2020-2021中考物理機械效率的計算綜合題及答案

一、初中物理有用功額外功總功機械效率的計算問題1．如圖所示，用完全相同的滑輪和細(xì)繩組成甲、乙兩個滑輪組，在各自的自由端施加大小分別為F1和F2的拉力，將重物G1和G2分別緩慢提升相同的高度（不計繩重和一切摩擦）．下列說法中不正確的是A．若物重相等，則拉力F1小于F2B．若物重相等，則甲、乙兩滑輪組的機械效率相同C．若F1、F2大小相等，則拉力F1做的功較多D．若F1、F2大小相等，則甲、乙兩滑輪組的機械效率相同【答案】D【解析】A．由圖可知，，不計繩重和一切摩擦，由可得，繩子的拉力：，若物重相等，即G1=G2，則F1＜F2，故A正確；B．若物重相等，且提升相同的高度時，因不計繩重和一切摩擦?xí)r，有用功為克服物體重力做的功，總功為克服動滑輪重力和物體重力做的功，所以，由可知兩滑輪做的有用功相等，由可知兩滑輪的總功相等，由可知，甲、乙兩滑輪組的機械效率相同，故B正確；C．由圖可知，n甲=3，n乙=2，由可知，兩物體提升相同高度時，甲滑輪組繩端移動的距離較大，由可知，若F1、F2大小相等，則拉力F1做的功較多，故C正確；D．將重物G1和G2分別緩慢提升相同的高度時有用功相同，若F1、F2大小相等時，拉力F1做的總功較多，由可知，甲的機械效率小于乙的機械效率，故D錯誤．故選D．【點睛】本題考查了滑輪組繩子拉力公式和做功公式、機械效率公式的應(yīng)用，明確滑輪組的有用功和總功是關(guān)鍵．2．如圖所示，用滑輪組拉動重為200N的物體在水平桌面上勻速直線運動。已知F=20N，滑輪組的機械效率為85%，則物體與桌面的之間的摩擦力大小為__________N?！敬鸢浮?1【解析】【分析】【詳解】由圖可知，由3段繩子通過動滑輪，則sF=3s物，滑輪組的機械效率為85%，即η====85%解得f=51N即物體與桌面的之間的摩擦力為51N。3．如圖是某型號電動輪椅工作原理示意圖。開關(guān)S1和S2由絕緣操縱桿控制，能同時接“1”或接“2”，向前推操縱桿時輪椅前進(jìn)且能調(diào)速，向后拉操縱桿時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，電動機的額定功率為100W，額定電壓為24V。請解答下列問題：（1）當(dāng)開關(guān)S1和S2同時接_______時，電動輪椅前進(jìn)；電動輪椅既能前進(jìn)又能后退，是通過改變電動機線圈中的_________實現(xiàn)的；（2）當(dāng)電動輪椅后退時，電流表示數(shù)為1A，此時電動機的實際功率是_____W；（3）當(dāng)電動機以額定功率工作時，電動輪椅在水平路面上勻速前進(jìn)的速度為2m/s，若此時電動機消耗的電能有80%轉(zhuǎn)化為電動輪椅前進(jìn)的機械能，此時電動輪椅受到的阻力是___N?！敬鸢浮?電流方向1440【解析】【分析】【詳解】(1)[1]電動機前進(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，這樣只有滑動變阻器R1接入電路時才有這個功能，觀察電路圖，當(dāng)開關(guān)S1和S2同時接1時，R1、電動機、電流表才串聯(lián)接入電路，這樣符合條件，電動輪椅前進(jìn)。[2]磁場對通電導(dǎo)線的作用力方向跟電流方向有關(guān)，只改變電流方向時，受力方向也會變化；所以電動輪椅既能前進(jìn)又能后退，是通過改變電動機線圈中的電流方向?qū)崿F(xiàn)的。