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专题九 B卷机械效率综合
考情解读
本专题主要内容为B卷机械效率综合应用题，主要考查以滑轮组的形式进行考查，考查内容包括功、功率、简单机械、机械效率等知识点。该题还会结合二力平衡、力与运动、摩擦力、牛顿第一定律、压强、浮力等力学知识进行考查，是一道较为综合的力学题，一般以多选题的形式出现在B卷中，也有地区会以计算题的形式来进行考查。主要考查学生的综合分析、综合应用能力，能够灵活运用所学知识分析解决实际问题的能力。
课标要求
《义务教育初中物理课程标准（2022年版）》
机械效率 2.2.6 知道简单机械。探究并了解杠杆的平衡条件。
3.2.3 知道机械效率。了解提高机械效率的意义和途径。
思维导图
课堂精讲
1．小慧看见邻居正在修建楼房，她了解到：建筑工人站在楼上，利用如图所示的滑轮组，用水平向右的力F拉绳子自由端，可以将38kg的建筑材料匀速提升3m，用时10s。已知滑轮的重力均为70N，A、B两根绳子能承受的最大拉力分别为500N和1000N，忽略绳重和机械之间的摩擦。g取10N/kg。小慧计算的结果中正确的是（ ）
A．绳子自由端运动的速度为0.3m/s B．绳子自由端拉力F的功率为45W
C．滑轮组所做的有用功为1140J D．滑轮组的最大机械效率约为95%
2．如图所示，小莉同学用滑轮组匀速提升240N的重物，所用拉力为100N，10s内物体上升了1m。大滑轮重为G，每个小滑轮重10N，滑轮组的绕绳能承受的最大拉力为200N。不计绳重及滑轮与轴之间的摩擦，下列结论正确的是（ ）
A．动滑轮对重物做的功为720J
B．小莉施加的拉力的功率为24W
C．该滑轮组的机械效率能达到90%
D．若滑轮组机械效率为76%，则提升的物重为190N
3．如图所示是利用滑轮组匀速提升水中物体A的示意图，滑轮组固定在钢架上，滑轮组中的两个滑轮的质量相等。物体A的底面积为20cm2，密度为5×103kg/m3，底面积为50cm2的圆柱形玻璃筒中装有一定量的水，当物体A完全浸没在水中时。在绳端拉力F为14N的作用下，物体A从水中始终以0.05m/s的速度匀速上升，直至物体A有的体积露出水面，筒中水的深度变化了4cm。此时，水对物体A底面处产生的压强为p。g取10N/kg，不计绳重与摩擦，则下列选项正确的是（ ）
A．p的大小为1000Pa
B．物体A完全浸没在水中时，拉力F的功率为1.4W
C．物体A完全浸没在水中时，钢架对滑轮组的拉力为46N
D．物体A完全浸没在水中时，滑轮组的机械效率η为83.3%
4．小武同学家里正在修建楼房，他通过调查了解到工人利用如图的装置，20s内将重力为700N的物体匀速提升了2m，工人对绳子施加的拉力F为375N。忽略绳重和机械之间的一切摩擦。下列说法中正确的是（ ）
A．拉力F做功为750J
B．拉力F做的额外功为200J
C．拉力的功率为75W
D．如用该装置匀速提升重力200N的物体，则该滑轮组的机械效率为80%
5．如图所示，支架OB固定于竖直墙面O点，且可绕O点在竖直面内转动，细绳BC与支架连接于B点，另一端固定在墙上C点，此时支架水平，细绳与支架夹角为30°。滑轮组悬挂于支架A处，OA=2AB，重500N的工人用300N竖直向下的拉力拉动绳子自由端，使重540N的物体M在10s内匀速上升了5m。工人与水平地面的接触面积为500cm2，两个滑轮的质量相等，不计支架和细绳重力，不计滑轮组的绳重和摩擦。则下列说法正确的是（ ）
A．滑轮对重物的拉力的功率为150W
B．工人对地面的压强为4000Pa
C．细绳BC对支架的拉力1280N
D．滑轮组的机械效率为80%
6．如图所示，是建筑工地使用的起重机的滑轮组。一次提升货物的质量为1.2×103kg，拉力F为7.5×103N时，30s内货物被匀速提升了6m。因为钢绳的承受力有限，该滑轮组的最大机械效率为90%。忽略绳重及摩擦，g取10N/kg。下列结论中正确的是（ ）
A．动滑轮的重力为3×103N B．拉力F的功率为3000W
