机械效率的计算问题-2024年中考物理必考的12种类型大题夺分技巧试题原卷版
专题 机械效率的计算问题
1. 如图，某同学用40N的拉力，在6s内将重90N的物体匀速提升2m，不计绳重和摩擦。在此过程中，求∶
(1)拉力F做的有用功是多少？
(2)该滑轮组的机械效率是多少？
(3)拉力开的功率是多少？
(4)若绳子所能承受的最大拉力是45N，请计算说明，使用该滑轮组能否提起重120N的物体？
2．如图所示，人用滑轮组拉着重810N的物体使其沿竖直方向以0.1m/s的速度匀速向上运动了5s，人对绳子向下的拉力为300N．求：
（1）物体上升的高度；
（2）滑轮组的机械效率；
（3）拉力的功率。
3.为了进一步理解所学知识，朝阳中学物理兴趣小组组装了如图所示的装置。一辆质量为0.3kg的玩具电动小车放置在粗糙水平桌面上，其与桌面间的滑动摩擦力为2N，一根不可伸长的细绳一端固定在小车尾部，另一端依次跨过定滑轮、动滑轮后固定在O点，两滑轮质量都为0.05kg。当小车向右运动，借助细绳、滑轮带动质量为0.2kg的物体以0.1m/s的速度沿竖直方向匀速上升，不计细绳与两滑轮之间的摩擦，不考虑空气阻力，求：
(1)细绳的拉力F；
(2)滑轮组的机械效率η；
(3)玩具电动小车牵引力的功率P。
4．在九年级物理拓展课上，李博同学模拟某建筑工地上塔吊的工作情景，设置了如图所示的滑轮组来提升装修材料，若他用250N的拉力在20s内将450N的材料提升了10m，（不计绳重和摩擦，g＝10N/kg）。求：
（1）拉力的功率是多少？
（2）提升450N材料时，此滑轮组的机械效率是多少？
（3）若绳子能承受的最大拉力为400N时，此滑轮组的机械效率最大可提高到多少？
5．科技馆里两位老人正饶有兴致地体验升降座椅装置，小明观察后画出简图（如图）进行研究。若爷爷质量m人＝60kg，奶奶用F＝240N的拉力将爷爷匀速拉升到顶端，该过程中奶奶手握住绳子向下拉动的总长度s＝6m。不计绳重和摩擦，g取10N/kg。求：
（1）奶奶所做的功；
（2）动滑轮（含座椅）的质量；
（3）该升降座椅装置的机械效率（保留一位小数）。
6.美乡村建设中，工人用起吊装置提升建筑材料，如图。某次把质量为200kg的材料匀速提升6m用时15s，消耗电能1.5×104J。g取10N/kg。求这次匀速提升材料过程中
(1)材料所受拉力F的大小；
(2)拉力F对材料做功的功率；
(3)该装置的效率。
7. 如图所示，小汽车通过滑轮组从竖直矿井中提升矿石，矿石以lm/s的速度匀速上升8m，已知矿石重2700N，动滑轮重300N，不计绳的重力及滑轮摩擦，求该过程中：
(1)汽车拉力的大小；
(2)汽车拉力的功率；
(3)滑轮组的机械效率。
8.工人师傅利用如图甲所示的滑轮组搬运石材。质量为的石材放在水平地面上，在拉力F的作用下沿水平方向做匀速直线运动，其路程随时间变化的图象如图乙所示。石材在水平方向上受到的阻力为石材重的0.1倍，滑轮组的机械效率为75%，滑轮组和绳子的自重不计。（）求：
(1)石材受到的阻力；
(2)在石材移动过程中，工人做的有用功；
(3)在石材移动过程中，工人作用在绳子自由端的拉力F。
9. 使用如图所示的机械装置，某人从井里提升78kg的重物，在10s内沿水平地面向右匀速行走了8m，该人拉绳子的力是400N（绳重与摩擦忽略不计）。求：
(1)物体上升的速度是多少？
(2)拉力的功率是多少？
(3)该装置的机械效率是多少？
(4)动滑轮的重力是多少？机械效率的计算问题-2024年中考物理必考的12种类型大题夺分技巧试题解析
1. 如图，某同学用40N的拉力，在6s内将重90N的物体匀速提升2m，不计绳重和摩擦。在此过程中，求∶
(1)拉力F做的有用功是多少？
(2)该滑轮组的机械效率是多少？
(3)拉力开的功率是多少？
(4)若绳子所能承受的最大拉力是45N，请计算说明，使用该滑轮组能否提起重120N的物体？
【答案】(1)180J；(2)75%；(3)40W；(4)不能
