苏科版九年级上册《11.5机械效率》2023年同步练习卷（含解析）

苏科版九年级上册《11.4 机械效率》2023年同步练习卷
一、选择题
1．小明用如图所示的装置探究杠杆的机械效率，他将两个钩码悬挂在B点，在A点用弹簧测力计保持竖直方向拉动杠杆，使其绕O点缓慢转动，带动钩码上升一定的高度h（不计摩擦）（　　）
A．在杠杆转动过程中，弹簧测力计的示数会变小
B．仅将拉力的作用点从A点移到C点，杠杆的机械效率不变
C．仅增加钩码的个数，拉力所做的额外功增大
D．仅将钩码的悬挂点从B点移到C点，拉力做的总功变大
2．如图所示，工人利用滑轮组先后竖直向上匀速提升物体A和物体B。当提升物体A时，滑轮组的机械效率为75%，工人对地面的压力为F1；当提升物体B时，工人对地面的压力为F2。已知工人的质量为65kg，物体A的质量为90kg，物体B的质量为50kg。不计绳重和摩擦。则下列选项正确的是（　　）
A．压力F1为60N
B．F1与F2之比为1：5
C．动滑轮质量为200kg
D．提升B时，滑轮组的机械效率为70%
3．晓敏在观看杂技表演，有一项跳板节目引起了她的注意，如图所示，两名质量为60kg的男演员同时从5m高处自由下落到跳板的一端，站立于跳板另一端的一名质量为40kg的女演员被向上弹起6m高。晓敏利用所学的知识粗略地计算出跳板的机械效率为（　　）
A．90% B．80% C．60% D．40%
4．建筑工人小明要把建筑材料运送到楼上，他使用了如图所示的装置进行提升，第一次小明将质量为m的建筑材料放在吊篮中，在拉力为F的作用下匀速送到楼上；为了加快工程进度，第二次小明在吊篮中增加了Δm的建筑材料在绳端施加一定拉力使其匀速送到楼上；那么小明第二次提升建筑材料时滑轮组的机械效率为（不计吊篮质量、绳重及摩擦）（　　）
A．η＝×100%
B．η＝×100%
C．η＝×100%
D．η＝×100%
5．小李同学利用如图所示的滑轮组匀速提升重物，第一次提升的重物A的重力为GA，加在绳子自由端的拉力为F1，重物上升的速度为v1，运动时间为t1，第二次提升的重物B的重力为GB，加在绳子自由端的拉力为F2，重物上升的速度为v2，运动时间为t2，已知F1：GA＝5：8，GB：GA＝3：2，v1：v2＝2：1，t1：t2＝2：3，动滑轮的重力不能忽略，不计绳重与摩擦的影响，下列对两个过程的分析中，错误的是（　　）
A．拉力之比为F1：F2＝5：7
B．拉力的功率之比为P1：P2＝10：7
C．机械效率之比为η1：η2＝7：8
D．额外功之比为W1：W2＝4：3
二、多选题
（多选）6．一位建筑工人要把建筑材料运送到楼上，他使用了如图所示的装置进行升降，已知吊篮的质量为m1，建筑材料的质量为m2，人对绳子的拉力为F，吊篮在拉力的作用下匀速上升了h，不计绳重和轮与轴的摩擦。下列表述正确的是（　　）
A．有用功为m2gh，滑轮组的机械效率为
B．有用功为m2gh，动滑轮重为2F﹣（m1+m2）g
C．有用功为（m1+m2）g，滑轮组的机械效率为
D．额外功为（2F﹣m2g）h，绳子移动的距离为2h
三、填空题
7．在建筑工地上，小明同学利用如图所示的装置，用35N的拉力使重为400N的物体A沿着水平地面匀速运动。A在运动时受到地面的摩擦力为其所受重力的0.2倍，不计绳重及滑轮组的摩擦，则动滑轮所受重力 　 　N；若增加物体A的重力，仍使物体A匀速运动，则该装置的机械效率将 　 　（选填“增大”、“减小”或“不变”）。
