物理机械效率的计算的专项培优 易错 难题练习题及答案

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【答案】><
【解析】
【分析】
【详解】
不计绳重和摩擦,克服物体重力做的功为有用功,克服物体重力和动滑轮重力做的功为总功,则滑轮组的机械效率:η= ×100%= ×100%= ×100%= ×100%,因物体的重力G越大,1+ 越小, 越大,且动滑轮的重力相等,所以,GA>GB时,η甲>η乙;由图可知,n甲=2,n乙=3,由F= (G+G动)可得,提升物体的重力:G=nF﹣G动,则FA=FB时,提升物体的重力关系为GA<GB.
则乙方式F2的功率为:
P=F2v绳=1Baidu Nhomakorabea0N×0.03m/s=3.6W,
故D错误。
12.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.滑轮组的总功是
由上述可知,滑轮组的机械效率为
D正确。
故选D。
13.如图所示,甲、乙分别为同一滑轮组的不同绕法,忽略绳重及一切阻力,用图甲绕法匀速提升重为900N的物体时,机械效率为90%,下列判断正确的是( )
A.拉力的大小为450 N
B.分别用两种方法匀速提升相同重物时,图乙绕法机械效率大
C.用图乙绕法匀速提升400N重物时,机械效率为80%
【答案】>=
【解析】
【详解】
[1]由题意可知,两滑轮组中动滑轮的重力相等,提升物体的重力相等,由图可知,n甲=2,n乙=3,不计绳子重和摩擦,则所用的拉力分别为
所以,甲的拉力大于乙的拉力。
[2]将同一物体在相同时间内匀速提升相同高度时,因不计绳子重和摩擦,拉力做的功等于克服物体重力和动滑轮重力所做的功,克服物体重力做的功为有用功,所以,拉力做的总功相等,所做的有用功相等,由 可知,甲的效率等于乙的效率。
9.起重机械在四川汶川的救援过程中,发挥了重要的作用;如图所示,吊臂上的滑轮组,可用 的拉力将重为2.4×104N的吊板提起,如果吊板被匀速提高10 m,则拉力F做功_________J,滑轮组的机械效率是__________。
【答案】3×10580%
【解析】
【分析】
【详解】
[1]由题图知:与动滑轮相连的绳子共有三段,则拉力F移动的距离s与物体升高的距离h之间的关系为 ;拉力F做功是
η′= 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。
3.小黄用图所示的滑轮组经过10s的时间,用150N的拉力将一个重270N的重物提高1m,求此过程:拉力F自由端拉出的距离是_____m;小黄所做的有用功是_______J;总功是_______J;拉力做功的功率是______W。
故A错误;
B.甲图中,重力即阻力的方向是竖直向下的,动力的方向也是竖直向下的,在提升重物的过程中,动力臂和阻力臂的比值不变,故动力F1为150N不变,故B正确;
C.不计绳重和摩擦,乙方式的机械效率为:

