资源描述
素养全练13机械效率基础夯实1.(2017安徽铜陵期末)用如图所示的滑轮组,将重为16 N的物体以0.2 m/s的速度匀速提升,滑轮组的机械效率为80%,已知每个滑轮重2 N,则拉力F为 N,拉力的功率为 W。答案:104解析:由题图知承担物重的绳子股数n=2,则拉力端移动的距离s=2h,由=W有用W总=GhFs=GhF2h=G2F可得拉力大小:F=G2=16N280%=10N;绳子自由端的速度:v=nv物=20.2m/s=0.4m/s,拉力的功率:P=Wt=Fst=Fv=10N0.4m/s=4W。2.(2018安徽池州贵池区二模)小明同学用如图装置拉动物体A,使重力为200 N的物体在3 s内沿水平面匀速移动了4 m,若A受到地面的摩擦力为50 N,小明作用在绳子上的拉力F为30 N,则拉力F的功率为 W,该装置的机械效率为。答案:8083.3%解析:绳子自由端移动的距离:s=2s=24m=8m。拉力F做的功:W=Fs=30N8m=240J,拉力的功率:P=Wt=240J3s=80W。拉物体做的功是有用功,W有用=Ffs=50N4m=200J。装置的机械效率:=W有用W总=200J240J=83.3%。3.(2018安徽模拟)如图,用滑轮组将物块从位置A匀速拉到位置B,请在图中画出最省力的绕线方法;物块移动的距离为 cm;若此时绳自由端所用拉力为10 N,物块受到的摩擦力为18 N,滑轮组的机械效率为。答案:绕线如解析图3.1060%解析:要最省力,需从动滑轮绕起,依次通过定滑轮、动滑轮。如图所示。刻度尺的分度值为1mm,以物块右边的边为准,开始在45.00cm处,最后在41.90cm处,所以物体运动的距离为45.00cm-41.90cm=3.10cm;由于滑轮组由3段绳子承担,所以s=3h。则=W有用W总100%=FfhFs100%=18Nh10N3h100%=60%。4.(2018安徽全椒一模)用一个动滑轮将重为8 N的物体匀速提升,所用竖直向上的拉力为5 N,则用此动滑轮匀速提升重为18 N的物体时,不计绳重和摩擦,其机械效率为(用百分数表示)。答案:90%解析:使用动滑轮时,承担物重的绳子股数n=2,不计绳重和摩擦,拉力F=12(G+G轮),则动滑轮重力:G轮=2F-G=25N-8N=2N;用此动滑轮匀速提升重为18N的物体时,此时的拉力F=12(G+G轮)=12(18N+2N)=10N,拉力端移动的距离s=2h,此时动滑轮的机械效率:=W有用W总=GhFs=GhF2h=G2F=18N210N100%=90%。5.(2018安徽模拟)小明在探究杠杆机械效率的实验中,将重为G的物体悬挂在一粗细相同、质量均匀的长硬棒的中点,在棒的另一端用竖直向上的拉力F将物体缓慢匀速提升时效率为,若不计摩擦,杠杆自重为(用题中给的字母表示),若拉力的作用点向支点移动一些,杠杆提升重物的机械效率将(选填“增大”“减小”或“不变”)。答案:G-G不变解析:(1)小明所做的有用功:W有用=Gh,根据=W有用W总知,小明所做的总功:W总=W有用=Gh因为W总=W有用+W额外,小明所做的额外功:W额外=W总-W有用=Gh-Gh;因为W额外=G杆h,所以杠杆的重力:G杆=W额h=Gh-Ghh=G-G;(2)若拉力的作用点向支点移动一些,则将物体提升相同的高度时,有用功不变;杠杆上升的高度不变,因此额外功不变,即总功不变,由=W有用W总可得,杠杆的机械效率不变。6.(2018安徽安庆二模)如图甲所示,滑轮组在竖直向上的拉力F作用下,将重为100 N的物体匀速提起,在5 s时间内绳子自由端移动的距离为s=3 m。图乙是滑轮组工作时的拉力F与绳自由端移动距离s的关系图。图乙中阴影部分的面积表示的物理量的大小是,计算滑轮组提升该重物时的机械效率为。