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  • 2021-05-10 发布

北京中考物理功和机械效率专题复习教师版

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北京中考物理功和机械效率专题复习 一.解答题(共15小题)‎ ‎1.用如图所示的滑轮组将480N的物体以0.3m/s的速度匀速提起,绳子自由端的拉力为200N(不计摩擦和绳重).求:‎ ‎(1)滑轮组的机械效率.‎ ‎(2)拉力的功率.‎ ‎(3)若用该滑轮组将重600N的物体匀速提升2m时,拉力所做的功为多少?‎ 解答:‎ 解:(1)由图知,使用该滑轮组承担物重的绳子股数,n=3‎ 滑轮组的机械效率:‎ η=×100%=×100%‎ ‎=×100%=×100%‎ ‎=×100%=80%;‎ ‎(2)绳子自由端移动的速度:‎ v′=3v=0.3m/s×3=0.9m/s,‎ 拉力的功率:‎ P===Fv=200N×0.9m/s=180W;‎ ‎(3)∵不计摩擦和绳重,‎ ‎∴F=(G+G动),‎ ‎∴G动=3F﹣G=3×200N﹣480N=120N,‎ 当提起G′=600N的物体时拉力:‎ F′=(G′+G动),‎ ‎=(600N+120N)=240N,‎ 这时拉力做的功:‎ W′=F′s′=F′×3h′=240N×3×2m=1440J.‎ 答:(1)滑轮组的机械效率为80%;‎ ‎(2)拉力的功率180W;‎ ‎(3)拉力所做的功为1440J.‎ ‎2.在农村常有家庭挖井取水.小明同学用如图(甲)所示的滑轮组提土,他用20s的时间把重为120N的土从井中匀速提升5m,拉力做的功W随时间t的变化图象如图(乙)所示.求:‎ ‎(1)有用功;‎ ‎(2)滑轮组的机械效率;‎ ‎(3)拉力的大小;‎ ‎(4)拉力的功率.‎ 考点:‎ 功的计算;有用功和额外功;滑轮(组)的机械效率;功率的计算.387548 ‎ 专题:‎ 计算题;压轴题.‎ 分析:‎ ‎(1)已知土的重力和上升的高度,根据W=Gh求出克服土的重力做的功,即为有用功;‎ ‎(2)由乙图直接读出20s内拉力做的功即为总功,根据η=求出滑轮组的机械效率;‎ ‎(3)由图可知绳子的有效股数为2,根据s=nh求出绳端移动的距离,根据W=Fs求出拉力的大小;‎ ‎(4)根据P=求出拉力的功率.‎ 解答:‎ 解:(1)有用功:‎ W有=Gh=120N×5m=600J;‎ ‎(2)由乙图可得:‎ W总=800J,‎ 滑轮组的机械效率:‎ η===75%;‎ ‎(3)绳端移动的距离:‎ s=nh=2×5m=10m,‎ 拉力的大小:‎ F===80N;‎ ‎(4)拉力的功率:‎ P===40W.‎ 答:(1)有用功为600J;‎ ‎(2)滑轮组的机械效率为75%;‎ ‎(3)拉力的大小为80N;‎ ‎(4)拉力的功率为40W.‎ ‎3.如图1所示,重为8N的物体A在拉力F的作用下,5s内匀速运动了0.5m.拉力F做的功随时间变化的图象如图2所示.己知动滑轮重0.5N,物体A在水平桌面上运动时受到的摩擦阻力f为物重G的0.5倍.‎ 求:(1)拉力F的功率.‎ ‎(2)拉力F大小.‎ ‎(3)克服绳重及摩擦所做的额外功占总功的比例.