故C正确;
D.乙方式中F2=120N,绳子的自由端的速度为
v绳=0.01m/s×3=0.03m/s,
【答案】10020075%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=
G动=100N
[2]由图可知,
n=2
则运送3件货物时绳子的拉力
F= (G总+G动)= (3×100N+100N)=200N
[3]不计绳重和摩擦,此时滑轮组的机械效率
当该滑轮组的机械效率低于50%时,使用它将不再省力。
2.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】17030502050%
【解析】
【详解】
[1]拉力做的有用功
W有用=Gh=85N×2m=170J
[2]由 得拉力做的总功
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
[4]拉力做功的功率
[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
[2]磁场对通电导线的作用力方向跟电流方向有关,只改变电流方向时,受力方向也会变化;所以电动轮椅既能前进又能后退,是通过改变电动机线圈中的电流方向实现的。
(2)[3]由上述可知,当电动轮椅后退时,开关S1和S2同时接2,R2、电动机、电流表串联接在电路中,电路中的总电阻
电动机的电阻
此时电动机的实际功率
【答案】9
【解析】
【分析】
【详解】
由图知,n=2,拉力端移动距离
s=2s物=2×1m=2m
拉力做功
W总=Fs=5N×2m=10J
有用功为
则物体与地面之间的摩擦力为
5.如图所示,用相同的滑轮安装成甲、乙两种装置,分别用FA、FB匀速提升重力为GA、GB的A、B两物体,不计绳重和摩擦.若GA>GB,则η甲_____η乙;若FA=FB,则GA_____GB.(选填“>”、“<”或“=”)
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
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
移动的速度是
可知拉力F的功率为
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
解得
即动滑轮重为100N,C错误;
B.甲方式F1由150N保持不变
C.乙方式机械效率约为83.3%
D.乙方式F2的功率为3W
【答案】BC
【解析】
【详解】
A.甲图中,F1为动力,已知OB=2OA,即动力臂为阻力臂的2倍,由于不计摩擦、杠杆自重,由杠杆平衡条件可知,动力为阻力的一半,即F1=150N;
由图乙可知,n=3,不计绳重和摩擦,则 (G+G动)= (300N+60N)=120N,
[3]物体在浸没状态时,绳对物体的拉力
滑轮组的机械效率
11.工人师傅利用如图所示的两种方式将重均为300N的货物从图示位置向上缓慢提升一段距离。F1、F2始终沿竖直方向;图甲中OB=2OA,图乙中动滑轮重为60N,重物上升速度为0.01m/s。不计杠杆重、绳重和摩擦,则下列说法正确的是
A.甲乙两种方式都省一半的力
6.如图是某型号电动轮椅工作原理示意图。开关S1和S2由绝缘操纵杆控制,能同时接“1”或接“2”,向前推操纵杆时轮椅前进且能调速,向后拉操纵杆时轮椅以恒定速度后退。已知蓄电池的电压为24V保持不变,R2的阻值为10Ω,电动机的额定功率为100W,额定电压为24V。请解答下列问题:
(1)当开关S1和S2同时接_______时,电动轮椅前进;电动轮椅既能前进又能后退,是通过改变电动机线圈中的_________实现的;
【答案】A
【解析】
【分析】
【详解】
由于小车沿水平地面匀速前进,那么绳对小车的拉力等于小车受到地面的摩擦力,即 ,该装置的有用功是
三段绳子托着动滑轮,那么绳端移动的距离是 ,该装置所做的总功是
可知
解得 。
故选A。
15.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( )
【答案】327045045
【解析】
【分析】
【详解】
[1]由图可知,滑轮组的承重绳子根数n=3根,则拉力自由端拉出的距离
s=nh=3×1m=3m
[2]有用功
W有用=Gh=270N×1m=270J
[3]总功
W总=Fs=150N×3m=450J
[4]拉力做功的功率
4.在如图所示的滑轮组中,用大小为5N的拉力F拉动绳端,使物体水平向左匀速滑动1m,不计绳重、滑轮重及绳子与滑轮之间的摩擦,此时滑轮组的机械效率为90%,则物体与地面之间的摩擦力为_______N。
一、初中物理有用功额外功总功机械效率的计算问题
1.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。
A.物体A受到的摩擦力为10NB.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
此时电动机的实际功率是14W。
(3)[4]设此时电动轮椅受到的阻力是f,电动轮椅在水平路面上匀速前进,牵引力 ,由题意可知,电动轮椅的机械效率
解得 ,此时电动轮椅受到的阻力是40N。
7.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)
[2]滑轮组做的有用功是
滑轮组的机械效率是
10.用如图甲所示的装置将实心物体A从深井中吊出来,人对绳子施加的拉力随时间的变化如图乙所示,已知动滑轮的重力为60N,物体匀速上升的速度始终为1m/s,(不计绳重、摩擦及阻力)。则当物体完全出水之后,拉力的功率为____W,物体浸没在水中时受到的浮力为_____N;物体浸没在水中时滑轮组的机械效率为________。
【答案】40J0.5m/s45N
【解析】
【分析】
【详解】
[1]有用功为
[2]拉力做的总功为
做功所需的时间为
所以重物上升的速度为
[3]上问中拉力为
动滑轮重力为
所以用此滑轮组匀速提升80N的货物,所需拉力为
8.如图所示,用相同的滑轮安装成甲、乙两种装置,分别用 、 匀速提升相同物体升高到相同的高度,不计绳子重和摩擦。则拉力 __________ ,甲、乙两个滑轮组的机械效率 __________ 。(均选填“<”“>”或“=”)
(2)当电动轮椅后退时,电流表示数为1A,此时电动机的实际功率是_____W;
(3)当电动机以额定功率工作时,电动轮椅在水平路面上匀速前进的速度为2m/s,若此时电动机消耗的电能有80%转化为电动轮椅前进的机械能,此时电动轮椅受到的阻力是___N。
【答案】1电流方向1440
【解析】
【分析】
【详解】
(1)[1]电动机前进且能调速,这说明电路中的电流可以变化,电阻大小可变,这样只有滑动变阻器R1接入电路时才有这个功能,观察电路图,当开关S1和S2同时接1时,R1、电动机、电流表才串联接入电路,这样符合条件,电动轮椅前进。
C.图甲中,根据 可得动滑轮的重力:

忽略绳重及一切阻力,滑轮组的机械效率

则用图乙绕法匀速提升400N重物时,其机械效率为:

故C正确。
14.用如图所示的滑轮牵引小车沿水平地面匀速前进,已知小车的重力 ,拉力大小 ,该装置的机械效率是60%,则小车与地面之间摩擦力为( )
A.27NB.36NC.18ND.270N
【答案】
【解析】
【分析】
【详解】
[1]由乙图可知,物体完全出水后人对绳的拉力大小为210N,绳自由端移动的速度为物体上升速度的2倍,此时拉力的功率
[2]以动滑轮和下方吊起的物体为整体进行受力分析:物体完全脱离水面后,整体在竖直向上的方向上受到两股绳的拉力,竖直向下的方向上受到重力
被吊物体的重力
物体在浸没状态时,整体在竖直向上的方向上受到两股绳的拉力和浮力,竖直向下的方向上受到重力,由此可得
D.分别用两种绕法匀速提升相同重物升高相同高度,FB做功少
【答案】C
【解析】
【详解】
A.忽略绳重及一切阻力,用图甲绕法匀速提升重为900N的物体时,机械效率为90%,图甲中n=2,由
可得拉力FA的大小:
,故A错误;
BD.分别用两种绕法匀速提升相同重物时,有用功相同,忽略绳重及一切阻力,克服动滑轮做的功是额外功,因同一滑轮组中动滑轮的重不变、提升高度相同,额外功相同,总功相同(即FA和FB做功相同),机械效率也相同,故B、D错误;
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