答案:120 J83.3%解析:(1)由题图乙可知,纵坐标表示拉力的大小为40N不变,横坐标表示绳自由端移动距离为3m,所以,阴影部分表示拉力所做的总功,则:W=Fs=40N3m=120J;(2)由题图甲可知,n=3,则滑轮组的机械效率:=W有W总100%=GhFs100%=GhFnh100%=GnF100%=100N340N100%83.3%。7.(2018四川眉山中考)如图所示,一同学在用滑轮组匀速提升不同重物时,记录下了绳子自由端拉力F与对应所提升的物体的重力G,如下表:G/N123456F/N0.81.31.82.32.83.3根据上表数据分析可知,绳子自由端拉力F与物体重力G的关系式为F=;当物体重力G=10 N时,此滑轮组的机械效率=。答案:0.5G+0.3 N94.3%解析:由表格数据可知,重力G每增大1N,绳子自由端的拉力F增大0.5N,所以F与G成一次函数关系,设F与G关系的表达式为F=kG+b,由表格第一组数据,当G=1N,F=0.8N,则:0.8N=k1N+b由表格第二组数据,当G=2N,F=1.3N,则1.3N=k2N+b-可得k=0.5,将k=0.5代入解得b=0.3N,所以拉力F与物体所受重力G的关系式:F=0.5G+0.3N;当物体重力G=10N时,此时的拉力:F=0.510N+0.3N=5.3N;由图可知,有两段绳子拉着动滑轮,滑轮组的机械效率为:=W有W总=GhFs=GhF2h=G2F=10N25.3N94.3%。8.(2018山东枣庄中考)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GAGB,则甲乙;若FA=FB,则GAGB。(选填“”“GB时,甲乙;(2)由题图可知,n甲=2,n乙=3,由F=1n(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GAGB。9.(2018江苏镇江中考)小明通过机械将重100 N的重物在5 s内竖直向上匀速提升了2 m,机械效率为80%。则此过程中有用功W有= J,额外功W额= J,小明做功的功率P= W。答案:2005050解析:此过程中有用功:W有用=Gh=100N2m=200J;根据=W有W总可知,总功为:W总=W有=200J80%=250J;额外功为:W额=W总-W有用=250J-200J=50J。小明做功的功率:P=W总t=250J5s=50W。10.(2018安徽合肥模拟)有一斜面长10 m,高4 m,机械效率为80%。将一重为500 N的物体沿斜面底端匀速拉到顶端,则物体与斜面之间的摩擦力为()A.180 NB.150 NC.100 ND.50 N答案:D解析:有用功:W有=Gh=500N4m=2000J;由=W有用W总=80%可得总功:W总=W有用80%=2000J80%=2500J;由W总=W有+W额可得额外功:W额=W总-W有=2500J-2000J=500J;由W额=Ffs可得摩擦力:Ff=W额s=500J10m=50N。11.(2018安徽繁昌期末)甲、乙两种机械的效率分别是70%和50%,则下列说法中正确的是()A.使用甲机械省力B.使用甲机械做功快C.在相同的时间内,使用甲机械完成的功多D.乙机械的额外功在总功中占的比例大答案:D解析:机械效率高是指做的功中有用功占的比例高,与是否省力无关,故A错误;功率是表示做功的快慢,而功率与机械效率没有必然的联系,故B错误;机械效率高是指做的功中有用功占的比例高,与做功的多少无关,故C错误;乙的机械效率较低,说明有用功占总功的比例小,相应的,额外功占总功的比例就比较大,故D正确。12.