‎ 解:‎ ‎(1)由图象知,拉力做的功W=2.5J时,所用的时间是5s 所以拉力的功率为P===0.5W;‎ ‎(2)绳子拉下的长度为S=2h=2×0.5m=1m 作用在绳子上的拉力为F===2.5N;‎ ‎(3)拉动物体做的有用功为W有用=fS1=0.5×8N×0.5m=2J 拉力做的总功为W总=FS2=2.5N×1m=2.5J 额外功为W额=W总﹣W有用=2.5J﹣2J=0.5J 对动滑轮做的功为W动=G动h=0.5N×0.5m=0.25J 克服绳重及摩擦所做的额外功为W′=W额﹣W动=0.5J﹣0.25J=0.25J 克服绳重及摩擦所做的额外功占总功的比例为==10%‎ ‎4.人们利用如图所示的滑轮组将浸没在河底的实心物体A打捞上来,物体A的密度为9.0×103Kg/m3,体积为100dm3.在5000N的拉力F作用下,物体A在2s内匀速竖直上升2m(物体未露出水面),不计水的阻力,g=10N/Kg.求:‎ ‎(1)物体A受到的浮力.‎ ‎(2)拉力F做功的功率.‎ ‎(3)滑轮组的机械效率.‎ 分析:‎ ‎(1)知道物体A的体积(浸没水中排开水的体积)利用阿基米德原理求物体A受到的浮力;‎ ‎(2)由图知,承担物重的绳子股数n=2,则拉力F移动的距离S=2h,利用W=FS求拉力F所做的总功,又知道做功时间,利用P=求拉力F做功的功率;‎ ‎(3)知道物体A的体积和密度,利用G=mg=ρVg求物体A的重力,知道拉力大小,利用η==求滑轮组的机械效率.‎ 解答:‎ 解:‎ ‎(1)物体A受到的浮力F浮为:‎ F浮=ρ水gV排 ‎=1.0×103kg/m3×10N/kg×100×10﹣3m3‎ ‎=1000N;‎ ‎(2)拉力F移动的距离S为:‎ S=2h=2×2m=4m,‎ 拉力F所做的总功W总为:‎ W总=FS=5000N×4m=20000J,‎ 则拉力F做功的功率P为:‎ P===10000W=10kW;‎ ‎(3)物体A的重力G为:‎ G=mg=ρ物gV物 ‎=9.0×103Kg/m3×10N/Kg×100×10﹣3m3‎ ‎=9000N,‎ 滑轮组的机械效率:‎ η=×100%‎ ‎=×100%‎ ‎=×100%‎ ‎=×100%‎ ‎=80%.‎ ‎5.如图所示,现将一重G1=8100N的实心铝块在水中匀速上提h=2m(未露出水面),已知每个滑轮重G2=900N,不计绳重和各种摩擦,不计水的阻力.已知铝的密度ρ铝=2.7×103kg/m3,水的密度ρ水=1.0×103kg/m3,g取10N/kg.求:‎ ‎(1)滑轮组的机械效率多大?‎ ‎(2)若绳端拉力的功率为P=540W,则铝块上升的速度为多大?‎ 解答:‎ 解:(1)∵铝块重G1=ρ铝vg,‎ 铝块的体积:‎ v===0.3m3,‎ 在水中铝块受到的浮力:‎ F浮=ρ水vg=1.0×103kg/m3×0.3m3×10N/kg=3000N,‎ 滑轮组对铝块的拉力:‎ F=G1﹣F浮=8100N﹣3000N=5100N,‎ 使用滑轮组做的有用功:‎ W有用=Fh=5100N×2m=10200J,‎ 不计绳重和各种摩擦,使用滑轮组做的额外功:‎ W额=G轮h=900N×2m=1800J,‎ W总=W有用+W额=Fh+G轮h=10200J+1800J=12000J,‎ 滑轮组的机械效率:‎ η=×100%=×100%=85%;‎ ‎(2)由题知P总==540W,‎ 做功时间:‎ t==,‎ 铝块上升的速度:‎ v===0.09m/s.‎ 答:(1)滑轮组的机械效率85%;‎ ‎(2)铝块上升的速度为0.09m/s.‎ ‎6.建筑工地上,某施工人员利用如图6所示的滑轮组匀速提升重物.若不计摩擦和绳重.求:‎ ‎(1)利用这个滑轮组匀速提升重为1200N的物体时,所用的拉力是500N,此时滑轮组的机械效率是80%,拉力做功的功率是750W,求重物在1min内匀速上升的高度?