专题05 机械效率问题-2024年中考物理二轮题型专项复习（全国通用）

专题05 机械效率问题 1. 有用功 使用机械做功时，对人们有用的功叫有用功，用W有用表示。也就是人们不用机械而直接用手时必须做的功，也等于在理想情况下(即不考虑摩擦和机械本身的重力)人们所做的功，或者是机械对物体做的功。在提升物体时，W有用＝GH。在水平拉动物体时，W有用＝fL。 2. 额外功 使用机械时，对人们没有用但又不得不做的功叫额外功，用W额表示。额外功的来源主要有：a.提升物体时，克服机械自重、容器自重、绳重等所做的功；b.克服机械的摩擦所做的功。 3. 总功 人们在使用机械做功的过程中实际所做的功叫总功，用 W总表示。它等于有用功和额外功的总和，即W总＝W有用＋W额，或人对机械的动力为F，则W总＝FS。 (4)机械效率 ①定义：有用功与总功的比值叫做机械效率。 ②公式：η＝w有/w总 由于总是存在额外功，使得W有用＜W额，所以η总是＜1；影响机械效率的主要因素有摩擦和机械自重等。 1．（2023•益阳）早在3000年前我们的祖先就设计了结构很合理的辘轳，通常用于从井中提水。如图所示是古代民间的提水设施辘轳，由辘轳头、支架、井绳、水桶等部分构成。某次取水时井绳拉着质量为10kg的水缓慢上升了4m，水桶的质量为1kg，在这一过程中，人做的总功为500J。g取10N/kg。求此次取水的过程中： （1）人做的有用功为多少？ （2）辘轳的机械效率多大？ （3）人克服井绳重力与摩擦阻力做的功是多少？ 2．（2023•安徽）如图，一固定斜面顶端装有定滑轮，为测量该装置提升物体时的机械效率，用弹簧测力计连接细绳，跨过定滑轮将重为6N的物体沿斜面向上匀速拉动0.6m，物体上升的高度为0.3m，弹簧测力计的示数为4N。求此过程中。 （1）做的有用功； （2）该装置的机械效率。 3．（2023•广元）如图所示，某工人利用滑轮组将一个工件沿水平地面匀速拉动到加工点。拉动过程中，工人对绳的拉力始终沿竖直方向，工人双脚始终与水平地面接触且接触面积为300cm2，工人对地面的压强为2.0×104Pa；此工人的质量为70kg，两个动滑轮的质量共为10kg，绳重、绳与滑轮之间的摩擦均忽略不计，g取10N/kg。求： （1）工人的手对绳的拉力大小； （2）工件移动过程中，地面对工件摩擦力的大小； （3）滑轮组在此次工作中的机械效率。 4．（2023•荆州）以“‘荆歌’铁马，奔向未来”为主题的2023荆州马拉松3月26日在荆州体育中心鸣枪起跑。在开赛场地建设过程中，工人利用长度L＝3m的斜面把质量为240kg的重物匀速推到h＝1m高处，如图所示，工人所用推力F＝1000N。g取10N/kg。求： （1）推力做的有用功； （2）斜面的机械效率； （3）工人将另一质量为300kg的重物匀速推到同一高度，为了省力，换用长度为5m的斜面，此时重物与斜面间的摩擦力与原来的摩擦力之比为6：5，共用时20s，工人推力做功的功率。 5．（2023•江西）如图所示，利用斜面将箱子推进车厢，通常要比把箱子直接从地面搬进车厢省力多了。某同学用100N的力沿斜面向上匀速推动箱子，已知箱子质量为20kg，斜面长3m，斜面高1.2m，g＝10N/kg。求： （1）箱子受到的重力； （2）箱子受到的摩擦力； （3）斜面的机械效率； （4）使用斜面推箱子时有哪些更省力的方法。 6．（2023•南充）某人始终双脚站在地上，用滑轮组从水池底匀速提起实心圆柱体A，如示意图甲。A从离开池底到刚要离开水面的过程中，其底面受到水的压强与时间关系pA﹣t如图乙。A从刚离开池底到拉出水面并继续向上运动的过程中，人对地面的压强与时间关系p人﹣t如图丙。A未露出水面之前装置的机械效率为η1，A离开水面后装置的机械效率为η2。已知人的质量为60kg，人双脚站地时，与地面的接触面积为500cm2，A的底面积为200cm2，η1：η2＝15：16，ρ水＝1.0×103kg/m3。不计摩擦和绳重及水的阻力，g＝10N/kg，A不吸且不溶于水，A底部与池底不密合，忽略液面高度变化，图甲中①②③④段绳均竖直。 （1）求池水深度和A的上升速度； （2）求A的高度和未露出水面受到的浮力； （3）求A未露出水面前人对绳的拉力和A全部露出水面后人对绳的拉力； （4）求动滑轮的重力。 7．（2022•威海）为了建设精致城市，每到春天园林工人要在过街天桥上放置花草，为城市增添一抹绿色。如图所示，工人用长木棒、滑轮、轻绳组装提升装置。木棒放置在天桥栏杆上始终保持水平，与栏杆M接触点为O；用沙袋将木棒B端压在栏杆N上，在木棒A端吊装滑轮组。OA：OB＝1：2，每个沙袋重300N，每个滑轮重24N。（木棒和绳的重力、滑轮与轴的摩擦均忽略不计） （1）若A点受到竖直向下的拉力为1000N，为了保持木棒水平平衡，在B端至少需要放置