3m ，此过程中忽略绳重和摩擦，则下列说法正确的是（ ）
A ．人通过滑轮组做的有用功为 1500J
B ．拉力 F 的功率为 150W
C ．动滑轮重为 200N
D ．滑轮组的机械效率为 90％ 【答案】D 【解析】 【详解】
A ．人通过滑轮组做的有用功是
900N 3m 2700J W Gh ==⨯=有用
A 错误；
B ．物体在10s 内匀速上升了3m ，托着动滑轮的绳子有两条，那么人手拉的绳子那端移动距离是
23m 6m s =⨯=
移动的速度是
6m
0.6m/s 10s
s v t =
==
可知拉力F 的功率为
F 500N 0.6m/s 300W P Fv ==⨯=
B 错误；
C ．由题意可知，忽略绳重和摩擦，托着动滑轮的绳子有两条，那么
2G G F +=动物
解得
2-2500N -900N 100N G F G ==⨯=动物
即动滑轮重为100N ，C 错误； D ．滑轮组的总功是
500N 6m 3000J W Fs ==⨯=总
由上述可知，滑轮组的机械效率为
2700J
100%100%90%3000J
W W η=
⨯=
⨯=有用总
D 正确。

故选D 。

14．如图是工人将重160 N 的物体匀速放下的过程，已知物体下降的距离为3 m ，用时3 s ，工人的拉力为50 N ，工人质量为50kg （物体未浸入水中，且不计绳重及摩擦）设此时工人放绳的速度为v 1， 滑轮组的效率η1 ；如果物体完全浸没水中后滑轮的机械效率为
η2，已知124
3ηη=∶∶（物体在水中仍匀速下降，动滑轮不会浸入水中且不计绳重及摩擦，g 取10 N/kg ） 设当物体完全浸没在水中后物体所受的浮力为F 浮，工人对地面的压力为F 2.则（ ）
A ．v 1=1 m/s
B ．η1=62.5%。

C ．F 2 =525 N
D ．F 浮=120 N
【答案】C 【解析】 【分析】 【详解】
A ．物体下降速度为
3m
=1m/s 3s
h v t =
= 因为有4段绳子，所以工人放绳的速度为
441m/s 4m/s v v ==⨯=1物
故A 不符合题意；
B ．已知物体下降的距离为3 m ，因为有4段绳子，所以绳子运动距离
443m 12m s h ==⨯=
放绳子的做的有用功
160N 3m 480J W Gh ==⨯=有用
放绳子的做的总功
50N 12m 600J W Fs ==⨯=总
滑轮组的效率
1480J
100%100%80%600J
W W η=
⨯=⨯=有用总 故B 不符合题意；
CD ．物体未浸入水中时，不计绳重及摩擦，动滑轮受到重物对它的拉力、本身的重力、绳子的拉力，由(1
)F G G n
=
+动可得，动滑轮重力 4450N 160N 40N G F G =-=⨯-=动
已知η1：η2=4：3，则物体完全浸没水中后滑轮组的机械效率为
213380%60%44
ηη==⨯=
物体完全浸没水中后，滑轮组对物体的拉力做的功为有用功，不计绳重及摩擦，克服动滑轮重力做的功为额外功，则此时滑轮组的机械效率
260%40N
W F h F W F h G h F η'=
==='++有用拉物拉物
总拉物动拉物 解得F 拉物=60N ；物体的重力为160N ，根据公式可得
==160N-60N=100N F G F -浮拉物
故D 不符合题意；
完全入水后，动滑轮受到重物对它向下的拉力、本身向下的重力、4段绳子向上的拉力，由力的平衡条件可得
4F F G =+绳拉物动
则人对绳子的拉力
11
60N 40N)25N 44
()(F F G =+=+=绳拉物动
因为物体间力的作用是相互的，所以绳子对人的拉力也为25N ；人的重力为
50kg 10N/kg 500N G m g ==⨯=人人
对人进行受力分析可知，人受竖直向下的重力、竖直向下的拉力、竖直向上的支持力，则人受到竖直向上的支持力
500N+25N=525N F G F =+=人绳支
因为物体间力的作用是相互的，则人对地面的压力为525N ，故C 符合题意。

