05含有滑輪組復雜裝置的機械效率綜合計算-2022中考物理力學壓軸計算題難題專練(原卷版+解析)VIP

05含有滑輪組復雜裝置的機械效率綜合計算1．如圖甲是在岸邊打撈水中物體的裝置示意圖，該裝置由懸掛機構(gòu)和提升裝置兩部分組成。懸掛機構(gòu)由固定桿和杠桿構(gòu)成，為杠桿的支點，。配重E通過繩子豎直拉著杠桿的端，其質(zhì)量。安裝在杠桿端的提升裝置由一個支架、一個電動機Q、一個定滑輪K及數(shù)量未知的動滑輪（在虛線框內(nèi)未畫出）構(gòu)成，其中支架和電動機Q的總質(zhì)量，定滑輪K的質(zhì)量?？衫眠b控電動機拉動繩子的自由端，通過滑輪組提升浸沒在水中的物體。在一次打撈一批實心材料的過程中，實心材料浸沒在水中勻速豎直上升，此時電動機Q牽引繩子的功率為，繩子端的拉力為，實心材料上升的高度隨時間變化的圖像如乙圖，地面對配重的支持力為。實心材料全部露出水面后勻速豎上升的過程中，繩子端的拉力為，地面對配重的支持力為，滑輪組的機械效率為。已知，，，被打撈的實心材料的密度，繩子和桿的質(zhì)量、捆綁實心材料的鋼絲繩的質(zhì)量和體積、滑輪與軸及支點處的摩擦、水對實心材料的阻力均忽略不計，取。求：（1）實心材料浸沒在水中勻速上升時的速度；（2）實心材料浸沒在水中勻速上升時電動機牽引繩的功率；（3）實心材料露出水面后，滑輪組的機械效率。2．如圖所示，重為400N的工人用如圖滑輪組在空氣中提升一個450N的重物A時，機械效率為90%，現(xiàn)有一石材B沉沒于水池底部（石材未與底部緊密接觸），工人用該滑輪組要將其打撈上來。開始時工人用力但是沒有拉動，繼續(xù)增大拉力將石材拉起，在整個提升過程中，石材上升的s﹣t圖像如圖所示，在石材脫離水池底部至完全露出水面的過程中，人對繩子拉力的最大值與最小值之比為7：5，繩重及滑輪的摩擦均可忽略不計，石材的密度ρ石＝2.5×103kg/m3，取g＝10N/kg，人雙腳的受力面積為400cm2，求：(1)動滑輪的重力；(2)提升A時人對地面的壓強；(3)石材B出水前，人拉繩子的功率。3．如圖是工人將重160N的物體勻速放下的過程，已知當物體下降的距離為2m時，用時4s。工人的拉力為50N，工人質(zhì)量為60kg。（物體未浸入水中，且不計繩重及摩擦）(1)求工人放繩的速度；(2)求滑輪組的效率η1；(3)如果物體完全浸沒水中后滑輪的機械效率為η2，已知η1：η2＝4：3（物體在水中仍勻速下降，動滑輪不會浸入水中且不計繩重及摩擦，g＝10N/kg）。求：當物體完全浸沒水中后，工人對地面的壓力。4．如圖所示的裝置中，質(zhì)量可忽略不計的杠桿AB可繞轉(zhuǎn)軸O點自由轉(zhuǎn)動，，兩個滑輪的質(zhì)量相等。質(zhì)量為60kg的小熊站在水平地面上，用F1的力拉繩時，合金塊E在空中靜止且杠桿恰好在水平位置平衡，此時人對地面的壓強為p1=1.05×104Pa，定滑輪對C處的拉力為Fc；在所有拉動過程中，小熊始終雙腳著地，腳與地面的接觸面積為5×10-2m2，底面積為6×10-2m2的圓柱形容器D中盛有適量的水，水的高度為50cm。（g=10N/kg，繩重、杠桿和滑輪的摩擦、水對物體的阻力均可忽略不計）求：(1)合金塊E未浸入水中時，水對容器底部的壓強；(2)人對繩子的拉力F1；(3)把合金塊E緩緩且勻速的放入水中，水沒有溢出。