8．如图所示，质量分布均匀的长方体薄砖，ab＜bc平放在水平地面上，甲图用竖直向上的力F1作用于ab的中点，乙图用竖直向上的力F2作用于bc的中点，都使它们在竖直方向上慢慢向上移动，砖的着地端没有离开地面，两次都使重心升高了h，此时两块薄砖都变成了斜面，则：
（1）在上述过程中，F1　 　F2；
（2）F1所做的功 　 　F2所做的功：第一次克服重力所做的功 　 　第二次重力所做的功；
（3）若将同一小车分别沿甲、乙两个薄砖斜面的底端匀速拉到顶端，两次机械效率η1　 　η2（以上都选填“＜”、“＞”或“＝”）。
9．工人用滑轮组匀速提升重为240N的物体，如图所示，所用的拉力为150N，在4s内物体被提高2m．在此过程中，工人做功的功率为 　 　W，滑轮组的机械效率为 　 　。
10．体重为700N的小明站在地面上用图所示的滑轮组提起物体A，当物体A匀速竖直上升时，小明对地面的压强为p1，滑轮组的机械效率为η1；在物体A的下方再加挂一个质量为60kg的物体B后（图中未画出），小明继续通过绳子使物体A和B一起匀速竖直上升，此时他对地面的压强为p2，滑轮组的机械效率为η2．若滑轮组的摩擦及绳重均可忽略不计，且p1：p2＝3：1，η1：η2＝9：10，则滑轮组的机械效率η1＝　 　%．（取g＝10N/kg）
四、实验探究题
11．小明用如图所示的装置探究杠杆的机械效率，每个钩码的质量为m，O为支点。
（1）他将2只钩码悬挂在B点，在A点竖直向上 　 　拉动弹簧测力计，拉力为F1，测得A、B两点上升的高度分别为h1、h2，则此次杠杆的机械效率为η＝　 　（用已知或测量物理量的符号表示）。
（2）他将2只钩码悬挂在C点，在A点竖直向上匀速拉动弹簧测力计，使C点上升高度为h2，则弹簧测力计的示数将 　 　（大于/等于/小于）F1，此次弹簧测力计做的功将 　 　（大于/等于/小于）第一次做的功，杠杆的机械效率将 　 　（选填“变大”、“变小”或“不变”）。
（3）他将3只钩码悬挂在C点，在A点竖直向上匀速拉动弹簧测力计，使C点上升高度仍为h2，则第3次杠杆的机械效率与前两次相比 　 　（最大/最小/三次相等）。
五、解答题
12．如图所示，物重G为2000N，斜面长5m，高3m，斜面和滑轮组装置的总机械效率为80%，若将重物沿斜面以0.2m/s的速度拉上来，求：
（1）所需拉力F是多少？
（2）机械的总功率是多少？
13．图25是液压汽车起重机从水中打捞重物的示意图。A是动滑轮，B是定滑轮，C是卷扬机，D是油缸，E是柱塞。作用在动滑轮上共三股钢丝绳，卷扬机转动使钢丝绳带动动滑轮上升提取重物，被打捞的重物体积V＝0.5m3．若在本次打捞前起重机对地面的压强p0＝2.0×107Pa，当物体在水中匀速上升时起重机对地面的压强p1＝2.375×107Pa，物体完全出水后起重机对地面的压强p2＝2.5×107Pa．假设起重时柱塞沿竖直方向，物体出水前、后柱塞对吊臂的支撑力分别为N1和N2，N1与N2之比为19：24．重物出水后上升的速度v＝0.45m/s．吊臂、定滑轮、钢丝绳的重以及轮与绳的摩擦不计。（g取10N/kg）求：
（1）被打捞物体的重力；
（2）被打捞的物体浸没在水中上升时，滑轮组AB的机械效率。
14．2015年10月5日考古学家在黄海海域发现甲午海战沉船“致远舰”的消息轰动了整个考古界，随着水下考古工作的进行，一些重要文物近日陆续出水重见天日，关于这艘在海水中沉睡了120余年的战舰是如何被打捞起的谜题也逐步解开。现某课外活动小组，照此设计了如图所示的简单机械，模拟打捞沉船，实验中用实心立方体A代替沉船，已知A的体积为0.1m3，质量为280kg（设整个过程A均为匀速直线运动状态，忽略钢缆绳重及滑轮摩擦，不考虑风浪，水流等因素的影响）