(2018安徽模拟)用相同的定滑轮和动滑轮组成甲、乙两个滑轮组,如图所示,用它们来提升同一重为100 N的物体G,动滑轮G动=10 N,甲滑轮组将重物提高1 m,乙滑轮组将重物提高2 m,在不计绳重和摩擦的条件下,下列说法正确的是()A.甲滑轮组拉力大,机械效率低B.乙滑轮组省力所以它的机械效率高C.拉力F1所做的功为110 JD.拉力F2大小为50 N答案:C解析:由题图知,甲图是有两段绳子在拉重物,不计绳重和摩擦,则F1=12(G+G动);乙图有三段绳子在拉重物,不计绳重和摩擦,则F2=13(G+G动);提升的重物相同,动滑轮重力相同,所以F2F1,即乙图更省力;在不计绳重和摩擦的条件下,提升物体做的额外功:W额=G动h,提升重物做的有用功:W有=Gh。由=W有W总=W有W有+W额=GhGh+G动h=GG+G动可知,提升的重物G相同,动滑轮重相同,两滑轮组的机械效率相同,故A、B错误;拉力F1=12(G+G动)=12(100N+10N)=55N,绳子自由端移动距离:s1=nh1=21m=2m,拉力F1所做的功:W1=F1s1=55N2m=110J,故C正确;拉力F2=13(G+G动)=13(100N+10N)36.7N,故D错误。13.(2018安徽合肥瑶海区三模)利用如图所示的甲、乙两滑轮组,在相同的时间内用大小相同的力F1和F2分别把质量相等的重物G1和G2提升到相同的高度,则()A.乙滑轮组做的有用功多B.乙滑轮组绳子末端移动的距离较多C.F1做功的功率大D.甲滑轮组的机械效率高答案:C解析:已知滑轮组把质量相等的重物提升到相同的高度,由公式W有用=Gh=mgh知,两个滑轮组做的有用功相同,故A错误;甲滑轮组由3段绳子承担物重,所以s1=3h,乙滑轮组由2段绳子承担物重,所以s2=2h,比较可知,甲滑轮组绳子末端移动的距离较多,故B错误;甲滑轮组的机械效率为1=GhF1s1=Gh3Fh=G3F,乙滑轮组的机械效率为2=Gh2Fh=G2F。所以乙滑轮组的效率高。故D错误;因为甲的机械效率1低于乙的机械效率2,由W总=W有知,甲的总功W总1大于乙的总功W总2,由P=W总t知,F1的功率大,故C正确。14.(2018安徽淮南潘集区模拟)如图所示,利用轻质滑轮组匀速拉动水平地面上重为300 N的物体,拉力F的大小为30 N,若物体和地面之间的摩擦力大小为45 N,则A处的拉力大小和滑轮组的机械效率分别为()A.45 N、50%B.45 N、75%C.60 N、50%D.60 N、75%答案:B解析:物体在水平地面上做匀速运动,则此时A处绳子的拉力与物体与地面之间的摩擦力是一对平衡力。因物体和地面之间摩擦力为Ff=45N,所以A处的拉力大小为FA=Ff=45N。从题图可知,2段绳子与动滑轮相连,则s=2s物。因F=30N,Ff=45N,所以滑轮组的机械效率为:=W有用W总=Ffs物Fs=Ffs物F2s物=Ff2F=45N230N=75%。15.(2018安徽合肥滨湖区期中)某实验小组利用图示装置研究杠杆的机械效率。保持O点位置不变,竖直向上拉动弹簧测力计使重为G的钩码缓慢匀速上升,在此过程中弹簧测力计的读数为F,利用刻度尺分别测出C、B两点上升的高度为h1、h2。则下列说法正确的是()A.杠杆机械效率的表达式为Fh2Gh1100%B.杠杆机械效率的表达式为Gh1Fh2100%C.在如图水平位置拉升时FOB=GOAD.若弹簧测力计始终竖直向上拉,则测力计示数不断变化答案:B解析:有用功为W有=Gh1,总功W总=Fh2,则机械效率的表达式=W有用W总100%=Gh1Fh2100%,故A错误,B正确;由图示根据杠杆平衡条件可知,在水平位置拉升时:FOB=GOC,故C错误;若弹簧测力计始终竖直向上拉,动力臂与阻力臂的比值不变,阻力不变,由杠杆平衡条件可知,测力计示数不变,故D错误。16.(2017安徽淮南期末)在用滑轮组提升重物时,采取下列措施,不能提高机械效率的是()A.