【解析】由图可知，滑轮组的动滑轮绕3段绳。
(1)拉力F做的有用功
W有=Gh=90N×2m=180J
(2)该滑轮组的机械效率
方法一：
方法二：
(3)拉力F的功率
(4)不计绳重和摩擦，额外功
W额=W总-W有=240J-180J=60J
动滑轮的重力
G动==30N
绳子所能承受的最大拉力是45N，提起物体的最大重力
G最大=3F最大-G动=3×45N-30N=105N＜120N
使用该滑轮组不能提起重120N的物体。
答：(1)拉力F做的有用功是180J；
(2)该滑轮组的机械效率是75%；
(3)拉力开的功率是40W；
(4)若绳子所能承受的最大拉力是45N，使用该滑轮组不能否提起重120N的物体。
2．如图所示，人用滑轮组拉着重810N的物体使其沿竖直方向以0.1m/s的速度匀速向上运动了5s，人对绳子向下的拉力为300N．求：
（1）物体上升的高度；
（2）滑轮组的机械效率；
（3）拉力的功率。
【答案】（1）物体上升的高度为0.5m；
（2）滑轮组的机械效率为90%；
（3）拉力的功率为90W。
【解析】（1）由v＝可得，物体上升的高度：
h＝vt＝0.1m/s×5s＝0.5m；
（2）由图可知，滑轮组绳子的有效股数n＝3，
滑轮组的机械效率：
η＝＝＝＝＝×100%＝90%；
（3）拉力端移动距离s＝3h＝3×0.5m＝1.5m，
总功：W总＝Fs＝300N×3h＝300N×1.5m＝450J，
拉力的功率：P＝＝＝90W。
3.为了进一步理解所学知识，朝阳中学物理兴趣小组组装了如图所示的装置。一辆质量为0.3kg的玩具电动小车放置在粗糙水平桌面上，其与桌面间的滑动摩擦力为2N，一根不可伸长的细绳一端固定在小车尾部，另一端依次跨过定滑轮、动滑轮后固定在O点，两滑轮质量都为0.05kg。当小车向右运动，借助细绳、滑轮带动质量为0.2kg的物体以0.1m/s的速度沿竖直方向匀速上升，不计细绳与两滑轮之间的摩擦，不考虑空气阻力，求：
(1)细绳的拉力F；
(2)滑轮组的机械效率η；
(3)玩具电动小车牵引力的功率P。
【答案】（1）1.25N；（2）80%；（3）0.65W
【解析】(1)动滑轮与重物在细绳的拉力作用下做匀速直线运动，将动滑轮和物体看做整体，整体处于平衡状态，受平衡力，根据平衡力条件，可得
则
(2)滑轮组的机械效率
(3)由题意可知，小车也做匀速直线运动，则小车的牵引力
则牵引力的功率
4．在九年级物理拓展课上，李博同学模拟某建筑工地上塔吊的工作情景，设置了如图所示的滑轮组来提升装修材料，若他用250N的拉力在20s内将450N的材料提升了10m，（不计绳重和摩擦，g＝10N/kg）。求：
（1）拉力的功率是多少？
（2）提升450N材料时，此滑轮组的机械效率是多少？
（3）若绳子能承受的最大拉力为400N时，此滑轮组的机械效率最大可提高到多少？
【答案】（1）拉力的功率是375W；
（2）提升450N材料时，此滑轮组的机械效率是60%；
（3）若绳子能承受的最大拉力为400N时，此滑轮组的机械效率最大可提高到75%。
【分析】（1）由图可知连接动滑轮绳子的股数，根据s＝nh求出绳子自由端移动的距离，然后利用W＝Fs求出拉力做的功，最后根据P＝求出拉力的功率；
（2）由W有用＝Gh可求得有用功，利用η＝可求得机械效率；
（3）由F＝（G+G动）可求得动滑轮的重力，再利用F′＝（G′+G动）可求得最大物重，然后利用η＝＝＝求得此滑轮组的最大机械效率。
【解答】（1）由图知，n＝3，
则绳子自由端移动的距离：
s＝nh＝3×10m＝30m，
拉力做的功：
W总＝Fs＝250N×30m＝7500J，
则施加拉力的功率：
P＝＝＝375W；
（2）有用功W有用＝Gh＝450N×10m＝4500J，
机械效率η＝×100%＝×100%＝60%；
（3）由F＝（G+G动）可得，
动滑轮的重力G动＝nF﹣G＝3×250N﹣450N＝300N；
由F＝（G+G动）可得，
