人教版物理八年级下册同步专题训练8--机械效率的综合计算（word版有答案）

机械效率的综合计算
1　滑轮组机械效率的综合计算
1.(2021荆州)2022年冬季奥林匹克运动会主办城市是北京,北京成为第一个举办过夏季奥林匹克运动会和冬季奥林匹克运动会以及亚洲运动会三项国际赛事的城市。在某场馆建设中,采用如图所示的装置,滑轮组悬挂在水平支架上,工人站在水平地面上竖直向下拉动绳子自由端,使物体A在5 s内匀速上升了1 m。已知物体A重400 N,该工人重500 N,两个滑轮质量相等,不计滑轮组的绳重和摩擦,滑轮组的机械效率为80%。关于该过程,下列说法正确的是 (　　)
A.水平地面对工人的支持力为300 N
B.动滑轮重为50 N
C.人对绳子拉力的功率为120 W
D.支架受到滑轮组的拉力为850 N
2.(2021龙东)(多选)如图所示,重为800 N的物体在100 N水平拉力F的作用下,以0.2 m/s的速度沿水平地面向左匀速直线运动了10 s,滑轮组的机械效率为60%。在此过程中,下列说法正确的是 (　　)
A.拉力F做的功为400 J
B.物体与地面间的摩擦力为180 N
C.额外功为240 J
D.拉力做功的功率为40 W
3.(2021北京)(多选)如图所示,用滑轮组提升重为900 N的物体A,滑轮组绳子自由端在拉力F作用下竖直匀速移动了12 m,同时物体A被竖直匀速提升了4 m,用时40 s,滑轮组的额外功是400 J,下列说法中正确的是 (　　)　
A.动滑轮所受的重力为100 N
B.物体A上升的速度是0.3 m/s
C.拉力F的功率是100 W
D.滑轮组的机械效率是90%
4.(2020成都B卷)(多选)如图甲所示,A是重15 N的空吊篮,绳子B和C能承受的最大拉力分别为100 N和50 N。质量为50 kg的小张同学将A提升到高处,施加的拉力F随时间的变化关系如图乙所示,A上升的速度v随时间的变化关系如图丙所示。忽略绳重及摩擦,g取10 N/kg。下列结论正确的是 (　　)
　
A.动滑轮的重力为9 N
B.第2 s内拉力F的功率为40 W
C.此装置最多能匀速运载80 N的货物
D.此装置提升重物的最大机械效率为85%
5.(2021张家界)党的十九大报告提出,要建设生态宜居、生活富裕的新农村。某兴趣小组在社会实践中来到某乡村建筑工地,建筑工地上的工人们用如图甲所示的滑轮组来提升重物,不计绳重和摩擦。
(1)一个工人质量为60 kg,竖直向上匀速拉动700 N的重物时,绳端拉力为400 N,将重物提升2 m用时20 s,滑轮组的机械效率为多大
(2)在这20 s的时间内拉力的功率为多大
(3)该工人能够提升物体的最大质量约为多少千克 (g取10 N/kg)
(4)请你设计另一种最省力的绕线方式,并将绕线方式画于图乙中。
(5)利用最省力的方式,提升800 N的重物,求绳上拉力的大小。
(6)利用最省力的方式,竖直向上以0.15 m/s的速度匀速拉动绳子,求t=20 s时物体上升的高度。
6.(2020荆州)质量为1.8 t的小汽车陷入泥泞中,在大家都一筹莫展的时候,聪明的小红很快想到了办法,利用所学滑轮组知识,带领大家将小汽车顺利拉出。如图所示,若小汽车所受阻力为车重的0.2,滑轮组的机械效率为80%。求:(g取10 N/kg)
(1)小汽车所受的阻力f。
(2)绳子自由端的拉力F1。
(3)树承受的拉力F2。
(4)小汽车以0.1 m/s的速度匀速运动时,拉力F1的功率。
7.(2020荆州)在如图甲所示的滑轮组中,每个滑轮等重,不计绳重和摩擦。每次均缓慢竖直拉直每根绳子将物体G1匀速提升到同样的高度。如果物体重G1从200 N开始逐渐增加,直到绳子被拉断。图乙记录了在此过程中滑轮组的机械效率随物体重力的增加而变化的图象。求:
(1)每个滑轮的重力是多少。
(2)绳子能承受的最大拉力是多少。
(3)当物体重800 N时,滑轮组的机械效率是多少。
8.(2021达州)如图甲、乙所示,物体M先后浸没在水和浓盐水中(ρ盐水>ρ水),用同一滑轮组从两种液体中将物体M匀速提出水面,拉力F和F'随时间t变化的图象如图丙所示。不计绳重、摩擦及水的阻力,物体M不吸水、不沾水,g取10 N/kg。
(1)图丙中　　　　(选填“A”或“B”)曲线表示拉力F随时间t变化的图象。
(2)求物体M浸没在水中受到的浮力。
