内容正文:
专题特训十 机械做功问题的分析、判断与计算
▶
“答案与解析”见P55
类型一 滑轮做功问题的分析、判断与计算
1.
(2023·无锡滨湖校级二模)起重机吊臂上的
滑轮组如图所示。在匀速起吊重2.4×104
N
的物体时,物体在5
s内上升了5
m,此过程
中有用功为 J,钢丝绳移动的速度为
m/s;若滑轮组的机械效率为80%,
则拉力F 为 N,克服绳重、摩擦所做
的功为2.4×104
J,则动滑轮重为 N。
(第1题) (第2题)
2.
(2023·惠州惠阳二模)如图所示,小王站在
水平地面上,将一个重为450
N的货物A,在
10
s内沿竖直方向匀速提升了2
m,小王所
用的拉力是300
N。不计绳重和摩擦,小王
做功的功率是 W,滑轮组的机械效
率为 ;若小王所受重力为600
N,则小
王利用该滑轮组可匀速提升物体的最大重力
为 N。
3.
如图甲所示的装置(其中一个定滑轮用轻杆
固定在地面上),每个滑轮所受的重力为
10
N,物体A 所受的重力GA=100
N,物体
B 所受的重力GB=40
N,对A 施加水平向
右的拉力F1=110
N,使A 以0.1
m/s的速
度匀速向右运动;撤去拉力F1,在A 的右侧加
挂一个与它相同的物体,如图乙所示,对B 施
加一个竖直向下的拉力F2,使A 以0.2
m/s
的速度匀速向左运动。绳重及滑轮转轴处的
摩擦等次要因素忽略不计,则下列说法中,正
确的是 ( )
A.
图甲中,A 受到的摩擦力为110
N
B.
图乙中,F2的大小为45
N
C.
图乙中,P 点处受到的拉力为140
N
D.
图乙中,F2做功的功率为2
W
(第3题)
答案讲解
4.
将完全相同的物体
A、B 置于如图
所示的装置中,物体B 恰好能够匀
速下降;若对物体A 施加一个水平
向右10
N的拉力F1,则可以使物体B 以
0.1
m/s的速度匀速上升;若将物体B 取下
放置在A 的正上方,并对动滑轮施加一个竖
直向下16
N的拉力F2,则可以使
A、B 一起
水平向左做匀速直线运动。忽略绳重及摩擦,
不增减器件。下列说法中,正确的是 ( )
A.
B 匀速下降时,A 受到的摩擦力为5
N
B.
动滑轮所受的重力为6
N
C.
B 匀速上升时,拉力F1的功率为1
W
D.
该滑轮组的机械效率最大为75%
(第4题) (第5题)
5.
如图所示,重为800N的物体在100N水平拉
力F的作用下,以0.1m/s的速度沿水平地面
向左匀速直线运动了20s,滑轮组的机械效率
为60%。关于此过程,下列说法中正确的是
( )
A.
拉力F 做的功为400J
B.
物体与地面间的滑动摩擦力为180N
C.
额外功的功率为6W
89
物理(人教版)八年级下
D.
若物体所受重力和运动速度不变,只增大
水平地面的粗糙程度,则滑轮组的机械效
率会降低
答案讲解
6.
(2023·南阳卧龙校级一模)如图所
示,重为G 的物体在拉力F 的作用
下,以v的速度匀速运动了s,已知
物体在水平桌面上运动时受到的摩擦阻力为
物重的1
n
,不计绳重、轮与轴间的摩擦,下列
(第6题)
说法中,正确的是 ( )
A.
使 用 该 滑 轮 组 一 定
省力
B.
拉力的功率为Fv
C.
额外功为1
n
(2nF-G)s
D.
滑轮组的机械效率为G
2F×100%
7.
如图所示为某科技小组设计的在岸边打捞水
中金属块A 的装置示意图,每个滑轮重为
100N,均 匀 实 心 金 属 块 的 密 度 为 8×
103kg/m3,金属块的质量为80kg。绳重和
摩擦、水对金属块的阻力均忽略不计,金属块
一 直 匀 速 上 升。(水 的 密 度 ρ水 =
1.0×103kg/m3,g取10N/kg)
(1)
在金属块未露出水面时,求金属块所受
到的浮力。
(2)
在金属块未露出水面时,求人的拉力F。
(3)
金属块在水中匀速上升2m,且金属块未
露出水面时,求人的拉力所做的功。
(第7题)
8.