當液面高度變化15cm時，定滑輪對C處的拉力為Fc，，則此時裝置的機械效率為多少？(4)合金塊E的重力為多大？5．利用如圖所示的滑輪組勻速拉動水平地面上重為60N，邊長為10cm的正方體物體，拉力F的大小為5N，物體在水平地面上勻速運動時，受到地面對它的摩擦力為8N。求：（1）正方體物體對地面的壓強是多少？（2）若在拉力F作用下物體以0.2m/s的速度勻速拉了4s，求拉力F的功率多大？（3）此時該滑輪組的機械效率為多少？6．如圖所示是打撈物體的模擬裝置。電動機帶動鋼絲繩自由端以恒定的速度勻速拉動滑輪組，經(jīng)過5min將體積為0.1m3的物體由海底提升到海面，物體在海面下勻速上升的過程中，該滑輪組的效率為90%，此時電動機的輸出功率為800W（不計物體的高度、動滑輪體積、繩重和摩擦，ρ物＝8.2×103kg/m3，g取10N/kg，ρ海水取1.0×103kg/m3）。求：（1）物體浸沒在海水中受到的浮力；（2）動滑輪的總重力；（3）物體在海底時受到海水的壓強；（4）物體離開海面后電動機的輸出功率。7．電梯為居民出入帶來很大的便利，小明家住6樓，每層樓高3m，放學后，乘電梯回家：(1)電梯在20s內(nèi)將小明送到家，在此過程中，電梯上升的平均速度是多少？(2)已知小明的體重為500N，電梯對小明做功的功率為多少？(3)如圖是一種電梯的結(jié)構(gòu)示意圖。A為電梯廂，B為動滑輪，繞過滑輪的鋼絲繩一端固定在樓房頂層，另一端通過電動機提供拉力，C為配重。在電動機拉力作用下電梯廂能在電梯井中沿豎直通道上下運行。某次運行中，電梯將總質(zhì)量為180kg的小明一家人送回家時，電動機拉力F為6000N。（不計鋼絲繩、滑輪重及摩擦）在此過程中，電梯的機械效率是多少？8．如圖甲所示，動滑輪重6N，所吊重物B重40N，物體A重240N，此時物體B恰好以0.1m/s的速度勻速下降。不計繩重、摩擦及繩子的伸長。求：(1)物體A受到繩子的拉力及水平面對物體A的摩擦力；(2)滑輪組的機械效率（結(jié)果保留兩位小數(shù)）；(3)如圖乙，要使物體B恰好以0.2m/s的速度勻速上升，則要對物體A施加水平向右拉力的功率。9．小華用如圖所示的滑輪組拉動貨箱，已知貨箱的重為600N，在F＝50N的拉力作用下，貨箱以0.1m/s的速度做勻速直線運動，地面對貨箱的滑動摩擦力f為貨箱重的0.2倍。求：(1)拉力F的功率是多少？(2)貨箱運動了2min，克服摩擦所做的功是多少？(3)此滑輪組的機械效率是多少？10．如圖所示，是用滑輪組提升物體的示意圖，已知物體A的重力為300kg，物體A以0.1m/s的速度勻速上升時，電動機的輸出功率為400W，若將A更換為重力為400kg的物體B時，勻速上升5m的過程中，電動機的效率為80%，不計繩重和摩擦，g取10N/kg。求：（1）物體A勻速上升時，滑輪組的機械能效率；（2）使用該裝置提升物體B時，整個裝置的機械效率；（3）使用該裝置提升物體B的過程中，消耗的電能。05含有滑輪組復雜裝置的機械效率綜合計算1．如圖甲是在岸邊打撈水中物體的裝置示意圖，該裝置由懸掛機構(gòu)和提升裝置兩部分組成。懸掛機構(gòu)由固定桿和杠桿構(gòu)成，為杠桿的支點，。配重E通過繩子豎直拉著杠桿的端，其質(zhì)量。