(2)[3]由上述可知，當(dāng)電動輪椅后退時，開關(guān)S1和S2同時接2，R2、電動機、電流表串聯(lián)接在電路中，電路中的總電阻電動機的電阻此時電動機的實際功率此時電動機的實際功率是14W。(3)[4]設(shè)此時電動輪椅受到的阻力是f，電動輪椅在水平路面上勻速前進(jìn)，牽引力，由題意可知，電動輪椅的機械效率解得，此時電動輪椅受到的阻力是40N。4．如圖所示，在測定杠桿機械效率的實驗中，豎直向上勻速拉動彈簧測力計，使掛在杠桿OB下面的物塊緩慢上升至虛線位置，在此過程中，測力計上升的高度s為0.2m．物塊重G為1.5N，物塊上升的高度h為0.3m，杠桿的機械效率為75%，則測力計的示數(shù)F=______N，使用該杠桿做額外功的一個原因是______?！敬鸢浮?由于使用杠桿時需要克服杠桿自重（克服摩擦力）等做功【解析】【分析】本題考查機械效率的應(yīng)用。【詳解】[1]杠桿在使用過程中，所做的有用功W有=Gh=1.5N×0.3m=0.45J根據(jù)得而W總=Fs，所以[2]杠桿本身有重力、支點與杠桿之間有摩擦，使用杠桿過程需克服這些做功，于是便出現(xiàn)了額外功。5．如圖所示，物體重G=200N，滑輪重G′=100N，若用力F豎直向上勻速拉動滑輪，則此時該滑輪的機械效率為____（不計繩重和滑輪轉(zhuǎn)軸處的摩擦）。【答案】80%【解析】【分析】【詳解】不計繩重和滑輪轉(zhuǎn)軸處的摩擦，豎直向上勻速拉動滑輪，由力的平衡條件可得拉力F=2G＋G′=2×200N＋100N=500N由圖知，動力作用在動滑輪的軸上，此時動滑輪費力、但省一半的距離，即所以物體上升的高度h＝2s該滑輪的機械效率6．如圖甲所示，實心物體A漂浮在水面上，現(xiàn)利用電動機通過滑輪組拉動A，使A向下運動（運動過程中始終未碰到定滑輪）。此過程中，電動機拉力F做的功W隨時間t的變化圖象如圖乙所示。已知A的體積為0.1m3，密度為0.4×103kg/m3，動滑輪重為300N。不計繩重、摩擦和水的阻力，g取10N/kg。下列說法中正確的是（）A．物體A向下運動過程中，電動機拉著繩子的力逐漸變大B．物體A受到的最大浮力為400NC．物體A向下運動的最小速度為0.2m/sD．物體A向下運動過程中，滑輪組機械效率的最大值為82.4%【答案】C【解析】【分析】【詳解】A．由圖可知，承擔(dān)物重的繩子段數(shù)，電動機拉著繩子的力物體A向下運動過程中，浮力先變大、后不變，所以電動機拉著繩子的力先變大，后不變，故A錯誤；B．物體A完全浸沒在水中時受到的最大浮力，為故B錯誤；C．由得，A的質(zhì)量A的重力當(dāng)A完全浸沒時繩子對物體A的拉力最大，電動機對繩子的拉力也最大，不計繩重、摩擦和水的阻力，則電動機對繩子的最大拉力由圖乙可知，電動機工作時拉繩子的功率且保持不變，為由可知，繩子自由端運動的最小速度則物體向下運動的最小速度故C正確；D．當(dāng)A完全浸沒后，滑輪組受到的拉力最大，此時滑輪組的機械效率最大，有用功總功滑輪組機械效率的最大值故D錯誤。故選C。7．如圖，拉力F將重120N的物體沿水平方向移動1m，用時1s。運動時，物體與地面之間的摩擦力為30N，此時滑輪組的機械效率為80%。下列說法正確的是（）A．拉力F＝10N B．克服動滑輪重力做額外功7.5JC．動滑輪重7.5N D．拉力的功率是37.5W【答案】D【解析】【分析】【詳解】A．由圖知，滑輪組由3段繩子拉著動滑輪，即n=3，該滑輪組的機械效率則繩子自由端的拉力故A錯誤；B．滑輪組對物體做的有用功滑輪組做的總功額外功為由于繩有重力，繩與滑輪之間有摩擦力，故此額外功包括對動滑輪做的功和克服繩重及繩與滑輪之間的摩擦做功的總和，故克服動滑輪重力做的額外功應(yīng)小于7.5J，故B錯誤；C．