如图所示,重为1140N的物体与水平地面的
接触面积为1.5×103cm2。工人师傅用600N
的力匀速提升物体,物体的速度为0.2m/s。
(不计摩擦及绳重)
(1)
求工人师傅拉绳的功率。
(2)
求滑轮组的机械效率。
(3)
体重为450N的小明用此滑轮组提升物
体,但物体没有被拉动,物体对地面的最小压
强为多大?
(第8题)
类型二 斜面做功问题的分析、判断与计算
9.
在斜面上将一个重600N的物体匀速拉到高
处,沿斜面向上的拉力F=400N,拉动的距
离s=4.5m,提升高度h=1.8m,所用时间
t=30s。拉力F 做功的功率为 W,
此过程中物体受到的摩擦力为 N。
(第9题)
99
第十二章 简单机械
大小不同;测拉力时没有使弹簧测力
计匀速运动,造成测量的力不准确(合
理即可) (3)
选用较轻的动滑轮组
装滑轮组;对于给定的滑轮组,通过增
大提起的物重提高机械效率;保持良
好的润滑,减小轮与轴间的摩擦(合理
即可)
易错警示
使用滑轮组产生额外功的原因
本题(1)的结论是运用控制
变量法分析、概括得出的。有些
同学在解答(2)时,认为绳子与滑
轮槽间的摩擦力大小不同也是一
个可能的原因,这种认识是错误
的,因为这种摩擦属于有益的静
摩擦。
5.
2.6 85.7 [解析]由第1次实验
数据可知,斜面甲省力大小ΔF甲=
F0-F甲=20.0
N-17.4
N=2.6
N。
由题知,弹簧测力计竖直向上匀速缓
慢提升重物的高度h=0.24
m,弹簧
测力计示数F0=20.0
N,所以物体所
受重力G=F0=20.0
N,由表中数据
可得,斜 面 丙 的 机 械 效 率 η丙 =
Gh
F丙L丙×100%=
20.0
N×0.24
m
14.0
N×0.40
m×
100%≈85.7%。
6.
(1)
0.5 66.7 使用杠杆时需要
克服杠杆自重(或摩擦力等)做功
(2)
不能 ①
两次实验时钩码没有挂
在同一位置 ②
仅根据一次对比实验
所得的结论不可靠 [解析](1)
由图
可知,F=0.5N。该实验中,弹簧测
力计对杠杆的拉力F 做的功W总=
Fs=0.5N×0.3m=0.15J。W有=
Gh=1.0N×0.1m=0.1J,η=
W有
W总 ×100% =
0.1J
0.15J×100% ≈
66.7%。使用该杠杆做额外功的原因
主要有两个:一是克服杠杆自重做功;
二是克服杠杆与转轴之间的摩擦做
功。(2)
探究杠杆的机械效率是否与
钩码悬挂点的位置和钩码的总重有关
时,应采用控制变量法。如探究杠杆
的机械效率是否与所挂钩码的总重有
关时,应控制钩码悬挂点的位置不变。
此外,应多次改变钩码的总重,测出多
组数据,通过比较、分析才能得出结
论。本题中仅有两组数据,且未控制
变量,故不具有可比性。因此,不能得
出结论。
专题特训十 机械做功问题的
分析、判断与计算
1.
1.2×105 3 1×104 1
200
[解析]拉力做的有用功W有=Gh=
2.4×104
N×5
m=1.2×105
J。由图
可知,n=3,绳子自由端移动的距离
s=nh=3×5
m=15
m,则钢丝绳移
动的速度v=st =
15
m
5
s=3
m/s;由
η=
W有
W总 ×100%=
Gh
F×3h×100%=
G
3F×100%
可 知,拉 力 F=G3η
=
2.4×104
N
3×80% =1×10
4
N;总功W总=
W有
η
=1.2×10
5
J
80% =1.5×10
5
J,则额
外功W额=W总-W有=1.5×105
J-
1.2×105
J=3×104
J,克服绳重、摩擦
所做的功为2.4×104
J,则克服动滑
轮自重做的功W'=3×104
J-2.4×
104
J=6
000
J,则动滑轮重G动 =
W'
h =
6
000
J
5
m =1
200
N。
2.