安裝在杠桿端的提升裝置由一個支架、一個電動機Q、一個定滑輪K及數(shù)量未知的動滑輪（在虛線框內(nèi)未畫出）構(gòu)成，其中支架和電動機Q的總質(zhì)量，定滑輪K的質(zhì)量?？衫眠b控電動機拉動繩子的自由端，通過滑輪組提升浸沒在水中的物體。在一次打撈一批實心材料的過程中，實心材料浸沒在水中勻速豎直上升，此時電動機Q牽引繩子的功率為，繩子端的拉力為，實心材料上升的高度隨時間變化的圖像如乙圖，地面對配重的支持力為。實心材料全部露出水面后勻速豎上升的過程中，繩子端的拉力為，地面對配重的支持力為，滑輪組的機械效率為。已知，，，被打撈的實心材料的密度，繩子和桿的質(zhì)量、捆綁實心材料的鋼絲繩的質(zhì)量和體積、滑輪與軸及支點處的摩擦、水對實心材料的阻力均忽略不計，取。求：（1）實心材料浸沒在水中勻速上升時的速度；（2）實心材料浸沒在水中勻速上升時電動機牽引繩的功率；（3）實心材料露出水面后，滑輪組的機械效率。1．(1)0.2m/s；(2)；(3)【解析】(1)從圖乙可知，時間為40s時，實心材料浸沒在水中上升高度為800cm，即8m，則速度為故實心材料浸沒在水中勻速上升時的速度。(2)對動滑輪進行受力分析可知，實心材料全部露出水面后勻速豎直上升的過程中，拉力為當物體全部浸沒時，拉力的大小為兩式聯(lián)立，即相除，即可得出，整理可得即可知道浮力的大小為根據(jù)杠桿平衡原理，，杠左邊繩子的拉力為當物體全部浸沒在水中時，對左邊的滑輪組受力分析實心材料全部露出水面后勻速豎上升的過程中，對左邊的滑輪組受力分析將帶入整理可知，將代入可知則繩子移動的速度為實心材料浸沒在水中勻速上升時電動機牽引繩的功率(3)滑輪組的機械效率為根據(jù)可知，實心物體的體積為則實心物體的所受的重力為實心材料露出水面后，滑輪組的機械效率【答案】(1)實心材料浸沒在水中勻速上升時的速度；(2)實心材料浸沒在水中勻速上升時電動機牽引繩的功率為；(3)實心材料露出水面后，滑輪組的機械效率為90%。2．如圖所示，重為400N的工人用如圖滑輪組在空氣中提升一個450N的重物A時，機械效率為90%，現(xiàn)有一石材B沉沒于水池底部（石材未與底部緊密接觸），工人用該滑輪組要將其打撈上來。開始時工人用力但是沒有拉動，繼續(xù)增大拉力將石材拉起，在整個提升過程中，石材上升的s﹣t圖像如圖所示，在石材脫離水池底部至完全露出水面的過程中，人對繩子拉力的最大值與最小值之比為7：5，繩重及滑輪的摩擦均可忽略不計，石材的密度ρ石＝2.5×103kg/m3，取g＝10N/kg，人雙腳的受力面積為400cm2，求：(1)動滑輪的重力；(2)提升A時人對地面的壓強；(3)石材B出水前，人拉繩子的功率。2．(1)50N；(2)1.25×104Pa；(3)25W【解析】解：(1)在不計繩重及滑輪的摩擦時，滑輪組的機械效率為代入數(shù)據(jù)解得G動＝50N。(2)在提升A時，由5段繩子與動滑輪相連，人對繩子的拉力為F＝×（GA+G動）＝×（450N+50N）＝100N由于物體間力的作用是相互的，繩子對人向下的拉力和人對繩子向上的拉力相等，所以人對地面的壓力為F壓＝F+G＝100N+400N＝500N提升A時人對地面的壓強(3)物體B在出水面前受重力、浮力和拉力，出水面后受重力和拉力，所以出水面前人對物體B的拉力小為F?。