5.3 功與機(jī)械效率（功、功率、機(jī)械效率） 同步學(xué)案（解析）

1、Word文檔，下載后可任意編輯 .3 功與機(jī)械效率（功、功率、機(jī)械效率） 同步學(xué)案（解析）功、功率、機(jī)械效率簡單機(jī)械的功、功率、機(jī)械效率的綜合計(jì)算包括利用滑輪組提升物體、水平拉物體和利用斜面提升物體等，是中考命題的重要考點(diǎn)。一、滑輪滑輪是一個周邊有槽并可以繞軸轉(zhuǎn)動的輪子，滑輪通常分為動滑輪和定滑輪兩種。1定滑輪：定滑輪的軸固定不動，使用定滑輪不省力，但是能改變力的方向。定滑輪實(shí)質(zhì)是個等臂杠桿，動力作用點(diǎn)移動的距離等于重物移動的距離(如圖)。2動滑輪：滑輪的軸和重物一起移動的滑輪。動力作用在繩上，阻力作用在軸上時，動滑輪實(shí)質(zhì)是個動力臂為阻力臂2倍的省力杠桿，此時使用動滑輪能省一半力，但不能改變力

2、的方向，動力作用點(diǎn)移動的距離是重物移動距離的2倍(如圖)。4753610334010二、滑輪組1滑輪組：動滑輪和定滑輪組合在一起叫“滑輪組”，如圖所示。2滑輪組的特點(diǎn)：因?yàn)閯踊喣軌蚴×Γɑ喣芨淖兞Φ姆较?，若將幾個動滑輪和定滑輪搭配組成滑輪組，既可以改變力的大小，又能改變力的方向?；喗M用、段繩子吊著物體，提起物體所用的力就是總重的false，即false。3推導(dǎo)公式：false，false。注意：(1)關(guān)于滑輪組有兩個重要關(guān)系：若滑輪組用n段繩子吊著物體，拉力為F，物重為G，動滑輪的重力為G動，動力作用點(diǎn)移動的距離為s，重物上升的高度為h，則有：false,false。(2)繩子段數(shù)n確

3、定的方法：先要分清哪些是定滑輪，哪些是動滑輪，再在定滑輪和動滑輪之間畫一條虛線，將滑輪組的繞線“割斷”，那么“割斷”的線有幾段吊著動滑輪和重物，重物就由幾段繩子共同承擔(dān)。(3)組裝滑輪組的方法：組裝滑輪組時，要會確定繩頭固定端，一般情況下，若n為奇數(shù)，固足端位于動滑輪的框架上，若n為偶數(shù)，固定端位于定滑輪的框架上，可用“奇動偶定”四個字幫助記憶。穿繞繩子時，從固定端出發(fā)，由里向外，逐個繞過滑輪，每個滑輪上只能穿繞一次繩子，不能交又、重復(fù)，最后檢查一下是否像一根繩子一樣通順。三、定滑輪、動滑輪、滑輪組的對比(不計(jì)動滑輪重和摩擦)定滑輪動滑輪滑輪組圖形特點(diǎn)(設(shè)提升的物重為G,上升的高度為h)力臂的

4、關(guān)系falsefalse動力和阻力的大小關(guān)系falsefalsefalse（n為承擔(dān)物重的繩子段數(shù)）動力的方向改變不改變可能改變，也可能不改變繩端移動的距離falsefalsefalse實(shí)質(zhì)等臂杠桿省力杠桿注意：在確定承擔(dān)重物的繩子段數(shù)n時，首先分清哪個是定滑輪，哪個是動滑輪；其次在定滑輪和動滑輪之間畫一條虛線，將它們隔離出來，數(shù)一數(shù)繞在動滑輪上繩子的段數(shù)即為承擔(dān)物重的繩子段數(shù)n，則拉力false。四、輪軸1輪軸：由輪和軸組成的，能繞共同的軸線旋轉(zhuǎn)的簡單機(jī)械叫做輪軸。2輪軸的實(shí)質(zhì)：輪軸相當(dāng)于一個杠桿，輪和軸的中心O是支點(diǎn)，作用在輪上的力是動力F1，作用在軸上的力是阻力F2，輪半徑OA就是杠桿的

5、動力臂l1，軸半徑OB就是杠桿的阻力臂l2(如圖)。3輪軸的特點(diǎn)：因?yàn)檩啺霃酱笥谳S半徑，即杠桿的動力臂大于阻力臂，所以作用在輪上的動力F1總小于作用在軸上的阻力F2。使用輪軸可省力，可以改變動力的方同，但是動力作用點(diǎn)移動的距離大于用輪軸提升的重物所通過的距離，即費(fèi)距離。4生活和生產(chǎn)中常見的輪軸：螺絲刀、汽車方向盤、轆護(hù)、石磨、自行車把等。五、斜面斜面是簡單機(jī)械的一種，可用于克服垂直提升重物的困難。將物體提升到一定高度時，力的作用距離和力的大小都取決于傾角。如物體與斜面間摩擦力很小，則可達(dá)到很高的效率。用F表示力，L表示斜面長，h表示斜面高，物重為G。不計(jì)阻力時，則有FL=Gh。斜面傾角越小，斜