‎ ‎(2)当用这个滑轮组匀速提升重为1800N的物体时,拉力是多少?‎ 解答:‎ 解:(1)由题意知,拉力在1min做的功为:W总=Pt=750W×60s=45000J 根据W总=Fs 得s===90m 由图知,此滑轮组由三段绳子承担物重,所以s=3h 则h=s=×90m=30m 答:重物在1min内上升的高度是30m.‎ ‎(2)因为滑轮组由3段绳子承担物重,所以F=(G物+G动)‎ G动=3×500N﹣1200N=300N 则F′=(G物′+G动)=×(1800N+300N)=700N 答:当用这个滑轮组匀速提升重为1800N的物体时,拉力是700N.‎ ‎7.为打造环三中心城市,宁德市政府投入巨资,对市区南北主干道进行改造,施工中,一工人利用如图所示的滑轮组,要15s内将480N的重物匀速拉到3m高处,所用的拉力是300N.求:‎ ‎(1)有用功是多少?‎ ‎(2)滑轮组的机械效率是多少?‎ ‎(3)拉力的功率是多少?‎ 解答:‎ 解:(1)有用功W有用=Gh=480N×3m=1440J;‎ 答:有用功是1440J;‎ ‎(2)拉力移动的距离S=2h=2×3m=6m;‎ 拉力做的总功W总=FS=300N×6m=1800J;‎ 滑轮组的机械效率是η=×100%=×100%=80%;‎ 答:滑轮组的机械效率是80%;‎ ‎(3)拉力的功率是P===120W;‎ 答:拉力的功率是120W.‎ ‎8.如图所示,某建筑工地用电动机和滑轮组把建筑材料从地面提升到工作平台上.已知建筑材料的质量m=360kg,用t=20s的时间把建筑材料匀逮提升了h=4m,滑轮组的机械效率为90%,g取10N/Kg.求这段时间内 ‎(1)建筑材料上升的速度V;‎ ‎(2)电动机对绳子的拉力F;‎ ‎(3)电动机拉绳子的功率P.‎ 分析:‎ ‎(1)已知建筑材料运动的距离(上升的高度)和所用的时间,利用速度计算公式V=计算得出;‎ ‎(2)本题是利用滑轮组提升重物,一个动滑轮,一个定滑轮,从图上可以看出动滑轮上有两段绳子,故拉力移动的距离等于2倍物体上升的高度,即s=2h;‎ 此时,W有用=Gh,W总=Fs,再利用机械效率η=代入后分析计算得出拉力F;‎ ‎(3)利用求出的拉力F和s、h之间的关系可以计算出电动机拉绳子做的功,又已知时间,利用P=计算得出.‎ 解答:‎ 解:m=360kg,t=20s,h=4m,‎ ‎(1)上升的速度v====0.2m/s;‎ ‎(2)建筑材料的重力G=mg=360kg×10N/kg=3600N,‎ 由η==得:‎ 电动机对绳子的拉力F=====2000N;‎ ‎(3)电动机拉绳子做的功:W=Fs=2Fh=2×2000N×4m=16000J,‎ 电动机拉绳子的功率P===800W.‎ ‎9.在小型建筑工地,常用简易的起重设备竖直吊运建筑材料,其工作原理相当于如图所示的滑轮组.某次将总重G为4000N的砖块匀速吊运到高为10m的楼上,用时40s,卷扬机提供的拉力F为2500N.求在此过程中:‎ ‎(1)有用功;‎ ‎(2)拉力F的功和功率;‎ ‎(3)滑轮组的机械效率.‎ 解答:‎ 解:(1)拉力F所做的有用功:‎ W有=Gh=4000N×10m=4×104J.‎ ‎(2)拉力F移动的距离:‎ s=2h=2×10m=20m.‎ 拉力F所做的总功:‎ W总=Fs=2500N×20m=5×104J.‎ 拉力F做功的功率:‎ P===1250W.‎ ‎(3)滑轮组的机械效率:‎ η=×100%‎ ‎=×100%=80%.