滑轮组和机械效率
一、单选题
1. 抽水蓄能电站的工作原理是用电低谷时(如深夜),电站利用电网多余电能把水从下水库抽到上水库中储存起来; 用电高峰时,再利用上水库中的水发电,如图。浙江宁海抽水蓄能电站总装机容量140万千瓦,设计年平均发电量14亿千瓦时,年抽水电量18.6亿千瓦时。若该电站上水库可用于发电的库容量为8.5×106米3,上、下水库平均水位差460米。下列说法正确的是( )
A.抽水蓄能电站把水从下水库抽到上水库的时段最可能是8:00-14:00×
B.用所发电量与抽水电量之比值来表示其综合效率,则该电站的综合效率为70%
C.该电站试运行阶段某天发电机发电时间为4小时,最多可发电5.6×106千瓦时
D.上水库中可用于发电的水流到下水库,水的重力做功为3.91×10 2焦
2.如图所示,分别使用滑轮或滑轮组匀速提升同一物体,滑轮质量均相等且G动小于G物,在相同的时间内物体被提升的高度也相等,不计绳重和摩擦,下列说法不正确的是( )
A.三个装置所做的有用功为W甲=W乙=W丙
B.绳子自由端移动的速度关系为v甲C.绳子自由端的拉力大小为F甲>F乙=F丙
D.三个装置的机械效率为η甲≥η乙=η丙
3.图中的每个滑轮重0.5N,物体A重6N,托板重1N。为了提升重物A,在2s的时间内,拉力F的作用点沿竖直方向匀速升高了1.2m,这个过程中,不计滑轮轴摩擦和绳重,则下列分析正确的是( )
A.拉力F的大小为1.5N
B.天花板对定滑轮拉力大小为4.5N
C.物体A上升的速度为0.6m/s
D.拉力F克服A重力做功7.2J
4.图中的每个滑轮重0.5N,物体A重6N,托板重1N。为了提升重物A,在2s的时间内,拉力F的作用点沿竖直方向匀速升高了1.2m,这个过程中,不计滑轮轴摩擦和绳重,则下列分析正确的是( )
A.拉力F的大小为1.5N
B.天花板对定滑轮拉力大小为4.5N
C.物体A上升的速度为0.6m/s
D.拉力F克服A重力做功7.2J
5. 重为30N的A物体,用图甲、乙所示两种方法被提升和水平移动。若A物体在水平面滑动时受到的摩擦力为20N,F=18N,F2=8N,A物体在5s内速移动的距离均为0.3m,则在该过程中,下列分析正确的是( )
A.绳子自由端F1移动的速度比F2移动的速度大
B.F1做功比F2做功少
C.两种方法中所做的有用功一样多
D.两种方法中机械效率相同
6.如图所示,物重G为2000N,小金用800N的拉力花2s的时间把物体沿斜面匀速移动了4m,提升高度为h为2.5m.(不计滑轮、细绳的重.不计细绳与滑轮间的摩擦)。下列说法正确的是()
A.拉绳子自由端的速度4m/s
B.拉力所做的功大小为5000J
C.整个系统的机械效率为78.125%
D.物体受到斜面对它的摩擦力为1150N
7.在测量滑轮组机械效率的实验中,用如图所示的滑轮组先匀速提 升重为G,的物体,额外功与总功之比为1:4,再匀速提升重为G2 的物体,先后两次提升时滑轮组的机械效率之比为5:6。若不计绳重和摩擦,则
A.G:G2 =2:5
B.G:G2 =2:3
C.先后两次绳子自由端的拉力之比为2:5
D.先后两次绳子自由端的拉力之比为3:5
8.《天工开物》中记载有一种自动引水灌溉工具“高转筒车”(如图)。使用时下方转轮安装在河道中,流水驱动轮子转动,系在传动绳索上的竹筒将水从河里源源不断输送到上方农田中。下列说法正确的是( )
A.这是一台“永动机”
B.水在输送过程中重力势能不变
C.转轮转速越快输水做功功率越大
D.上、下两个转轮可分别看作定滑轮和动滑轮
9.如图甲所示,同一木块放在同一水平面上,先后两次沿水平方向拉动木块使其做匀速直线运动。两次拉动木块的s-t图像分别是图乙中的图线①②。则下列物理量相等的是( )
A.木块前后两次所受的摩擦力
B.木块前后两次运动的速度
C.前后两次在相同时间内拉力所做的功
D.前后两次拉力的功率