6、面越長，則越省力，但越費(fèi)距離。日常生活中常見的斜面，如盤山公路、螺絲釘上的螺紋等。特別提示：1利用滑輪組提升物體分三種情況：(1)理想情況：不計(jì)動滑輪重力、不計(jì)繩重和繩與輪之間的摩擦，即W額0，F(xiàn)，1，GhFs。半理想情況：考慮動滑輪的重力，不計(jì)繩重和繩與滑輪之間的摩擦，即W額G動h，F(xiàn)，。(3)實(shí)際情況：考慮動滑輪的重力、繩重和繩與滑輪之間的摩擦(題目沒有說明，表明要考慮)，即，F(xiàn)。2利用滑輪組水平拉物體，此時克服物體受到的摩擦力做的功為有用功，與物重、滑輪重?zé)o關(guān)。W有fs物，W總FsFnFs物。3利用斜面提升物體分兩種情況：(1)理想情況：不考慮機(jī)械自重和摩擦，沿斜面拉上去所做的功Fs等于

7、直接搬上去所做的功Gh，即FsGh。(2)非理想情況：考慮機(jī)械自重及摩擦，W有Gh，W總Fs，W額fs，。544639597790如圖所示，用固定在豎直墻上的直角三角形支架ABC放置空調(diào)室外機(jī)已知AB長40cm，BC長50cm.室外機(jī)的質(zhì)量為30kg，室外機(jī)的重力作用線正好通過AB中點(diǎn)，則A處螺釘受到的水平拉力F為_N(支架重力不計(jì))為了安全，從力學(xué)的角度分析，室外機(jī)的位置應(yīng)盡量_(選填“靠近”或“遠(yuǎn)離”)墻壁2、如圖所示，物體A重100N，物體B重10N，此時A沿著水平桌面以0.2m/s的速度向右做勻速直線運(yùn)動(不計(jì)摩擦，繩重及滑輪重)，那么物體B勻速下降的速度是_m/s，物體A與水平面間的

8、摩擦力是_N，10s內(nèi)物體A受到的拉力做功_J.33655102235558863587668103、如圖所示甲、乙兩套裝置所用滑輪質(zhì)量均相等，用它們分別將所掛重物在相等時間內(nèi)豎直向上勻速提升相同高度若G1G2，所用豎直向上的拉力分別為F1和F2，兩裝置的機(jī)械效率分別為1和2(忽略繩重和摩擦)，則下列選項(xiàng)正確的是()A.F1F21F212C.F124、如圖所示，小明的爸爸用600N的拉力使重1140N的物體在10s內(nèi)勻速上升了2m，小明的爸爸拉繩做功的功率為_W體重為450N的小明也用此滑輪組來提升同一物體，但物體沒有被拉動，則物體對水平地面的最小壓力為_N(不計(jì)摩擦及繩重)394081032

9、499305、A、B兩種實(shí)心物體的質(zhì)量與體積的關(guān)系如圖甲所示，把體積相等的A、B物體掛在滑輪組下，若要使它們處于靜止?fàn)顟B(tài)，則在圖乙的虛線框內(nèi)懸掛B物體的個數(shù)是(不計(jì)摩擦和滑輪的自重)()A.1個B.2個C.3個D.4個516255050730156、如圖所示，某人將物體沿水平方向勻速拉動了5m，所用時間為10s物體和地面之間的摩擦力為320N，滑輪組的機(jī)械效率為80%，不計(jì)繩重和滑輪組的摩擦，下列說法中正確的是()A.A、B、C處繩子受力的大小關(guān)系是FBFCFAB.繩子A處向上的速度為0.5m/sC.動滑輪重為80ND.拉力F做功的功率為160W7、小熊在課外實(shí)踐活動中，用如圖甲所示的滑輪組勻

