物理機(jī)械效率的計(jì)算的專項(xiàng)培優(yōu)-易錯(cuò)-難題練習(xí)題及答案

一、初中物理有用功額外功總功機(jī)械效率的計(jì)算問題1．用如圖所示的滑輪組將重85N的物體勻速提升2m，用時(shí)10s，已知?jiǎng)踊喼貫?0N，機(jī)械效率為85%。此過程中有用功為_____J，額外功為_____J，拉力F的大小為_____N。拉力F做功的功率為_____W。當(dāng)該滑輪組的機(jī)械效率低于_____時(shí)，使用它將不再省力。【答案【解析】【詳解】[1]拉力做的有用功W有用＝Gh＝85N×2m＝170J[2]由得拉力做的總功則額外功為W額外＝W總?W有用＝200J?170J＝30J[3]由圖知，n＝2，拉力端移動(dòng)距離s＝2h＝2×2m＝4m由W總＝Fs得拉力大小[4]拉力做功的功率[5]不省力，說明拉力至少等于物重，當(dāng)F＝G＝85N時(shí)，此時(shí)的機(jī)械效率當(dāng)該滑輪組的機(jī)械效率低于50%時(shí)，使用它將不再省力。2．用如圖甲所示的滑輪組運(yùn)送貨物上樓，每件貨物重100N，每次運(yùn)送的量不定，圖乙是記錄了在整個(gè)過程中滑輪組的機(jī)械效率隨貨物重力增加而變化的圖像，則動(dòng)滑輪重為_____________N，當(dāng)某次運(yùn)送3件貨物時(shí)，繩子的拉力F是_______N，滑輪組的機(jī)械效率為_________；經(jīng)過分析，發(fā)現(xiàn)使用同一滑輪組，_________，可以提高滑輪組的機(jī)械效率（不考慮繩重和摩擦）?！敬鸢浮?0020075%增加物重【解析】【詳解】[1]由圖乙可知，運(yùn)送一件貨物的重力為100N時(shí)，滑輪組的機(jī)械效率是50%，不計(jì)繩重和摩擦?xí)r，滑輪組的機(jī)械效率η=G動(dòng)=100N[2]由圖可知，n=2則運(yùn)送3件貨物時(shí)繩子的拉力F=(G總+G動(dòng))=(3×100N+100N)=200N[3]不計(jì)繩重和摩擦，此時(shí)滑輪組的機(jī)械效率η′=75%[4]由以上計(jì)算可知，使用同一滑輪組，增加物重，可以提高滑輪組的機(jī)械效率。3．小黃用圖所示的滑輪組經(jīng)過10s的時(shí)間，用150N的拉力將一個(gè)重270N的重物提高1m，求此過程：拉力F自由端拉出的距離是_____m；小黃所做的有用功是_______J；總功是_______J；拉力做功的功率是______W?！敬鸢浮?27045045【解析】【分析】【詳解】[1]由圖可知，滑輪組的承重繩子根數(shù)n=3根，則拉力自由端拉出的距離s=nh=3×1m=3m[2]有用功W有用=Gh=270N×1m=270J[3]總功W總=Fs=150N×3m=450J[4]拉力做功的功率4．在如圖所示的滑輪組中，用大小為5N的拉力F拉動(dòng)繩端，使物體水平向左勻速滑動(dòng)1m，不計(jì)繩重、滑輪重及繩子與滑輪之間的摩擦，此時(shí)滑輪組的機(jī)械效率為90%，則物體與地面之間的摩擦力為_______N?！敬鸢浮?【解析】【分析】【詳解】由圖知，n=2，拉力端移動(dòng)距離s=2s物=2×1m=2m拉力做功W總=Fs=5N×2m=10J有用功為則物體與地面之間的摩擦力為5．如圖所示，用相同的滑輪安裝成甲、乙兩種裝置，分別用FA、FB勻速提升重力為GA、GB的A、B兩物體，不計(jì)繩重和摩擦．若GA＞GB，則η甲_____η乙；若FA=FB，則GA_____GB．（選填“＞”、“＜”或“=”）【答案】＞＜【解析】【分析】【詳解】不計(jì)繩重和摩擦，克服物體重力做的功為有用功，克服物體重力和動(dòng)滑輪重力做的功為總功，則滑輪組的機(jī)械效率：η=×100%=×100%=×100%=×100%，因物體的重力G越大，1+越小，越大，且動(dòng)滑輪的重力相等，所以，GA＞GB時(shí)，η甲＞η乙；由圖可知，n甲=2，n乙=3，由F=（G+G動(dòng)）可得，提升物體的重力：G=nF﹣G動(dòng)，則FA=FB時(shí)，提升物體的重力關(guān)系為GA＜GB．