（1）A完全浸没在水中时受到的浮力是多大？（ρ水＝1.0×103kg/m3）
（2）若A完全浸没在水中时，滑轮组的机械效率为60%，那么A完全打捞出水面后，岸上钢绳的拉力F为多大？
（3）若A完全打捞出水面后，以0.1m/s的速度被匀速提升，求岸上钢绳拉力F的功率。
15．如图所示，一根长10m粗细不均匀的金属路灯杆，放在水平地面上。工人竖直向下用力F1拉甲滑轮组的绳端，使路灯杆的A端恰好离开地面时，人对地面的压力为N1，匀速略微向上提起路灯杆的过程中，滑轮组的机械效率保持不变为η1；当该工人竖直向下用力F2拉乙滑轮组的绳端，使路灯杆的B端恰好离开地面时，人对地面的压力为N2，匀速略微向上提起路灯杆的过程中，滑轮组的机械效率保持不变为η2；N1：N2＝4：5，F1：F2＝9：5，η1：η2＝10：9．每个动滑轮重均为50N，滑轮组的绳重、绳的伸长和轮轴间摩擦可以忽略，g＝10N/kg。
求：（1）工人重G人。
（2）路灯杆重G杆。
（3）起重机将路灯杆保持水平状态吊起时，钢缆应系在何处？
六、计算题
16．在些建筑工地、港口常见到各种大型起重机，如图所示是一种起重机的简图，如图所示是起重机的结构示意图。用它把质量为4×103kg、底面积为1m2的货箱G匀速提起。问：
（1）当货物静止于水平地面时，它对地面的压强是多少？
（2）吊起货物时，为使起重机不翻倒，其右边至少要配一个质量为多大的物体？（已知OA＝10m，OB＝5m，设起重机所受重力的作用线恰好通过O点）
（3）起重机功率为30kW，若起重机的机械效率为80%，则货箱G沿竖直方向匀速提高15m，需要多少时间？
苏科版九年级上册《11.4 机械效率》2023年同步练习卷
参考答案与试题解析
一、选择题
1．【解答】解：A、若弹簧测力计拉力方向一直竖直向上拉动，阻力不变，动力臂减小，阻力臂变小，如下图所示：
△OBB′∽△OAA′，所以＝，所以动力臂与阻力臂的比值不变，
因为阻力不变，根据杠杆的平衡条件知，弹簧测力计的示数应该不变，故A错误；
B、仅将拉力的作用点从A点移到C点，由于将相同的钩码提升相同的高度，有用功不变，额外功也不变，杠杆的机械效率不变，故B正确；
C、克服杠杆重力做的功为额外功，仅增加钩码的个数，杠杆重力和杠杆上升的高度不变，拉力所做的额外功不变，故C错误；
D、钩码的悬挂点在B点时，由杠杆的平衡条件得F1 OA＝G OB；悬挂点移至C点时，由杠杆的平衡条件得F2 OA＝G OC；从图中可以看出，由OB到OC力臂变大，所以弹簧测力计的示数变大，有用功不变，但杠杆提升的高度减小，额外功减小，又因为总功等于额外功与有用功之和，因此此次弹簧测力计做的功将小于第一次做的功，即仅将钩码的悬挂点从B点移到C点，拉力做的总功变小，故D错误。
故选：B。
2．【解答】解：人的重力G人＝m人g＝65kg×10N/kg＝650N，
物体A的重力GA＝mAg＝90kg×10N/kg＝900N，
物体B的重力GB＝mBg＝50kg×10N/kg＝500N；
由图知，n＝2，拉力端移动距离s＝2h。
（1）当提升物体A时，滑轮组的机械效率η＝＝＝＝，
此时工人施加的拉力：
F拉1＝＝＝600N，
不计绳重和摩擦，拉力F拉＝（G+G动），则动滑轮重：
G动＝2F拉1﹣GA＝2×600N﹣900N＝300N，
动滑轮的质量：
m动＝＝＝30kg，故C错误；
工人对地面的压力：
F1＝G人﹣F拉1＝650N﹣600N＝50N，故A错误；
不计绳重和摩擦，滑轮组的机械效率η＝＝＝，
