中考物理 机械效率的计算 培优 易错 难题练习(含答案)附答案

一、初中物理有用功额外功总功机械效率的计算问题

1．如图所示的滑轮组，绳子的末端缠绕在电动机上，电动机转动将下方钩码匀速提起。如果加快电动机的转速，则后一次提升与前一次相比（ ）

A．功率增大、机械效率增大 B．功率增大、机械效率不变

C．功率不变、机械效率不变 D．功率不变、机械效率增大

【答案】B

【解析】

【分析】

【详解】

前后两次的滑轮组是同一个滑轮组，则做的有用功、额外功、总功不变，则机械效率不变；加快电动机的转速，则物体提升的速度增大，若两次提升高度相同，则后一次所需要的时间小于前一次所需要的时间，根据WPt可知，功率变大。故ACD错误，B正确。

故选B。

2．小黄用图所示的滑轮组经过10s的时间，用150N的拉力将一个重270N的重物提高1m，求此过程：拉力F自由端拉出的距离是_____m；小黄所做的有用功是_______J；总功是_______J；拉力做功的功率是______W。

【答案】3 270 450 45

【解析】

【分析】

【详解】

[1]由图可知，滑轮组的承重绳子根数n=3根，则拉力自由端拉出的距离

s=nh=3×1m=3m

[2]有用功

W有用=Gh=270N×1m=270J [3]总功

W总=Fs=150N×3m=450J

[4]拉力做功的功率

450J45W10sWPt总

3．在如图所示的滑轮组中，用大小为5N的拉力F拉动绳端，使物体水平向左匀速滑动1m，不计绳重、滑轮重及绳子与滑轮之间的摩擦，此时滑轮组的机械效率为90%，则物体与地面之间的摩擦力为_______N。

【答案】9

【解析】

【分析】

【详解】

由图知，n=2，拉力端移动距离

s=2s物=2×1m=2m

拉力做功

W总=Fs=5N×2m=10J

有用功为

=90%10J=9JWW有总

则物体与地面之间的摩擦力为

'9J=9N1mWfs有

4．如图所示的滑轮组（不计滑轮重、绳与滑轮的摩擦），在拉力 F的作用下，物体水平向左做匀速直线运动，弹簧测力计的示数为 6N， 则物体受到地面的摩擦力大小为_________N。一段时间内物体沿水平方 向移动了 5m，拉力 F 做功_____J。

【答案】12 60

【解析】

【分析】

【详解】 [1]由图可知，n=2，弹簧测力计的示数为6N，则拉力为6N，摩擦力

f=2×6N=12N

摩擦力为12N。

[2]拉力移动的距离

s′=2s=25m=10m

拉力做的功

W=Fs=6N×10m=60J

拉力做的功为60J。

5．如图在粗糙斜面上将一个重为16N的物体匀速拉到高h处，沿斜面向上的拉力为10N，斜面长2ms、高1mh。其中所做的有用功为__J，物体受到的摩擦力大小为__N，斜面的机械效率为__。

【答案】16 2 80%

【解析】

【详解】

[1]所做的有用功为：

W有用16N1m=16JGh；

[2]拉力做的总功为：

W总10N2m=20JFs，

所做的额外功为：

W额=W总-W有用=20J-16J=4J；

摩擦力：

4J=2N2mWfs额。

[3]斜面的机械效率为：

16J100%=100%=80%20JWW有用总。

6．如图所示，用相同的滑轮安装成甲、乙两种装置，分别用FA、FB匀速提升重力为GA、GB的A、B两物体，不计绳重和摩擦．若GA＞GB，则η甲_____η乙；若FA=FB，则GA_____GB．（选填“＞”、“＜”或“=”）

【答案】＞ ＜

【解析】

【分析】

【详解】

不计绳重和摩擦，克服物体重力做的功为有用功，克服物体重力和动滑轮重力做的功为总功，则滑轮组的机械效率：η=×100%=×100%=×100%=×100%，因物体的重力G越大，1+越小，越大，且动滑轮的重力相等，所以，GA＞GB时，η甲＞η乙；由图可知，n甲=2，n乙=3，由F=（G+G动）可得，提升物体的重力：G=nF﹣G动，则FA=FB时，提升物体的重力关系为GA＜GB．

7．用如图所示的滑轮组匀速提升质量为4kg 的物体，在重物上升1m的过程中，拉力F的功率为25W，此时滑轮组的机械效率为80%，则拉力做的有用功是_____J，重物上升的速度是_____m/s；若用此滑轮组匀速提升80N 的货物，所需拉力为________N。（不考虑绳重和摩擦）