6．如圖是某型號(hào)電動(dòng)輪椅工作原理示意圖。開關(guān)S1和S2由絕緣操縱桿控制，能同時(shí)接“1”或接“2”，向前推操縱桿時(shí)輪椅前進(jìn)且能調(diào)速，向后拉操縱桿時(shí)輪椅以恒定速度后退。已知蓄電池的電壓為24V保持不變，R2的阻值為10Ω，電動(dòng)機(jī)的額定功率為100W，額定電壓為24V。請(qǐng)解答下列問題：（1）當(dāng)開關(guān)S1和S2同時(shí)接_______時(shí)，電動(dòng)輪椅前進(jìn)；電動(dòng)輪椅既能前進(jìn)又能后退，是通過改變電動(dòng)機(jī)線圈中的_________實(shí)現(xiàn)的；（2）當(dāng)電動(dòng)輪椅后退時(shí)，電流表示數(shù)為1A，此時(shí)電動(dòng)機(jī)的實(shí)際功率是_____W；（3）當(dāng)電動(dòng)機(jī)以額定功率工作時(shí)，電動(dòng)輪椅在水平路面上勻速前進(jìn)的速度為2m/s，若此時(shí)電動(dòng)機(jī)消耗的電能有80%轉(zhuǎn)化為電動(dòng)輪椅前進(jìn)的機(jī)械能，此時(shí)電動(dòng)輪椅受到的阻力是___N。【答案】1電流方向1440【解析】【分析】【詳解】(1)[1]電動(dòng)機(jī)前進(jìn)且能調(diào)速，這說明電路中的電流可以變化，電阻大小可變，這樣只有滑動(dòng)變阻器R1接入電路時(shí)才有這個(gè)功能，觀察電路圖，當(dāng)開關(guān)S1和S2同時(shí)接1時(shí)，R1、電動(dòng)機(jī)、電流表才串聯(lián)接入電路，這樣符合條件，電動(dòng)輪椅前進(jìn)。[2]磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的作用力方向跟電流方向有關(guān)，只改變電流方向時(shí)，受力方向也會(huì)變化；所以電動(dòng)輪椅既能前進(jìn)又能后退，是通過改變電動(dòng)機(jī)線圈中的電流方向?qū)崿F(xiàn)的。(2)[3]由上述可知，當(dāng)電動(dòng)輪椅后退時(shí)，開關(guān)S1和S2同時(shí)接2，R2、電動(dòng)機(jī)、電流表串聯(lián)接在電路中，電路中的總電阻電動(dòng)機(jī)的電阻此時(shí)電動(dòng)機(jī)的實(shí)際功率此時(shí)電動(dòng)機(jī)的實(shí)際功率是14W。(3)[4]設(shè)此時(shí)電動(dòng)輪椅受到的阻力是f，電動(dòng)輪椅在水平路面上勻速前進(jìn)，牽引力，由題意可知，電動(dòng)輪椅的機(jī)械效率解得，此時(shí)電動(dòng)輪椅受到的阻力是40N。7．用如圖所示的滑輪組勻速提升質(zhì)量為4kg的物體，在重物上升1m的過程中，拉力F的功率為25W，此時(shí)滑輪組的機(jī)械效率為80%，則拉力做的有用功是_____J，重物上升的速度是_____m/s；若用此滑輪組勻速提升80N的貨物，所需拉力為________N。（不考慮繩重和摩擦）【答案】40J0.5m/s45N【解析】【分析】【詳解】[1]有用功為[2]拉力做的總功為做功所需的時(shí)間為所以重物上升的速度為[3]上問中拉力為動(dòng)滑輪重力為所以用此滑輪組勻速提升80N的貨物，所需拉力為8．如圖所示，用相同的滑輪安裝成甲、乙兩種裝置，分別用、勻速提升相同物體升高到相同的高度，不計(jì)繩子重和摩擦。