提升物体B时，滑轮组的机械效率：
η2＝＝×100%＝62.5%，故D错误；
不计绳重和摩擦，拉力F拉2＝（GB+G动）＝×（500N+300N）＝400N，
此时工人对地面的压力：
F2＝G人﹣F拉2＝650N﹣400N＝250N，
F1：F2＝50N：250N＝1：5，故B正确。
故选：B。
3．【解答】解：两名男演员做的总功：
W总＝2G1h1＝2m1gh1＝2×60kg×9.8N/kg×5m＝5880J，
对女演员做的有用功：
W有＝G2h2＝m2gh2＝40kg×9.8N/kg×6m＝2352J，
跳板的机械效率为：
η＝×100%＝×100%＝40%。
故选：D。
4．【解答】解：
由图可知n＝2，不计吊篮质量、绳重及摩擦，
由F＝（G+G动）可得，动滑轮的重：
G动＝2F﹣G＝2F﹣mg；
第二次建筑材料增加的重力：ΔG＝Δmg，
则第二次建筑材料的重力为：G′＝mg+Δmg，
小明第二次提升建筑材料时滑轮组的机械效率：
η＝×100%＝×100%＝×100%＝×100%＝×100%，故A正确，BCD错误。
故选：A。
5．【解答】解：已知F1：GA＝5：8，GB：GA＝3：2，
假设GA＝8，则GB＝12，F1＝5，
A、由图可知n＝2，不计绳重与摩擦的影响，拉力F1＝（GA+G动），
则动滑轮重：G动＝2F1﹣GA＝2×5﹣8＝2，
拉力F2＝（GB+G动）＝（12+2）＝7，
所以F1：F2＝5：7，故A正确，不符合题意；
B、拉力端移动的速度之比等于物体升高速度之比，
因为P＝＝＝Fv，所以拉力的功率之比：
P1：P2＝F1v1：F2v2＝（5×2）：（7×1）＝10：7，故B正确，不符合题意；
C、不计绳重与摩擦的影响，滑轮组的机械效率η＝＝＝＝，
则η1：η2＝：＝：＝14：15，故C错误，符合题意；
D、不计绳重与摩擦的影响，额外功W额＝G动h，
h1：h2＝v1t1：v2t2＝2×2：1×3＝4：3
额外功W1：W2＝G动h1：G动h2＝h1：h2＝4：3，故D正确，不符合题意。
故选：C。
二、多选题
6．【解答】解：由图知：作用在动滑轮上的绳子有2段，绳子拉下的长度是2h，
①有用功为W有用＝Gh＝m2gh；
②总功为W总＝Fs＝F 2h＝2Fh；
③机械效率为η＝＝＝；
④额外功为W额＝W总﹣W有用＝2Fh﹣m2gh＝（2F﹣m2g）h；
⑤对吊篮做的功为W1＝G1h＝m1gh
对动滑轮做的功为W动滑轮＝W额﹣W1＝（2F﹣m2g）h﹣m1gh＝（2F﹣m2g﹣m1g）h
动滑轮的重力为G动滑轮＝＝＝2F﹣（m1+m2）g。
故选：BD。
三、填空题
7．【解答】解：
（1）因为物体A在运动时受到地面的摩擦力为其所受重力的0.2倍，
所以物体受到的摩擦力：f＝0.2G＝0.2×400N＝80N；
因物体A匀速运动，绳子对物体的拉力和物体受到的摩擦力是一对平衡力，
所以滑轮组对物体的拉力F拉＝f＝80N，
由图知n＝3，不计绳重与摩擦，由F＝（G动+F拉）可得动滑轮受到的重力：
G动＝nF﹣F拉＝3×35N﹣80N＝25N；
（2）滑轮组的机械效率：η＝＝，
使用此滑轮组水平拉动物体时，克服物体与地面间摩擦力做的功为有用功；
若增加物体A的重力，仍使物体A匀速运动，因物体对地面的压力增大，则摩擦力增大，克服物体与地面间摩擦力做的有用功增大，在额外功不变的情况下，有用功在总功中所占的比例增大，则机械效率将增大。
故答案为：25；增大。
8．【解答】解：
（1）第一次以与地面接触的下边为支点转动，F1克服重力才能将砖抬起，即F1×cb＝mg×cb；F1＝mg；
