2020三轮复习冲刺年中考物理重要考点突破专题功功率机械效率的综合计算【带解析】

专题06功功率机械效率的综合计算一、计算公式1总功的计算方法：（1）定义法：W总Fs；（2）W总W有W额；（3）公式法：W总或W总。2有用功的计算方法：（1）定义法：W有Gh；（2）W有W总W额；（3）公式法：W有W总。3额外功的计算方法：（1）定义法：W额G额h，W额f额s；（2）W额W总W有；（3）公式法：W额W总（1）。4机械效率：，。二、分清使用时不同的状态1利用滑轮组竖直提升重物的三种情况：（1）理想情况：不计动滑轮重力，不计绳重和绳与滑轮间的摩擦，即W额0。FG物/n，1，GhFs（2）半理想情况：计动滑轮的重力，不计绳重和绳与滑轮间的摩擦，即W额G动h。F（G物G动）/n，G物/（G物G动）（3）实际情况：计动滑轮的重力、绳重和绳与滑轮间的摩擦（题目不说明，表明要考虑）。G物/Fn，FG物/n2利用滑轮组水平拉物体，此时克服物体受到的摩擦力做功为有用功，与物重、滑轮重无关；将上述公式中的G物换成f就行了。理想情况：W有fs，Ff/n实际情况：f/Fn，Ff/n3使用斜面提升物体时，克服物体重力做功为有用功，拉力F做的功是总功，克服摩擦做的功是额外功。W有Gh，W总FL，W额fL，或类型一利用滑轮组拉物体1. 某人站在水平高台上用如图所示的滑轮组提升重物，不计绳重和摩擦第一次他匀速提升重物G1150 N时，人竖直向上拉绳的力为F1，人对高台的压强为p1；第二次他匀速提升另一重物G2270 N，人竖直向上拉绳的力为F2，人对高台的压强为p2.两次物体匀速上升的速度均为0.5 m/s，人的重力G人500 N，且p1p21415.求：（1）若人的双脚与高台的总接触面积为4102 m2，当人站在高台上没有拉绳时，人对高台的压强；（2）第一次提升重物时，克服物体重力做功的功率；（3）第二次提升重物时，滑轮组的机械效率第1题图【解析】（1）因为人站在水平高台上，所以有F压G人500 Np1.25104 Pa（2）第一次提升重物时，由P，WFs，得PFvG1v150 N0.5 m/s75 W（3）第一次提升重物G1时，F压F支F1G人（G1G动）G人（150 NG动）500 N550 NG动第二次提升重物G2时，F压F支F2G人（G2G动）G人（270 NG动）500 N590 NG动p1p21415，F压F压1415，即，G动30 N，在第二次提升重物时，100%100%100%100%100%90%.2在一次车辆故障处置过程中，拖车所用装置简化如图所示。为了尽快疏通道路，交警只用了30 s的时间，指挥拖车在水平路面上将质量是1.5 t的故障车匀速拖离了现场。若故障车被拖离的速度是6 m/s，绳子自由端的拉力F是500 N，该装置的机械效率是80%。求：（1）故障车在30 s内通过的路程。（2）拉力F在30 s内所做的功。（3）故障车在被拖离过程中受到的阻力。第2题图【解析】（1）由v得故障车在30 s内通过路程s车vt6 m/s30 s180 m（2）由图可知n3，绳子自由端移动的距离s绳3s车3180 m540 m，拉力F在30 s内所做的功WFs绳500 N540 m2.7105 J（3）由图知，n3，水平滑轮组的机械效率，所以故障车在被拖离过程中受到的阻力f3F3500 N80%1 200 N3. 一名体重为560 N、双脚与地面接触面积为0.04 m2的学生站在水平地面上，用如图所示的滑轮组，在20 s内将600 N的重物匀速提升1 m（绳重及绳与滑轮之间的摩擦不计）（1）请画出滑轮组的绕线当这名学生未提重物时，他站在地面上对地面的压强多大？（2）若匀速提升重物的过程中，滑轮组的机械效率是75%，拉力的功率多大？（3）若用该滑轮组将800 N的重物匀速提起1 m，机械效率又是多大？第3题图【解析】（1）根据题意可得滑轮组的绕线方式如答图所示；学生站立时对地面的压力为：FG560 N，站立时对地面的压强为：p1.4104 Pa.第3题答图（2）因为100%100%，所以拉力为：F绳100%100%400 N，拉力功率为：P40 W；（3）因为F绳（G动G物），所以动滑轮的重量为：G动nFG物2400 N600 N200 N机械效率为：100%100%100%100%80%.4如图所示，利用滑轮组装置匀速拉动水平面上的物体。已知物体在水平面上受到的滑动摩擦力为重力的0.1倍，物体被匀速拉动的距离为1 m。