健粒℅動+GB﹣F浮B）＝×（G動+GB﹣ρ水VBg)＝×（G動+GB﹣）＝×（50N+GB﹣GB）＝×（50N+GB）出水面后人對物體B的拉力大為F大＝×（G動+GB）＝×（50N+GB）因為人對繩子拉力的最大值與最小值之比為7：5解得GB＝125N石材B出水前，人拉繩子的力為F?。健粒?0N+GB）＝×（50N+×125N）＝25N由圖2知物體的速度為因為有5段繩子拉著動滑輪，所以繩子的速度為v′＝5v＝5×0.2m/s＝1m/s人拉繩子的功率為P＝Fv′＝25N×1m/s＝25W【答案】(1)動滑輪的重力為50N；(2)提升A時人對地面的壓強為1.25×104Pa；(3)石材B出水前，人拉繩子的功率為25W。3．如圖是工人將重160N的物體勻速放下的過程，已知當物體下降的距離為2m時，用時4s。工人的拉力為50N，工人質(zhì)量為60kg。（物體未浸入水中，且不計繩重及摩擦）(1)求工人放繩的速度；(2)求滑輪組的效率η1；(3)如果物體完全浸沒水中后滑輪的機械效率為η2，已知η1：η2＝4：3（物體在水中仍勻速下降，動滑輪不會浸入水中且不計繩重及摩擦，g＝10N/kg）。求：當物體完全浸沒水中后，工人對地面的壓力。3．(1)2m/s；(2)80%；(3)625N【解析】(1)物體下降速度為由圖知，n=4，繩子上升的速度為(2)繩子運動距離放繩子的有用功放繩子的總功滑輪組的效率(3)物體未浸入水中時，不計繩重及摩擦，動滑輪受到重物對它的拉力、本身的重力、繩子的拉力，由可得，動滑輪重力已知η1：η2＝4：3，則物體完全浸沒水中后滑輪組的機械效率為物體完全浸沒水中后，滑輪組對物體的拉力做的功為有用功，不計繩重及摩擦，克服動滑輪重力做的功為額外功，則此時滑輪組的機械效率解得滑輪組對物體的拉力：F拉=60N完全入水后，動滑輪受到重物對它向下的拉力、本身向下的重力、4段繩子向上的拉力，由力的平衡條件可得：4F=F拉+G動，則人對繩子的拉力因為物體間力的作用是相互的，所以繩子對人的拉力也為25N，人的重力為對人進行受力分析可知，人受豎直向下的重力、豎直向下的拉力、豎直向上的支持力，則人受到豎直向上的支持力因為物體間力的作用是相互的，則人對地面的壓力為625N?！敬鸢浮?1)工人放繩的速度為2m/s；(2)滑輪組的效率η1為80%；(3)工人對地面的壓力625N。4．如圖所示的裝置中，質(zhì)量可忽略不計的杠桿AB可繞轉(zhuǎn)軸O點自由轉(zhuǎn)動，，兩個滑輪的質(zhì)量相等。質(zhì)量為60kg的小熊站在水平地面上，用F1的力拉繩時，合金塊E在空中靜止且杠桿恰好在水平位置平衡，此時人對地面的壓強為p1=1.05×104Pa，定滑輪對C處的拉力為Fc；在所有拉動過程中，小熊始終雙腳著地，腳與地面的接觸面積為5×10-2m2，底面積為6×10-2m2的圓柱形容器D中盛有適量的水，水的高度為50cm。（g=10N/kg，繩重、杠桿和滑輪的摩擦、水對物體的阻力均可忽略不計）求：(1)合金塊E未浸入水中時，水對容器底部的壓強；(2)人對繩子的拉力F1；(3)把合金塊E緩緩且勻速的放入水中，水沒有溢出。當液面高度變化15cm時，定滑輪對C處的拉力為Fc，，則此時裝置的機械效率為多少？(4)合金塊E的重力為多大？4．