中考物理培优 易错 难题(含解析)之机械效率的计算附答案解析

一、初中物理有用功额外功总功机械效率的计算问题1．如图是工人将重160 N 的物体匀速放下的过程，已知物体下降的距离为3 m ，用时3 s ，工人的拉力为50 N ，工人质量为50kg （物体未浸入水中，且不计绳重及摩擦）设此时工人放绳的速度为v 1， 滑轮组的效率η1 ；如果物体完全浸没水中后滑轮的机械效率为η2，已知1243ηη=∶∶（物体在水中仍匀速下降，动滑轮不会浸入水中且不计绳重及摩擦，g 取10 N/kg ） 设当物体完全浸没在水中后物体所受的浮力为F 浮，工人对地面的压力为F 2.则（ ）A ．v 1=1 m/sB ．η1=62.5%。

C ．F 2 =525 ND ．F 浮=120 N【答案】C【解析】【分析】【详解】A ．物体下降速度为 3m =1m/s 3sh v t == 因为有4段绳子，所以工人放绳的速度为441m/s 4m/s v v ==⨯=1物故A 不符合题意；B ．已知物体下降的距离为3 m ，因为有4段绳子，所以绳子运动距离443m 12m s h ==⨯=放绳子的做的有用功160N 3m 480J W Gh ==⨯=有用放绳子的做的总功50N 12m 600J W Fs ==⨯=总滑轮组的效率1480J 100%100%80%600JW W η=⨯=⨯=有用总 故B 不符合题意；CD ．物体未浸入水中时，不计绳重及摩擦，动滑轮受到重物对它的拉力、本身的重力、绳子的拉力，由(1)F G G n =+动可得，动滑轮重力4450N 160N 40N G F G =-=⨯-=动已知η1：η2=4：3，则物体完全浸没水中后滑轮组的机械效率为213380%60%44ηη==⨯=物体完全浸没水中后，滑轮组对物体的拉力做的功为有用功，不计绳重及摩擦，克服动滑轮重力做的功为额外功，则此时滑轮组的机械效率 260%40NW F h F W F h G h F η'===='++有用拉物拉物总拉物动拉物 解得F 拉物=60N ；物体的重力为160N ，根据公式可得==160N-60N=100N F G F -浮拉物 故D 不符合题意；完全入水后，动滑轮受到重物对它向下的拉力、本身向下的重力、4段绳子向上的拉力，由力的平衡条件可得4F F G =+绳拉物动则人对绳子的拉力1160N 40N)25N 44()(F F G =+=+=绳拉物动 因为物体间力的作用是相互的，所以绳子对人的拉力也为25N ；人的重力为50kg 10N/kg 500N G m g ==⨯=人人对人进行受力分析可知，人受竖直向下的重力、竖直向下的拉力、竖直向上的支持力，则人受到竖直向上的支持力500N+25N=525N F G F =+=人绳支因为物体间力的作用是相互的，则人对地面的压力为525N ，故C 符合题意。

故选C 。

2．如图所示，工人用250 N 的力将重400 N 的物体匀速提升2 m 。

若不计绳重及摩擦，绳子自由端移动的距离是____m ，动滑轮的重力为____N ，该滑轮组的机械效率是______。

【答案】4 100 80%【解析】【分析】【详解】[1]由图可知，动滑轮上绳子段数为2，则绳子自由端移动距离为s =2h =2×2m=4m[2]拉力为250N ，物体中400N ，则根据动滑轮上绳子段数为2，可求动滑轮重力为G 滑=2F -G 物=2×250N-400N =100N[3]机械效率为 ()()400N 100%100%100%80%400N+100N W G h W G G h η=⨯=⨯=⨯=+有物滑总物 3．如图所示，用一动滑轮拉一物体A 以0.5m/s 的速度在水平面上作匀速直线运动，物体A 重为20N ，受到的摩擦阻力是物重的0.2倍，水平拉力为2.5N ，则在2s 内拉力做的功是________J ，滑轮的机械效率是________（不计滑轮重力）．【答案】5 80%【解析】【分析】【详解】物体2s 移动的距离：s=vt=0.5m/s×2s=1m ，∵使用的是动滑轮，∴拉力移动的距离：s′=2s=2×1m=2m ，拉力做功：W=Fs′=2.5N×2m=5J ；∵物体受到的摩擦阻力是物重的0.2倍，∴f=0.2G=0.2×20N=4N ，滑轮的机械效率： η====80%．故答案为5，80%．4．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 =9J W W η=⨯有总则物体与地面之间的摩擦力为 '9J =9N 1mW f s ==有 5．如图是某型号电动轮椅工作原理示意图。

开关S 1和S 2由绝缘操纵杆控制，能同时接“1”或接“2”，向前推操纵杆时轮椅前进且能调速，向后拉操纵杆时轮椅以恒定速度后退。

已知蓄电池的电压为24V 保持不变，R 2的阻值为10Ω，电动机的额定功率为100W ，额定电压为24V 。

请解答下列问题：（1）当开关S 1和S 2同时接_______时，电动轮椅前进；电动轮椅既能前进又能后退，是通过改变电动机线圈中的_________实现的；（2）当电动轮椅后退时，电流表示数为1A ，此时电动机的实际功率是_____W ；（3） 当电动机以额定功率工作时，电动轮椅在水平路面上匀速前进的速度为2m/s ，若此时电动机消耗的电能有80%转化为电动轮椅前进的机械能，此时电动轮椅受到的阻力是___N 。