【答案】40J 0.5m/s 45N

【解析】

【分析】

【详解】

[1]有用功为

=4kg10N/kg1m40JWGhmgh有物

[2]拉力做的总功为

40J==50J80%WW有总 做功所需的时间为

50J=2s25WWtP总

所以重物上升的速度为

1m=0.5m/s2ssvt

[3]上问中拉力为

50J25N1m2WFs总

动滑轮重力为

=-=225N-40N=10NGnFG动物

所以用此滑轮组匀速提升80N 的货物，所需拉力为

11+=80N+10N=45N2FGGn物动

8．如图甲是一艘完全依靠太阳能驱动的船，该船长30米，宽15米，排水量60吨，船的表面安装有太阳能电池板，接收太阳能的功率为1.6×105W，若接收的太阳能只用来驱动船前进。在一次航行中，从某一时刻开始，太阳能船受到水平方向的牵引力F随时间t的变化关系如图乙所示，船的运动速度v随时间t的变化关系如图丙所示。（g取10N/kg），则满载时太阳能船受到的浮力是___________N；第50s到第100s的运动过程中，太阳能船的效率是_________。

【答案】5610 25%

【解析】

【分析】

【详解】

[1]由题意可知，排水量60t，则满载时太阳能船受到的浮力是

356010kg10N/kg610NF浮

[2]由题意可知，第50s到第100s的运动过程中，太阳能船移动的距离是

0.5m/s50s25msvt

这段时间牵引力所做的功是

46810N25m210JWFs牵

总功是 561.610W50s810JWPt总

那么太阳能船的效率是

66210J100%100%25%810JWW牵总

9．工人用图甲所示的滑轮组运送建材上楼，每次运送量不定，滑轮组的机械效率随建材重力变化的图像如图乙所示，滑轮和绳的摩擦力及绳重忽略不计。则：

（1）若某次运送建材的质量为40kg，滑轮组的机械效率是_______。动滑轮的重力是_______N。

（2）若工人在1min内将建材匀速竖直向上提升12m，作用在绳上的拉力为500N时，拉力的功率是_______W，运送建材的重力是_______N，此时的机械效率是_______。

【答案】50% 400 200 600 60%.

【解析】

【分析】

【详解】

(1)[1]建材质量为40kg，其重力为

=40kg10N/kg=400NGmg

由图乙得，当建材重力为400N时，滑轮组机械效率为50%。

[2]此时机械效率

400===50%400+GGGG动动

解得G动=400N。

(2)[3]滑轮组由一个动滑轮和一个定滑轮组成，与动滑轮相连的绳子有两段，则该滑轮组可以省一半的力，建材向上提升了12m，则绳子段移动的距离为24m，拉力功率

500N24m==200W60sWFsPtt

[4]滑轮组省一半的力，所以

+=2GGF动材

解得=600NG材。 [5]此时的机械效率为

600===60%600+400GGG材动材

10．在“再探动滑轮”的实验中，小明用动滑轮将重3N的钩码匀速向上提升，拉力为2N，2s内钩码上升0.2m。此过程中有用功为_____J，拉力做功的功率为_____W，动滑轮的机械效率为_____%。

【答案】0.6 0.4 75％

【解析】

【分析】

【详解】

[1]拉动的过程中做的有用功就是克服钩码重力所做的功，即为

=3N0.2m=0.6JWGs物物有

[2]绳子移动的距离为

=20.2m=0.4msns绳物

拉力所做的功为

=2N0.4m=0.8JWFs总绳

拉力的功率为

0.8J==0.4W2sWPt总

[3]动滑轮的机械效率为

0.6J==75%0.8JWW有总

11．用如图所示的滑轮组竖直匀速提升质量为 m 的物体，绳子的拉力大小为 F，在时间 t

内物体上升的高度为 h，滑轮组的机械效率为 η，每个滑轮重力大小均为 G，下列说法正确的是 （ ）

A．若将物体质量增大到 5m，则拉力大小增大到5F

B．G=3F-mg

C．匀速提升物体的高度增加，机械效率 η 不变

D．t 时间内，额外功为1 Wmgh 或3WhFmg

【答案】CD

【解析】

【分析】

【详解】

A．据W总=W有+W额得

Fs=mgh+W额

即

3mghWmghWFsh额额

物体质量增大到5m时，克服动滑轮的重力所做的额外功不变，即使克服摩擦所做的额外功增大，但总的额外功不会增大到5W额，那么拉力的大小不会增大到5F，故A错误；

B．若不计摩擦，据滑轮组的特点有

11(+)(+)3FGGmgGn物动

即

G=3F-mg

但题目并不说明摩擦可以忽略，故B错误；

C．用滑轮组多次匀速提升物体至不同高度，其机械效率不变，因为有用功和总功都不变，故C正确；

D．根据机械效率的公式有

+WWmghWWWmghW有有总有

即

1mghmghWmgh

或者