10、速拉動放在同一水平面上的不同物體，物體受到的摩擦力從100N開始逐漸增加，每次物體被拉動的距離均為1m根據(jù)測量結(jié)果畫出了該滑輪組機(jī)械效率隨物體受到摩擦力大小變化的關(guān)系圖像，如圖乙所示若不計(jì)繩重和繩與滑輪間的摩擦求：(1)由圖乙可知，當(dāng)物體受到的摩擦力為100N時，滑輪組機(jī)械效率是多大？(2)當(dāng)滑輪組的機(jī)械效率為75%，物體以0.1m/s的速度勻速運(yùn)動時，該滑輪組的有用功率是多大？(3)當(dāng)物體與地面的摩擦力為1500N時，體重為500N的小熊豎直向下拉繩還能用此滑輪組拉動物體嗎？用計(jì)算結(jié)果說明8、如圖所示，用圖中裝置從水中勻速提升重物到空氣中，已知該重物為棱長為0.2m的正方體，質(zhì)量為24kg，

11、每個滑輪的重力均為30N，容器的底面積為800cm2.則重物浸沒在水中時受到的浮力為_N；整個過程中容器底部受到水的壓強(qiáng)的變化量為_Pa.若重物在水中勻速提升時滑輪組的機(jī)械效率1，重物在空氣中勻速提升時滑輪組的機(jī)械效率為2，則1_2(選填“”、“”或“”)(不計(jì)水的阻力、繩重和摩擦，水1.0103kg/m3)9、邊長0.1m、重為20N的實(shí)心正方體A放置在裝有水的容器底部，水深0.45m，容器底面積為200cm2.現(xiàn)用圖甲所示的滑輪組將其勻速提升(忽略繩重、摩擦)，滑輪組繩子自由端的拉力為F，物體A下表面到容器底部的距離為h，F(xiàn)與h的關(guān)系如圖乙所示則A未露出水面時所受到的浮力為_N，A完全脫離

12、水面后滑輪組的機(jī)械效率為_，水對容器底部的壓強(qiáng)為_Pa.10、小雨受到的重力為640N，他站在水平地面上時對地面的壓強(qiáng)為1.6104Pa.他通過如圖甲所示的滑輪組勻速提升物體A，此時滑輪組的機(jī)械效率為90%(不計(jì)繩重和摩擦)，小雨對水平地面的壓強(qiáng)為6103Pa，則物體A的重力GA_N；若利用此滑輪組從水中緩慢勻速提起(不計(jì)水的阻力)重力為1620N、邊長為0.3m的正方體物體B，當(dāng)物體B的下表面所受水的壓強(qiáng)為2103Pa時，物體B所受到的浮力為_N；此時小雨對地面的壓強(qiáng)為_Pa.(水1.0103kg/m3)11、把一棱長為10cm，質(zhì)量為8kg的正方體實(shí)心金屬塊，放入水平放置裝水的平底圓柱形容

13、器中如圖甲所示，金屬塊下沉后靜止在容器底部(金屬塊與容器底部并未緊密接觸)，水的密度是1.0103kg/m3，g取10N/kg.求：(1)金屬塊的密度；(2)金屬塊受到的浮力；(3)金屬塊對容器底部的壓強(qiáng)；(4)若用圖乙所示的滑輪組，把金屬塊在水中勻速提升30cm(金屬塊未露出水面，忽略水對物體的阻力)，此過程滑輪組的機(jī)械效率為70%，那么繩子自由端的拉力F大小是多少？12、如圖所示，工人準(zhǔn)備用一根最多能承受400N力的繩子(若超過繩子將斷裂)繞成的滑輪組先后打撈水中材料相同、體積不同的實(shí)心物體A和B.完全露出水面的物體A被此裝置勻速提起時繩子達(dá)到最大拉力已知動滑輪的質(zhì)量為20kg(繩的質(zhì)量、

14、繩與滑輪的摩擦、滑輪與軸的摩擦以及水的阻力均不計(jì)，連接動滑輪與物體間的鋼繩不會斷裂，g10N/kg)求：(1)物體A完全露出水面后以0.5m/s的速度勻速上升時，物體A的重力和工人拉力的功率分別是多少(2)在物體A浸沒在水中勻速上升的過程中，滑輪組的機(jī)械效率為75%，物體A的密度是多少(3)若用該滑輪組打撈體積為50dm3的物體B時，物體B最多露出多少體積時繩子將斷裂參考答案1、200靠近【解析】由題意可知，以C為支點(diǎn)，支架ABC是一個杠桿AC為A處螺釘水平拉力的力臂，室外機(jī)對其壓力的力臂為AB長的，由杠桿平衡條件可得：FACGAB；即F30cm300N40cm，解得拉力F200N；若拉力過大