120 75% 1
050 [解析]货物A
上升的速度v物=ht=
2
m
10
s=0.2
m/s,
由图可知,滑轮组承担货物A 绳子的
段数n=2,所以绳端速度v=nv物=
2×0.2
m/s=0.4
m/s,小王做功的功
率P=
W总
t =
Fs
t =Fv=300
N×
0.4
m/s=120
W;滑轮组的机械效率
η=
W有
W总×100%=
Gh
Fs×100%=
G
nF×
100%= 450
N
2×300
N×100%=75%
;不
计绳重和摩擦,由F=1n
(G+G动)可
得,动滑轮的重G动=nF-G=2×
300
N-450
N=150
N,小王在绳端
的拉 力 最 大 等 于 其 所 受 重 力,即
F最大=G小王=600
N,小王能提起物
体的最大重为G最大=nF最大-G动=
2×600
N-150
N=1
050
N。
3.
D [解析]因图甲中物体B 匀速
运动时处于平衡状态,受到的重力和
绳子的拉力是一对平衡力,所以滑轮
组绳子的拉力FB=GB=40
N,由图
可知,滑轮组绳子的有效段数n=2,
绳重及滑轮转轴处的摩擦等次要因素
忽略不计,由FB=
1
n
(FA+G动)可
得,物体 A 左侧绳子的拉力FA =
nFB-G动=2×40
N-10
N=70
N,
因物体A 匀速向右运动,受到水平向
左的拉力FA、地面对物体A 的摩擦
力fA 和水平向右的拉力F1 作用处
于平衡状态,所以由物体A 受到的合
力为零可得,FA+fA=F1,则物体A
受到的摩擦力fA=F1-FA=110
N-
70
N=40
N,故A错误;图乙中撤去
拉力F1,在物体A 的右侧加挂一个
与它相同的物体,物体A 以0.2
m/s
的速度匀速向左运动,因此时对水平
地面的压力变为原来的2倍,接触面
的粗糙程度不变,所以物体A 和它右
55
侧的物体受到的摩擦力变为原来的2
倍,即fA'=2fA=2×40
N=80
N,
滑轮组绳子的拉力F拉=1n
(fA'+
G动)=12×
(80
N+10
N)=45
N,P
点处受到的拉力FP=3F拉+G定=
3×45
N+10
N=145
N,拉力F2=
F拉-GB=45
N-40
N=5
N,故B、C
错误;绳端移动的速度v绳=nv物=
2×0.2
m/s=0.4
m/s,F2 做功的功
率P2=
W2
t =
F2s
t =F2v绳=5
N×
0.4
m/s=2
W,故D正确。
4.
A [解析]由图可知,滑轮组绳子
的有效段数n=2。物体B 恰好能够
匀速下降时,物体A 处于平衡状态,
受到的向右的滑动摩擦力f 和向左
绳子的拉力作用处于平衡状态,则此
时滑轮组绳子的拉力F拉1=f,忽略
绳重及摩擦,由F=1n
(G+G动)可
得,F拉1=
1
2
(GB +G动),即 f=
1
2
(GB+G动) ①,若对物体A 施加
一个水平向右10
N的拉力F1,则可
以使物体B 以0.1
m/s的速度匀速
上升,因滑动摩擦力的大小只与接触
面的粗糙和压力的大小有关,所以此
时物体A 受到的摩擦力不变,对物体
A 受力分析可知,物体A 受到向右的
拉力F1和向左的摩擦力f、滑轮组绳
子拉力F拉2的作用处于平衡状态,所
以由物体A 受到的合力为零可得,
F1=f+F拉2,即 F拉2=F1-f=
10
N-f,由滑轮组绳子拉力公式可
得,F拉2=
1
2
(GB+G动),即10
N-
f=
1
2
(GB+G动) ②,由①②可得,
A 受到的摩擦力f=5
N,故A正确;
若将物体B 取下放置在A 的正上方,
并对动滑轮施加一个竖直向下16
N
的拉力F2,则可以使
A、B 一起水平
向左做匀速直线运动,此时A、B 受到
的滑动摩擦力为2f,由A、B 整体受
到向右的滑动摩擦力与滑轮组绳子的
拉力是一对平衡力可得,F拉3=2f=
2×5
N=10
N,由滑轮组绳子拉力公
式可 得,F拉3=
1
2
(F2+G动),即
10
N=12×
(16
N+G动),解得G动=
4
N,故B错误;B 匀速上升时,绳子
自由端移动的速度v绳=nv物=2×
0.1
m/s=0.2
m/s,拉力F1 的功率
P=Wt =
F1s
t =F1v绳 =10
N×
0.2
m/s=2
W,故C错误;物体B 所
受的重力GB=2f-G动=2×5
N-4
N=
6
N,由F2>GB 可知,A、B 一起水平
向左做匀速直线运动时滑轮组的机械
效率最大,则最大机械效率η=
W有
W总×
100% =
F2h
(F2+G动)h × 100% =
F2
F2+G动 ×100% =
16
N
16
N+4
N ×
100%=80%,故D错误。
5.
