2025年 中考物理复习 简单机械中机械效率的计算 专题练习1

专题训练 简单机械的机械效率 （斜面、滑轮组、水中的滑轮组） 类型一、斜面 1．如图小明拉着质量为30kg行李箱匀速经过一段长度、高度的斜坡路面，用时10s，若此过程拉力F方向沿斜面向上，大小为125N。行李箱放在水平地面时与地面接触面积为，（）。求： （1）行李箱静止放在水平地面上时受到的重力大小和对地面的压强； （2）小明对行李箱做的有用功和斜面的机械效率； （3）拉力F做功的功率。 2．如图甲所示是广水—应山之间的大山口坡度图片，图乙是其简图。一辆重为3.2×104N的汽车，经过一段水平路面，再以9.6×104W的恒定功率、4.8m/s的速度匀速爬上高100m、长200m的斜坡，求： （1）汽车爬坡时有用功； （2）汽车上坡时受到坡面的摩擦力； （3）汽车上坡时，斜坡的机械效率。 3．呼市金海高架路让市区交通变得便捷。张老师开车驶上高架路，沿匝道匀速行驶。已知汽车（含人）总重力为25×103N，汽车的牵引力为2000N，匝道可以近似看成一个倾角较小的斜面，此斜面的长度为400m，高度为12m。求: （1）汽车的牵引力所做的总功； （2）高架车道的机械效率； （3）汽车受到的阻力。 4．装卸工人要将质量的木箱搬到车上。他将一块长木板搭在车厢上构成一个斜面（如图所示），然后站在车上用的力沿长木板将木箱从A点匀速拉到B点，这个过程用了的时间。已知，，取。求这个过程中斜面的机械效率。 5．水平地面上放置重为300N、边长为0.2m正方体物块，如图甲所示。现用斜面将物块由底端匀速拉到顶端，如图乙所示。已知平行于斜面的拉力F为180N，物体移动的距离为5m，升高2m，用时5s。g取10N/kg。求： （1）物块对水平地面的压强； （2）拉力的功率； （3）斜面的机械效率。 类型二、滑轮组 6．如图所示，用滑轮组将重310N的物体在10s内匀速提升了2m，每个滑轮重均为50N，拉力F为200N。 (1)求拉力的有用功； (2)求拉力的功率； (3)若绳子能够承受的最大拉力为400N，提升重物过程中绳子重和摩擦对应的额外功始终为总功的10%，求滑轮组的最大机械效率。（结果保留到1%） 7．如图所示，工人用200N的拉力，在15s的时间内，将重510N的建筑材料提升到6m高的楼顶上，不计绳重及摩擦，求： (1)动滑轮的重力。 (2)拉力做功的功率； (3)滑轮组的机械效率； 8．如图所示，用滑轮组匀速提升物体到一定高度，已知该物体的重力是100N，拉力F为60N，物体被向上提升的高度是5m，用时10s。若不计绳重和摩擦，求： (1)拉力所做的有用功： (2)拉力所做的总功： (3)拉力所做功的功率； (4)该滑轮组的机械效率。 9．小明利用如图所示的滑轮组，将质量为1kg的物体匀速提升20cm，拉力F为6N，求：（g取10N/kg） (1)小明做的有用功； (2)滑轮组的机械效率。 10．某工人用如图所示的滑轮组将物体匀速提升了2m，所用拉力F为300N，在提升重物的过程中，有用功是900J。求： (1)工人做的功； (2)该滑轮组的机械效率。 类型三、水中的滑轮组 11．用如图所示的滑轮组从水底提取一底面积为50cm2，高为2m，重力为400N的圆柱形物体，已知动滑轮重100N。（，不计绳重及与滑轮的摩擦，水的阻力不计） (1)该圆柱体浸没在水中时受到的浮力的是多大？ (2)圆柱体上表面未露出水面前的提升过程中，若绳端拉力的功率为160W，则物体上升的速度为多大？ (3)圆柱体下表面离开水面后提升过程中，该装置的机械效率为多大？（忽略带出来的水） 12．如图所示，一重为200N底面积为0.4m2的方形玻璃缸（玻璃缸壁的厚度忽略不计），玻璃缸中装有重1000N的水。上方有一轻质杆OA，在绳子AC的拉力作用下可绕竖直墙上O点转动，现在OA的中点B处悬挂一滑轮组。已知每个滑轮重20N，滑轮组上悬挂着重300N的物体甲，将浸没的重物甲缓慢拉离水面后，玻璃缸中水位下降了5cm，（忽略物体带出的水，，g取10N/kg）求： (1)当重物甲拉离水面后，玻璃缸对地面的压强； (2)重物甲浸没在水中时所受的浮力； (3)滑轮组的绳子不会断裂，当∠CAO=30°时，杆OA刚好水平，若绳子AC能承受的最大拉力FA=620N时，利用此装置将重物拉离水面后缓慢上升过程中的最大机械效率是多少。