故选C。

15．如图所示，竖直固定的测力计下端挂一个滑轮组，己知每个滑轮重均为50N，滑轮组下端挂有物体B，滑轮组绳的末端通过定滑轮沿水平方向与物体A相连，此时物体A在绳的水平拉力作用下向右做匀速直线运动，测力计的示数为550N；在物体B下加挂重为90N 的物体C后，同时用水平向左的力F拉动物体A使其沿水平桌面向左做匀速直线运动此时物体B上升的速度大小为5cm/s。

若不计绳重及滑轮的摩擦，g取10N/kg，则下列说法中正确的是（）
A．物体A所受滑动摩擦力大小为275N
B．B的重力为500N
C．F做功的功率为42W
D．F的大小为530N
【答案】D
【解析】
【详解】
A．设物体A所受摩擦力大小为f，则弹簧测力计下滑轮有两段绳子，则有
2f+50N=550N
解得f=250N，故A错误；
B．对于物体B，有
3f=G B+G滑
即
250N×3=G B+50N
所以G B=700N，故B错误；
CD．加挂物体C后，有
3（F—f）=G B+G C+G滑
即
3（F-250N）=700N+90N+50N
解得F=530N，物体B上升的速度为5cm/s，则拉力F端移动的速度
v=3×5cm/s=0.15m/s
拉力F的功率
P=Fv=530N×0.15m/s=79.5W
故C错误，D正确。

故选D。

16．如图所示，拉力 F 为 5N ，物体 A 以 0.1m/s 的速度在物体 B 表面向左做匀速直线运动（B 表面足够长）；物体 B 静止在地面上，受到地面对它的水平向左 4 N 的摩擦力，弹簧测力计示数为 12N 。

下列说法正确的是（ ）
A ．物体A 受到的摩擦力为 10N
B ．拉力 F 的功率为 1.5W
C ．滑轮组的机械效率为 80%
D ．拉力 F 增大到 15N 时，物体 B 开始向左运
动 【答案】C 【解析】 【分析】 【详解】
A ．物体
B 静止在地面上，所以受力平衡；水平方向上物体B 受到向右的弹簧拉力、地面对它向左的摩擦力和物体A 对它向左的摩擦力，所以两个摩擦力之和为12N ，即
AB 4N 12N f +=
则AB 8N f =；根据相互作用力的知识可知，物体A 受到的摩擦力为
AB 8N f f ==
故A 错误；
B ．由图知，水平使用滑轮组，n =2，拉力端移动速度
220.1m/s 0.2m/s v v ==⨯=物
则拉力做功的功率
5N 0.2m/s 1W W Fs P Fv t t
=
===⨯= 故B 错误； C ．滑轮组的机械效率
8N
100%=100%80%25N
100%W f W nF η=⨯⨯==⨯⨯有总
故C 正确；
D ．若拉力F 增大到15N 时，A 在运动过程中，A 对B 的压力不变、接触面的粗糙程度不变，则A 和B 之间的摩擦力不变，所以物体B 的运动状态不会改变，即物体B 仍然静止，不会向左运动，故D 错误。

故选C 。

17．一位建筑工人用如图所示的装置把建筑材料运送到楼上，已知吊篮的质量为m 1，建筑材料的质量为m 2，人对绳子的拉力为F ，吊篮在拉力的作用下匀速上升了h ，不计绳重及
摩擦。