C．滑轮组做的有用功为4.2×104J D．钢绳能承受的最大拉力为3×104N
7．如图甲所示，质量为60kg的小林同学站在高台上竖直向上匀速拉动绳子，脚与地面的总接触面积为，现改变，计算并绘出机械效率与的关系图像，如图乙所示，不计绳重和摩擦，下列说法正确的是（ ）
A．此滑轮组中，动滑轮的重力为20N
B．当时，小林对绳子的拉力为60N
C．当时，若此时的拉力的功率为15W，则物体上升的速度为0.1m/s
D．若水平高台能承受的最大压强为15500Pa，则该滑轮组所能提升物体的最大机械效率为90%
8．小果家自建新房，小果用如图所示的滑轮组帮助家人搬运建材。他将重力和他同为490N的物体匀速提升了3m，用时10s，这个过程滑轮组机械效率为98%。不计绳重及滑轮与轴之间的一切摩擦，下列结论正确的是（ ）
A．小果施加的拉力大小为245N
B．动滑轮对物体做的功为1470J
C．小果施加拉力的功率为147W
D．小果用该滑轮组竖直向下施力，不能提升重1000N的物体
9．如图所示，体重为500N的小楷用滑轮组拉着重400N的物体A沿水平方向匀速运动，物体A运动1m用时2s，此时滑轮组的机械效率为80%，每个滑轮重40N，绕绳能承受的最大拉力为600N，不考虑绳重和滑轮与轴之间的摩擦，下列计算结果正确的是（ ）
A．小楷对地面的压力为400N
B．10s内小楷对物体做功为1000J
C．小楷做功的功率为80W
D．小楷使用本装置的机械效率最高可达96%
10．某物理兴趣小组使用了如图所示的装置（细绳不可伸长），将质量为0.5kg的电动小车放置在粗糙水平桌面上，与桌面间的摩擦阻力为1N，滑轮质量均为0.1kg。当电动小车向右运动时，借助细绳、滑轮带动质量为0.5kg的物体A以0.2m/s的速度沿竖直方向匀速上升，不计细绳与滑轮之间的摩擦，不考虑空气阻力，g取10N/kg，则（ ）
A．细绳的拉力为2N B．电动小车的运动速度为0.2m/s
C．滑轮组的机械效率为75% D．电动小车牵引力的功率为1.8W
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专题九 B卷机械效率综合
考情解读
本专题主要内容为B卷机械效率综合应用题，主要考查以滑轮组的形式进行考查，考查内容包括功、功率、简单机械、机械效率等知识点。该题还会结合二力平衡、力与运动、摩擦力、牛顿第一定律、压强、浮力等力学知识进行考查，是一道较为综合的力学题，一般以多选题的形式出现在B卷中，也有地区会以计算题的形式来进行考查。主要考查学生的综合分析、综合应用能力，能够灵活运用所学知识分析解决实际问题的能力。
课标要求
《义务教育初中物理课程标准（2022年版）》
机械效率 2.2.6 知道简单机械。探究并了解杠杆的平衡条件。
3.2.3 知道机械效率。了解提高机械效率的意义和途径。
思维导图
课堂精讲
1．小慧看见邻居正在修建楼房，她了解到：建筑工人站在楼上，利用如图所示的滑轮组，用水平向右的力F拉绳子自由端，可以将38kg的建筑材料匀速提升3m，用时10s。已知滑轮的重力均为70N，A、B两根绳子能承受的最大拉力分别为500N和1000N，忽略绳重和机械之间的摩擦。g取10N/kg。小慧计算的结果中正确的是（ ）
A．绳子自由端运动的速度为0.3m/s B．绳子自由端拉力F的功率为45W
C．滑轮组所做的有用功为1140J D．滑轮组的最大机械效率约为95%
【答案】C
【详解】A．已知建筑材料匀速提升3m，用时10s，则绳子自由端移动的距离
s=3h=3×3m=9m
因此绳子自由端运动的速度
故A错误；
B．建筑材料的重力
G=mg=38kg×10N/kg=380N
因忽略绳重和机械之间的摩擦，故绳子自由端拉力
绳子自由端拉力F的功率
P=Fv绳=150N×0.9m/s=135W
故B错误；
C．滑轮组所做的有用功
W有用=Gh=380N×3m=1140J
故C正确；
D．同一换轮组提升的物重越重，机械效率越高，因此当绳子B承受的拉力为最大值1000N时，滑轮组的机械效率最高，此时，滑轮组提起的物重