B [解析]由图知,n=3,则绳子自
由端移动的距离s=3s物=3v物t=3×
0.1m/s×20s=6m,拉力做功W总=
Fs=100N×6m=600J,故A错误;
因为 η=
W有
W总 ×100% =
fs物
Fs ×
100%=f
s物
Fns物×100%=
f
nF×100%
,
所以物体与地面间的滑动摩擦力f=
ηnF=60%×3×100N=180N,故B
正确;因为η=
W有
W总×100%
,所以有用
功W有=ηW总=60%×600J=360J,
额外功 W额 =W总 -W有 =600J-
360J=240J,额外功的功率 P=
W额
t =
240J
20s=12W
,故C错误;如果
只增大接触面的粗糙程度,那么增大
了摩擦力,增大了有用功,而额外功几
乎不变,有用功与总功的比值变大,机
械效率变大,故D错误。
6.
C [解析]由图可知,连接动滑轮
绳子的段数n'=2,由于不计绳重、轮
与轴间的摩擦,所以绳端的拉力F=
1
n'
(f+G动),由于f 与G动 的大小关
系未知,所以无法比较F 与f 的大小
关系,则使用该滑轮组不一定省力,故
A错误;绳端移动的速度v绳=n'v=
2v,则拉力的功率 P=Wt =
Fs
t =
Fv绳=2Fv,故B错误;由题意可知,
物体运动时受到的摩擦阻力f=
1
nG
,克服摩擦阻力做的功为有用功,
则W有=fs=
1
nGs
,绳端移动的距离
s绳=n's=2s,拉力F 做的总功W总=
Fs绳=2Fs,则额外功 W额 =W总 -
W有=2Fs-1nGs=
1
n
(2nF-G)s,
故C正确;滑轮组的机械效率η=
W有
W总×100%=
1
nGs
2Fs×100%=
G
2nF×
100%,故D错误。
7.
[解析](1)
金属块未露出水面,
V排 =VA =
mA
ρA
= 80kg8×103kg/m3
=
10-2 m3,F浮 =ρ水gV排 =1.0×
103kg/m3×10N/kg×10-2 m3=
100N。(2)
将动滑轮和金属块看作
一个整体,则2F+F浮=GA+G动,
65
F=12×
(GA+G动 -F浮)=
1
2×
(mAg+G动-F浮)=
1
2×
(80kg×
10N/kg+100N-100N)=400N。
(3)
拉力端移动的距离s=2h=2×
2m=4m,人的拉力所做的功W=
Fs=400N×4m=1600J。
8.
[解析](1)
拉绳的功率 P拉 =
W总
t =
Fs绳
t =Fv绳 =F ×2v物 =
600N×2×0.2m/s=240W。(2)
滑
轮组的机械效率η=
W有
W总 ×100%=
Gh
Fs绳×100%=
Gh
F×2h×100%=
G
2F×
100%= 1140N2×600N×100%=95%
。
(3)
由于不计摩擦及绳重,2F=G+
G动,动滑轮重G动 =2F-G=2×
600N-1140N=60N,绳端最大拉
力等于人体所受重力,则动滑轮对物
体的最大拉力F拉'=2G人-G动,滑轮
组提升物体的拉力F拉'=G-F支,物
体受到的支持力 F支 =G+G动 -
2G人=1140N+60N-2×450N=
300N,物体对地面的最小压强p=
F压
S =
F支
S =
300N
1.5×103×10-4m2 =
2.0×103Pa。
9.