(1)5000Pa；(2)75N；(3)86.1%；(4)400N【解析】(1)合金塊E未浸入水中時，水深h=50cm=0.5m水對容器底部的壓強p=ρgh=1×103kg/m3×10N/kg×0.5m=5000Pa(2)人的重力G人=m人g=60kg×10N/kg=600N由可得人對地面的壓力F壓=p1S=1.05×104Pa×5×10-2m2=525N因為所以繩子對人的拉力由于力的作用是相互的，繩子對人的拉力(3)(4)合金塊在空中時，C點受到的拉力①由杠桿平衡條件可得FA×OA=FB×OB而使用的滑輪組，繩子承擔重物的段數(shù)n為3，不計摩擦和繩重有則GE+G動=3FA=3×150N=450N代入①可得FC=G動+2FA=G動+2×150N=G動+300N當液面高度變化15cm時，此時合金塊浸入水中（排開水）的體積合金塊受到的浮力F浮=ρ水V排g=1×103kg/m3×9×10-3m3×10N/kg90N此時C點受到的拉力由題知即解得動滑輪重力G動=50N因為GE+G動=450N所以合金塊的重力GE=450N-G動=450N-50N=400N使用此裝置，若合金塊上升高度為H，杠桿A端升高的距離為sA=3H因為使用的杠桿動力臂等于阻力臂的2倍，省一半的力，就要多移動1倍的距離，杠桿B端下降距離，即繩子自由端移動距離s=sB=2sA=2×3H=6H此時人施加的拉力該裝置的機械效率【答案】(1)合金塊E未浸入水中時，水對容器底部的壓強為5000Pa；(2)人對繩子的拉力F1為75N；(3)此時裝置的機械效率約為86.1%；(4)合金塊E的重力為400N。5．利用如圖所示的滑輪組勻速拉動水平地面上重為60N，邊長為10cm的正方體物體，拉力F的大小為5N，物體在水平地面上勻速運動時，受到地面對它的摩擦力為8N。求：（1）正方體物體對地面的壓強是多少？（2）若在拉力F作用下物體以0.2m/s的速度勻速拉了4s，求拉力F的功率多大？（3）此時該滑輪組的機械效率為多少？5．（1）6000Pa；（2）2W；（3）80%【解析】解：（1）正方體對地面的壓強（2）由圖示知，滑輪組承重繩子為2根，繩子自由端移動的速度v1=2v=2×0.2m/s=0.4m/s拉力的功率P總=Fv1=5N×0.4m/s=2W（3）拉動重物的功率P有=fv=8N×0.2m/s=1.6W滑輪組的機械效率【答案】（1）正方體物體對地面的壓強為6000Pa；（2）拉力F的功率為2W；（3）此時該滑輪組的機械效率為80%。6．如圖所示是打撈物體的模擬裝置。電動機帶動鋼絲繩自由端以恒定的速度勻速拉動滑輪組，經(jīng)過5min將體積為0.1m3的物體由海底提升到海面，物體在海面下勻速上升的過程中，該滑輪組的效率為90%，此時電動機的輸出功率為800W（不計物體的高度、動滑輪體積、繩重和摩擦，ρ物＝8.2×103kg/m3，g取10N/kg，ρ海水取1.0×103kg/m3）。求：（1）物體浸沒在海水中受到的浮力；（2）動滑輪的總重力；（3）物體在海底時受到海水的壓強；（4）物體離開海面后電動機的輸出功率。6．（1）1000N；（2）800N；（3）3×105Pa；（4）900W【解析】解：（1）物體浸沒在海水中時，排開海水的體積V排＝V＝0.1m3由阿基米德原理，則物體浸沒在海水中受到的浮力F?。