(3)如果物体M浸没在水中滑轮组的机械效率为η1,完全拉出水面滑轮组的机械效率为η0,浸没在浓盐水中滑轮组的机械效率为η2,已知η0∶η1=25∶24,η0∶η2=20∶19,求物体M浸没在盐水中的浮力。
2　组合机械的机械效率计算
9.如图所示,斜面长s=10 m,高h=4 m。用沿斜面方向的拉力F,将一个重为150 N的物体由斜面底端A匀速拉到顶端B。运动过程中物体克服摩擦力做了200 J的功。问:(1)运动过程中克服物体的重力做功多少焦
(2)此时斜面的机械效率η多大
(3)拉力F是多大
(4)物体与斜面的摩擦力是多大
10.建筑工人要向楼上运送货物,为了省力,他在一个斜面上安装了一个滑轮组,做成如图所示的机械装置,斜面的倾角为30°且固定在水平地面上。工人用400 N的力拉绳子,重为500 N的货物沿斜面匀速向上运动6 m所用时间为20 s,求此过程中:
(1)货物沿斜面匀速运动的速度大小。
(2)工人提升货物做的有用功。
(3)该装置的机械效率。
11.如图所示,杠杆在水平位置平衡,物体M1重为500 N,OA∶OB=2∶3,每个滑轮重为20 N,滑轮组的机械效率为80%,在拉力F的作用下,物体M2以0.5 m/s的速度匀速上升了5 m。求:(杠杆重、绳重及摩擦均不计)
(1)物体M2的重力。
(2)拉力F的功率。
(3)物体M1对水平地面的压力。
机械效率的综合计算
1.D　 由图可知,滑轮组承重绳子的段数n=2,则滑轮组的机械效率:
η======80%,解得:F=250 N。
由于人受到竖直向上的支持力、竖直向下的重力以及竖直向上的拉力,则地面对工人的支持力:F支持=G-F=500 N-250 N=250 N,故A错误。
不计绳重和摩擦,由F=(G+G动)可得,动滑轮的重力:G动=2F-G=2×250 N-400 N=100 N,故B错误。
绳子自由端移动的距离:s=2h=2×1 m=2 m,拉力做的功:W总=Fs=250 N×2 m=500 J,拉力的功率:P===100 W,故C错误。
由两个滑轮质量相等可知,定滑轮的重力G定=G动=100 N,则支架受到滑轮组的拉力:F拉= 3F+G定=3×250 N+100 N=850 N,故D正确。
2.BC　 由图可知,n=3;拉力F做的功:W总=Fs绳=Fnvt=100 N×3×0.2 m/s×10 s=600 J,A错误;η====60%,代入数值得物体与地面间的摩擦力,f=60%×3×100 N=180 N,B正确;有用功W有=fs=fvt=180 N×0.2 m/s×10 s=360 J,额外功W额外=W总-W有=600 J-360 J=240 J,C正确;拉力做功的功率:P===60 W,D错误。
3.CD　 由图可知,n=3,若不计绳重及摩擦,则G动===100 N,由于不可避免地要克服绳重和摩擦做额外功,故动滑轮的重力小于100 N,A错误;物体A上升的速度:v== = 0.1 m/s,B错误;有用功:W有=Gh=900 N×4 m=3600 J,拉力F做的总功:W总=W有+W额外=3600 J +400 J=4000 J,拉力F的功率:P===100 W,C正确;机械效率:η===0.9=90%,D正确。
4.BC　 由图丙知1~2 s内物体做匀速直线运动,忽略绳重和摩擦,G动=nF-G物=2×10 N-15 N=5 N,A错误;第2 s内拉力为10 N,物体的速度为2 m/s,绳子自由端的速度为4 m/s,则拉力的功率为P=Fv=10 N×4 m/s=40 W,B正确;当B绳上的拉力为100 N时,C绳上的拉力: FC===52.5 N>50 N,超过C绳的最大拉力,C绳会断。反之,当C绳上的拉力为50 N时,B绳上的拉力:FB=nFC-G动=2×50 N-5 N=95 N,吊篮中能装载的最大物重:G物=95 N- 15 N=80 N,C正确;当提升物体最重时,机械效率最大,最大机械效率:η=====0.8=80%,D错误。
5.(1)提升重物所做的有用功:W有=Gh=700 N×2 m=1400 J,
图甲中有2段绳子承担物重,则绳子自由端移动的距离为s=2h=2×2 m=4 m;
拉力所做的总功:W总=Fs=400 N×4 m=1600 J,
滑轮组的机械效率:η===0.875=87.5%。
(2)在这20 s的时间内拉力的功率:P===80 W。
(3)由F=(G+G动)可得,G动=2F-G=2×400 N-700 N=100 N,
