专题训练九　功、功率和机械效率综合运用同步练（含解析） 2024-2025学年物理教科版八年级下册

专题训练九　功、功率和机械效率综合运用
动滑轮重力及最大机械效率问题
1.(2024烟台中考)如图所示,小明用20 N的拉力F将重为20 N的物体匀速提高了10 m,用时5 s,忽略绳重和摩擦,在这个过程中,下列说法正确的是 (　　)
A.绳子自由端移动的速度为6 m/s
B.动滑轮所受的重力为20 N
C.小明所做的额外功为100 J
D.滑轮组的机械效率为75%
2.(2024菏泽中考)用如图所示的滑轮组将重540 N的建筑材料从地面拉到四楼,建筑材料上升
10 m,绳端拉力为200 N(不计绳重和滑轮与绳之间的摩擦)。则动滑轮重　　　　 N,此过程该滑轮组的机械效率为　　　　。
3.小明利用如图所示的滑轮提升重物(不计绳重和摩擦)。
(1)小明按图甲所示的方式,用F=5 N的拉力将重8 N的物体提升了2 m,则滑轮重　　　　 N,若用同样的滑轮拉10 N的物体,机械效率将　　　　(选填“变大”“不变”或“变小”)。
(2)小明又按图乙所示的方式斜拉绳子,则F'　　　　(选填“大于”“等于”或“小于”)F。
4.(2025连云港阶段练习)如图所示,小龙通过滑轮组在10 s内将重900 N的箱子匀速提升了2 m,不计绳重及摩擦,此时滑轮组的机械效率为75%,小龙对绳子的拉力为　　　　N;若小龙的体重为500 N,绳子能够承受的最大拉力为600 N,该滑轮组的最大机械效率为　　　　。
5.如图所示,用滑轮组将重310 N的物体在10 s内匀速提升了2 m,每个滑轮重均为50 N,拉力F为200 N。
(1)求拉力的有用功。
(2)求拉力的功率。
(3)若绳子能够承受的最大拉力为400 N,提升重物过程中绳子重和摩擦对应的额外功始终为总功的10%,求滑轮组的最大机械效率。(结果保留到1%)
水平滑轮组问题
6.如图所示,在拉力F作用下,一个重600 N的物体以0.1 m/s的速度沿水平地面向右匀速直线运动了10 s,已知滑轮组的机械效率为80%,在此过程中拉力F做了150 J的功,则下列说法中正确的是 (　　)
A.拉力F的大小为150 N
B.拉力F的大小为40 N
C.物体与地面间的滑动摩擦力为120 N
D.物体与地面间的滑动摩擦力为480 N
7.如图所示,用滑轮组拉动重70 N的物体A,在10 s内使A在水平方向上移动5 m,所用拉力F为20 N,地面对A的摩擦力为30 N,则A运动速度是　　　　 m/s,滑轮组所做的有用功是　　　　 J,滑轮组的机械效率是　　　　。
8.小华用如图所示的滑轮组拉动货箱,已知货箱的质量为60 kg,在F=50 N的拉力作用下,货箱以0.1 m/s的速度做匀速直线运动,地面对货箱的滑动摩擦力f为货箱重的(g取10 N/kg)。求:
(1)货箱的重力是多少
(2)拉力F的功率是多少
(3)货箱运动了1 min,克服摩擦所做的功是多少
(4)此滑轮组的机械效率是多少
有关机械效率探究实验
9.某小组在“测滑轮组机械效率的实验”中得到的数据如下表所示,实验装置如图所示。
实验 次数 钩码 重G/N 钩码上升 高度h/m 绳端拉 力F/N 绳端移 动距离s/m 机械 效率η
1 4 0.1 2.7 0.2 74%
2 4 0.1 1.8 0.3 74%
3 8 0.1 3.1 0.3 86%
4 8 0.1 2.5 0.4 ▲
(1)实验中应沿竖直方向缓慢　　　　拉动弹簧测力计,某同学在该实验中加速向上提升重物,所测滑轮组的机械效率会　　　　(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。
(2)通过比较　　　　(填实验次数的序号)两次实验数据得出结论:使用同一滑轮组提升同一重物时,滑轮组的机械效率与绳子段数　　　　(选填“有关”或“无关”);比较2、3两次实验得出结论:同一滑轮组,　　　　,滑轮组的机械效率越高。第4次实验空格中数值为　　　　。
(3)实验中使用了不同的滑轮组,还多次改变提升的物重来测量滑轮组的机械效率,目的是　　　　。(填字母)