当物体质量为2 kg时，滑轮组的机械效率为50%，不计绳重和绳与滑轮间的摩擦。求：（1）物体质量为2 kg时，在水平面上受到的滑动摩擦力。（2）动滑轮的重力。（3）若物体质量为10 kg，以0.1 m/s的速度匀速运动时，拉力F的功率。第4题图【解析】（1）f0.1G0.1mg0.12 kg10 N/kg2 N（2）W有fs2 N1 m2 J，W额G动hG动1 m，由得50%，解得G动2 N（3）当m10 kg时，拉物体前进的力F0.1G总0.110 kg10 N/kg10 N，F（FG动）（10 N2 N）4 N，PFvF3v物4 N30.1 m/s1.2 W5. 如图所示，小车在水平面上通过滑轮组提升重物，动滑轮重400 N，与小车连接的绳子能承受的最大拉力为6 000 N，小车的最大输出功率为15 kW.水平地面上一物体A重1 600 N，与地面的接触面积为4 m2（不计小车所受摩擦阻力、绳重及滑轮组的摩擦）请求：（1）提升前，物体A对水平地面的压强；（2）滑轮组提升物体A时的机械效率；（3）若要使被提升的重物以1 m/s的速度匀速上升，整个装置工作过程中能提升重物的最大重力第5题图【解析】（1）p400 Pa（2）100%100%100%80%（3）小车运动的速度为v31 m/s3 m/s小车能提供的最大拉力Fmax5 000 N最大拉力小于绳子能承受的最大拉力，所以工作过程中能提升最大重力为Gmax3FG动35 000 N400 N14 600 N6. 在一次车辆故障处置过程中，拖车所用装置简化如图，为了尽快疏通道路，交警只用了30 s的时间，指挥拖车在水平路面上将质量是1.5 t的故障车匀速拖离了现场若故障车被拖离的速度是6 m/s，绳子自由端的拉力F是500 N，该装置的机械效率为80%.求：（1）故障车在30 s内通过的路程；（2）拉力F在30 s内所做的功；（3）故障车在被拖离过程中受到的阻力第6题图【解析】（1）根据svt可得，故障车在30 s内通过的路程为：svt6 m/s30 s180 m.（2）根据WFs可得，拉力F在30 s内做的功为：WFs500 N180 m32.7105 J，（3）根据100%可得：80%；解得f1 200 N，即所受阻力为1 200 N.类型二利用组合机械提升物体7某工人用如图所示的装置把一重为1200 N的箱子从斜面底端匀速拉到顶端用时10 s，已知斜面长6 m、高2 m，此装置的机械效率为80%（滑轮重、绳重、滑轮与绳之间的摩擦均不计）。求：（1）拉力F。（2）拉力F做功的功率。（3）箱子和斜面间的摩擦力。第7题图【解析】（1）由图可知滑轮装置是一个动滑轮，绳端移动的距离s2s26 m12 m；有用功W有用Gh1 200 N2 m2 400 J，根据可得，所以F250 N（2）拉力做的功W总Fs250 N12 m3 000 J，拉力的功率P300 W（3）因为W总W有用W额，所以克服摩擦力做的额外功W额W总W有用3 000 J2 400 J600 J，根据WFs可得，摩擦力f100 N8配重M单独置于水平地面上静止时，对水平地面压强为3105 Pa，将配重M用绳系于杠杆的B端，在杠杆的A端悬挂一滑轮组，定滑轮重150 N，动滑轮重90 N，杠杆AB的支点为O，OAOB53，由这些器材组装成一个重物提升装置，如图所示，当工人利用滑轮组提升重力为210 N的物体以0.4 m/s的速度匀速上升时，杠杆在水平位置平衡，此时配重M对地面压强为1105 Pa。（杠杆与绳的重量、滑轮组的摩擦均不计，g取10 N/kg）（1）求滑轮组的机械效率。（2）配重M的质量是多少千克？（3）为使配重M不离开地面，人对绳的最大拉力是多少牛顿？第8题图【解析】（1）70%（2）绳子末端拉力F人（G物G动）（210 N90 N）150 N，杠杆A端受到定滑轮拉力FAG定3F人150 N3150 N600 N，根据杠杆的平衡条件FAOAFBOB，M对B端拉力FBFA600 N1 000 N，设配重M的质量为m、与地面的接触面积为S，M放在水平地面时，由p得1105 Pa，3105 Pa，以上两式联解得m150 kg；（3）当M对地面的压力刚好为零时，则GMOBFA大OA，FA大GM150 kg10 N/kg900 N，由FA大G定3F人大有900 N150 N3F人大，F人大250 N类型三综合计算9某工人使用如图甲所示的滑轮组匀速提升浸没在水中的实心物体A，拉力的功率随时间的变化如图乙所示，已知动滑轮的重力为60 N，物体匀速上升的速度始终为1 m/s。