第二次同理有：F2×ab＝mg×ab，F2＝mg，所以F1＝F2；
（2）两次都使重心升高了h，拉力把物体提起，拉力所做的功是克服物体的重力所做的功，根据W＝Gh可知，克服重力做功相同，拉力做功相也同；
（3）由题意可知，砖的重心上升的高度是相同的，则甲与水平面的倾角要小于乙与水平面的倾角；
若将同一小车分别沿甲、乙两个薄砖斜面的底端匀速拉到顶端，倾角越小，机械效率越小，所以甲的机械效率小于乙的机械效率，即η1＜η2。
故答案为：（1）＝；（2）＝；＝；（3）＜。
9．【解答】解：（1）由图可知：n＝2，绳子自由端移动距离S＝2h＝2×2m＝4m，
拉力做的功为：W总＝Fs＝150N×4m＝600J；
做功时间t＝4s，
人的功率：P＝＝＝150W；
（2），
由η＝＝＝＝得，
滑轮组的机械效率η＝×100%＝×100%＝80%。
故答案为：150；80%。
10．【解答】人站在地面上静止，拉动物体时，受到三个力：重力G人、绳子拉力F1、地面支持力N1，由同一直线力的平衡，G人＝F1+N1，小阳对地面的压力：
N1＝G人﹣F1，
小阳对地面的压强：p1＝，η1＝＝；
同理，人站在地面上静止，拉动水面上的物体时，受到三个力：重力G人、绳子拉力F2、地面支持力N2，如图
小阳对地面的压力：N2＝G人﹣F2，
小阳对地面的压强：p2＝，η2＝，∵η1：η2＝9：10，p1：p2＝3：1，
∴＝9：10…①
（G人﹣F1）：（G人﹣F2）＝3：1…②，又G人＝700N，GB＝60kg×10N/kg＝600N。
解得：η1＝75%
故答案为：75。
四、实验探究题
11．【解答】解：（1）在A点竖直向上匀速拉动弹簧测力计，有用功为W有＝Gh1＝2mgh2，总功W总＝Fh1，则机械效率的表达式η＝×100%＝×100%＝×100%。
（2）钩码的悬挂点在B点时，由杠杆的平衡条件得F1 OA＝G OB；悬挂点移至C点时，由杠杆的平衡条件得F2 OA＝G OC；从图中可以看出，由OB到OC力臂变大，所以弹簧测力计的示数变大；
两次钩码上升高度都为h2，有用功不变，但第二次杠杆提升的高度减小，额外功减小，又因为总功等于额外功与有用功之和，所以此次弹簧测力计做的功将小于第一次做的功。
（3）因为第1与第2的有用功相等，并且第2的额外功小，因为机械效率等于有用功与总功的比值，因此第1的机械效率小于第2的机械效率；根据η＝×100%知机械效率变大。
将3只钩码悬挂在C点时，物体升高的高度不变，物重增加，由W有＝Gh2可得，有用功变大，但杠杆提升的高度与第2相同，额外功与第2相同，又因为机械效率等于有用功与总功的比值，因此第3的机械效率大于第2的机械效率。
综上所述，第3的机械效率最大。
故答案为：（1）匀速；×100%；（2）大于；小于；变大；（3）最大。
五、解答题
12．【解答】解：（1）由题意可知斜面和滑轮组都是为了将物体的位置提高，所以有用功：
W有用＝Gh＝2000N×3m＝6000J
总功：
＝；
总功即拉力做的功等于拉力和拉力作用点移动的距离，拉力作用点移动的距离等于物体移动距离的n倍即：
S′＝nS＝3×5m＝15m
所需拉力
F＝＝
（2）重物上升时间
t＝
机械的总功率：
＝
答：（1）所需拉力F是500N，（2）机械的总功率是300W。
13．【解答】解：（1）设起重机重为G，被打捞物体重力为G物；
打捞物体前，G＝p0S
在水中匀速提升物体时：F拉＝G物﹣F浮
起重机对地面的压力：G+F拉＝p1S