A.减小摩擦
B.多次测量取平均值减小误差
C.获得多组数据归纳出物理规律
(4)用同一滑轮组匀速提升重力不同的物体,该滑轮组的机械效率η与所提升物体的重力G的关系图像正确的是　　　　(不计绳重和摩擦)。
A. B.
C. D.
(5)若每个滑轮的质量为100 g,第3次实验中克服摩擦做的额外功为　　　　J(不计绳重)。
【详解答案】
1.B　解析:A.由图可知,n=2,绳子自由端的速度为:v绳=nv物==4 m/s,故A错误;B.忽略绳重和摩擦,根据F=(G+G动)可知,动滑轮所受的重力为:G动=nF-G=2×20 N-20 N=20 N,故B正确;C.忽略绳重和摩擦,克服动滑轮重所做的功为额外功,则小明所做的额外功为:W额外=G动h=20 N×10 m=200 J,故C不正确;D.该滑轮组的机械效率为:η=×100%=×100%=×100%=×100%=×100%=50%,故D错误。故选B。
2.60　90%
解析:由图可知,n=3,不计绳重和滑轮与绳之间的摩擦,根据F=(G+G动)可知,动滑轮重为:G动=nF-G=3×200 N-540 N=60 N;该滑轮组的机械效率为:η=×100%=×100%=×100%=×100%=×100%=90%。
3. (1)2　变大　(2)大于
解析:(1)由甲图可知,正确地使用动滑轮,连接动滑轮的绳子段数为2,根据F=(G+G动)可得,动滑轮的重力为G动=2F-G=2×5 N-8 N=2 N,根据η==可知,提升的重物增加时,有用功会增加,则机械效率变大。(2)动滑轮相当于杠杆,支点在左端绳与滑轮的交点位置,此时重力相当于阻力,如乙图所示,阻力与阻力臂不变,动力臂变小,则动力变大,即F'大于F。
4.400　80%
解析:小龙对箱子做的有用功W有用=Gh=900 N×2 m=1 800 J,由机械效率公式可得小龙对绳子的拉力所做的总功W总===2 400 J,由图知绳子的有效段数n=3,拉力端移动的距离s=3h=3×2 m=6 m,由W总=Fs可得拉力F===400 N;不计绳重及摩擦,拉力F=,动滑轮重G动=3F-G=3×400 N-900 N=300 N,小龙的体重为500 N,则小龙施加的最大拉力F最大=G人=500 N,由F=,得提升的最大物重G最大=3F最大-G动=3×500 N-300 N=1 200 N,因为该滑轮的机械效率η===,且滑轮组的机械效率随提升物重的增大而增大,所以该滑轮组的最大机械效率η最大==×100%=80%。
5.解:(1)拉力做的有用功
W有用=Gh=310 N×2 m=620 J。
(2)由图知,n=2,绳子自由端移动的距离
s=2h=2×2 m=4 m,
拉力做的总功
W总=Fs=200 N×4 m=800 J,
拉力做功功率
P===80 W。
(3)拉力做的额外功W额外等于提升绳子和克服摩擦做的功W额外1加上提升动滑轮做的功W额外2,由题知,
W额外1=10%×W总=0.1W总,
因为W总=W有用+W额外=W有用+0.1W总+G轮h,所以W有用=W总-G轮h-0.1W总=0.9W总-G轮h=0.9F×2h-G轮h=1.8Fh-G轮h,W总=Fs=F×2h=2Fh,滑轮组的最大机械效率
η最大=×100%=×100%=×100%=×100%≈84%。