（不计绳重，摩擦及阻力，水1103 kg/m3，g取10 N/kg）求：（1）物体浸没在水中时受到的浮力。（2）物体的密度。（3）物体浸没在水中时滑轮组的机械效率。第9题图【解析】（1）由图甲可知，n2，则拉力F拉绳的速度v2vA21 m/s2 m/s；由图乙可知，圆柱体A离开水面后拉力F的功率P420 W，由PFv得，绳子自由端的拉力F210 N；不计绳重、摩擦及阻力，拉力F（GAG轮），A的重力GA2FG轮2210 N60 N360 N；由图乙可知，圆柱体A浸没水中拉力F的功率P300 W，由PFv得，绳子自由端的拉力F150 N，不计绳重、摩擦及阻力，拉力F（GAF浮G轮），150 N（360 NF浮60 N），解得F浮120 N（2）由F浮水gV排得A的体积VV排1.2102 m3；A的质量mA36 kg，A的密度A3103 kg/m3（3）物体浸没在水中时滑轮组的机械效率100%80%10. 在一底面积为 4 m2的圆柱形深井底部，有一体积为2 m3，密度为1104 kg/m3的贵重物体，现用如图所示的装置将其打捞上来若牵引车以0.6 m/s的速度匀速向右行驶，通过滑轮组将物体由井底开始往上拉，30 s后井底受到的水的压强恰好变化了2.5103 Pa（忽略动滑轮和绳子的重力及滑轮与绳子之间的摩擦，g取10 N/kg）求：（1）物体的重力；（2）物体浸没在水中时受到的浮力；（3）牵引车行驶了30s后，物体被提升的高度；（4）物体未露出水面前，物体受到绳子拉力的功率；（5）牵引车行驶了30s时，牵引车对绳子的拉力第10题图【解析】（1）G物m物g物V物g1104 kg/m32 m310 N/kg2105 N（2）F浮水gV排1.0103 kg/m310 N/kg2 m32104 N（3）牵引车通过的路程svt0.6 m/s30 s18 m物体提升的高度h9 m（4）物体露出水面前，由平衡条件得F拉G物F浮2105 N2104 N1.8105 Nv物v0.6 m/s0.3 m/s物体受到绳子拉力的功率PF拉v物1.8105 N0.3 m/s5.4104 W（5）由pgh得水面下降的深度：h0.25 m此时物体露出水面的体积VhS0.25 m4 m21 m3物体浸在水面下的体积V排V物V2 m31 m31 m3物体受到的浮力F浮水gV排1.0103 kg/m310 N/kg1 m31104 N牵引车对绳子的拉力F（G物F浮）（2105 N1104 N）9.5104 N11某人站在水平高台上用如图所示的滑轮组提升重物，不计绳重和摩擦。第一次他匀速提升重物G1150 N时，人竖直向上拉绳的力为F1，人对高台的压强为p1；第二次他匀速提升另一重物G2270 N时，人竖直向上拉绳的力为F2，人对高台的压强为p2。两次物体匀速上升的速度均为0.5 m/s，人的重力G人500 N，且p1p21415。求：（1）若人的双脚与高台的总接触面积为4102 m2，当人站在高台上没有拉绳时，人对高台的压强。（2）第一次提升重物时，克服物体重力做功的功率。（3）第二次提升重物时，滑轮组的机械效率。第11题图【解析】（1）p人1.25104 Pa（2）PG1v150 N0.5 m/s75 W（3）人对绳拉力F（GG动），人对高台的压力F压G人（GG动），对高台压强p，第一次提G1150 N时，p1，同理第二次提G2270 N时，p2，且p1p21415，三式综合联解得G动30 N，则第二次提重物时，滑轮组效率290%12. 某工人使用如图所示的滑轮组匀速提升浸没在水中的实心物体A，拉力的功率随时间的变化如图乙所示，已知动滑轮的重力为60 N，物体匀速上升的速度始终为1 m/s（不计绳重、摩擦及阻力，水1103 kg/m3，g10 N/kg）求：（1）物体浸没在水中时受到的浮力；（2）物体的密度；（3）物体浸没在水中时滑轮组的机械效率第12题图【解析】（1）由图像知，0t1时间内物体浸没在水中，人的拉力F150 N对整体进行受力分析，受到向上的拉力、浮力和向下的重力，则2150 NF浮GG动t2时刻后，物体在空气中做匀速直线运动，不受水的浮力作用，此时F210 N ，则2210 NGG动联立、两式可得F浮120 N，G360 N.（2）物体的体积等于它浸没在水中排开水的体积VV排1.2102 m3物体的质量m36 kg，物体的密度3103 kg/m3.（3）100%100%100%85.7%