因力的作用是相互的,所以为了防止工人被绳子拉上去,则人施加的最大拉力等于人的重力,即F最大=G人=m人g=60 kg×10 N/kg=600 N,
由F=(G+G动)可得,G'=2F最大-G动=2×600 N-100 N=1100 N,
该工人能够提升物体的最大质量:m'===110 kg。
(4)如图所示
(5)利用最省力的方式,提升800 N的重物,绳上拉力F'=(G″+G动)=×(800 N+100 N)=300 N。
(6)由v=可得,20 s时绳端移动的距离:
s'=v't=0.15 m/s×20 s=3 m,
则物体上升的高度:h'=s'=×3 m=1 m。
6.(1)小汽车所受阻力为车重的0.2,所以小汽车所受阻力为
f=0.2G=0.2mg=0.2×1.8×103 kg×10 N/kg=3.6×103 N。
(2)由η====可知,
绳子自由端的拉力:F1===1500 N。
(3)树承受的拉力等于定滑轮上2股绳的拉力的合力,所以树承受的拉力为
F2=2F1=2×1500 N=3000 N。
(4)小汽车以0.1 m/s的速度匀速移动时,绳子自由端的运动速度为0.3 m/s,拉力F的功率为P===F1v绳=1500 N×0.3 m/s=450 W。
7.(1)由图可知:当物体重200 N时,滑轮组的机械效率为50 %,
由公式η===变形得:
G动=-G1=-200 N=200 N,
由图可知动滑轮为两个,所以每个滑轮重100 N。
(2)当绳子要被拉断时拉力最大,由图可知物体在1800 N时绳子断了,
则F===500 N。
(3)当物体重800 N时,滑轮组的机械效率:η'====0.8=80%。
8.(1)A
(2)分析图甲、乙可知,提升动滑轮的绳子段数n=2,分析图丙可知,t1之前F不变化,为露出水面前的浸没状态,F1=(GM-F水浮+G动)=150 N①;t2之后F变大,为提离水面后的状态,则有F2=(GM+G动)=180 N②,联立解①②可得F水浮=60 N。
(3)不计绳重、摩擦及水的阻力,由η===可知,物体M浸没在水中滑轮组的机械效率为η1,则:η1===;在空气中时:η0===,已知η0∶η1=25∶24,联立解得GM=300 N,进一步解得η0=;浸没在浓盐水中滑轮组的机械效率为η2,η0∶η2=20∶19,可得η2=;不计绳重、摩擦及水的阻力,物体M浸没在盐水中时滑轮组的机械效率为η2===,解得F盐水浮=72 N。
9.(1)运动过程中克服物体的重力做的功:
W有=Gh=150 N×4 m=600 J。
(2)拉力F做的总功:
W总=W有+W额外=600 J+200 J=800 J,
斜面的机械效率:η===0.75=75%。
(3)由W=Fs可得,拉力:F===80 N。
(4)物体与斜面的摩擦力:
f===20 N。
10.(1)货物运动的速度:v===0.3 m/s。
(2)货物在斜面上移动6 m,上升的高度:
h=s=×6 m=3 m,
工人所做的有用功:W有=Gh=500 N×3 m=1500 J。
(3)由图可知,绳子自由端移动的距离:
s'=2s=2×6 m=12 m,
工人所做的总功:W总=Fs'=400 N×12 m=4800 J,
该装置的机械效率:η===0.3125=31.25%。
11.(1)因杠杆与绳的自重、摩擦均不计,故克服动滑轮重力做的功为额外功,
则滑轮组的机械效率:η===,
即=80%,
解得物体M2的重力:G=80 N。
(2)由图知,n=2,绳重、摩擦均不计,
作用在绳子自由端的拉力:F===50 N,
物体M2以0.5 m/s的速度匀速上升了h,绳子自由端移动的距离:s=2h,
绳子自由端的速度:v绳=2v=2×0.5 m/s=1 m/s,
拉力F的功率:P===Fv绳=50 N×1 m/s=50 W。
(3)由力的平衡条件可得:B端对定滑轮向上的拉力:
FB'=3F+G定=3×50 N+20 N=170 N,
根据物体间力的作用是相互的,定滑轮对杠杆B端的拉力:FB=FB'=170 N,
根据杠杆平衡条件可得:FA×OA=FB×OB,
故绳子对杠杆A端的拉力:FA=×FB=×170 N=255 N,
根据物体间力的作用是相互的,绳子对M1向上的拉力:FA'=FA=255 N。
由力的平衡条件可得:地面对M1的支持力:F支=G1-FA'=500 N-255 N=245 N,
根据物体间力的作用是相互的,物体M1对水平地面的压力:F压=F支=245 N。