2019年新人教版(2019春)物理第12章第3节：简单机械(3)简单机械的功、功率、机械效率计算

2013年新人教版（走进中考）第十二章 第3节：机械效率(三)（简单机械的功、功率、机械效率的计算）1.（12玉林）如图所示是打捞沉船中一封闭货箱的模拟装置．己知货箱重6500N ，动滑轮总重500N ，声音在海水中的传播速度是1500m/s ．在海面上用超声测位仪向海底垂直发射声波，经过0.04s 后收到回波（不计绳重和摩擦，g 取10N/kg ，ρ海水=1.0×103kg/m 3)求：（1）沉船在水下的深度是多少?（2）海水对沉船产生的压强是多少？（不计沉船的高度)（3）货箱离开水面匀速上升过程中，该滑轮组的机械效率是多少？（4）当货箱在水面下匀速上升时，如果绳子自由端的拉力为1000N ，那么货箱的体积是多少？（不计动滑轮体积）解：（1）沉船在水下的深度h =vt =1500m/s ×0.04s ×21=30m （2）海水对沉船的压强p =ρgh =103kg/m 3×10N/kg×30m=3×105Pa（3）若货物离开水面后匀速上升hW 有=Gh =6500h此时拉力F 1=51(G 货+G 动)= 51（6500N+500N ）=1400N W 总=F 1s =1400×5h=7000h009.9270006500≈==hh W W 总有η （4）5F + F 浮=G 货+ F 浮= G 货+ G 动-5F =2000NkgN m kg N g F V /10/1020003⨯==ρ浮=0.2m 3 2.（12柳州）有一个粗细均匀、支点在中央的跷跷板．质量为m 的小阳坐在上面（脚不接触地面），接着质量为小阳3倍的妈妈坐到另一边的板上，小阳和妈妈到支点的距离相等，然后妈妈用力将小阳缓慢跷起至跷跷扳处于水平状态，此时妈妈的脚完全与地面接触，如图所示：（1）若要探究在这个过程中，跷跷板对小阳做了多少功，需要用_____________测出小阳被跷起的高度h ，然后可计算出对小阳做的功为_____________。

（2）若要探究妈妈此时对地面的压强有多大，还需要测出的物理量是_____________（用文字说明，并用符号表示出来），妈妈对地面的压强为_____________（用已知量表示）．（3）若小阳想将妈妈跷起，需要向_____________选填“左”或“右”）边移动从杠杆的平衡条件去分析，这样做的目的是_____________。

答：（1）刻度尺 mgh （2）妈妈的鞋底跟地面的接触面积S = Smg 2 （3）右 增大力臂3.（12随州）如图所示，有一粗细均匀，重为40N ，长为4m 的长木板AB ，置于支架上，支点为O ，且AO=1m ，长木板的右端B 用绳子系住，绳子另一端固定在C 处，当长木板AB 水平时，绳与水平成30°的夹角，且绳子所能承受的最大拉力为60N ．一个重为50N 的体积不计的滑块M 在F =10N 的水平拉力作用下，从AO 之间某处以v =1m/s 的速度向B 端匀速滑动，求：①滑块匀速运动时所受的摩擦力的大小 ②当滑块匀速运动时拉力F 做功的功率 ③滑块在什么范围内滑动才能使AB 保持水平． 解：①滑块匀速运动，f =F =10N②P =Fv =10N ×1m/s=10W③当M 在O 点左侧离O 点距离为l 1处时，绳子的拉力为0木板重力的力臂为l 板=12 l AB —l OA =12 ×4m —1m=1mM CB A F O 30°Gl 1= G 板l 板l 1=G 板l 板G =40N ×1m 50N =0.8m当M 在O 点右侧离O 点距离为l 2处时绳子的拉力最大为F 最大=60N ，拉力的力臂为l=12 l OB =12 ×（l AB —l OA ）=12 ×3m=1.5mGl 2 +G 板l 板= F 最大ll 2=F 最大l —G 板l 板 G =60N ×1.5m —40N ×1m 50N=1m 4.（12东营）以前，我国北方经常用辘轳将水从井里提上来，如下图所示。

辘轳的本质是可以连续转动的杠杆。

已知吊桶的质量是2kg ，容积是8×10-3m 3；井中水面到地面的高度为5m ，水的密度是1.0×103kg/m 3。

不计摩擦及绳和摇柄质量。

（取g ＝10N/kg ）（1）当人通过辘轳用20s 的时间，将装满水的吊桶从水面匀速提升到地面时，人所做的有用功是多少？人所做有用功的功率是多大？该机械的机械效率是多少？（2）当人通过辘轳将装半桶水（体积为4×10-3m 3）的吊桶匀速提升到地面时，该机械的机械效率是多少？（3）根据上面的计算结果，提出改进吊桶的办法，以提高该机械的机械效率。

（4）请列举使用该机械比人直接提升吊桶的好处。

（答出两条即可）解：（1）满桶水的质量m 1=ρV =1.0×103kg/m 3×8×10-3m 3=8kg人所做的有用功W 有=m 1gh =8kg×10N/kg×5m=400J人所做有用功的功率W 20s20400J 有有===t W P 提升吊桶所做总功W 总=Fh =（m 1+m 2）gh =（8kg+2kg ）×10N/kg×5m=500J机械效率80%500J400J 总有===W W η （2）半桶水的质量m 1′=ρV ′=1.0×103kg/m 3×4×10-3m 3=4kg所做有用W有′=m1′gh=4kg×10N/kg×5m=200J所做总功W总′=Fh=（m1′+m2）gh=（4kg+2kg）×10N/kg×5m=300J机械效率200J66.7%300JWWη''==≈'有总（3）减小吊桶的质量，增大吊桶的容积（4）省力、改变施力方向，方便用力（或“方便”）、安全5.（11辽阳）2010年1月加勒比岛国海地发生了强烈地震，中国救援队赶往海地提供人道主义援助。

