【物理】物理机械效率的计算的专项培优 易错 难题练习题(含答案)及答案

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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 知道,A的质量
mA=ρAVA=0.4×103kg/m3×0.2m3=80kg
由 知道,绳子自由端运动的最小速度
则物体向下运动的最小速度
故A错误,符合题意;
C.由于电动机对绳子的拉力 ,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
故D正确,不符合题意。
故选A。
8.如图甲所示,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)。此过程中,电动机拉力F做的功W随时间t的变化图象如图乙所示。已知A的体积为0.1m3,密度为0.4×103kg/m3,动滑轮重为300N。不计绳重、摩擦和水的阻力,g取10N/kg。下列说法中正确的是( )
【答案】453
【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 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 求出拉力;不考虑物体与斜面间的摩擦,由 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
总功为
滑轮组的机械效率为
故C正确,D错误。
故选C。
11.用如图所示的滑轮组竖直匀速提升质量为m的物体,绳子的拉力大小为F,在时间t内物体上升的高度为h,滑轮组的机械效率为η,每个滑轮重力大小均为G,下列说法正确的是( )
A.若将物体质量增大到5m,则拉力大小增大到5F
B.G=3F-mg
C.匀速提升物体的高度增加,机械效率η不变
则拉力F为
[2]用手做的有用功
已知机械效率 ,根据 可得,此时拉力F做的总功
则由 可得,此时拉力F为
[3]使用另一斜面,若不考虑物体与斜面间的摩擦,由 可得,此时的拉力为
由于该物体受到摩擦力的作用,则实际拉力 ,所以摩擦力
3.如图所示,用一动滑轮拉一物体A以0.5m/s的速度在水平面上作匀速直线运动,物体A重为20N,受到的摩擦阻力是物重的0.2倍,水平拉力为2.5N,则在2s内拉力做的功是________J,滑轮的机械效率是________(不计滑轮重力).
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,一工人利用如图所示的滑轮组在10s内将质量为40kg的物体匀速提升3m,此过程中工人对地面的压强为6000Pa。已知工人与地面的接触面积为500cm2,工人的质量和动滑轮质量之和为80kg,不计绳重和摩擦。则下列说法错误的是( )
A.工人用提升400N重物的过程中,动滑轮做的有用功为1200J
B.工人用提升400N重物的过程中,绳子自由端移动的速度为0.6m/s
C.用该滑轮组提升重为600N的物体,机械效率为80%
D.工人的质量为60kg
【答案】C
【解析】
【分析】
【详解】
A.动滑轮做的有用功
故A正确,不符合题意;
B.由图知,绳子段数n=2,物体匀速提升3m,绳子自由端移动距离s=6m,绳子自由端移动的速度为
由 知道,A的重力
GA=mAg=80kg×10N/kg=800N
由于A浸没在水中,声音,
V排=VA=0.2m3
A浸没在水中受到的浮力
F浮=ρ水gV排=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.2m3=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
故C正确;
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
总功
滑轮组机械效率的最大值
故D错误。
故选C。
9.如图所示,重300 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60 ,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_____。
所以GB=700N,故B错误;
CD.加挂物体C后,有
3(F—f)=GB+GC+G滑

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。
A.已知在1s~2s内,滑轮组的机械效率为80%,由甲图可知,在1~2s内拉力 ,由 可得物体A的重是
故A错误;
B.不计绳重和摩擦,根据 得动滑轮的重是
故B错误;
C.由甲图知,1s后的拉力F=500N,由乙图可知1s后物体的速度 ,则绳子自由端移动的速度
故B正确,不符合题意;
CD.工人对地面的压强为6000Pa,工人与地面的接触面积为500cm2=0.05m2,所以工人对地面的压力
设动滑轮质量为m动,则人的质量
m人=80kg-m动
因为n=2,所以
代入数据,得出m动=20kg,m人=60kg,故D正确,不符合题意。
用该滑轮组提升重为600N的物体,机械效率为
A.绳子自由端移动的距离为2m
B.拉力F的大小为40N
C.滑轮组的机械效率为80%
D.滑轮组对物体A所做的功为1000J
【答案】C
【解析】
【分析】
【详解】
A.由图知, ,绳子自由端移动的距离的速度为
则绳子自由端移动的距离为
故A错误;
B.由
可得拉力的大小
故B错误;
CD.物体移动的距离为
滑轮组对物体所做功为
【答案】80%
【解析】
【分析】
Βιβλιοθήκη Baidu【详解】
不计绳重和滑轮转轴处的摩擦,竖直向上匀速拉动滑轮,由力的平衡条件可得拉力
F=2G+G′=2×200N+100N=500N
由图知,动力作用在动滑轮的轴上,此时动滑轮费力、但省一半的距离,即
所以物体上升的高度
h=2s
该滑轮的机械效率
7.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0.2m3,密度为0.4×103kg/m3.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/m3,下列说法中不正确的是( )
C.物体A从静止开始上升1s后,拉力的功率为500W
D.若将物体A换成重为900N的物体B,则在匀速提升物体B的过程中,滑轮组的机械效率将变为75%
【答案】D
【解析】
【分析】
【详解】
用一个动滑轮和两个定滑轮组成的滑轮组竖直向上提升物体A,要求滑轮的个数要用完,则承担物重和动滑轮重的绳子段数为3,如图所示:
故选CD。
12.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()
D.t时间内,额外功为 或
【答案】CD
【解析】
【分析】
【详解】
A.据W总=W有+W额得
Fs=mgh+W额