减小机械中的摩擦B.减小动滑轮的重力C.增加被提货物的重力D.加快提升物体的速度答案:D解析:减小机械中的摩擦,需要做的额外功减少,在有用功一定的前提下可以提高机械效率。故A不符合题意;减小动滑轮的重,可以减少额外功,在有用功一定的前提下可以提高滑轮组的机械效率。故B不符合题意;增加被提升物体的重力,可以增大有用功,在额外功不变的前提下,有用功在总功中所占的比例增大,所以增加提升重物重力可以提高滑轮组的机械效率。故C不符合题意;机械效率是有用功与总功之比,与提升物体的速度无关,所以加快提升物体的速度,不能提高机械效率。故D符合题意。能力提升17.(2018山东泰安中考)图甲是某学习小组“测量滑轮组的机械效率”的示意图。用弹簧测力计竖直向上匀速缓慢拉动绳子自由端,将重为4.5 N的物体从A位置提升到A位置,同时弹簧测力计从图中的B位置上升到B位置,在这个过程中,弹簧测力计的示数如图乙所示。请你根据他们做的实验完成下列问题:(1)物体提升的高度是 cm,拉力是 N,该滑轮组的机械效率=;(2)若在图甲装置的基础上,增加一个动滑轮,改为图丙所示的装置,提升同一物体,则滑轮组的机械效率(选填“变大”“变小”或“不变”)。答案:(1)5.0275%(2)变小解析:实验中应用弹簧测力计竖直向上匀速缓慢拉动绳子自由端。(1)测力计B位置匀速提升到B位置,测力计上升的高度为:s=15.0cm;由图可知,3段绳子拉着动滑轮,则物体上升的高度为:h=13s=1315.0cm=5.0cm;由图可知,测力计的示数为2N;该动滑轮的机械效率:=W有W总=GhFs=4.5N0.05m2N0.15m=75%;(3)若在图甲装置的基础上,增加一个动滑轮,此时有用功不变,克服动滑轮重力所做的额外功变大,故机械效率变小。18.(2018海南模拟)小刚利用如图装置探究“斜面的机械效率”,实验时沿着斜面匀速直线拉动木块,记录的数据如下。斜面倾斜程度小车重G/N斜面高h/m拉力F/N斜面长L/m有用功W有/J总功W/J机械效率较缓100.1311333%较陡100.2414最陡100.4614667%(1)根据表中的数据,求出斜面较陡时:有用功是W= J;机械效率是=。(2)分析表中的数据,可以得出:斜面是一种(选填“省力”或“费力”)的机械。(3)其他因素相同时,斜面越陡,机械效率越。导学号97404029答案:(1)250%(2)省力(3)高解析:(1)有用功为:W有=Gh=10N0.2m=2J;机械效率为:=W有W总=2J4J100%=50%;(2)由表格中数据知,拉力F小于物体的重力G,可知斜面是一种省力机械;(3)由表格中数据知,在其他条件相同时,斜面越陡,斜面的机械效率越高,可知其他因素相同时,斜面的倾斜程度越大,机械效率越高。19.(2018安徽宿州埇桥区二模)为了测量杠杆的机械效率,并研究杠杆的机械效率的大小与哪些因素有关,聪聪和明明设计了如图所示的实验装置。(1)聪聪把两个钩码挂在如图所示的B点,用弹簧测力计在A点竖直向上匀速拉动弹簧测力计,测得弹簧测力计示数为F,并测得A、B两点上升的高度分别为h1和h2,已知每个钩码质量为m,则上述过程中木质杠杆的机械效率的表达式为=(用已知或测量物理量的符号表示);(2)明明在聪聪实验后,用一根大小外形完全相同的铁质杠杆代替原来的木质杠杆,然后仍然把两个质量为m的钩码挂在B点,用弹簧测力计在A点竖直向上匀速拉动弹簧测力计,使得A、B两点上升的高度分别为h1和h2,他发现前后两次实验中,拉力所做的(选填“有用功”“额外功”或“总功”)是相同的;然后他们经过进一步的分析得出:在其他条件都相同时,杠杆自身重力变大,杠杆的机械效率将(选填“变大”“变小”或“不变”)。