‎ 答:(1)力F所做的有用功是4×104J;‎ ‎(2)拉力F做的功和功率分别是5×104J、1250W;‎ ‎(3)滑轮组的机械效率是80%.‎ ‎10.重为160N、底面积为0.04m2的物体落入干涸的深井底部.已知物体的密度为1.6×103 kg/m3,g=10N/kg,不计绳重和摩擦.‎ ‎(1)求物体对井底的压强;‎ ‎(2)使用图所示滑轮组,当施拉力F=100N时物体恰能匀速上升,求此滑轮组的机械效率;‎ ‎(3)若在井内注入水,仍用此滑轮组使物体以1m/s的速度在水中匀速上升,求拉力的功率.(不计水对物体的阻力)‎ 分析:‎ ‎(1)物体对井底的压力等于物体重,知道受力面积,利用压强公式求物体对井底的压强;‎ ‎(2)由图可知,承担物重的绳子股数n=2,则拉力端移动的距离s=2h,知道拉力和物重大小,利用η====求滑轮组的机械效率;‎ ‎(3)由题知,不计绳重和摩擦,则F=(G+G轮),据此求出动滑轮重;‎ 知道物体重和物体的密度,利用G=mg=ρVg求物体的体积,再利用阿基米德原理求出物体受到水的浮力,不计绳重、摩擦、水的阻力,则F′=(G物+G动﹣F浮),据此求出拉力大小,再求出拉力端移动的速度,利用P=Fv求拉力做功功率.‎ 解答:‎ 解:(1)物体对井底的压力:‎ F=G=160N,‎ 物体对井底的压强:‎ p===4×103Pa;‎ ‎(2)由图可知,n=2,则拉力端移动的距离s=2h,‎ η======80%;‎ ‎(3)∵不计绳重和摩擦,‎ ‎∴F=(G+G轮),‎ ‎100N=(160N+G轮),‎ 解得动滑轮重:G动=40N ‎∵G=mg=ρVg,‎ ‎∴物体的体积:‎ V===0.01m3,‎ ‎∴在水中受到的浮力:‎ F浮=ρ水gV排=ρ水gV物=1.0×103 kg/m3×10N/kg×0.01m3=100N,‎ 此时拉力:‎ F′=(G物+G动﹣F浮)=(160N+40N﹣100N)=50N,‎ 拉力端移动的速度:‎ v=2v物=2×1m/s=2m/s,‎ ‎∴拉力做功功率:‎ P=F′v=50N×2m/s=100W.‎ 答:(1)求物体对井底的压强为4×103Pa;‎ ‎(2)此滑轮组的机械效率为80%;‎ ‎(3)拉力的功率为100W.‎ ‎11.用如图所示的滑轮组在20s内将重600N的物体从地面竖直提高4m,所用的拉力是250N,在这个过程中,求:‎ ‎(1)有用功是多少?‎ ‎(2)拉力的功率是多少?‎ ‎(3)滑轮组的机械效率是多少?‎ 解答:‎ 解:(1)拉力F所做的有用功:‎ W有=Gh=600N×4m=2400J;‎ ‎(2)拉力F移动的距离:‎ s=4h=4×4m=16m;‎ 拉力F所做的总功:‎ W总=Fs=250N×16m=4000J;‎ 拉力F做功的功率:‎ P===200W;‎ ‎(3)滑轮组的机械效率:‎ η=×100%=×100%=60%.‎ 答:(1)力F所做的有用功是2400J;‎ ‎(2)拉力F做功的功率是200W;‎ ‎(3)滑轮组的机械效率是60%.‎ ‎12.工人师傅利用图装置在5S内将一个重为4500N的物体A沿水平方向匀速向左拉动2m.已知作用在绳自由端的拉力F为400N,物体的底面积为1.5m2,若物体滑动时受到的摩擦力大小是物重的0.2倍.求:‎ ‎(1)物体A对地面的压强;‎ ‎(2)拉力F做的功和功率;‎ ‎(3)滑轮组的机械效率.‎ 解答:‎ 解:(1)物体A对地面的压强:‎ p====3000Pa;‎ ‎(2)拉力F做的功:‎ W总=Fs=400N×3×2m=2400J,‎ 拉力F做功的功率:‎ P总===480W;‎ ‎(3)克服摩擦力做的有用功:‎ W有=fs=G×0.2×s=4500N×0.2×2m=1800J,‎ 滑轮组的机械效率:‎ η===75%.