11.5 机械效率 专项训练-2025-2026学年苏科版物理九年级上学期

《机械效率》计算分类（滑轮与滑轮组） 1．用一定滑轮匀速提升质量为20kg的物体，所用拉力为220N，物体升高的高度为2m。求此过程中的有用功、总功和定滑轮的机械效率（g取10N/kg）。 2．小明健身用的拉力器结构如图所示。他用250N的拉力向下拉动拉杆，使20kg的配重块在2s内匀速升高40cm．不计拉杆和绳的重力，g取10N/kg．求： （1）所拉配重块的重力； （2）2s内配重块运动的速度； （3）此过程中拉力器的机械效率。 3.小明用如图所示的动滑轮匀速提升质量为30kg的重物，将重物提升0.3m，所用的时间为4s，所用拉力为200 N。（g取10N/kg）求： （1）克服重力所做的功； （2）拉力的功率P； （3）若不计绳重和摩擦，试通过计算求出该动滑轮的重力为多少N？ 4．如图所示，小芳在研究动滑轮时，她用手沿竖直方向匀速向上拉动绳自由端使钩码上升，测得的实验数据如表所示（不计绳重和摩擦）。 钩码重G/N 手的拉力F/N 钩码上升高度h/cm 10 6 15 求：（1）手的拉力所做的有用功； （2）手的拉力所做的总功； （3）动滑轮的机械效率。 5.将重为16N的物体用图示装置匀速提升2m，拉力F=10N。不计轮轴间摩擦及绳重。求： ( F G )（1）动滑轮所受重力的大小； （2）该过程中的有用功W有； （3）该装置的机械效率η。 6.如图所示，是一种塔式起重机上的滑轮组，已知在匀速起吊600Kg的物体时，滑轮组的机械效率是80%，g取10N/Kg （1）使物体上升5m,所做的有用功是多少？ （2）使物体上升5m,所做的总功是多少？ （3）绳端的拉力F是多大？ 7.如图所示，工人师傅用一个定滑轮和动滑轮组成滑轮组，把重为500N的箱子匀速提升5m，动滑轮的质量为8kg，不计绳重和摩擦，取g＝10N/kg。 （1）在图中用笔画线代替细绳组装滑轮组。 （2）在向上提升箱子的过程中，人对绳子的拉力为多大？ （3）在向上提升箱子的过程中，滑轮组的机械效率为多少？ 8．用如图8所示的滑轮组提起重为900N的物体，使物体在1min内匀速上升了4m，所用的拉力F为400N，不计绳重以及绳和滑轮之间摩擦． 求：（1）克服物体的重力所做的功；（2）拉力F做的功； （3）拉力F做功的功率；（4）该滑轮组的机械效率. ( 图 8 F ) 1．用定滑轮匀速提升质量为20kg的物体，所用的拉力为220N，物体提升的高度为2m．求此过程中的有用功、总功和定滑轮的机械效率（g取10N/kg）。 【分析】（1）先根据G＝mg求出质量，然后根据W有＝Gh求出有用功； （2）定滑轮既不省距离也不费距离，利用W总＝Fs求出总功； （3）利用η＝求出机械效率。 【解答】解：（1）有用功： W有用＝Gh＝mgh＝20kg×10N/kg×2m＝400J； （2）定滑轮既不省距离也不费距离，则拉力端移动的距离s＝h＝2m， 拉力做的总功： W总＝Fs＝220N×2m＝440J； （3）定滑轮的机械效率： η＝＝×100%≈90.9%。 答：此过程中的有用功是400J；总功是440J；定滑轮的机械效率是90.9%。 2．小明健身用的拉力器结构如图所示。他用250N的拉力向下拉动拉杆，使20kg的配重块在2s内匀速升高40cm。不计拉杆和绳的重力，g取10N/kg。求： （1）所拉配重块的重力； （2）2s内配重块运动的速度； （3）此过程中拉力器的机械效率。 【分析】（1）知道配重的质量，利用重力公式求所拉配重块的重力； （2）知道配重在2s内匀速升高40cm，利用速度公式求配重块运动的速度； （3）使用的是定滑轮，拉力移动的距离s＝h，求出有用功和总功，再利用效率公式求拉力器的机械效率。 【解答】解：（1）所拉配重块的重力： G＝mg＝20kg×10N/kg＝200N； （2）配重块运动的速度： v＝＝＝0.2m/s； （3）拉力做的总功： W总＝Fs＝250N×0.4m＝100J， 拉力做的有用功： W有＝Gh＝200N×0.4m＝80J， 拉力器的机械效率： η＝×100%＝×100%＝80%。 