則拉力__________，甲、乙兩個(gè)滑輪組的機(jī)械效率__________。（均選填“<”“>”或“=”）【答案】>=【解析】【詳解】[1]由題意可知，兩滑輪組中動(dòng)滑輪的重力相等，提升物體的重力相等，由圖可知，n甲=2，n乙=3，不計(jì)繩子重和摩擦，則所用的拉力分別為所以，甲的拉力大于乙的拉力。[2]將同一物體在相同時(shí)間內(nèi)勻速提升相同高度時(shí)，因不計(jì)繩子重和摩擦，拉力做的功等于克服物體重力和動(dòng)滑輪重力所做的功，克服物體重力做的功為有用功，所以，拉力做的總功相等，所做的有用功相等，由可知，甲的效率等于乙的效率。9．起重機(jī)械在四川汶川的救援過程中，發(fā)揮了重要的作用；如圖所示，吊臂上的滑輪組，可用的拉力將重為2.4×104N的吊板提起，如果吊板被勻速提高10m，則拉力F做功_________J，滑輪組的機(jī)械效率是__________。【答案】3×10580%【解析】【分析】【詳解】[1]由題圖知：與動(dòng)滑輪相連的繩子共有三段，則拉力F移動(dòng)的距離s與物體升高的距離h之間的關(guān)系為；拉力F做功是[2]滑輪組做的有用功是滑輪組的機(jī)械效率是10．用如圖甲所示的裝置將實(shí)心物體A從深井中吊出來，人對(duì)繩子施加的拉力隨時(shí)間的變化如圖乙所示，已知?jiǎng)踊喌闹亓?0N，物體勻速上升的速度始終為1m/s，（不計(jì)繩重、摩擦及阻力）。則當(dāng)物體完全出水之后，拉力的功率為____W，物體浸沒在水中時(shí)受到的浮力為_____N；物體浸沒在水中時(shí)滑輪組的機(jī)械效率為________。【答案】【解析】【分析】【詳解】[1]由乙圖可知，物體完全出水后人對(duì)繩的拉力大小為210N，繩自由端移動(dòng)的速度為物體上升速度的2倍，此時(shí)拉力的功率[2]以動(dòng)滑輪和下方吊起的物體為整體進(jìn)行受力分析：物體完全脫離水面后，整體在豎直向上的方向上受到兩股繩的拉力，豎直向下的方向上受到重力被吊物體的重力物體在浸沒狀態(tài)時(shí)，整體在豎直向上的方向上受到兩股繩的拉力和浮力，豎直向下的方向上受到重力，由此可得[3]物體在浸沒狀態(tài)時(shí)，繩對(duì)物體的拉力滑輪組的機(jī)械效率11．工人師傅利用如圖所示的兩種方式將重均為300N的貨物從圖示位置向上緩慢提升一段距離。F1、F2始終沿豎直方向；圖甲中OB＝2OA，圖乙中動(dòng)滑輪重為60N，重物上升速度為0.01m/s。不計(jì)杠桿重、繩重和摩擦，則下列說法正確的是A．甲乙兩種方式都省一半的力B．甲方式F1由150N保持不變C．乙方式機(jī)械效率約為83.3%D．乙方式F2的功率為3W【答案】BC【解析】【詳解】A．甲圖中，F(xiàn)1為動(dòng)力，已知OB＝2OA，即動(dòng)力臂為阻力臂的2倍，由于不計(jì)摩擦、杠桿自重，由杠桿平衡條件可知，動(dòng)力為阻力的一半，即F1＝150N；由圖乙可知，n＝3，不計(jì)繩重和摩擦，則（G+G動(dòng)）=（300N+60N）＝120N，故A錯(cuò)誤；B．甲圖中，重力即阻力的方向是豎直向下的，動(dòng)力的方向也是豎直向下的，在提升重物的過程中，動(dòng)力臂和阻力臂的比值不變，故動(dòng)力F1為150N不變，故B正確；C．不計(jì)繩重和摩擦，乙方式的機(jī)械效率為：，故C正確；D．乙方式中F2＝120N，繩子的自由端的速度為v繩＝0.01m/s×3＝0.03m/s，則乙方式F2的功率為：P＝F2v繩＝120N×0.03m/s＝3.6W，故D錯(cuò)誤。12．如圖所示，工人師傅用500N的拉力向下拉繩，使重為900N的物體在10s內(nèi)勻速上升了3m，此過程中忽略繩重和摩擦，則下列說法正確的是（）A．人通過滑輪組做的有用功為1500JB．拉力F的功率為150WC．動(dòng)滑輪重為200ND．滑輪組的機(jī)械效率為90％【答案】D【解析】【詳解】A．