G＇=F最大-G动-G定=1000N-140N=860N
故此时滑轮组的机械效率
故D错误。
故选C。
2．如图所示，小莉同学用滑轮组匀速提升240N的重物，所用拉力为100N，10s内物体上升了1m。大滑轮重为G，每个小滑轮重10N，滑轮组的绕绳能承受的最大拉力为200N。不计绳重及滑轮与轴之间的摩擦，下列结论正确的是（ ）
A．动滑轮对重物做的功为720J
B．小莉施加的拉力的功率为24W
C．该滑轮组的机械效率能达到90%
D．若滑轮组机械效率为76%，则提升的物重为190N
【答案】CD
【详解】A．动滑轮对重物做的功为
故A错误；
B．滑轮组承担物重绳子的股数是
拉力移动的距离
小莉施加的拉力做的功
拉力的功率为
故B错误；
C．用滑轮组匀速提升240N的重物，所用拉力为100N，不计绳重及滑轮与轴之间的摩擦时
则动滑轮的重
该滑轮组的最大机械效率
故C正确；
D若滑轮组机械效率为76%，由
得，则提升的物重为
故D正确。
故选CD。
3．如图所示是利用滑轮组匀速提升水中物体A的示意图，滑轮组固定在钢架上，滑轮组中的两个滑轮的质量相等。物体A的底面积为20cm2，密度为5×103kg/m3，底面积为50cm2的圆柱形玻璃筒中装有一定量的水，当物体A完全浸没在水中时。在绳端拉力F为14N的作用下，物体A从水中始终以0.05m/s的速度匀速上升，直至物体A有的体积露出水面，筒中水的深度变化了4cm。此时，水对物体A底面处产生的压强为p。g取10N/kg，不计绳重与摩擦，则下列选项正确的是（ ）
A．p的大小为1000Pa
B．物体A完全浸没在水中时，拉力F的功率为1.4W
C．物体A完全浸没在水中时，钢架对滑轮组的拉力为46N
D．物体A完全浸没在水中时，滑轮组的机械效率η为83.3%
【答案】BC
【详解】A．由物体A有的体积露出水面可知，物体浸在水中的体积是露出体积的2倍，由筒中水的深度变化了4cm可知，物体露出的体积
V露=S筒h=50cm2×4cm=200cm3
此时物体排开液体体积
V排1=2V露=2×200cm3=400cm3
物体的体积
V=3V露=3×200cm3=600cm3
此时物体受到的浮力
F浮1=ρ水gV排1=1×103kg/m3×10N/kg×400×10-6m3=4N
由浮力产生的原因可知，水对物体底面产生的压力
F向上=F浮﹣F向下=4N﹣0N=4N
水对物体A底面处产生的压强
故A错误；
B．由图可知滑轮组的动滑轮绕绳子的段数n=2，绳子自由端移动的速度
v=nv物=2×0.05m/s=0.1m/s
物体A完全浸没在水中时，拉力F的功率
故B正确；
C．物体A完全浸没在水中时排开水的体积
V排=V=600cm3
此时物体受到的浮力
F浮=ρ水gV排=1×103kg/m3×10N/kg×600×10-6m3=6N
物体的质量
m=ρV=5.0×103kg/m3×600×10﹣6m3=3kg
物体的重力
G=mg=3kg×10N/kg=30N
由力的平衡条件可知，此时物体受到的拉力
F拉=G﹣F浮=30N﹣6N=24N
不计绳重和摩擦，动滑轮的重力
G动=nF﹣F拉=2×14N﹣24N=4N
由题意可知，定滑轮的重力
G定=G动=4N
由力的平衡条件可知，钢架对滑轮组的拉力
F钢=3F+G定=3×14N+4N=46N
故C正确；
D．滑轮组的机械效率
故D错误。
故选BC。
4．小武同学家里正在修建楼房，他通过调查了解到工人利用如图的装置，20s内将重力为700N的物体匀速提升了2m，工人对绳子施加的拉力F为375N。忽略绳重和机械之间的一切摩擦。下列说法中正确的是（ ）
A．拉力F做功为750J
B．拉力F做的额外功为200J
C．拉力的功率为75W
D．如用该装置匀速提升重力200N的物体，则该滑轮组的机械效率为80%
【答案】CD
【详解】A．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
拉力做的总功
W总=Fs=375N×4m=1500J