10.如图所示,滑轮组在拉力F1的作用下,拉着重300N的物体A以1.5m/s的速度在水平面上匀速移动,滑轮组的机械效率为80%,物体A匀速运动时受的阻力为56N,拉力F1的功率为P1,若滑轮组在拉力F2的作用下,拉着物体A以0.5m/s的速度在此水平面上匀速移动,拉力F2的功率为P2,滑轮自重和绳重忽略不计,则下列说法正确的是( )
A.F1=168N,P1=225W B.F2=210N,P2=30W
C.F2=3F1,P1=P2 D.F1=F2,P1=3P2
11.如图甲所示,重为80N的物体在大小为10N,水平向左的拉力F1作用下,沿水平地面以3m/s的速度做匀速直线运动.如图乙所示,保持拉力F1不变,用水平向右的拉力F2,拉物体匀速向右运动1m.若不计滑轮、绳的质量和轮与轴间的摩擦,则( )
A.物体向左运动时,拉力F1的功率P1=30W
B.物体与地面之间的摩擦力f=10N
C.物体向右运动时,拉力F2=10N
D.物体向右运动时,拉力F2所做的功W2=40J
12.如图所示,F1=10 N,F2=3 N,此时物体A静止在地面上,物体B以0.1m/s的速度在物体A表面向左做匀速直线运动。(不计弹簧测力计、滑轮和绳子的自重及滑轮和绳子之间的摩擦)。下列说法正确的是( )
A.弹簧测力计示数为6 N
B.F2的功率为0.9 W
C.物体A受到地面向左4 N的摩擦力
D.F2增大到5N时,物体A开始向左运动
13.如图所示,当水平拉力F=50N时,恰好可以使物体A沿水平地面向右做匀速直线运动。已知物体重为200N,所受地面的摩擦力为80N,假如在5s时间内,物体水平移动了0.6m,不计绳和滑轮的自重,则在此过程中( )
A.拉力F做功为30J B.物体重力做功为120J
C.拉力F做功的功率为12W D.该装置的机械效率约为60%
14.2024年8月2日,在巴黎奥运会羽毛球混合双打项目决赛中,温州选手郑思维与队友合作夺得冠军。比赛过程中,有关羽毛球运动和受力的说法正确的是( )
A.发球时,羽毛球受到的力与球拍受到的力是一对平衡力
B.飞行时,羽毛球受到推力、重力和空气阻力
C.下落时,羽毛球受到的重力方向始终竖直向下
D.静止时,羽毛球受到的支持力与重力是一对相互作用力
15.如图,物体B放在水平桌面上,物体A通过滑轮组拉着物体B,此时物体B保持静止状态,当用竖直向下4牛的力F1拉重为2牛的物体A时,使物体B以0.2米/秒的速度匀速向右运动。若只用水平向左的力F2拉物体B时,使物体A以0.3米/秒速度匀速上升,不计滑轮重、绳重及滑轮间的摩擦。下列判断正确的是( )
A.物体B受到的摩擦力为8牛 B.拉力F2大小为10牛
C.拉力F2的功率为2.4瓦 D.拉力F1的功率为1.2瓦
二、填空题
16.两个实心物体的质量与体积的关系如图甲所示。
(1)物体A的密度是 。
(2)分别由A、B两种物质组成的体积相同的甲、乙两个物体的重力比为 。
(3)将体积相同的A、B两物体分别挂在滑轮和杠杆下面,如图乙所示,O为杠杆OQ的支点,P为杠杆OQ的中点,若要使他们处于静止,则虚线框内悬挂物体B的个数是 。(不计摩擦以及杠杆和滑轮的自重)
17.如图所示的斜面长4米、高2米。用沿斜面向上的拉力F把一个重力为150牛的物体,从斜面底端匀速拉到顶端,拉力F共做了400焦的功。拉力F的大小是 牛,物体与斜面间摩擦力的大小是 牛,斜面的机械效率为 。
18. 如图所示,滑轮重力、绳重和摩擦均不计,物体重都是100N,物体与水平面间的摩擦力都是30N,当物体做匀速直线运动时,则分别作用于各绳端的拉力F1= N;F2= N,F3= N。
19.如图所示,物体A在水平拉力F的作用下以0.1米/秒的速度匀速运动10秒,弹簧测力计示数为2牛。不计绳和滑轮重量,不计绳与滑轮等摩擦。
(1)图中甲滑轮的作用是 。
(2)物体A克服摩擦力所做的功 焦。
三、实验探究题
20.为了研究斜面的机械效率与斜面倾斜程度之间的关系,晓龙同学利用长木板、刻度尺、弹簧测力计、木块、小车等器材设计了如图所示的实验装置,实验测量的数据如表