由B知對動滑輪重力做的額外功小于7.5J，動滑輪上升的高度為1m，根據(jù)知，動滑輪重小于7.5N，故C錯誤；D．拉力做的總功為37.5J，用時1s，由得拉力的功率為故D正確。故選D。8．如圖所示的滑輪組，每個滑輪重2N，把一個重為12N的物體在2s內(nèi)勻速提升0.2m，不計繩重和摩擦，則（）A．繩子自由端的拉力F為6N B．繩子自由端移動速度為0.1m/sC．F所做的有用功為2.8J D．滑輪組的機械效率約為85.7%【答案】D【解析】【分析】【詳解】由圖可知繩子承擔(dān)重物的段數(shù)n為2。A．繩子自由端的拉力故A錯誤；B．物體移動的速度則繩子自由端移動速度故B錯誤；C．拉力F做的功為總功物體克服重力做的功為有用功故C錯誤；D．物體克服重力為有用功則滑輪組的機械效率故D正確。故選D。9．如圖所示，利用輕質(zhì)滑輪組勻速拉動水平地面上重為300N的物體，拉力F的大小為30N．物體與地面之間的摩擦力大小為45N，若物體在1s內(nèi)運動了2m，A處的繩子拉力為_____N，滑輪組的機械效率為________．（滑輪組摩擦力及繩重不計）【答案】4550%【解析】【分析】【詳解】[1]如圖，物體與地面之間的摩擦力大小為f=45N，物體A向左做勻速直線運動，A處的繩子拉力與物體與地面之間的摩擦力平衡，故繩子拉力為45N；[2]如圖，繩子股數(shù)n=3，物體移動的距離s=2m，滑輪組對物體做的有用功為：，拉力做的功即總功為：，滑輪組的機械效率為；10．如圖所示，重300N的物體在20N的水平拉力F的作用下，以0.2m/s的速度沿水平地面向左勻速直線運動了10s，滑輪組的機械效率為80%，則在此過程中，下列說法正確的是（）A．拉力F的功率為12W B．物體與地面間的滑動摩擦力為32NC．繩子自由端移動的距離為2m D．滑輪組做的有用功為120J【答案】A【解析】【詳解】A．拉力F的功率為故A正確；B．滑輪組的機械效率為所以物體與地面間的滑動摩擦力為故B錯誤；C．繩子自由端移動的距離為故C錯誤；D．滑輪組做的有用功為故D錯誤。故選A。11．如圖所示，用完全相同的四個滑輪和兩根相同的細(xì)繩組成甲乙兩個滑輪組，在各自的自由端均施加大小相等的拉力F，將A、B兩個不同的物塊勻速提升相同的高度（不計繩重和摩擦）已知A、B兩物塊重分別為GA、GB，動滑輪重為G0，下列說法正確的是（）A．甲、乙兩滑輪組的機械效率相等B．物塊A的重力小于物塊B的重力C．若G0=GB，則甲、乙滑輪組一定都是省力機械D．甲滑輪組的機械效率為【答案】BD【解析】【分析】【詳解】A．甲、乙兩滑輪組提升兩塊物體的質(zhì)量不同，提升相同高度所做有用功不同，動滑輪質(zhì)量相同，不計繩重和摩擦，則滑輪組做額外功相同，它們的機械效率不同，故A項錯誤；B．在各自的自由端均施加大小相等的拉力F，則，所以，故B項正確；C．若G0=GB，則甲滑輪組繩子端拉力為即所以甲滑輪組是費力機械，乙滑輪組繩子端拉力為所以乙滑輪組是省力機械，故C項錯誤；D．甲滑輪組的機械效率為故D項正確。故選BD。12．如圖所示，用甲、乙滑輪組在相同時間分別將A、B物體勻速提升相同高度，已知物體受到的重力，滑輪組的機械效率。忽略繩重和摩擦，下列判斷正確的是（）A．甲滑輪組的動滑輪比乙的重 B．甲滑輪組的總功率比乙的小C．甲滑輪組的有用功比乙的少 D．兩滑輪組繩端移動的距離相等【答案】A【解析】【分析】【詳解】由圖可知，甲滑輪組繩子的股數(shù)為2，乙滑輪組繩子的股數(shù)為3，A、B物體勻速提升相同高度h，則甲滑輪組繩子自由端運動2h，乙滑輪組繩子自由端運動3h，A、B物體勻速提升相同高度h，而，所以甲滑輪組的有用功比乙的多，即而，由可知又因為時間相同所以忽略繩子和摩擦，滑輪組機械效率為則又因為，則又因為所以A．