（不计杆OA和绳子的重力及绳与滑轮间的摩擦） 思路点拨： 分析竖直滑轮组对悬挂点的拉力大小，在动滑轮和定滑轮之间画一条虚线，以定滑轮为分析对象进行受力分析，如右图所示，定滑轮受到竖直向下的重力、3段绳子向下的拉力和悬挂点对其向上的拉力，由力的作用是相互的可知，竖直滑轮组对悬挂点的拉力大小等于悬挂点对其向上的拉力大小，故F拉=F=3F绳+G定。 13．如图所示，是某工作队用滑轮组从水中打捞正方体物体M的情景。物体M的棱长为1m，密度为3.0×103kg/m3，用1×104N的拉力F将物体M以0.2m/s的速度匀速提升2m。忽略绳重、绳与滑轮的摩擦和滑轮与轴的摩擦。（ρ水=1.0×103kg/m3，g取10N/kg）求： （1）物体M上升后，浸没在水中时所受的浮力大小F浮； （2）物M上表面在水面下0.1m时，它的下表面受到水的压力； （3）物体M上升后，在未露出水面前，此滑轮组的机械效率。 14．建筑工地上，底面积为10m2的圆柱状水池中，有一正方体建材浸没在水中，建筑工人用如图甲所示的滑轮组将其从水池中匀速吊出，起吊过程中滑轮组的机械效率η和绳子末端拉力F的大小随正方体上升的高度h变化的关系如图乙和丙所示。不计水的阻力和绳子的伸长及其重力、滑轮间的摩擦，水密度103 kg/m3，g=10N/kg，分析计算下列问题： （1）正方体建材浸没在水中上升的过程中，拉力F做的功多大？ （2）正方体建筑材料的重力多大？ （3）滑轮组的机械效率η1多大？ （4）正方体建筑材料完全出水后与全浸在水中相比，池底受到水的压强减小多大？    15．如图所示，是某工作队用滑轮组从水中打捞正方体物体M的情景。物体M的棱长为1m，密度为2.8×103kg/m3，用7500N的拉力F将物体M以0.5m/s的速度匀速提升2m。忽略绳重、绳与滑轮的摩擦和滑轮与轴的摩擦。（ρ水=1.0×103kg/m3，g取10N/kg）求： （1）物体M上升后，还未露出水面时受到的浮力； （2）物体M上表面在水面下0.2m时，它的下表面受到水的压力； （3）物体M上升后，在未露出水面前，此滑轮组的机械效率。 参考答案 1．（1）300N，7.5×105Pa；（2）300J，80%（3）37.5W 【详解】解：（1）行李箱静止放在水平地面上时受到的重力大小 行李箱静止放在水平地面上时，对地面的压强 （2）小明对行李箱做的有用功 小明对行李箱做的总功 斜面的机械效率 （3）拉力F做功的功率 答：（1）行李箱静止放在水平地面上时受到的重力大小300N和对地面的压强7.5×105Pa； （2）小明对行李箱做的有用功300J和斜面的机械效率80%； （3）拉力F做功的功率37.5W。 2．（1）3.2×106J；（2）4000N；（3）80% 【详解】解：（1）汽车爬坡时有用功为 W有用=Gh=3.2×104N×100m=3.2×106J （2）汽车爬坡时的牵引力为 汽车爬坡时所做的总功为 W总=FL=2×104N×200m=4×106J 克服摩擦力做的额外功为 W额外=W总-W有用=4×106J-3.2×106J=8×105J 则汽车上坡时受到坡面的摩擦力为 （3）汽车上坡时，斜坡的机械效率为 答：（1）汽车爬坡时有用功3.2×106J； （2）汽车上坡时受到坡面的摩擦力为4000N； （3）汽车上坡时，斜坡的机械效率为80%。 3．（1）8×105J；（2）37.5%；（3）1250N 【详解】解：（1）汽车的牵引力所做的总功为 W总=Fs=2000N×400m=8×105J （2）高架车道的机械效率为 （3）汽车受到的阻力为 答：（1）汽车的牵引力所做的总功为8×105J； （2）高架师道的机械效率为37.5%； （3）汽车受到的阻力为1250N。 4． 【详解】解：木箱的重力 工人师傅对木箱做的有用功 拉力做的总功 这个过程中斜面的机械效率 答：这个过程中斜面的机械效率为。 5．（1）7500Pa；（2）180W；（3）66.7% 【详解】解：（1）物体放在水平地面上，对地面压力等于其重力，物块对水平地面的压强为 （2）拉力的功率为 （3）斜面的机械效率为 答：（1）物块对水平地面的压强为7500Pa； （2）拉力的功率为180W； （3）斜面的机械效率为66.7%。 6．(1) (2) (3) 【详解】（1）拉力做的有用功 （2）由图知，，绳子自由端移动的距离 拉力做的总功 拉力做功功率 （3）拉力做的额外功等于提升绳子和克服摩擦做的功加上提升动滑轮做的功，由题知 因为 所以 滑轮组的最大机械效率 7．