人通過滑輪組做的有用功是A錯(cuò)誤；B．物體在10s內(nèi)勻速上升了3m，托著動(dòng)滑輪的繩子有兩條，那么人手拉的繩子那端移動(dòng)距離是移動(dòng)的速度是可知拉力F的功率為B錯(cuò)誤；C．由題意可知，忽略繩重和摩擦，托著動(dòng)滑輪的繩子有兩條，那么解得即動(dòng)滑輪重為100N，C錯(cuò)誤；D．滑輪組的總功是由上述可知，滑輪組的機(jī)械效率為D正確。故選D。13．如圖所示，甲、乙分別為同一滑輪組的不同繞法，忽略繩重及一切阻力，用圖甲繞法勻速提升重為900N的物體時(shí)，機(jī)械效率為90%，下列判斷正確的是（）A．拉力的大小為450NB．分別用兩種方法勻速提升相同重物時(shí)，圖乙繞法機(jī)械效率大C．用圖乙繞法勻速提升400N重物時(shí)，機(jī)械效率為80%D．分別用兩種繞法勻速提升相同重物升高相同高度，F(xiàn)B做功少【答案】C【解析】【詳解】A．忽略繩重及一切阻力，用圖甲繞法勻速提升重為900N的物體時(shí)，機(jī)械效率為90%，圖甲中n=2，由可得拉力FA的大?。?，故A錯(cuò)誤；BD．分別用兩種繞法勻速提升相同重物時(shí)，有用功相同，忽略繩重及一切阻力，克服動(dòng)滑輪做的功是額外功，因同一滑輪組中動(dòng)滑輪的重不變、提升高度相同，額外功相同，總功相同（即FA和FB做功相同），機(jī)械效率也相同，故B、D錯(cuò)誤；C．圖甲中，根據(jù)可得動(dòng)滑輪的重力：；忽略繩重及一切阻力，滑輪組的機(jī)械效率，則用圖乙繞法勻速提升400N重物時(shí)，其機(jī)械效率為：，故C正確。14．用如圖所示的滑輪牽引小車沿水平地面勻速前進(jìn)，已知小車的重力，拉力大小，該裝置的機(jī)械效率是60%，則小車與地面之間摩擦力為（）A．27N B．36N C．18N D．270N【答案】A【解析】【分析】【詳解】由于小車沿水平地面勻速前進(jìn)，那么繩對(duì)小車的拉力等于小車受到地面的摩擦力，即，該裝置的有用功是三段繩子托著動(dòng)滑輪，那么繩端移動(dòng)的距離是，該裝置所做的總功是可知解得。故選A。15．如圖所示，拉力F為5N，物體A以0.1m/s的速度在物體B表面向左做勻速直線運(yùn)動(dòng)（B表面足夠長）；物體B靜止在地面上，受到地面對(duì)它的水平向左4N的摩擦力，彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)為12N。下列說法正確的是（）A．物體A受到的摩擦力為10N B．拉力F的功率為1.5WC．滑輪組的機(jī)械效率為80% D．拉力F增大到15N時(shí)，物體B開始向左運(yùn)動(dòng)【答案】C【解析】【分析】【詳解】A．物體B靜止在地面上，所以受力平衡；水平方向上物體B受到向右的彈簧拉力、地面對(duì)它向左的摩擦力和物體A對(duì)它向左的摩擦力，所以兩個(gè)摩擦力之和為12N，即則；根據(jù)相互作用力的知識(shí)可知，物體A受到的摩擦力為故A錯(cuò)誤；B．由圖知，水平使用滑輪組，n=2，拉力端移動(dòng)速度則拉力做功的功率故B錯(cuò)誤；C．滑輪組的機(jī)械效率故C正確；D．若拉力F增大到15N時(shí)，A在運(yùn)動(dòng)過程中，A對(duì)B的壓力不變、接觸面的粗糙程度不變，則A和B之間的摩擦力不變，所以物體B的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不會(huì)改變，即物體B仍然靜止，不會(huì)向左運(yùn)動(dòng)，故D錯(cuò)誤。故選C。16．