甲滑輪組的動滑輪比乙的重，故A項符正確；B．甲滑輪組的總功率比乙的大，故B項錯誤；C．甲滑輪組的有用功比乙的多，故C項錯誤；D．甲滑輪組繩端運動長，故D項錯誤。故選A。13．如圖所示，小型牽引車通過滑輪組勻速打撈起深井中的均質(zhì)物體，物體上升的速度保持1m/s不變，已知物體重1.2×N，密度為1.6×kg/。測得物體在出水面前、后牽引車作用在繩子上的拉力之比為l∶2，若不計摩擦、繩重及水的阻力，g取10N/kg，下列結(jié)果錯誤的是（）A．物體出水前牽引車?yán)Φ墓β蕿?00WB．物體浸沒在水中受到的浮力為750NC．物體在出水面前，牽引車的拉力為250ND．物體在出水面前，滑輪組的效率是60%【答案】A【解析】【分析】【詳解】物體的質(zhì)量為物體的體積物體浸沒水中時，排開液體體積等于物體體積，所受的浮力為在出水面前、后牽引車作用于繩子上的拉力之比為l∶2，即則可得物體在出水面的拉力為物體上升的速度保持1m/s不變，則牽引車的速度為3m/s，故物體出水前牽引車?yán)Φ墓β蕿槲矬w出水前滑輪組的效率是A．物體出水前牽引車?yán)Φ墓β蕿?50W，A錯誤，故A項符合題意；B．物體浸沒在水中受到的浮力為750N，B正確，故B項不符合題意；C．物體在出水面前，牽引車的拉力為250N，C正確，故C項不符合題意；D．物體在出水面前，滑輪組的效率是60%，D正確，故D項不符合題意。故選A。14．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。在卷揚機對繩子的拉力作用下，使A經(jīng)歷了三個過程∶過程I為A浸沒在水中豎直勻速上升的過程，過程Ⅱ為A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中卷揚機對繩子的拉力大小為F=500N。若不計繩重和輪與軸間的摩擦，不計水中提升時水對A的阻力，不計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，則兩過程中動滑輪所做的有用功相同B．過程I和過程II中卷揚機對繩子的拉力大小相同C．過程Ⅲ中提升A的機械效率η一定小于80%D．此裝置中動滑輪的重力大于200N【答案】CD【解析】【分析】【詳解】A．過程I、Ⅱ中動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中動滑輪所做的有用功與過程Ⅱ中動滑輪所做的有用功不相等，故錯誤；B．過程I和過程II中動滑輪提供的拉力大小不同，由可知卷揚機對繩子的拉力大小不同，故錯誤；CD．過程I中過程Ⅲ中又因為則故CD正確。故選CD。15．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，OA∶OB=1∶2，動滑輪的機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，不計繩重與摩擦，g取。則下列說法正確的是（）A．動滑輪的重力是400NB．用該裝置勻速提起2000N的物體，人對地面的壓力是600NC．若工人在2s內(nèi)將重物勻速提升了0.4m，人對繩子的拉力為300N，則拉力的功率240WD．