6. C　解析:由图知,n=3,绳子自由端移动的距离s=3s物=3v物t=3×0.1 m/s×10 s=3 m,由W总=Fs可得拉力:F===50 N,故A、B不正确;由η====,得物体与地面间的滑动摩擦力:f=3ηF=3×80%×
50 N=120 N,故C正确、D不正确。
7.0.5　150　75%
解析:A运动的速度v===0.5 m/s;滑轮组做的有用功:W有用=fs=30 N×5 m=150 J;由图可知:n=2,绳子自由端移动的距离sF=2s=2×5 m=10 m,拉力F做的总功:W总=FsF=20 N×10 m=200 J,滑轮组的机械效率:η=×100%=×100%=75%。
8.解:(1)货箱所受重力:
G=mg=60 kg×10 N/kg=600 N。
(2)滑轮组n=3,绳子自由端移动速度:v绳=3 v=3×0.1 m/s=0.3 m/s,
拉力的功率P=Fv绳=50 N×0.3 m/s=15 W;
(3)f=G=×600 N=120 N;由v=得,货箱移动距离:s=vt=0.1 m/s×60 s=6 m,
克服摩擦做功:W有=fs=120 N×6 m=720 J;
(4)1 min内绳子自由端移动距离:s绳=3s=3×6 m=18 m,
W总=Fs绳=50 N×18 m=900 J,η=×100%=×100%=80%。
答:(1)货箱重力为600 N;
(2)拉力F的功率是15 W;
(3)货箱运动了1 min,克服摩擦所做的功是720 J;
(4)该滑轮组的机械效率是80%。
9. (1)匀速　偏小　(2)1、2　无关　物重越大　80%　(3)C　(4)A　(5)0.03
解析:(1)实验时,应缓慢匀速向上拉动弹簧测力计,此时物体受力平衡,弹簧测力计示数等于拉力。若加速向上拉动物体,拉力变大,将物体提升到相同高度时,由W=Fs可知,总功变大,而有用功不变,由η=×100%可知,机械效率将偏小。(2)实验1和实验2中钩码的重力相同,实验1中钩码上升0.1 m,绳端移动0.2 m,说明有效绳子段数为2,实验2中钩码上升0.1 m,绳端移动0.3 m,说明有效绳子段数为3,但机械效率相同,说明使用同一滑轮组提升同一重物时,滑轮组的机械效率与绳子段数无关。2、3两次实验使用的是同一滑轮组,实验3中钩码的重力更大,机械效率更高,故可得:同一滑轮组,物重越大,滑轮组的机械效率越高。第4次实验空格中数值为η=×100%=×100%=×100%=80%。(3)使用不同的滑轮组,还多次改变提升的物重来测量滑轮组的机械效率,目的是避免偶然性,得出具有普遍性的规律。故选C。(4)机械效率随着物重的增大而增大,但与物重不成正比,且机械效率不可能达到100%,只能趋近100%。AB.机械效率随着物重的增大而增大,且最终趋近100%,所以曲线最终将逐渐变平缓,故A符合题意,B不符合题意;C.图像是一条过原点的直线,表示机械效率与物重成正比,故C不符合题意;D.图中机械效率随着物重的增大而减小,故D不符合题意。故选A。(5)第3次实验做的总功为W总3=F3s3=3.1 N×0.3 m=0.93 J,有用功为W有用3=G3h3=8 N×0.1 m=0.8 J,由图可知,第3次实验使用了一个动滑轮,则克服动滑轮重力所做的功为W动滑轮=G动滑轮h3=0.1 kg×10 N/kg×0.1 m=0.1 J,第3次实验中克服摩擦做的额外功W摩擦=W总3-W有用3-W动滑轮=0.93 J-0.8 J-0.1 J=0.03 J。