第十章 专题七 功、功率、机械效率的综合应用（作业课件）-原创新课堂2023-2024学年八年级物理下册（沪科版）河南

1．如图所示，一台农耕机器人，其质量为600 kg，以3 m/s的速度在水平地面沿直线匀速前进了2 min，行驶时所受阻力为自重的0.02倍，在此耕作过程中，g取10 N/kg，求： (1)农耕机器人受到的牵引力。 (2)农耕机器人牵引力做的功。 (3)农耕机器人牵引力做功的功率。 解：(1)机器人所受重力G＝mg＝600 kg×10 N/kg＝6000 N，因为机器人行驶时所受阻力为自重的0.02倍，所以机器人受到的阻力f＝0.02 G＝0.02×6000 N＝120 N，因为机器人做匀速直线运动，所以农耕机器人受到的牵引力F＝f＝120 N (2)机器人运动的距离s＝vt＝3 m/s×2×60 s＝360 m，牵引力做的功W＝Fs＝120 N×360 m＝43200 J 2．(2021·新乡期末)学校组织了八年级期末体育考试，小明穿着新买的运动鞋参加了考试，他在考试跳绳项目时1 min内连续跳了150次，获得跳绳项目的满分。已知小明的重力为500 N，每只鞋底与地面的接触面积为100 cm2，跳起时重心升高的平均高度为4 cm。问： (1)他穿的运动鞋底有很多花纹，是为了__________。 (2)他站在操场上时对地面的压强是多少？ (3)他跳一次所做的功是多少？ (4)他跳绳时的平均功率是多少？ 增大摩擦 3．图示为某种型号的剪叉式高空作业平台。这台机器利用起升电机升降作业平台，方便工人高空作业。该机器的部分数据如表所示。 (1)这台机器空载且静止时，对水平地面的压强是多大？(g取10 N/kg) (2)起升电机以额定功率工作时，将总重为1000 N的人和作业工具以0.2 m/s的速度举高8 m。该机器做的有用功是多少？机械效率是多少？ (3)此类机器机械效率一般较低的主要原因是机器所做额外功较多(或自重较大)。 整机质量(空载)/kg 3200 安全工作载荷/kg 200 起升电机额定功率/kW 4.0 轮胎接地总面积/m2 0.08 4．如图甲所示，某建筑工地用起重机将质量为3.6 t的货箱以0.5 m/s的速度匀速提升，吊臂上的滑轮组如图乙所示，若忽略绳重和摩擦，该滑轮组的机械效率为80%。(g取10 N/kg)求： (1)在10 s内货箱上升的高度； (2)货箱的重力； (3)吊臂上电动机拉力F的大小； (4)依然利用此机械提升质量为4.1 t的货箱，求此时滑轮组的机械效率。 解：(1)在10 s内货箱上升的高度h＝v物t＝0.5 m/s×10 s＝5 m (2)货箱的重力G＝mg＝3.6×103 kg×10 N/kg＝3.6×104 N 5．一辆质量为1.5×103 kg的汽车陷入一泥泞路段，司机师傅利用滑轮组和周围条件，组装成了如图所示的拖车装置。已知汽车通过泥泞路段需移动8 m距离，汽车在泥泞路段受到的阻力为车重的0.1倍，滑轮组的机械效率为80%，g取10 N/kg。在将车匀速拖离泥泞路段过程中，求： (1)做的有用功。 (2)作用在绳子自由端的拉力。 解：(1)汽车在泥泞路段受到的阻力f＝0.1 mg＝0.1×1.5×103 kg×10 N/kg＝1.5×103 N；将车匀速拖离，由二力平衡条件可得，滑轮组对车的拉力F拉＝f＝1.5×103 N； 所做有用功W有＝F拉s车＝1.5×103 N×8 m＝1.2×104 J 6．(2021·商丘期末)用如图所示的滑轮组，在80 N的拉力F作用下可以匀速拉动质量为200 kg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，不计绳重和绳与滑轮间的摩擦力，g取10 N/kg，求： (1)动滑轮的重力。 (2)此时滑轮组的机械效率。 (3)匀速拉动8 kg的物体时，该滑轮组的机械效率会改变吗？ (请通过计算或分析加以说明，结果均保留一位小数) 7．(2021·新乡期末)工人师傅要将质量为100 kg的木箱搬到2 m高的车厢里，他将一块10 m长的长板搁在地面与车厢之间构成斜面，然后站在车上用400 N拉力将物体从斜面底端匀速拉到车厢里(如图所示)，g取10 N/kg，请你综合应用所学知识解答下列问题： (1)工人所做的有用功是多少J? (2)工人所做的总功是多少J? (3)斜面的机械效率是多少？ (4)使用斜面可以省力，但费距离；若想增大此斜面的机械效率，可采取的方法是使斜面的表面变光滑或增大斜面的倾斜角度(答出一种方法即可)。 8．(原创题)高架桥路让郑州市区的交通变得便捷的同时也成为了一道亮丽的风景。小蒋乘小汽车返回市区，需要从平直的道路驶上某一高架桥。已知小汽车(含乘客)总质量为2.5×103 kg，以18 m/s的速度在高架桥路的引桥上匀速行驶，如图所示，此过程中小汽车的功率为36 kW，可以将引桥近似看成一个倾角较小的斜面，此斜面的长度为400 m，高度为12 m，g取10 N/kg，则 (1)如果小汽车每个轮胎与地面的接触面积为125 cm2，它静止在水平路面上对地面的压强为多大？ (2)大桥引桥的机械效率为多大？ (3)小汽车在引桥上行驶时所受路面的摩擦力(空气阻力忽略不计)为多大？ (3)农耕机器人牵引力做功的功率P＝ eq \f(W,t) ＝ eq \f(Fs,t) ＝Fv＝120 N×3 m/s＝360 W 解：(2)小明站在操场上时对地面的压力F＝G＝500 N， 受力面积S＝100 cm2×2＝200 cm2＝0.02 m2， 对地面的压强p＝ eq \f(F,S) ＝ eq \f(500 N,0.02 m2) ＝2.5×104 Pa (3)小明每跳绳一次所做的功W＝Gh＝500 N×4×10－2 m＝20 J (4)跳一次绳所用的时间t＝ eq \f(60,150) s＝0.4 s， 小明跳绳时的平均功率P＝ eq \f(W,t) ＝ eq \f(20 J,0.4 s) ＝50 W ) eq \a\vs4\al( 解：(1)这台机器空载且静止时， 对水平地面的压力F＝G＝mg＝3200 kg×10 N/kg＝3.2×104 N， 对水平地面的压强p＝ eq \f(F,S) ＝ eq \f(3.2×104 N,0.08 m2) ＝4×105 Pa (2)该机器做的有用功W有＝Gh＝1000 N×8 m＝8×103 J，由v＝ eq \f(s,t) 可得， 该机器工作的时间t＝ eq \f(s,v) ＝ eq \f(8 m,0.2 m/s) ＝40 s，由P＝ eq \f(W,t) 可得， 起升电机做的总功W总＝Pt＝4000 W×40 s＝1.6×105 J， 机器的机械效率η＝ eq \f(W有,W总) ×100%＝ eq \f(8×103 J,1.6×105 J) ×100%＝5% (3)由图乙可知绳子股数n＝3，由η＝ eq \f(W有,W总) 可得η＝ eq \f(W有,W总) ＝ eq \f(Gh,Fs) ＝ eq \f(Gh,Fnh) ＝ eq \f(G,Fn) ， 即80%＝ eq \f(3.6×104 N,3F) ，则电动机拉力F＝1.5×104 N (4)动滑轮的重力G动＝3F－G＝3×1.5×104 N－3.6×104 N＝0.9×104 N， 提升质量为4.1 t的货箱，此时滑轮组的机械效率 η′＝ eq \f(W有′,W总′) ＝ eq \f(W有′,W有′＋W额) ＝ eq \f(G′h,G′h＋G动h) ＝ eq \f(G′,G′＋G动) ＝ eq \f(m′g,m′g＋G动) ＝ eq \f(4.1×103 kg×10 N/kg,4.1×103 kg×10 N/kg＋0.9×104 N) ＝82% (2)由图可知n＝3，则绳子自由端移动的距离s绳＝3s车＝3×8 m＝24 m， 由η＝ eq \f(W有用,W总) 可得总功W总＝ eq \f(W有,η) ＝ eq \f(1.2×104 J,80%) ＝1.5×104 J； 由W总＝Fs绳可得，作用在绳子自由端的拉力F＝ eq \f(W总,s绳) ＝ eq \f(1.5×104 J,24 m) ＝625 N 解：(1)物体受到的摩擦力f＝0.1 mg＝0.1×200 kg×10 N/kg＝200 N， 由图知，滑轮组由3段绳子拉着动滑轮，不计绳重和绳与滑轮间的摩擦力， 由F＝ eq \f(1,3) (G动＋f)得动滑轮重力G动＝3F－f＝3×80 N－200 N＝40 N (2)不计绳重和绳与滑轮间的摩擦力， 滑轮组的机械效率η＝ eq \f(W有用,W总) ＝ eq \f(fs,F·ns) ＝ eq \f(f,nF) ＝ eq \f(200 N,3×80 N) ×100%≈83.3% (3)匀速拉动8 kg的物体时，该物体受到的摩擦力 f′＝0.1m′g＝0.1×8 kg×10 N/kg＝8 N，不计绳重和绳与滑轮间的摩擦力， 此时滑轮组的机械效率 η′＝ eq \f(W有用′,W总′) ＝ eq \f(W有用′,W有用′＋W额) ＝ eq \f(f′s,f′s＋G动s) ＝ eq \f(f′,f′＋G动) ＝ eq \f(8 N,8 N＋40 N) ×100%≈16.7%， 所以，匀速拉动8 kg的物体时，该滑轮组的机械效率会变小 解：(1)工人所做的有用功W有＝Gh＝mgh＝100 kg×10 N/kg×2 m＝2000 J (2)拉力做的总功W总＝Fs＝400 N×10 m＝4000 J (3)斜面的机械效率η＝ eq \f(W有用,W总) ×100%＝ eq \f(2000 J,4000 J) ×100%＝50% 解：(1)在水平面上压力等于重力，即F＝G＝mg＝2.5×103 kg×10 N/kg＝2.5×104 N， 汽车静止在水平路面上对地面的压强p＝ eq \f(F,S) ＝ eq \f(2.5×104 N,125×4×10－4 m2) ＝5×105 Pa (2)有用功W有用＝Gh＝2.5×104 N×12 m＝3×105 J，根据P＝ eq \f(W,t) ＝ eq \f(Fs,t) ＝Fv得， 汽车的牵引力F＝ eq \f(P,v) ＝ eq \f(36×103 W,18 m/s) ＝2000 N，总功W总＝FL＝2000 N×400 m＝ 8×105 J，引桥的机械效率η＝ eq \f(W有用,W总) ×100%＝ eq \f(3×105 J,8×105 J) ×100%＝37.5% (3)额外功W额＝W总－W有用＝8×105 J－3×105 J＝5×105 J， 摩擦力f＝ eq \f(W额,L) ＝ eq \f(5×105 J,400 m) ＝1250 N $$