該裝置的機械效率為68%時，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，動滑輪的機械效率為60%，不計繩重與摩擦，滑輪組的機械效率解得G動=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端施加的力人對地面的壓力故B錯誤；C．該裝置使用了動滑輪、省力杠桿，二者都是動力臂等于二倍阻力臂的杠桿，拉力端移動距離等于物體升高距離的4倍，拉力端移動的速度等于物體升高速度的4倍，則拉力端移動的速度拉力做功功率故C正確；D．該裝置使用了動滑輪、省力杠桿，不計繩重與摩擦，AOB是輕質(zhì)杠桿、質(zhì)量不計；所以使用該裝置做的額外功W額=G動h，該裝置的機械效率解得G=975N故D錯誤。故選AC。16．為了將放置在水平地面上重為108N，邊長為10cm的某正方體合金塊提升一定高度，設(shè)置了甲圖所示的滑輪組裝置。當(dāng)用圖乙所示隨時間變化的豎直向下的拉力F拉繩時，合金塊的速度v與合金塊上升的高度h隨時間變化的關(guān)系分別如圖丙和丁所示。圖中連接合金塊G的輕繩始終保持豎直（不計繩重和摩擦）。則下列四個相關(guān)計算結(jié)果中正確的是（）A．0~1s內(nèi)，合金塊對地面的壓強是3000Pa B．0~2s內(nèi)，拉力F做的功是62.5JC．2s~3s內(nèi)，拉力F的功率是100W D．2s~3s內(nèi)，滑輪組的機械效率是90%【答案】AD【解析】【分析】【詳解】在2s~3s內(nèi)，讀乙圖可以知道，此時拉力F為40N，3股繩子與動滑輪接觸，則動滑輪和合金塊受到的拉為為讀丙圖可以知道，這段時間內(nèi)合金塊勻速上升，又因為忽略繩重和摩擦，所以動滑輪和合金塊的總重為120N；此時滑輪組的機械效率為在這段時間內(nèi)，讀丙圖可以知道，合金塊上升的速度為2.50m/s，3段繩子與動滑輪接觸，繩子自由端移動的速度為2.50m/s×3=7.50m/s拉力F的功率為在0~2s時間內(nèi)，讀丁圖可以知道，合金塊只是在1~2s時間上升了1.25m，三段繩子與動滑輪接觸，則繩子自由端移動的距離為1.25m×3=3.75m讀乙圖可以知道，在1~2s時間內(nèi)拉力F為50N，則拉力F做的功為在0~1s內(nèi)，讀乙圖可以知道，拉力F為30N，3股繩子與動滑輪接觸，則滑輪組對動滑輪和合金塊的拉力為30N×3=90N合金塊和動滑輪總重120N，則合金塊對地面的壓力為合金塊對地面的壓強為故A、D選項正確，符合題意；B、C選項錯誤，不符合題意。故選A、D。17．某工地利用如圖所示的滑輪組，將重180N的物體豎直向上勻速提起2m，用時5s。卷揚機的拉力F為80N（不計繩重和摩擦）。以下相關(guān)計算正確的是（）A．有用功是400J B．動滑輪的重力為60NC．拉力F的功率為72W D．動滑輪的機械效率為75%【答案】BD【解析】【分析】【詳解】A．有用功為故A錯誤；B．因不計繩重和摩擦，則動滑輪的重力為故B正確；C．繩子移動的距離為拉力F做的功為拉力F的功率為故C錯誤；D．滑輪組的機械效率為故D正確。故選BD。18．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，圖乙中動滑輪重為60N，重物上升速度為0.01m/s。不計杠桿重、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為動力，已知OB＝2OA，即動力臂為阻力臂的2倍，由于不計摩擦、杠桿自重，由杠桿平衡條件可知，動力為阻力的一半，即F1＝150N；由圖乙可知，n＝3，不計繩重和摩擦，則（G+G動）=（300N+60N）＝120N，故A錯誤；B．甲圖中，重力即阻力的方向是豎直向下的，動力的方向也是