某工人使用如圖甲所示的滑輪組勻速提升浸沒在水中的實(shí)心物體A，拉力的功率隨時(shí)間變化的圖象如圖乙，已知?jiǎng)踊喌闹亓κ?0N，物體上升的速度始終是1m/s，不計(jì)繩重、摩擦及阻力，，g=10N/kg，下列說法中正確的是（）①物體的重力是420N；②物體浸沒在水中時(shí)受到的浮力100N；③物體的密度是3×103kg/m3；④物體浸沒在水中時(shí)滑輪組的機(jī)械效率80%。A．①④ B．②③ C．①② D．③④【答案】D【解析】【分析】【詳解】由圖乙知，當(dāng)物體A離開水面后，滑輪組繩子端的功率P=420W，而繩子端的速度v1=2v=2×1m/s=2m/s據(jù)P=Fv得，此時(shí)繩子端的拉力不計(jì)繩重及摩擦，由得，物體A的重力物體A浸沒在水中時(shí)，滑輪組繩子端的拉力那么物體A對(duì)動(dòng)滑輪的拉力此時(shí)物體受到豎直向下的重力和豎直向上的拉力、浮力的作用，而勻速向上運(yùn)動(dòng)，那么物體A所受的浮力F浮=G物-F拉=360N-240N=120N物體A浸沒時(shí)，據(jù)阿基米德原理得物體A的質(zhì)量物體A的密度物體A浸沒在水中時(shí)，滑輪組所做的有用功和總功分別為W有=F拉h(huán)，W總=F1s=F1?2h機(jī)械效率故ABC錯(cuò)誤，D正確。故選D。17．用圖所示的裝置將重為為800N的正方體石料A從水中提升出來。在卷揚(yáng)機(jī)對(duì)繩子的拉力作用下，使A經(jīng)歷了三個(gè)過程∶過程I為A浸沒在水中豎直勻速上升的過程，過程Ⅱ?yàn)锳上表面剛露出水面到下表面剛離開水面豎直勻速上升的過程，過程Ⅲ為A在空中豎直勻速上升的過程。過程I中卷揚(yáng)機(jī)對(duì)繩子的拉力大小為F=500N。若不計(jì)繩重和輪與軸間的摩擦，不計(jì)水中提升時(shí)水對(duì)A的阻力，不計(jì)A被提出水面所帶水的質(zhì)量，下列判斷中正確的是（）A．若過程I和過程Ⅱ中提升A的高度相同，則兩過程中動(dòng)滑輪所做的有用功相同B．過程I和過程II中卷揚(yáng)機(jī)對(duì)繩子的拉力大小相同C．過程Ⅲ中提升A的機(jī)械效率η一定小于80%D．此裝置中動(dòng)滑輪的重力大于200N【答案】CD【解析】【分析】【詳解】A．過程I、Ⅱ中動(dòng)滑輪提供的拉力等于A的重力減A受到的浮力，但過程Ⅱ中物塊排開水的體積變小，則浮力不斷變小，拉力增大，提升相同的高度，由可知過程I中動(dòng)滑輪所做的有用功與過程Ⅱ中動(dòng)滑輪所做的有用功不相等，故錯(cuò)誤；B．過程I和過程II中動(dòng)滑輪提供的拉力大小不同，由可知卷揚(yáng)機(jī)對(duì)繩子的拉力大小不同，故錯(cuò)誤；CD．過程I中過程Ⅲ中又因?yàn)閯t故CD正確。故選CD。18．體重為800N的工人用圖甲所示裝置提升重物，AOB是輕質(zhì)杠桿，O為支點(diǎn)，OA∶OB=1∶2，動(dòng)滑輪的機(jī)械效率隨提升物體重力變化的圖像如圖乙，若提升重物的過程中繩子始終是豎直的，不計(jì)繩重與摩擦，g取。則下列說法正確的是（）A．動(dòng)滑輪的重力是400NB．用該裝置勻速提起2000N的物體，人對(duì)地面的壓力是600NC．若工人在2s內(nèi)將重物勻速提升了0.4m，人對(duì)繩子的拉力為300N，則拉力的功率240WD．該裝置的機(jī)械效率為68%時(shí)，提升重物的重力是800N【答案】AC【解析】【分析】【詳解】A．由圖乙可知，當(dāng)提升重物G=600N時(shí)，動(dòng)滑輪的機(jī)械效率為60%，不計(jì)繩重與摩擦，滑輪組的機(jī)械效率解得G動(dòng)=400N故A正確；B．由圖知n=2，用該裝置勻速提起2000N的物體，杠桿A端施加的拉力由杠桿平衡條件可得FA×OA=FB×OB，杠桿B端施加的力人對(duì)地面的壓力故B錯(cuò)誤；C．該裝置使用了動(dòng)滑輪、省力杠桿，二者都是動(dòng)力臂等于二倍阻力臂的杠桿，拉力端移動(dòng)距離等于物體升高距離的4倍，拉力端移動(dòng)的速度等于