【答案】1 电流方向 14 40【解析】【分析】【详解】(1)[1]电动机前进且能调速，这说明电路中的电流可以变化，电阻大小可变，这样只有滑动变阻器R 1接入电路时才有这个功能，观察电路图，当开关S 1和S 2同时接1时，R 1、电动机、电流表才串联接入电路，这样符合条件，电动轮椅前进。

[2]磁场对通电导线的作用力方向跟电流方向有关，只改变电流方向时，受力方向也会变化；所以电动轮椅既能前进又能后退，是通过改变电动机线圈中的电流方向实现的。

(2)[3]由上述可知，当电动轮椅后退时，开关S 1和S 2同时接2，R 2、电动机、电流表串联接在电路中，电路中的总电阻24V 24Ω1AR ==总 电动机的电阻 M 2-24Ω-10Ω14ΩR R R ===总此时电动机的实际功率()22M M M 1A 14Ω14W P I R ==⨯= 此时电动机的实际功率是14W 。

(3)[4]设此时电动轮椅受到的阻力是f ，电动轮椅在水平路面上匀速前进，牵引力F f =，由题意可知，电动轮椅的机械效率2m/s 80%100W F t tη⋅⋅==⋅ 解得40N F =，此时电动轮椅受到的阻力是40N 。

6．如图所示，用8 N 的拉力F 拉着物体A 在水平面匀速运动了1 m 。

已知物体A 重40 N ，与水平面的接触面积是100cm 2，它在水平面运动时受到的摩擦力是12N ，则拉动时重物对地面的压强是_______Pa ，滑轮组的机械效率是______。

【答案】4×103 75%【解析】【详解】[1]重物对地面的压强为：34240N 410Pa 10010mF G P S S -====⨯⨯； [2]由图可知，动滑轮上绳子的段数为n=2，绳子自由端移动的距离为：=21m=2m s ⨯绳； 克服摩擦力做的有用功为：=12N 1m=12J W fs =⨯有；总功为：=8N 2m=16J W F s =⨯绳总拉；机械效率为：12J =100%=100%=75%16JW W η⨯⨯有总。

7．如图所示，在测定杠杆机械效率的实验中，竖直向上匀速拉动弹簧测力计，使挂在杠杆OB 下面的物块缓慢上升至虚线位置，在此过程中，测力计上升的高度s 为0.2m ．物块重G 为1.5N ，物块上升的高度h 为0.3m ，杠杆的机械效率为75%，则测力计的示数F =______N ，使用该杠杆做额外功的一个原因是______。

【答案】3 由于使用杠杆时需要克服杠杆自重（克服摩擦力）等做功【解析】【分析】本题考查机械效率的应用。

【详解】[1]杠杆在使用过程中，所做的有用功W 有=Gh =1.5N ×0.3m=0.45J 根据W W η=有总得 0.45J ==0.6J 75%W W η=有总 而W 总=Fs ，所以0.6J =3N 0.2mW F s ==总 [2]杠杆本身有重力、支点与杠杆之间有摩擦，使用杠杆过程需克服这些做功，于是便出现了额外功。

8．建筑工地上，起重机吊臂上的滑轮组如图所示在匀速起吊重4.2×103N 的物体时，物体5s 内上升了10m ，此过程中有用功为_____J ，钢丝绳移动的速度为_____m/s ；若此时滑轮组的机械效率为70%，则拉力F 为_____N ，拉力F 的功率为_____W 。

【答案】4.2×104 6 2000 1.2×104【解析】【分析】【详解】[1]滑轮组在匀速起吊物体的过程中做的有用功为34有物 4.210N 10m 4.210J W G h ==⨯⨯=⨯[2]看图可知绳子股数n =3。

钢绳末端移动距离为310m 30m s nh ==⨯=则钢绳移动的速度为绳30m 6m 5ss v t === [3]由滑轮组机械效率 有物物总100100100s W G h G W F nFη=⨯%=⨯%=⨯% 得3物 4.210N 2000N 370G F n η⨯===⨯%[4]拉力功率4绳总绳2000N 6m s 1.210W Fs W P Fv t t====⨯=⨯ 9．用如图甲所示的滑轮组运送货物上楼，每件货物重100N ，每次运送的量不定，图乙是记录了在整个过程中滑轮组的机械效率随货物重力增加而变化的图像，则动滑轮重为_____________N ，当某次运送3件货物时，绳子的拉力F 是_______ N ，滑轮组的机械效率为_________；经过分析，发现使用同一滑轮组，_________ ，可以提高滑轮组的机械效率（不考虑绳重和摩擦） 。

【答案】100 200 75% 增加物重【解析】【详解】[1]由图乙可知，运送一件货物的重力为100N 时，滑轮组的机械效率是50%，不计绳重和摩擦时，滑轮组的机械效率η=100N ==50%100N+W W Gh G W W W Gh G h G G G ===+++有有总有额动动动G 动=100N[2]由图可知，n =2则运送3件货物时绳子的拉力F =12(G 总+G 动)= 12(3×100N+100N)=200N [3]不计绳重和摩擦，此时滑轮组的机械效率η′=3100N ==3100N+100NW W G h G W W W G h G h G G ⨯===+++⨯有有总总总有额总动总动75% [4]由以上计算可知，使用同一滑轮组，增加物重，可以提高滑轮组的机械效率。