2020-2021中考物理 机械效率的计算 综合题附答案

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，实心物体A 漂浮在水面上，现利用电动机通过滑轮组拉动A ，使A 向下运动（运动过程中始终未碰到定滑轮）。已知A 的体积为0.2m 3，密度为0.4×103kg/m 3．动滑轮重为300N ，电动机工作时拉绳子的功率为1.5×103W 且保持不变，不计绳重、摩擦和水的阻力，g ＝10N/kg ，ρ水＝1.0×103kg/m 3，下列说法中不正确的是（ ）

A ．物体向下运动的最小速度3m/s

B ．物体A 浸没在水中时受到的浮力为2×103N

C ．物体A 向下运动过程中，电动机拉着绳子的力先变大，后不变

D ．物体A 向下运动过程中，滑轮组机械效率的最大值为80% 【答案】A 【解析】 【分析】 【详解】 B ．由m

V

ρ=

知道，A 的质量 m A ＝ρA V A ＝0.4×103kg/m 3×0.2m 3＝80kg

由G mg = 知道，A 的重力

G A ＝m A g ＝80kg×10N/kg ＝800N

由于A 浸没在水中，声音，

V 排＝V A ＝0.2m 3

A 浸没在水中受到的浮力

F 浮＝ρ水gV 排＝1.0×103kg/m 3×10N/kg×0.2m 3＝2×103N

故B 正确，不符合题意；

A ．当A 完全浸没时绳子对物体A 的拉力最大，电动机对绳子的拉力也最大，不计绳重、摩擦和水的阻力，则电动机对绳子的最大拉力

()()3210N 11

==500N 3800N 300N 3

F F

G G =

-⨯++浮动﹣ 由W Fs

P Fv t t

=

==知道，绳子自由端运动的最小速度

3 1.510W 3m/s 500N

P v

F ⨯===绳

则物体向下运动的最小速度

11

=3m/s=1m/s 33

v v =⨯绳

故A 错误，符合题意；

C ．由于电动机对绳子的拉力()1

3

F F

G G =-+浮动，而物体A 向下运动过程中，浮力先变大、后不变，所以，电动机拉着绳子的力先变大，后不变，故C 正确，不符合题意； D ．当A 完全浸没后，滑轮组受到的拉力最大，此时滑轮组的机械效率最大，有用功

W 有用＝（F 浮﹣G ）h

总功

W 总＝Fs ＝（F 浮﹣G +G 动）×3h ＝（F 浮﹣G +G 动）h

滑轮组机械效率的最大值

33210N 800N ===100%80%210N 800N 300N

W F G h F G W F G G h F G G η⨯-=⨯=++⨯-+有浮浮浮浮总动动（﹣）﹣（﹣）﹣

故D 正确，不符合题意。 故选A 。

2．如图所示，重300N 的物体在10s 内水平均速移动了1.5m ，若物体受到地面的摩擦力为60N ，绳端所用的拉力F 的功率为12W ，则绳端所用的拉力为_____N ，滑轮组的机械效率为_____。

【答案】40 75% 【解析】 【分析】 【详解】

[1]由图可知，滑轮组有两段绳子与动滑轮相连，所以

23m s s ==绳物

绳端运动的速度为

3m

=0.3m/s 10s

s v t =

=绳绳

根据公式P Fv =可得，拉力大小为

12W =

=40N 0.3m/s

P F v =绳 [2]由题可知，滑轮组所做的有用功为物体克服摩擦力所做的功

60N?1.5m=90J W fs ==物有

总功为

40N?3m=120J W Fs ==总绳

所以，滑轮组机械效率为

90J

=

100%=

100%75%120J

W W η⨯⨯=有总

3．如图所示，用平行于斜面的拉力F ，将重为8N 的物体沿斜面从底端匀速拉至顶端。若不考虑物体与斜面间的摩擦，则拉力F 为_____N ；若斜面的机械效率为80%，则此时拉力F 为_____N 。若另一斜面的高度h 与长度s 之比为3:5，将重25N 的物体匀速拉至顶端的拉力为18N ，则该物体所受摩擦力为_____N 。

【答案】4 5 3 【解析】 【分析】

不考虑物体与斜面间的摩擦，则用手做的功和用机械所做的功相等；可由Gh Fs =求出拉力；已知有用功和机械效率，可由机械效率变形公式求出总功，再由W Fs =总求出拉力；不考虑物体与斜面间的摩擦，由Gh Fs =求出拉力，然后与实际施加的拉力比较即可求出物体与斜面之间的摩擦力。 【详解】

[1]不考虑物体与斜面间的摩擦，则用手做的功和用机械所做的功相等，所以有

Gh Fs =

则拉力F 为

8N 0.2m

4N 0.4m

Gh F s ⨯=

== [2]用手做的有用功

8N 0.2m 1.6J W Gh ==⨯=有

已知机械效率80%η=，根据W W η=

有

总

可得，此时拉力F 做的总功 1.6J

2J 80%

W W η

=

=

=有

总

则由W Fs =可得，此时拉力F 为

2J

5N 0.4m

W F s =

==总 [3]使用另一斜面，若不考虑物体与斜面间的摩擦，由Gh Fs =可得，此时的拉力为

3

25N 15N 5

G h F s '''=

=⨯=' 由于该物体受到摩擦力的作用，则实际拉力18N F ''=，所以摩擦力

18N 15N 3N f F F '''=-=-=

4．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 ⨯=

=