溅押Ｋ甮V排＝1.0×103kg/m3×10N/kg×0.1m3＝1000N（2）物體的質(zhì)量m＝ρ物V物＝8.2×103kg/m3×0.1m3＝820kg物體的重力G＝mg＝820kg×10N/kg＝8200N因不計繩重和摩擦，克服（G﹣F?。┳龅墓橛杏霉?，克服（G﹣F浮+G動）做的功為總功，所以，滑輪組的機械效率η＝＝＝＝＝90%解得，動滑輪的總重力G動＝800N（3）根據(jù)圖示可知，繩子的有效段數(shù)n＝5則拉力F＝（G﹣F浮+G動）＝×（8200N﹣1000N+800N）＝1600N根據(jù)P＝＝＝Fv鋼絲繩自由端上升的速度v＝＝＝0.5m/s物體上升速度由v＝可得，海水的深度h＝vt＝0.1m/s×5×60s＝30m則物體在海底時受到海水的壓強p＝ρ海水gh＝1.0×103kg/m3×10N/kg×30m＝3×105Pa（4）物體離開海面時，拉力F′＝（G+G動）＝×（8200N+800N）＝1800N物體離開海面后電動機的輸出功率P′＝F′v＝1800N×0.5m/s＝900W【答案】（1）物體浸沒在海水中受到的浮力為1000N；（2）動滑輪的重力為800N；（3）物體在海底時受到海水的壓強為3×105Pa；（4）物體離開海面后電動機的輸出功率為900W。7．電梯為居民出入帶來很大的便利，小明家住6樓，每層樓高3m，放學后，乘電梯回家：(1)電梯在20s內(nèi)將小明送到家，在此過程中，電梯上升的平均速度是多少？(2)已知小明的體重為500N，電梯對小明做功的功率為多少？(3)如圖是一種電梯的結(jié)構(gòu)示意圖。A為電梯廂，B為動滑輪，繞過滑輪的鋼絲繩一端固定在樓房頂層，另一端通過電動機提供拉力，C為配重。在電動機拉力作用下電梯廂能在電梯井中沿豎直通道上下運行。某次運行中，電梯將總質(zhì)量為180kg的小明一家人送回家時，電動機拉力F為6000N。（不計鋼絲繩、滑輪重及摩擦）在此過程中，電梯的機械效率是多少？7．(1)；(2)；(3)【解析】解：(1)一樓到六樓，升高的高度為5個樓高電梯上升的平均速度(2)電梯對小明做功的功率為(3)由圖可知動滑輪上有2段鋼絲繩，則鋼絲繩移動的距離為拉力做的總功為小明一家人總重力為拉力做的有用功為則電梯的機械效率為【答案】(1)電梯上升的平均速度是。(2)電梯對小明做功的功率為。(3)在此過程中，電梯的機械效率是。8．如圖甲所示，動滑輪重6N，所吊重物B重40N，物體A重240N，此時物體B恰好以0.1m/s的速度勻速下降。不計繩重、摩擦及繩子的伸長。求：(1)物體A受到繩子的拉力及水平面對物體A的摩擦力；(2)滑輪組的機械效率（結(jié)果保留兩位小數(shù)）；(3)如圖乙，要使物體B恰好以0.2m/s的速度勻速上升，則要對物體A施加水平向右拉力的功率。8．(1)；(2)；(3)【解析】(1)由圖知，，不計繩重、摩擦及繩子的伸長，當物體勻速下降時，繩子上的拉力由力的相互性，繩子拉物體的力大小也為，物體受到水平向右滑動摩擦力的大小，物體速度勻速下降，也在勻速向左運動，由二力平衡，水平面對物體的摩擦力(2)不計繩重、摩擦及繩子的伸長，故克服動滑輪重做的功為額外功的唯一來源，滑輪組的機械效率(3)當物體B勻速上升時，繩子的拉力不變，物體A受到的向左的摩擦力大小不變，由力的平衡條件可得，對物體A施加水平向右的拉力物體A向右運動的速度拉力的功率【答案】(1)物體A受到繩子的拉