物体质量增大到5m时,克服动滑轮的重力所做的额外功不变,即使克服摩擦所做的额外功增大,但总的额外功不会增大到5W额,那么拉力的大小不会增大到5F,故A错误;
B.若不计摩擦,据滑轮组的特点有

G=3F-mg
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=GB+G滑

250N×3=GB+50N
故答案为5,80%.
4.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 、高 。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】16280%
【解析】
【详解】
[1]所做的有用功为:
W有用 ;
[2]拉力做的总功为:
W总 ,
所做的额外功为:
A.物体A向下运动过程中,电动机拉着绳子的力逐渐变大
B.物体A受到的最大浮力为400N
C.物体A向下运动的最小速度为0.2m/s
D.物体A向下运动过程中,滑轮组机械效率的最大值为82.4%
【答案】C
【解析】
【分析】
【详解】
A.由图可知,承担物重的绳子段数 ,电动机拉着绳子的力
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A错误;
但题目并不说明摩擦可以忽略,故B错误;
C.用滑轮组多次匀速提升物体至不同高度,其机械效率不变,因为有用功和总功都不变,故C正确;
D.根据机械效率的公式有

或者
滑轮组提升物体做的有用功和总功分别为
W有=mgh,W总=Fs=F⋅3h=3Fh
那么额外功
W=W总-W有=3Fh-mgh=h(3F-mg)
故D正确。
【答案】4075%
【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
绳端运动的速度为
根据公式 可得,拉力大小为
[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
总功为
所以,滑轮组机械效率为
10.用如图所示的滑轮组拉动物体A,使物体A以0.2m/s的速度水平向左匀速运动10s。已知物体A重500N,物体A受到的摩擦力为120N,拉力F的功率为30W。下列说法正确的是()
【答案】4.2×104620001.2×104
【解析】
【分析】
【详解】
[1]滑轮组在匀速起吊物体的过程中做的有用功为
[2]看图可知绳子股数n=3。钢绳末端移动距离为
则钢绳移动的速度为
[3]由滑轮组机械效率

[4]拉力功率
6.如图所示,物体重G=200N,滑轮重G′=100 N,若用力F竖直向上匀速拉动滑轮,则此时该滑轮的机械效率为____(不计绳重和滑轮转轴处的摩擦)。
W额=W总-W有用=20J-16J=4J;
摩擦力:

[3]斜面的机械效率为:

5.建筑工地上,起重机吊臂上的滑轮组如图所示在匀速起吊重4.2×103N的物体时,物体5s内上升了10m,此过程中有用功为_____J,钢丝绳移动的速度为_____m/s;若此时滑轮组的机械效率为70%,则拉力F为_____N,拉力F的功率为_____W。
故选D。
13.用一个动滑轮和两个定滑轮组成的滑轮组竖直向上提升物体A,要求滑轮的个数要用完(未画出),实验中,拉力F随时间t变化的关系如图甲所示,物体A上升的速度v随时间变化的关系如图乙所示,不计绳重和摩擦,在1~2s内,滑轮组的机械效率为80%,则下列判断中正确的是
A.物体A的重为1500N
B.动滑轮的重为400N
故C错误,符合题意。
故选C。
2.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】580%
【解析】
【分析】
【详解】
物体2s移动的距离:s=vt=0.5m/s×2s=1m,
∵使用的是动滑轮,
∴拉力移动的距离:s′=2s=2×1m=2m,
拉力做功:W=Fs′=2.5N×2m=5J;
∵物体受到的摩擦阻力是物重的0.2倍,
∴f=0.2G=0.2×20N=4N,
滑轮的机械效率:
η= = = =80%.
B.物体A完全浸没在水中时受到的最大浮力,为
故B错误;
C.由 得,A的质量
A的重力
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
由图乙可知,电动机工作时拉绳子的功率且保持不变,为
由 可知,绳子自由端运动的最小速度
则物体向下运动的最小速度
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