故A错误；
B．拉力做的有用功
W有=Gh=700N×2m=1400J
拉力F做的额外功
W额=W总-W有=1500J-1400J=100J
故B错误；
C．拉力做功的功率
故C正确；
D．因为不计绳重和摩擦时，所以动滑轮的重力
G动=nF-G=2×375N-700N=50N
则提升重力200N的物体时滑轮组的机械效率
故D正确。
故选CD。
5．如图所示，支架OB固定于竖直墙面O点，且可绕O点在竖直面内转动，细绳BC与支架连接于B点，另一端固定在墙上C点，此时支架水平，细绳与支架夹角为30°。滑轮组悬挂于支架A处，OA=2AB，重500N的工人用300N竖直向下的拉力拉动绳子自由端，使重540N的物体M在10s内匀速上升了5m。工人与水平地面的接触面积为500cm2，两个滑轮的质量相等，不计支架和细绳重力，不计滑轮组的绳重和摩擦。则下列说法正确的是（ ）
A．滑轮对重物的拉力的功率为150W
B．工人对地面的压强为4000Pa
C．细绳BC对支架的拉力1280N
D．滑轮组的机械效率为80%
【答案】BC
【详解】A．因为物体做匀速直线运动，所以，由二力平衡条件可知，滑轮对重物的拉力为
滑轮对重物的拉力做的功为
则滑轮对重物的拉力的功率为
故A错误；
B．工人静止于水平地面，对工人进行受力分析如图所示
则有
F支持=G人﹣F=500N﹣300N=200N
工人对地面的压力和地面对工人的支持力是一对相互作用力，则该工人对地面的压力
F压=F支持=200N
工人对地面的压强
C．不计滑轮组的绳重和摩擦，由得动滑轮的重力
G动=nF-G=2×300N-540N=60N
两个滑轮的质量相等，则定滑轮的重力
G定=G动=60N
支架受到滑轮组的拉力
F拉=G定+3F=60N+3×300N=960N
F拉的力臂
细绳BC的拉力力臂
由杠杆平衡条件FBCl1=F拉l2得
D．由图可知，滑轮组绳子的有效股数n＝2，则滑轮组的机械效率
故选BC。
6．如图所示，是建筑工地使用的起重机的滑轮组。一次提升货物的质量为1.2×103kg，拉力F为7.5×103N时，30s内货物被匀速提升了6m。因为钢绳的承受力有限，该滑轮组的最大机械效率为90%。忽略绳重及摩擦，g取10N/kg。下列结论中正确的是（ ）
A．动滑轮的重力为3×103N B．拉力F的功率为3000W
C．滑轮组做的有用功为4.2×104J D．钢绳能承受的最大拉力为3×104N
【答案】AB
【详解】A．A的重力
G= mg=1.2×103kg×10N/kg=1.2×104N
由图可知，2段绳子承担物重，忽略绳重及摩擦，由拉力得动滑轮的重力为
故A正确；
B．物体上升的速度
钢绳自由端的移动速度
拉力F的功率为
故B正确；
C．滑轮组做的有用功为
故C错误；
D．该滑轮组的最大机械效率为90%，即
解得物体的最大重力为
G =2.7×104N
钢绳能承受的最大拉力
故D错误。
故选AB。
7．如图甲所示，质量为60kg的小林同学站在高台上竖直向上匀速拉动绳子，脚与地面的总接触面积为，现改变，计算并绘出机械效率与的关系图像，如图乙所示，不计绳重和摩擦，下列说法正确的是（ ）
A．此滑轮组中，动滑轮的重力为20N
B．当时，小林对绳子的拉力为60N
C．当时，若此时的拉力的功率为15W，则物体上升的速度为0.1m/s
D．若水平高台能承受的最大压强为15500Pa，则该滑轮组所能提升物体的最大机械效率为90%
【答案】BC
【详解】由图甲可知，动滑轮上的绳子股数为3股。
A．由图乙可知，当物重120N时，机械效率为80％，由
可知
解得
G动=30N
故A错误；
B．当G物=150N时，小林对绳子的拉力
故B正确；
C．当G物=120N时，小林对绳子的拉力
若此时的拉力的功率为15W，由
可知，拉力端移动的速度
物体上升的速度
故C正确；
D．若水平高台能承受的最大压强为15500Pa，则水平高台能承受的最大压力
F压=pS=15500Pa×0.05m2=775N
小林同学的重力
G林=m林g=60kg×10N/kg=600N
小林同学能使用的最大拉力