实验次数 斜面倾斜程度 小车重力G/N 斜面高度h/m 沿斜面拉力F/N 斜面长度s/m 机械效率
1 较缓 3 0.2 1.6 1 37.5%
2 较陡 3 0.3 1.8 1
3 最陡 3 0.4 2.0 1 60%
请你根据表中的数据解答下列问题:
(1)在第2次实验中,物体受到的摩擦力f= ;
(2)斜面的机械效率与斜面倾斜程度间的关系是 ;
(3)斜面的机械效率还可能与 有关。
21.小明用如图所示的装置探究杠杆的机械效率,杠杆的质量分布均匀,右端固定在O点,杠杆可绕O点在竖直平面内转动:
(1)当总重为G的钩码悬挂在A点时,弹簧测力计作用在B点,将钩码缓慢提升高度h1,此时弹簧测力计的示数为F1,且B端上升的高度为h2,则杠杆的机械效率η1= ;(用物理量符号表示)
(2)若保持钩码的位置不变,弹簧测力计作用在C点,将钩码缓慢提升相同的高度,则弹簧测力计的示数F2 F1,杠杆的机械效率η1 η2(选填“>”、“<”或“=”)。
四、解答题
22.如图所示是现代化港口的一种新型吊运设备的简化模型示意图,图中虚线框里是滑轮组(未画出),滑轮组绳子的自由端由电动机拉动。用该吊运设备先后搬运水平地面上的长方体形集装箱A和B。A和B的底面积、高度、密度大小关系如下表所示。
集装箱 A B
底面积S
高度h
密度ρ
集装箱A在地面上静止,当受到滑轮组挂钩竖直向上的拉力为时,地面对A的支持力为;集装箱B在地面上静止,当受到滑轮组挂钩竖直向上的拉力为时,地面对B的支持力为。已知。
在吊运集装箱A的过程中,当绳子自由端拉力为时,集装箱A匀速竖直上升,绳子自由端拉力的功率为,滑轮组的机械效率为80%;在吊运集装箱B的过程中,集装箱B匀速竖直上升了。不计绳的质量,不计滑轮与轴的摩擦。求:
(1)集装箱A和B的重和;
(2)集装箱A匀速竖直上升的速度;
(3)集装箱B匀速竖直上升的过程中,绳子自由端拉力做的功。
23.某同学自制了一个可以测人体重心位置的装置,如图所示,取一块与自己等长的木板,一端固定,另一端用轻质细绳通过一个滑轮组悬挂起(摩擦不计,动滑轮重不计)在绳子末端的托盘上放一些码砝,使木板水平平衡。如果该同学身高150cm质量40Kg,平躺到木板上后在托盘中再加上质量为8Kg的码砝,木板再次水平平衡。
(1)在测人体重心之前,先“在绳子末端的托盘上放一些码砝,使木板水平平衡,这样做的目的是什么?
(2)请你计算出该同学重心到“O”的距离是多少?
答案解析部分
1.C
2.C
3.B
4.B
5.D
6.D
7.C
8.C
9.A
10.D
11.D
12.C
13.C
14.C
15.C
16.(1)28/cm3:(或2×10kg/m3)
(2)4:1
(3)4
17.100;25;75%
18.30;15;60
19.(1)改变力的方向
(2)4
20.0.9N;当斜面的粗糙程度相同时,斜面的倾斜程度越大,斜面的机械效率越高;斜面的粗糙程度
21.(1)
(2)>;=
22.(1)由表中数据,根据G=mg=ρVg可得A和B集装箱的重力比:
……①
当集装箱A、B受到滑轮组挂钩竖直向上的拉力分别为T1、T2时,集装箱静止在地面上,集装箱受到的拉力、支持力与重力平衡,所以有:
1500N+N1=GA……②
2000N+N2=GB……③
已知N1=3N2…… ④
联立①②③④解得:GA=4500N,GB=3000N;
(2)不计绳的质量,不计滑轮与轴的摩擦,
根据可得:80%=;
解得:承担物重绳子的段数:n=5;
拉起集装箱A时绳端速度:;
由v=nv物可得,物体A上升速度;;
(3)不计绳的质量,不计滑轮与轴的摩擦,拉起集装箱A时,
由nF=G+G动可得,
动滑轮重力:G动=nFA-GA=5×1125N-4500N=1125N,
拉起集装箱B时绳端拉力:,
绳子自由端拉力做的功:WB=FBsB=FBnhB=825N×5×8m=3.3×104J。
23.(1)消除木板重力对实验的影响
(2)由图知,滑轮组对木板的拉力:
,其力臂,
,其力臂为,
由杠杆的平衡条件知:,
即: