中考物理压轴题专题复习—机械效率的计算

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6NB ．绳子自由端移动速度为0.1m/sC ．F 所做的有用功为2.8JD ．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 2F G G n ==+=物动 故A 错误； B ．物体移动的速度0.2m0.1m/s 2sh 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%2.8JW W η=⨯=⨯=有总故D正确。

故选D。

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】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 GW 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=12(G总+G动)=12(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+100NW W G h GW 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。

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。

【答案】3 270 450 45 【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450J45W 10sW P t ===总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 =320Nf=⨯85% 解得f =51N即物体与桌面的之间的摩擦力为51N 。

5．如图所示，用F =50N 的力通过滑轮组水平拉重为80N 的物体使其向左匀速运动0.4m ，在这个过程中拉力F 做功为_____J ，已知物体受到水平地面的摩擦力为60N ，该滑轮组的机械效率为_____（忽略绳子和动滑轮的重力）【答案】40 60%【解析】【分析】首先判断滑轮组有几段绳子受力，计算出拉力移动的距离，利用拉力做的总功；滑轮组所做的有用功为克服物体A受到摩擦力所做的功，根据求出其大小，再根据效率公式求出滑轮组的机械效率。

【详解】[1]滑轮组有两段绳子与动滑轮接触，所以有2段绳子有效受力，则绳子自由端移动的距离拉力F所做的总功[2]滑轮组克服摩擦所做有用功滑轮组的机械效率【点睛】本题考查水平使用滑轮组拉力的计算，有两处关键的地方，一是滑轮组水平使用克服的是摩擦力，故题目已知物体重力是个干扰条件；二是对动滑轮上绳子段数n的判断。

6．如图所示，用相同的滑轮安装成甲、乙两种装置，分别用F A、F B匀速提升重力为G A、G B的A、B两物体，不计绳重和摩擦．若G A＞G B，则η甲_____η乙；若F A=F B，则G A_____G B．（选填“＞”、“＜”或“=”）【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，G A ＞G B 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F A =F B 时，提升物体的重力关系为G A ＜G B ．7．小徐用如图所示的装置将重为600N 的木箱A ，以0.5m/s 的速度从斜面底端匀速拉到顶端。

拉力F =150N ，斜面长L =5m ，高h =2m ，滑轮重、绳重、滑轮与绳之间的摩擦均不计，此装置的机械效率是_________，拉力F 的功率是_________W ，木箱A 与斜面间的摩擦力是______N 。

【答案】80% 150 60 【解析】 【分析】 【详解】[1]将木箱拉到顶端所做的有用功600N 2m 1200J W Gh ==⨯=有而动滑轮绳子端的拉力F =150N ，滑轮重、绳重、滑轮与绳之间的摩擦均不计,那么木箱受到的拉力F 1=2F =2×150N=300N通过斜面所做的总功W 总=F 1s =300N×5m=1500J所以此装置的机械效率1200J80%1500JW W η===有总 [2]由题意知，木箱的速度为0.5m/s ，则绳子端的速度 v =2×0.5m/s=1m/s那么拉力F 的功率P =Fv =150N×1m/s=150W[3]在斜面上克服摩擦力做的额外功为W 额=W 总-W 有=1500J-1200J=300J木箱所受的摩擦力f =300J5mW L=额=60N8．用如图甲所示的装置将实心物体A 从深井中吊出来，拉力的功率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，ρ水=1×103kg/m 3，g =10N/kg ），则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】120 80% 【解析】 【分析】由图甲可知，承担物重的绳子股数n =2，则绳子自由端移动的速度等于物体升高速度的2倍；由图乙可知圆柱体A 离开水面后拉力F 的功率，利用P Fv =求绳子自由端的拉力，而不计绳重、摩擦及阻力，拉力A ()12F G G '=+轮，据此求A 的重力；由图乙可知圆柱体A 在水中拉力F 的功率，由P Fv =得绳子自由端的拉力，不计绳重、摩擦及阻力，拉力A )12(F G F G =-+浮轮，据此求浮力大小；不计绳重、摩擦及阻力，利用A A W G F W G G F η-==+-有浮浮总轮求物体浸没水中时的机械效率。

【详解】[1]由图甲可知，n =2，则拉力F 拉绳的速度A 221m/s 2m/s v v ==⨯=由图乙可知，圆柱体A 离开水面后拉力F 的功率420W ，由P Fv =得，绳子自由端的拉力420W 210N 2m/sP F v ''=== 不计绳重、摩擦及阻力，拉力A ()12F G G '=+轮，A 的重力 A 22210N 60N 360N G F G ='-=⨯-=轮由图乙可知，圆柱体A 在水中拉力F 的功率300W ，由P Fv =得，绳子自由端的拉力300W 150N 2m/sP Fv === 不计绳重、摩擦及阻力，拉力A )12(F G F G =-+浮轮，物体浸没在水中时受到的浮力 A 02360N 6N 150N 1220N F G G F =+=+-=-⨯浮轮[2]物体浸没在水中的机械效率()()A A 360N 120N100%100%100%80%360N 120N 60N G F h W W G F G h η--=⨯=⨯=⨯=-+-+浮有总浮轮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4 10N F =的拉力将重为2.4×104 N 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】3×105 80% 【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3s h =；拉力F 做功是4510N 310m 310J W Fs ==⨯⨯=⨯总[2]滑轮组做的有用功是452.410N 10m 2.410J W Gh ==⨯⨯=⨯有用滑轮组的机械效率是552.410J 100%100%80%310JW W η⨯=⨯=⨯=⨯有总10．为了将放置在水平地面上重为100N 的物体提升一定高度，设置了如图所示的滑轮组装置。

当用图甲所示随时间变化的竖直向下的拉力F 拉绳时，物体的速度v 和物体上升的高度h 随时间变化的关系分别如图乙和丙所示（不计绳重和绳与轮之间的摩擦）。

下列计算结果正确的是（ ）A ．0s~1s 内，地面对物体的支持力是10NB ．1s~2s 内，拉力F 做的功是62.5JC ．2s~3s 内，拉力F 的功率是300WD ．2s~3s 内，滑轮组的机械效率是62.5% 【答案】C 【解析】 【分析】 【详解】A ．从图乙可以看到，时间从第2s 到第3s 时，速度大小是不变的，这时处于平衡状态，物体受到的拉力大小等于重物和动滑轮的总重，即340N 120N F G G =+=⨯=拉动由题意可知，0s~1s 内，地面对物体的支持力符合关系式'3120N F F G G +=+=支拉动从图甲可以看到，'30N F =拉，解得30N F =支，A 错误；B ．从图甲可以看到，1s~2s 内，拉力F 的大小是50N ，物体上升的高度是1.25m ，三条绳子托着动滑轮，绳端移动的距离是33 1.25m 3.75m s h ==⨯=拉力F 做的功是50N 3.75m 187.5J W Fs ==⨯=拉力F 做的功是187.5J ，B 错误；C ．2s~3s 内，物体匀速运动，绳端也是匀速运动，拉力F 的大小是40N ，绳端移动的速度3 2.5m/s 7.5m/s v =⨯=绳根据P Fv =可知，拉力F 的功率40N 7.5m/s 300W P Fv ==⨯=绳拉力F 的功率是300W ，C 正确； D ．2s~3s 内，物体上升的高度3.75m-1.25m 2.5m h ==拉力F 的大小是40N ，则滑轮组的机械效率100N 2.5m 100%100%100%83.3%40N 3 2.5mW Gh W Fs η⨯=⨯=⨯=⨯≈⨯⨯有用功总功滑轮组的机械效率约是83.3%，D 错误。