F浮＝ρ水gV排＝1000kg/m3×10N/kg×0.5m3＝0.5×104N；
物体出水后：G+G物＝p2S
F拉＝（p1﹣p0）S；
G物＝（p2﹣p0）S；
整理可得：＝＝＝＝
可得物体重力为：G物＝2.0×104N。
（2）设钢丝绳上的力在出水前后分别为F1、F2，柱塞对吊臂力的力臂为L1，钢丝绳对吊臂力的力臂为L2．根据杠杆平衡条件可知：
N1L1＝3F1L2；N2L1＝3F2L2；
＝，
F1＝（G物﹣F浮+G动）
F2＝（G物+G动），
又∵＝，
∴＝＝
将数据代入得：G动＝0.4×104N。
物体浸没在水中上升时，滑轮组AB的机械效率：
η＝＝＝＝＝78.9%。
答：（1）被打捞物体的重力为2.0×104N。
（2）被打捞的物体浸没在水中上升时，滑轮组AB的机械效率为78.9%。
14．【解答】解：（1）A完全浸没在水中时受到的浮力：
F浮＝ρgV排＝ρgV＝1.0×103kg/m3×10N/kg×0.1m3＝1000N；
（2）物体A的重力：
G＝mg＝280kg×10N/kg＝2800N，
A完全浸没在水中时，总功为W总＝（G+G动﹣F浮）h，有用功为W有＝（G﹣F浮）h，
所以，滑轮组的机械效率：
η＝×100%＝×100%＝×100%＝×100%＝60%，
解得：G动＝1200N，
由图可知，n＝5，
A完全打捞出水面后，岸上钢绳的拉力：
F＝（G+G动）＝×（2800N+1200N）＝800N；
（3）A完全打捞出水面后，以0.1m/s的速度被匀速提升时，绳端的速度：
v绳＝nv物＝5×0.1m/s＝0.5m/s，
岸上钢绳拉力F的功率：
P＝Fv绳＝800N×0.5m/s＝400W。
答：（1）A完全浸没在水中时受到的浮力是1000N；
（2）A完全打捞出水面后，岸上钢绳的拉力F为800N；
（3）岸上钢绳拉力F的功率为400W。
15．【解答】解：受力分析如右图所示：
用甲滑轮组拉A端：
用乙滑轮组拉B端：
用甲滑轮组拉A端时的关系式：
G人＝F1+N1 …①
4F1＝（FA+G甲）…②
FA×AB＝G杆×CB…③
η1＝＝…④
用乙滑轮组拉B端时的关系式：
G人＝F2+N2 …⑤
2F2＝（FB+G乙） …⑥
FB×AB＝G杆×（AB﹣CB） …⑦
η2＝＝…⑧
由①⑤可得：＝＝…⑨
由②⑥可得：＝＝…⑩
由④⑧可得：＝×＝…（11）
将AB＝10m；G甲＝100N；G乙＝50N；代入上式
解之：G人＝625N；G杆＝1000N；AC＝2m，故需将路灯杆保持水平状态吊起时钢缆应系在距A端2m处。
答：（1）工人重625N；
（2）路灯杆重1000N；
（3）起重机将路灯杆保持水平状态吊起时，钢缆应系在距A端2m处。
六、计算题
16．【解答】解：（1）货物受到的重力为：
G＝mg＝4×103kg×10N/kg＝4×104N，
对地面的压强为：
p＝＝＝＝4×104Pa；
（2）吊起货物时，为使起重机不翻倒，则根据杠杆平衡条件得：
G×AO＝G0×OB，
故G0＝＝＝8×104N，
物体的质量m0＝＝＝8×103kg；
（3）克服货物重力做的有用功为：W有用＝Gh＝4×104N×15m＝6×105J，
若起重机的机械效率为80%，则总功W总＝＝＝7.5×105J，
起重机功率为30kW，根据P＝可知需要的时间t＝＝＝25s。
答：（1）当货物静止于水平地面时，它对地面的压强是4×104Pa；
（2）吊起货物时，为使起重机不翻倒，其右边至少要配一个质量为8×103kg的物体；
（3）起重机功率为30kW，若起重机的机械效率为80%，则货箱G沿竖直方向匀速提高15m，需要25s的时间。