答：（1）所拉配重块的重力为200N； （2）2s内配重块运动的速度为0.2m/s； （3）此过程中拉力器的机械效率为80%。 3.小明用如图所示的动滑轮匀速提升质量为30kg的重物，将重物提升0.3m，所用的时间为4s，所用拉力为200 N。（g取10N/kg）求： （1）克服重力所做的功； （2）拉力的功率P； （3）若不计绳重和摩擦，试通过计算求出该动滑轮的重力为多少N？ 【分析】（1）克服物体的重力所做的功是有用功，利用W＝Gh计算； （2）拉力做的是总功，利用P＝W总/t计算； （3）若不计绳重和摩擦，克服动滑轮的重力所做的功是额外功，利用G动＝W额外/h计算。 【解答】解：（1）克服物体的重力所做的功是有用功： W有＝Gh＝300N×0.3m＝90J； （2）拉力移动的距离s＝2h＝2×0.3m＝0.6m， 手的拉力所做的总功：W总＝Fs＝200N×0.6m＝120J； 拉力的功率P=W总/t=120J/4s=30w （3） 若不计绳重和摩擦，克服动滑轮的重力所做的功是额外功,W额外=W总-W有=120J-90J=30J;G动＝W额外/h=30J/0.3m=100N 答：（1）克服重力所做的功为90J； （2）拉力的功率P为30w； （3）该动滑轮的重力为100N。 4．将重为16N的物体用图示装置匀速提升2m，拉力F＝10N，不计轮轴间摩擦及绳重，求： （1）动滑轮所受重力的大小； （2）该过程中的有用功W有； （3）该装置的机械效率η。 【分析】图中使用的是动滑轮，承担物重的绳子股数n＝2，则s＝2h。 （1）不计摩擦和绳重，利用动滑轮拉力大小F＝（G物+G轮）求动滑轮重； （2）根据公式W有用＝Gh求出有用功； （3）利用η＝求动滑轮的机械效率。 【解答】解：已知：n＝2，G＝16N，F＝10N， （1）不考虑绳重和摩擦， ∵F＝（G+G轮），即：10N＝（16N+G轮）， ∴动滑轮重：G轮＝4N； （2）有用功为：W有用＝Gh＝16N×2m＝32J； （3）该装置的机械效率： η＝×100%＝×100%＝×100%＝×100%＝×100%＝80%。 答：（1）动滑轮所受重力为4N； （2）该过程中的有用功为32J； （3）该装置的机械效率80%。 4．如图所示，小芳在研究动滑轮时，她用手沿竖直方向匀速向上拉动绳自由端使钩码上升，测得的实验数据如表所示（不计绳重和摩擦）。 钩码重G/N 手的拉力F/N 钩码上升高度h/cm 10 6 15 求：（1）手的拉力所做的有用功； （2）手的拉力所做的总功； （3）动滑轮的机械效率。 【分析】（1）克服物体的重力所做的功是有用功，利用W＝Gh计算； （2）拉力F与拉力移动距离的乘积为总功，利用W＝Fs计算； （3）由η＝可求得动滑轮的机械效率。 【解答】解：（1）手的拉力做的有用功： W有＝Gh＝10N×0.15m＝1.5J； （2）拉力移动的距离s＝2h＝2×0.15m＝0.3m， 手的拉力所做的总功：W总＝Fs＝6N×0.3m＝1.8J； （3）动滑轮的机械效率： η＝×100%＝×100%≈83.3%。 答：（1）手的拉力所做的有用功为1.5J； （2）手的拉力所做的总功为1.8J； （3）动滑轮的机械效率为83.3%。 5．将重为16N的物体用图示装置匀速提升2m，拉力F＝10N，不计轮轴间摩擦及绳重，求： （1）动滑轮所受重力的大小； （2）该过程中的有用功W有； （3）该装置的机械效率η。 【分析】图中使用的是动滑轮，承担物重的绳子股数n＝2，则s＝2h。 （1）不计摩擦和绳重，利用动滑轮拉力大小F＝（G物+G轮）求动滑轮重； （2）根据公式W有用＝Gh求出有用功； （3）利用η＝求动滑轮的机械效率。 【解答】解：已知：n＝2，G＝16N，F＝10N， （1）不考虑绳重和摩擦， ∵F＝（G+G轮），即：10N＝（16N+G轮）， ∴动滑轮重：G轮＝4N； （2）有用功为：W有用＝Gh＝16N×2m＝32J； （3）该装置的机械效率： η＝×100%＝×100%＝×100%＝×100%＝×100%＝80%。 