(1)90N (2)240W (3) 【详解】（1）由图可知绳子段数n=3，所以动滑轮的重力 （2）由图可知n=3，则绳子自由端移动距离 拉力做的功 拉力做功的功率 （3）滑轮的有用功是克服建筑材料的重力做功，即 滑轮组的机械效率 8．(1)500J (2)600J (3)60W (4)83.3% 【详解】（1）由图可知，由两段绳子吊着动滑轮，绳头移动的距离为 拉力所做的有用功为 （2）拉力所做的总功为 （3）拉力做功的功率 （4）该滑轮组的机械效率为 9．(1)2J (2)83.3% 【详解】（1）克服物体重力做的功是有用功，则小明做的有用功 W有=Gh=mgh=1kg×10N/kg×20×10-2m=2J （2）由图可知，动滑轮上的绳子段数n=2，绳端移动的距离 s=nh=2×20cm=40cm=0.4m 小明拉力做的功 W总=Fs=6N×0.4m=2.4J 滑轮组的机械效率 10．(1)1200J (2)75% 【详解】（1）由图可知，动滑轮上的绳子段数n=2，绳子自由端移动的距离 s=nh=2×2m=4m 工人做的功 W总=Fs=300N×4m=1200J （2）滑轮组的机械效率 11．(1)100N (2)0.4m/s (3)80% 【详解】（1）物体的体积 物体受到的浮力 （2）物体浸没时动滑轮对物体的拉力 绳端拉力 绳端的速度 物体上升的速度 （3）物体离开水面的机械效率 12．(1)3000Pa (2)200N (3)95% 【详解】（1）重物甲被拉离水面后，玻璃缸对地面的压力等于玻璃缸的重力加上水的重力，即 所以当重物甲被拉离水面后，玻璃缸对地面的压强 （2）将浸没的重物甲缓慢拉离水面后，玻璃缸中水位下降了5cm，则重物甲排开水的体积 重物甲浸没在水中时所受的浮力 （3）先作出绳AC拉力的力臂OD，如图： 直角三角形ADO中，，，B是OA的中点，则，即，根据杠杆平衡条件可得 故，绳子AC能承受的最大拉力，则B点最大拉力，滑轮组绳子的最大拉力 物体最大重力 滑轮组的最大机械效率 13．（1）1×104N；（2）1.1×104N；（3）66.7% 【详解】解：（1）物体还未露出水面时，排开液体体积等于物体的体积 V=(1m)3=1m3 还未露出水面时受到的浮力 F浮=ρ水V排g=1.0×103kg/m3×1m3×10N/kg=1×104N （2）物体M上表面在水面下0.1m时，它的下表面处水的深度 h=1m+0.1m=1.1m 它的下表面受到水的压强 p=ρ水gh=1.0×103kg/m3×10N/kg×1.1m=1.1×104Pa 它的下表面受到水的压力 F=pS=1.1×104Pa×(1m)2=1.1×104N （3）物体M的重力 G= mg=ρVg=3.0×103kg/m3×1m3×10N/kg=3×104N 由图可知，承担物重绳子的股数是n=3，此滑轮组的机械效率 答：（1）浸没在水中时所受的浮力大小为1×104N； （2）它的下表面受到水的压力为1.1×104N； （3）此滑轮组的机械效率为66.7%。 14．（1）3×104 J；（2）2.7×104 N；（3）85%；（4）1000Pa 【详解】解：（1）由图甲可知，滑轮组绳子的有效股数 由图乙可知，正方体建材浸没在水中上升的过程中，上升的高度 绳子末端拉力 则绳子末端移动的距离 拉力做的功 由图乙、丙可知，正方体建材完全露出水面时，绳子末端拉力 滑轮组的机械效率 因滑轮组的机械效率 所以，正方体建筑材料的重力 （3）不计水的阻力和绳子的伸长及其重力、滑轮间的摩擦，正方体建材完全露出水面时，由可得，动滑轮的总重力 正方体建材浸没在水中时，由可得，正方体受到的浮力 此时滑轮组的机械效率 （4）由可得，正方体建材浸没时排开水的体积 正方体建筑材料完全出水后与全浸在水中相比水面下降的高度 池底受到水的压强减小量 答：（1）正方体建材浸没在水中上升的过程中，拉力做的功为； （2）正方体建筑材料的重力为； （3）滑轮组的机械效率为； （4）正方体建筑材料完全出水后与全浸在水中相比，池底受到水的压强减小了。 15．（1）；（2）；（3）80% 【详解】解：（1）物体还未露出水面时，排开液体体积 还未露出水面时受到的浮力 （2）物体M上表面在水面下0.2m时，它的下表面处水的深度 它的下表面受到水的压强 它的下表面受到水的压力 （3）物体M的重力 此滑轮组的机械效率 答：（1）还未露出水面时受到的浮力为； （2）它的下表面受到水的压力为； （3）此滑轮组的机械效率为80%。 学科网（北京）股份有限公司 $$