中国救援队在搜救过程中，发现一名生还者被一块重约1.8×104Ｎ的建筑材料堵在一个狭小的空间里，材料与水平地面的接触面积均为1.5ｍ2。

求：（1）建筑材料对地面的压强多大？（2）救援队用如图所示的滑轮组将建筑材料匀速吊离地面1ｍ高，若在起吊过程中滑轮组的机械效率为80％，则此过程中作用在绳子自由端的拉力Ｆ多大？（1）1.2×104Pa （2）4.5×103Ｎ6.（11长沙）在长沙市地铁二号线建设工地上，有一“塔吊“正在准备起吊一底面积为0.8m2、质量为2400kg的圆柱形重物；如图所示，A为塔吊的配重，OB为塔吊的起重臂，C为能在起重臂上移动的载重小车，载重小车下挂有滑轮组，OB=25m。

当载重小车在B点时，能安全起吊重物的最大质量是1200kg。

现在载重小车从距离O点为10m的载重臂上，准备起吊该圆柱体重物（不计挂钩、滑轮组和钢丝绳重及摩擦。

g=10N/kg）问：（1）起吊前，该重物对地面的压强为多大？（2）起吊后，当重物匀速上升时，载重小车下每段钢丝绳的拉力为多大？（3）如果将重物匀速提升20m，则拉力做功多少？（4）“塔吊”将重物从起吊点提升20m后，载重小车最多能向B点方向平移多少米，才能保证安全工作？（1）3.0×104Pa （2）6×103N （3）4.8×105J （4）2.5m7.（11扬州）目前汽车刹车器均采用油压制动．油压制动刹车时消耗的机械能以内能形式排放掉，形成能源的浪费．现有一种汽车再生制动器，能把汽车刹车制动时消耗的机械能转化为电能而储存起来，有效地利用了能量．（1）从能量转化的角度看，汽车再生制动器相当于(A/B/C)A．电动机B．汽油机C．发电机（2）实际上汽车刹车时再生制动器无法提供足够的刹车阻力，仍需要与油压制动器配合使用，产生恒定的刹车阻力来满足刹车要求，若某汽车以72km/h的速度行驶，刹车时再生制动器产生的阻力随时间变化的关系如下表：①汽车刹车时，再生制动器所产生的刹车阻力大小随时间的变化情况是（A/B／C／D）A．逐渐增大B．先增大后不变C．先增大后减小D．先增大后不变再减小②在图甲中作出汽车刹车时再生制动器0～0. 8s内产生的刹车阻力随时间变化的图像，③如果汽车制动时需要产生恒定的刹车阻力为1×l04N，由图甲可知t=0.5s时再生制动器产生的刹车阻力约N，此时油压制动器还需产生N的刹车阻力，④在满足③的刹车阻力作用下，汽车的行驶路程与时间变化的关系如图乙所示，则在0～0. 5s内汽车克服刹车阻力所做的功W= J．（1）C（2）①D ②如图③8.6×103(数值在8.5×103—8.7×103以内均正确)1.4×103(数值在1.5×103—1.3×103以内均正确)④1×1038.（11武汉）甲图是大型超市内常见的自动人行道，它能方便快捷地运输顾客和货物上下楼，乙图是其构造示意图，右表是其部分参数（表中“运输能力”是指每小时运输的顾客和货物所受的总重力）。

（1）图乙中顾客A站在静止的自动人行道上，请画出他受到的重力和支持力的示意图。

（2）自动人行道以额定速度上行时，假设站在一楼地板上的观察者看到自动人行道上的顾客处于静止状态，则该顾客一定______（填“顺”或“逆”）着自动人行道上行的方向运动，他相对于观察者的速度是______。

（3）自动人行道的电动机的额定输入功率是多少瓦？（1）重力和支持力的示意图如右图所示。

（2）逆；0（3）∵η=W有/W总=Gh/Pt∴P=Gh/ηt=5.4×106N×4.8m/(0.8×3.6×103s)=9×103W9.（11河南）在新农村建设中，为将—批建材运到10 m高的施工处，工人利用如图17所示的滑轮组提升建材。

装置中动滑轮重100N，工人每次匀速提升一箱重400N的建材，不计绳重和摩擦。

试问：（1）每次提升建材时的有用功、额外功各是多少，（2）该滑轮组的机械效率是多少?（3）为加快施工进度，张师傅建议用电动机做动力替代人提升建材。

为了安全，改装后每次可吊起四箱建材，建材匀速上升时的速度为0.4m/s。

仓库中现有两台电动机，型号分别为“220V 0.8kW”、“220V 3kW”，请你通过计算说明应选哪台电动机才能使配置更为合理。

解：（1）有用功W有=G h=400N×10m=4000J额外功W额=G动h=100N×10m=1000J（2）由于总功W总= W有+W额=4000J+=1000J==5000J故机械效率η= WW有总=400080%5000JJ（3）提升四箱建材时的总功W’总= W’有+W’额=4×4000J+100J=17000J将重物匀速提升至10m高处所需时间t=s v=100.4/mm s=25s则提升四箱建材的总功率P=Wt总'=170025Js=680W=0.68kW故应选择型号为“220V 0.8kW”的电动机才能使配置更为合理。