15、，支架對螺釘拉力會使螺釘松動造成危險(xiǎn)，而根據(jù)杠桿平衡條件知，在A處拉力力臂和阻力G一定時，室外機(jī)的位置越靠近墻壁，室外機(jī)對支架壓力力臂越小，A處的拉力越小，故為了安全，室外機(jī)位置應(yīng)靠近墻壁2、0.42040【解析】由圖可知，滑輪組有2股繩子承擔(dān)拉力，所以B下降速度為vB2vA20.2m/s0.4m/s；由于A做勻速直線運(yùn)動，不計(jì)摩擦、繩重及滑輪重，A受到的摩擦力fFA2GB210N20N；10s內(nèi)A物體受到拉力做功為WFAs20N0.2m/s10s40J.3、B【解析】不計(jì)繩重及摩擦，因?yàn)槔(GG動)，n12，n23，所以繩子受到的拉力分別為F1(G1G動)，F(xiàn)2(G2G動)，G1G2，故

16、F1F2，C、D錯誤；因?yàn)閯踊喼叵嗤嵘奈矬w重和高度相同，W額G輪h，W有G物h，所以利用滑輪組做的有用功相同、額外功相同、總功相同；由可知，機(jī)械效率相同，12，B正確故選B.4、2403005、B【解析】由圖可知，物體A的密度為A2g/cm3，物體B的密度為B0.5g/cm3，所以A4B，由于A、B體積相同，所以mA4mB，由圖可知，動滑輪由兩段繩子承擔(dān)，省一半的力，所以虛線框內(nèi)的物體的重量應(yīng)為A重量的一半，即應(yīng)放入2個B物體，B正確故選B.6、C【解析】由圖可知，使用滑輪組時，同一根繩子上受到的拉力相同，所以FAFC，A錯誤；由圖可知，n2，則拉力端移動的距離：snsB25m10m，

17、所以繩子A處向上移動的速度為：vA1m/s，B錯誤；物體受到的摩擦力f320N，滑輪組做的有用功為：W有用fsB320N5m1.6103J，由可得，拉力做的總功為：W總2103J，所以額外功為：W額W總W有用2103J1.6103J400J，又因?yàn)閃額G動sB，所以動滑輪的重力為G動80N，C正確；由P可得，拉力做功的功率為：P200W，D錯誤故選C.7、解：(1)由圖乙可知當(dāng)f1100N時，滑輪組機(jī)械效率150%(2)由滑輪組結(jié)構(gòu)和、Faf可得滑輪組做的總功為W總W有用W額外fsG動s，滑輪的機(jī)械效率為當(dāng)150%時有：1動滑輪重為G動100N當(dāng)275%時，物體受到摩擦力為f2300N由P、W

18、Fs、v可得滑輪組的有用功率為P有用Fvf2v300N0.1m/s30W(3)人沿豎直向下方向拉繩子時對繩子的最大拉力等于人的重力，由滑輪組結(jié)構(gòu)可得人拉繩子的力為Fb能克服的摩擦力為f33FbG動3500N100N1400N1500N所以此時小熊不能拉動8、801000【解析】重物浸沒在水中時，重物排開水的體積：V排V物(0.2m)30.008m3，重物受到的浮力：F浮水gV排1.0103kg10N/kg0.008m380N；重物完全離開水面后，容器內(nèi)水面下降的高度h0.1m，則整個過程中容器底部受到水的壓強(qiáng)的變化量p水gh1.0103kg/m310N/kg0.1m1000Pa；重物的重力：G

19、mg24kg10N/kg240N，不計(jì)繩重與摩擦，重物在水中勻速提升時的機(jī)械效率184.2%；重物在空氣中勻速提升時的機(jī)械效率288.9%，因此12.9、1080%4103【解析】：A未露出水面時，V排VAa3(0.1m)3103m3，則A所受的浮力：F浮G排水gV排1.0103kg/m310N/kg103m310N；由乙圖可知，當(dāng)A完全脫離水面時，滑輪組繩子自由端的拉力達(dá)到最大值：F12.5N，由甲圖可知：n2，則A完全脫離水面后，滑輪組的機(jī)械效率：80%；當(dāng)A完全脫離水面后，水面將會降低，水面下降的高度：h0.05m，則A完全離開水面后，水對容器底部的壓強(qiáng)：p水gh1.0103kg/m31

20、0N/kg(0.45m0.05m)4103Pa.10、200803.25103【解析】忽略繩重和摩擦?xí)r，2F拉GAG動，則繩子能承受的最大拉力F拉200N；當(dāng)繩子恰好斷裂時，B物體浸入水中的體積為V排Sh浸4102m20.2m8103m3，根據(jù)F浮G排得：F浮水gV排1.0103kg/m310N/kg8103m380N；對圖乙進(jìn)行受力分析得出GBF浮G動3F，已知繩子承擔(dān)的最大拉力FF拉200N，F(xiàn)浮80N，則GB650N，物體B的體積為VBShB4102m20.5m2102m3，B3.25103kg/m3.11、解：(1)金屬塊的體積V(10cm)3(0.1m)3103m3金屬塊的密度金屬8103k