答：（1）动滑轮所受重力为4N； （2）该过程中的有用功为32J； （3）该装置的机械效率80%。 6.如图所示是一种塔式起重机上的滑轮组。已知在匀速起吊600kg的物体时，滑轮组的机械效率是80%，g取10N/kg。 （1）使物体上升5m，所做的有用功是多少？ （2）使物体上升5m，所做的总功是多少？ （3）绳端的拉力F是多大？ 【分析】（1）先根据G＝mg计算物体的重力，根据W＝Gh求出有用功； （2）根据η＝求出总功； （3）利用W总＝Fs的变形公式求出拉力。 【解答】解：（1）物体的重力G＝mg＝600kg×10N/kg＝6000N， 有用功W有＝Gh＝6000N×5m＝3×104J； （2）滑轮组的机械效率η＝得： W总＝＝＝3.75×104J； （3）绳端的拉力F＝＝＝2500N。 答：（1）使物体上升5m，所做的有用功是3×104J； （2）使物体上升5m，所做的总功是3.75×104J； （3）绳端的拉力F是2500N。 7．如图所示，工人师傅用一个定滑轮和动滑轮组成滑轮组，把重为500N的箱子匀速提升5m，动滑轮的质量为8kg，不计绳重和摩擦，取g＝10N/kg。 （1）在图中用笔画线代替细绳组装滑轮组。 （2）在向上提升箱子的过程中，人对绳子的拉力为多大？ （3）在向上提升箱子的过程中，滑轮组的机械效率为多少？ 【分析】（1）滑轮组绳子的绕法有两种： 一是绳子先系在定滑轮的固定挂钩上，然后再绕过下面的动滑轮再向上绕到定滑轮上，依次反复绕，这种绕法有偶数段绳子承担物重； 二是绳子先系在动滑轮的固定挂钩上，然后再绕过上面的定滑轮再向下，依次反复绕，这种绕法有奇数段绳子承担物重。 （2）在不计绳重及摩擦的情况下，动滑轮由几股绳子承担，拉力就是滑轮组提升物重与动滑轮总重的几分之一。绳子移动的距离就是重物升高高度的几倍。 （3）在不计绳重及摩擦的情况下，机械效率可利用公式η＝计算。 【解答】解：（1）对由一个动滑轮和一个定滑轮组成的滑轮组，可绕线的方法有两股和三股两种，两种方法都达到了省力的目的，但拉力的方向不同，有三股绕线的方法拉力方向向上；有两股绕线的方法拉力方向向下，根据题意工人站在地面上可知拉力方向向下，是有两股绕线的这种方法。滑轮组绕线如图所示： （2）由图可知：在不计绳重及摩擦的情况下，动滑轮和重物由两股绳子承担，拉力就是滑轮组提升物体和动滑轮总重的二分之一。则： 人对绳子的拉力F＝（G箱+G动）＝（500N+8kg×10N/kg）＝290N （3）在不计绳重及摩擦的情况下，提升过程的有用功W有＝Gh。 总功W总＝Fs＝F•nh。 机械效率η＝×100%＝×100%＝×100%＝86.2%。 （或η＝×100%＝×100%＝86.2%） 答：（1）如图。 （2）在向上提升箱子的过程中，人对绳子的拉力为290N。 （3）滑轮组的机械效率为86.2%。 8.用如图所示的滑轮组提起重为900N的物体，使物体在1min内上升了4m，所用的拉力F为400N，不计绳重以及绳和轮之间摩擦。求： （1）克服物体的重力所做的功； （2）拉力F做的功； （3）拉力F做功的功率； （4）该滑轮组的机械效率。 【分析】从滑轮组的结构图上看出，直接从动滑轮上引出的绳子股数n＝3，s＝3h。 （1）知道物重G和升高的高度h，根据公式W有＝Gh求出有用功； （2）知道拉力大小和拉力端移动的距离求出总功W总＝Fs； （3）知道拉力做的总功和时间，根据公式P＝求出拉力做功的功率； （4）据机械效率的公式η＝求滑轮组的机械效率。 【解答】解：（1）克服物体的重力所做的功： W有＝Gh＝900N×4m＝3600J； （2）由图知n＝3，则拉力端移动的距离： s＝3h＝3×4m＝12m， 拉力F做的功： W总＝Fs＝400N×12m＝4800J； （3）拉力F做功的功率： P＝＝＝80W； （4）该滑轮组的机械效率： η＝×100%＝×100%＝75%。 答：（1）克服物体的重力所做的功为3600J； （2）拉力F做的功为4800J； （3）拉力F做功的功率为80W； （4）该滑轮组的机械效率为75%。 学科网（北京）股份有限公司 $