‎ 答:(1)物体A对地面的压强为3000Pa;‎ ‎(2)拉力F做的功为2400J,功率为480W;‎ ‎(3)滑轮组的机械效率为75%.‎ 点评:‎ 本题考查压强、有用功、总功和机械效率的计算,关键知道克服摩擦力所做的功为有用功.‎ ‎ ‎ ‎13.如图所示,用滑轮组匀速提起重1000N的物体,10s内绳子的自由端拉下16m,此过程所做的额外功是800J,若绳重和摩擦不计,求:‎ ‎(1)拉力F的功率;‎ ‎(2)滑轮组的机械效率;‎ ‎(3)动滑轮的总重.‎ 解答:‎ 已知:物重G=1000N,时间t=10s,拉力移动距离s=16m,n=4,额外功W额=800J 求:(1)拉力F的功率P=?;(2)滑轮组的机械效率η=?;(3)动滑轮的总重G动=?‎ 解:(1)由图可知,绕过动滑轮的绳子股数为4根,‎ 因为绳子移动的距离与物体上升的高度之间的关系是:s=4h,‎ 则物体上升的高度:h===4m,‎ 克服物体重力做的功:W有用=Gh=1000N×4m=4000J,‎ 拉力做的功:W总=W有用+W额=4000J+800J=4800J,‎ 所以拉力的功率:P===480W;‎ ‎(2)滑轮组的机械效率:η=×100%=×100%≈83.3%;‎ ‎(3)∵W额=G动h,‎ ‎∴动滑轮的总重为:G动===200N.‎ 答:(1)绳自由端拉力的功率是480W.‎ ‎(2)滑轮组的机械效率是83.3%.‎ ‎(3)动滑轮的总重是200N.‎ ‎14.如图所示,是一个从隧道中运矿石的装置图,用滑轮组拉着重800N的货车A在50s内沿水平方向匀速运动10m,货车受到的摩擦力是车重的0.2倍.滑轮组绳子自由端拉力F做的功为2000J.求:‎ ‎(1)滑轮组绳子自由端拉力F的功率;‎ ‎(2)货车A受到绳子的水平拉力F1;‎ ‎(3)滑轮组的机械效率.‎ 解答:‎ 已知:拉力F做的功为W总=2000J,G=800N,t=50s,s=10m,‎ 求:(1)拉力F的功率P=?;(2)货车A受到绳子的水平拉力F1=?;(3)滑轮组的机械效率η=?‎ 解:(1)拉力F的功率:‎ P===40W;‎ ‎(2)货车受的摩擦力f=0.2G=0.2×800N=160N,‎ 因为货车做的是匀速直线运动,所以它受的拉力和摩擦力是一对平衡力,大小相等,所以货车受到绳子的水平拉力F1=f=160N;‎ ‎(3)拉力做的有用功W有用=fs=160N×10m=1600J,‎ 滑轮组的机械效率:‎ η=×100%=×100%=80%.‎ 答:(1)拉力的功率为40W;‎ ‎(2)货车A受到绳子的水平拉力为160N;‎ ‎(3)滑轮组的机械效率为80%.‎ ‎15.小华同学不小心将桶掉入水井中,为了将桶捞上来,他设计了如图所示的打捞装置.已知水面距离井口6m,桶离开水面后,他用25N的拉力经过15s的时间将桶匀速拉至井口.经测量:桶的自重力为20N,桶内装有40N的水,试求小华同学在打捞桶(桶刚离开水面至井口)的过程中:‎ ‎①桶上升的速度v;‎ ‎②小华同学做的有用功W有用;‎ ‎③拉力的功率P.‎ 解答:‎ 解:①v===0.4m/s;‎ ‎②W有用=G桶h=20N×6m=120J;‎ ‎③W总=Fs=F×3h=25N×3×6m=450J,‎ 拉力的功率P===30W.‎ 答:①桶上升的速度为0.4m/s;‎ ‎②小华同学做的有用功为120J;‎ ‎③拉力的功率为30W.‎