下列说法正确的是（ ）
A ．绳子自由端移动的距离为3h
B ．工人做的有用功为m 2gh
C ．该滑轮组的机械效率为22m g
F
D ．使用该装置一定省力
【答案】BC 【解析】 【分析】 【详解】
A ．由图知：作用在动滑轮上的绳子有2段，绳子拉下的长度是
s =2h
故A 错误； B ．有用功为
W 有用= G h = m 2g h
故B 正确； C ．总功为
W 总= F s= F ×2h = 2Fh
机械效率为
2222=
=
=W m gh m g
W Fh F
η有用总
故C 正确； D ．如果拉力
()()11
=22
F G G G G G =
+>+动 则装置不省力，故D 错误。

故选BC 。

18．如图所示，在时间t 内，将重为G 的货物匀速提升了h ，工人对绳子竖直向下的拉力恒为F ，下列说法正确的是（ ）
A ．拉力做的额外功是()4-F G h
B ．有用功为Gh
C ．拉力F 的功率为
3Fh
t
D ．滑轮组的机械效率随h 的增大而增大 【答案】BC 【解析】 【分析】 【详解】
AB ．由题意可知，滑轮组做的有用功是=有用W Gh ；三段绳子托着动滑轮，货物上升高度是h ，那么绳子自由端移动的距离是3s h =，拉力做的总功是
3W Fs Fh ==总
拉力做的额外功是
()-3-3-W W W Fh Gh F G h ===额总有用
A 错误、
B 正确；
C ．由上述可知，在时间t 内，绳子自由端移动的速度是
3s h v t t =
= 那么根据P Fv =可知，拉力F 的功率是
33h Fh
P Fv F t t
==⋅
= C 正确；
D ．由上述可知，滑轮组的机械效率是
33W Gh G W Fh F
η=
=
=有用总
从上式可看到，滑轮组的机械效率与h 无关，D 错误。

故选BC 。

19．高台上的电动车通过如图滑轮组将重力为G 的物体匀速提至高台上（不计绳重和滑轮间摩擦），用时为t ，已知整个过程中电动车的速度为v ，受到水平地面的摩擦力为F f ，滑
轮组的机械效率为η。

则下列说法中正确的是（ ）
A ．电动车的牵引力等于水平地面的摩擦阻力F f
B ．此过程中物体克服重力做功Gvt
C ．绳对车的拉力为
D ．电动车牵引力的功率（2η
G
+F f ）v 【答案】CD 【解析】 【分析】 【详解】
A ．电动车匀速提升物体，处于平衡态，受平衡力作用，故电动车水平向左的牵引力等于向右的水平地面的摩擦阻力F f 与绳子拉力之和，A 选项错误；
B ．由图可知动滑轮缠绕的绳子股数n =2，则物体竖直方向上移动的速度为
绳物
2
v v v n == 物体竖直方向上移动的高度为
物2
vt
h v t ==
克服重力做功
2
Gvt
W Gh ==
B 选项错误；
C ．由滑轮组效率
有总100100100s W Gh G
W F nF
η=
⨯%=⨯%=⨯% 得绳对车的拉力为
2G G
F n ηη
=
= C 选项正确；
D ．由平衡力关系得电动车的牵引力为
牵f F F F =+
电动车牵引力的功率
()牵牵f f 2F s W
G P F v F F v F v t t η⎛⎫====+=+ ⎪⎝⎭
D 选项正确。

故选CD 。

20．如图所示的滑轮组，绳子的末端缠绕在电动机上，电动机转动将下方钩码匀速提起。

如果加快电动机的转速，则后一次提升与前一次相比（ ）
A ．功率增大、机械效率增大
B ．功率增大、机械效率不变
C ．功率不变、机械效率不变
D ．功率不变、机械效率增大
【答案】B 【解析】 【分析】 【详解】
前后两次的滑轮组是同一个滑轮组，则做的有用功、额外功、总功不变，则机械效率不变；加快电动机的转速，则物体提升的速度增大，若两次提升高度相同，则后一次所需要的时间小于前一次所需要的时间，根据W
P t
=可知，功率变大。

故ACD 错误，B 正确。

故选B 。