最大物重G′＝nF′﹣G动＝3×400N﹣300N＝900N；
此滑轮组的最大机械效率η′＝＝＝＝＝75%。
5．科技馆里两位老人正饶有兴致地体验升降座椅装置，小明观察后画出简图（如图）进行研究。若爷爷质量m人＝60kg，奶奶用F＝240N的拉力将爷爷匀速拉升到顶端，该过程中奶奶手握住绳子向下拉动的总长度s＝6m。不计绳重和摩擦，g取10N/kg。求：
（1）奶奶所做的功；
（2）动滑轮（含座椅）的质量；
（3）该升降座椅装置的机械效率（保留一位小数）。
【答案】（1）奶奶所做的功是1440J；
（2）动滑轮（含座椅）的质量是12kg；
（3）该升降座椅装置的机械效率是83.3%。
【解析】（1）奶奶所做的功：
W＝Fs＝240N×6m＝1440J；
（2）爷爷的质量m人＝60kg，则爷爷的重力：
G＝mg＝60kg×10N/kg＝600N，
由图可知，n＝3，不计绳重和摩擦，由F＝（G+G动）可得动滑轮（含座椅）的重力：
G动＝nF﹣G＝3×240N﹣600N＝120N，
动滑轮（含座椅）的质量：
m动＝＝＝12kg；
（3）不计绳重和摩擦，该升降座椅装置的机械效率：
η＝＝＝＝＝×100%≈83.3%。
6.美乡村建设中，工人用起吊装置提升建筑材料，如图。某次把质量为200kg的材料匀速提升6m用时15s，消耗电能1.5×104J。g取10N/kg。求这次匀速提升材料过程中
(1)材料所受拉力F的大小；
(2)拉力F对材料做功的功率；
(3)该装置的效率。
【答案】(1) 2000N；(2)800W；(3)80%
【解析】(1) 建筑材料匀速上升，拉力等于重力
F=G=mg=200kg×10N/kg=2000N
材料所受拉力F的大小为2000N。
(2)拉力所做的有用功
W有用=Gh=2000N×6m=1.2×104J
拉力做功的功率
P===800W
拉力做功的功率为800W。
(3) 该装置的机械效率
η===×100%=80%
该装置的效率为80%。
7. 如图所示，小汽车通过滑轮组从竖直矿井中提升矿石，矿石以lm/s的速度匀速上升8m，已知矿石重2700N，动滑轮重300N，不计绳的重力及滑轮摩擦，求该过程中：
(1)汽车拉力的大小；
(2)汽车拉力的功率；
(3)滑轮组的机械效率。
【答案】(1) 1000N；(2) 3000W；(3)90%
【解析】(1)由图可知，n=3，则汽车拉力的大小为
(2)汽车运动的速度为
汽车拉力的功率为
(3)滑轮组的机械效率为
8.工人师傅利用如图甲所示的滑轮组搬运石材。质量为的石材放在水平地面上，在拉力F的作用下沿水平方向做匀速直线运动，其路程随时间变化的图象如图乙所示。石材在水平方向上受到的阻力为石材重的0.1倍，滑轮组的机械效率为75%，滑轮组和绳子的自重不计。（）求：
(1)石材受到的阻力；
(2)在石材移动过程中，工人做的有用功；
(3)在石材移动过程中，工人作用在绳子自由端的拉力F。
【答案】(1)1.8×103N；(2)7.2×103J；(3)800N
【解析】（1）石材的重力
石材的阻力
（2）由乙图知
，
石材运动的速度为
石材移动
过程中，石材运动的距离
石材在水平面上做匀速直线运动，所以
在石材移动过程中，工人做的有用功
(3)由得，工人做的总功
由分析知，绳子段数
绳子自由端移动的距离
由得，工人作用在绳子自由端的拉力F
9. 使用如图所示的机械装置，某人从井里提升78kg的重物，在10s内沿水平地面向右匀速行走了8m，该人拉绳子的力是400N（绳重与摩擦忽略不计）。求：
(1)物体上升的速度是多少？
(2)拉力的功率是多少？
(3)该装置的机械效率是多少？
(4)动滑轮的重力是多少？
【答案】(1)0.4m/s；(2)320W；(3)97.5%；(4)20N
【解析】(1)人移动的距离，所用的时间，人移动的速度
物体移动的速度
(2)拉力做的功
拉力的功率
(3)物体上升的高度
该装置的机械效率
(4)动滑轮的重力
。