F拉3=F压-G林=775N-600N=175N
该滑轮组所能提升物体的最大重力
该滑轮组所能提升物体的最大机械效率
故D错误。
故选BC。
8．小果家自建新房，小果用如图所示的滑轮组帮助家人搬运建材。他将重力和他同为490N的物体匀速提升了3m，用时10s，这个过程滑轮组机械效率为98%。不计绳重及滑轮与轴之间的一切摩擦，下列结论正确的是（ ）
A．小果施加的拉力大小为245N
B．动滑轮对物体做的功为1470J
C．小果施加拉力的功率为147W
D．小果用该滑轮组竖直向下施力，不能提升重1000N的物体
【答案】BD
【详解】B．动滑轮对物体做的有用功为
故B正确；
A．由
可知，拉力做的总功
由图可知，绳子自由端移动的距离
由可知，拉力
故A错误；
C．拉力做功的功率为
故C错误；
D．因为不计绳重和摩擦时
所以动滑轮的重力为
小果通过滑轮组竖直向下拉绳子时的最大拉力为
因为不计绳重和摩擦，所以该滑轮组竖直向下施力时能提升物体的最大重力
故D正确。
故选BD。
9．如图所示，体重为500N的小楷用滑轮组拉着重400N的物体A沿水平方向匀速运动，物体A运动1m用时2s，此时滑轮组的机械效率为80%，每个滑轮重40N，绕绳能承受的最大拉力为600N，不考虑绳重和滑轮与轴之间的摩擦，下列计算结果正确的是（ ）
A．小楷对地面的压力为400N
B．10s内小楷对物体做功为1000J
C．小楷做功的功率为80W
D．小楷使用本装置的机械效率最高可达96%
【答案】AD
【详解】A．不考虑绳重和滑轮与轴之间的摩擦，滑轮组的机械效率
物体受到的摩擦力f=160N；由图可知滑轮组的动滑轮绕2段绳，绳子自由端的拉力
小楷受到重力、绳子的拉力和地面的支持力，地面的支持力
F支持=G-F=500N-100N=400N
小楷对地面的压力和地面对他的支持力是相互作用力，大小相等，所以小楷对地面的压力
F压=F支持=400N
故A正确；
B．物体A运动1m用时2s，即1s运动的距离是0.5m，10s内物体A移动的距离
s物=10×0.5m=5m
10s内小楷对物体做功（有用功）
W有=fs物=160N×5m=800J
故B错误；
C．拉力端移动距离
s=ns物=2×5m=10m
拉力做的总功
W总=Fs=100N×10m=1000J
拉力做功功率，即小楷做功的功率
故C错误；
D．小楷施加的最大拉力等于自己的体重，为500N；绕绳能承受的最大拉力为600N，所以小楷使用本装置的最大拉力F最大=500N，不考虑绳重和滑轮与轴之间的摩擦，能克服的最大摩擦力
f最大=nF最大-G动=2×500N-40N=960N
不考虑绳重和滑轮与轴之间的摩擦，最大机械效率
故D正确。
故选AD。
10．某物理兴趣小组使用了如图所示的装置（细绳不可伸长），将质量为0.5kg的电动小车放置在粗糙水平桌面上，与桌面间的摩擦阻力为1N，滑轮质量均为0.1kg。当电动小车向右运动时，借助细绳、滑轮带动质量为0.5kg的物体A以0.2m/s的速度沿竖直方向匀速上升，不计细绳与滑轮之间的摩擦，不考虑空气阻力，g取10N/kg，则（ ）
A．细绳的拉力为2N B．电动小车的运动速度为0.2m/s
C．滑轮组的机械效率为75% D．电动小车牵引力的功率为1.8W
【答案】AD
【详解】A．物体的重力
G=mg=0.5kg×10N/kg=5N
动滑轮的重力
G动=m动g=0.1kg×10N/kg=1N
由图可知滑轮组的动滑轮绕3段绳，不计细绳与两滑轮之间的摩擦，不考虑空气阻力，细绳的拉力
故A符合题意；
B．小车运动速度
v车=nv物=3×0.2m/s=0.6m/s
故B不符合题意；
C．滑轮组的机械效率
故C不符合题意；
D．玩具电动小车在水平方向上受水平向右的牵引力、水平向左的拉力和摩擦力f的作用，牵引力
F牵=F+f=2N+1N=3N
由
可得，牵引力的功率
P=F牵v车=3N×0.6m/s=1.8W
故D符合题意。
故选AD。
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