60 160 [解析]拉力F 做的功
W总=Fs=400N×4.5m=1800J,做
功的功率P总=
W总
t =
1800J
30s =60W
,
有用功W有=Gh=600N×1.8m=
1080J,额外功 W额 =W总 -W有 =
1800J-1080J=720J,物体受到的
摩擦力f=
W额
s =
720J
4.5m=160N
。
第十二章拔尖测评
一、
1.
B [解析]杆秤绕提纽O 转
动,所以点O 是杆秤的支点,作用在
A 处的力使杆秤逆时针转动,由于杆
秤水平平衡,其力臂是OA,作用在B
处的力使杆秤顺时针转动,其力臂是
OB;根据杠杆的平衡条件F1×l1=
F2×l2可得,m鱼g×OA=mg×OB,
即m鱼×8
cm=0.2
kg×32
cm,解得
m鱼=0.8
kg。故选B。
2.
C [解析]用该装置拔除同一植株,
则阻力为F阻 相同,根据杠杆的平衡条
件分别得出F阻l1=FAL,F阻l2=FBL,
F阻l3=FCL,因l1>l2>l3,则FA>
FB>FC,D中因动力的方向是竖直
向下的,则力臂小于L,即L'<L,则
根据杠杆的平衡条件可得,F阻l4=
FDL',因l3=l4,则FD>FC,所以操
作中最省力的是C。
3.
C [解析]根据动力乘以动力臂等
于阻力乘以阻力臂可知,阻力和阻力
臂一定,动力臂越长,动力会越小,所
以扳手在拧螺钉时,手握的地方越远
离螺钉,越省力,故A错误;螺丝刀在
使用时绕中心轴转动,所以属于轮轴,
轮轴是杠杆的一种变形,它的手柄相
当于轮,金属杆相当于轴,其轮半径和
轴半径分别为动力臂和阻力臂,在使
用螺丝刀拧螺钉时,由于动力臂大于
阻力臂,所以使用螺丝刀拧螺钉可以
省力,故B错误;电钻的钻头属于简
单机械中的斜面,螺纹越密集,越省
力,故C正确;用羊角锤拔钉子时,动
力臂大于阻力臂,属于省力杠杆,费距
离,故D错误。
4.
A [解析]仅将绳在两根圆木棍上
多绕1圈,这样承担小男孩所用木棍
的绳子的段数增大,小女孩越省力,可
能使小女孩获胜;同理可知,仅将绳在
两根圆木棍上少绕1圈,不能使小女
孩获胜,故A正确,B错误;改变绳的
总长,不能改变力的大小,故C、D错误。
5.
C [解析]运动过程中克服物体所
受的重力做的功为W有,克服摩擦力
所做的功W额,又该物体所受重力做
的功 和 克 服 阻 力 做 的 功 相 等,则
W有=W额,W总=W额+W有=2W有,
所以 斜 面 的 机 械 效 率η=
W有
W总×
100%=
W有
2W有×100%=50%
。
6.
B [解析]甲滑轮组中有一个动滑
轮,乙滑轮组中有两个动滑轮,所以若
把相同质量的物体提升相同的高度,
乙滑轮组做的额外功多,故①错误;若
G1=G2,把物体提升相同的高度,则
甲、乙所做的有用功相同,总功=有用
功+额外功,所以乙做的总功大于甲
做的总功,故②错误;已知甲、乙所做
的有用功相同,甲做的总功小于乙做
的总功,所以根据η=
W有
W总×100%
可
得,甲的机械效率大于乙的机械效率,
故③正确;用同一个滑轮组提起不同
的重物,所做的额外功不变,有用功发
生变化,所以有用功在总功中的比值
发生变化,所以机械效率变化,故④错
误。故选B。
7.
B [解析]由不计摩擦、绳重和木
棒 重 时 η =
W有
W总 × 100% =
W有
W有+W额 ×100% =
Gh
Gh+G动h ×
100%= GG+G动×100%
可知,两滑轮
组中物体的重相同,但乙中的动滑轮
由两个滑轮组成,即乙中动滑轮的重
大于甲中动滑轮的重,因此甲滑轮组
的机械效率大于乙滑轮组的机械效
率,故 A错误;由η乙 =
G
G+2G轮 ×
75