答案:(1)2mgh2F1h1100%(2)有用功变小解析:(1)有用功为W有=Gh2=2mgh2,总功W总=F1h1,则机械效率的表达式:=W有用W总100%=Gh2F1h1100%=2mgh2F1h1100%;(2)提升物体所做的功是有用功,把相同的物体提升相同的高度,故有用功是相同的;用一根大小外形完全相同的铁质杠杆代替原来的木质杠杆,则铁质杠杆的重力变大,还把杠杆提升相同的高度,根据W=Gh可知,额外功变大,故总功变大,根据机械效率公式=W有用W总可知,机械效率变小。20.(2018安徽蒙城一模)如图,已知斜面倾角为30,斜面的高度为1 m,一个重为700 N的物体在500 N的拉力作用下被匀速拉至顶端,试求:(1)此斜面的机械效率;(2)若斜面的高度用h表示,斜面长用s表示,斜面倾角为,试说明:当用平行于斜面向上的拉力F将重为G的物块匀速拉至顶端的过程中,物块受到斜面摩擦力大小为多少?答案:(1)70%(2)F-Gsin 解析:(1)如图,在直角三角形ABC中,斜面倾角ACB=30,则斜面长AC=2AB=21m=2m。斜面的机械效率为:=W有用W总=GhFs=GABFAC=700N1m500N2m100%=70%;(2)将物块提到h处做的有用功:W有=Gh=GACsin,沿斜面将物块拉上去,拉力做的总功:W总=FAC,根据有用功、额外功和总功的关系可得:W额=W总-W有=FAC-GACsin,克服摩擦力做的额外功:W额=FfAC。所以,物块受到斜面的摩擦力:Ff=W额AC=FAC-GsinACAC=F-Gsin。21.(2018广东中考)如图所示,用800 N的力向下拉绳子的一端60 s,使重物匀速上升2 m,已知滑轮组的机械效率为60%,不计绳重及摩擦,求:(g取10 N/kg)(1)人做功的总功率;(2)被吊起的重物的质量;(3)当吊起物体重力为1 500 N时,绳端的拉力大小及此时滑轮组的机械效率。答案:(1)80 W(2)144 kg(3)820 N61%解析:(1)滑轮组由3段绳子承担物重;故绳子移动距离为:s=3h=32m=6m;故人做的总功为:W总=Fs=800N6m=4800J;人做功的总功率为:P=W总t=4800J60s=80W;(2)由=W有W总得:W有=W总=4800J60%=2880J;由W有=Gh得:G=W有h=2880J2m=1440N;则物体质量为:m=Gg=1440N10N/kg=144kg;(3)不计绳重及摩擦,则拉力F与物体和动滑轮总重力之间关系为:F=13(G+G动);则动滑轮重力为:G动=3F-G=3800N-1440N=960N;当物重为1500N时,绳端的拉力大小为:F=13(G+G动)=13(1500N+960N)=820N;滑轮组的机械效率为:=W有W总=GhFs=GhF3h=G3F=1500N3820N=61%。导学号9740403022.(2017安徽亳州期末)小明在探究利用杠杆做功的实践活动中,杠杆一端固定,中点处挂有一重力G为20 N的重物,现用手竖直提起杠杆的另一端,使物体缓慢匀速提升(摩擦忽略不计)。(1)若不计杠杆自重,求拉力F的大小。(2)若杠杆是一根自重为5 N、材料均匀的硬棒,将重物提升的高度h为0.10 m,小明使用杠杆所做的有用功W有用为多大?机械效率是多大?答案:(1)10 N(2)2 J80%解析:(1)由杠杆原理可知:FL1=GL2,即FG=L2L1=12,F=12G=1220N=10N。(2)W有用=Gh=20N0.1m=2J,W额外=G杆h=5N0.1m=0.5J,W总=W有用+W额外=2J+0.5J=2.5J,=W有用W总100%=2J2.5J100%=80%。12
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