2020－2021学年人教版 八年级物理下册 12.3 机械效率 课时训练（含答案）

人教版 八年级物理下册 12.3 机械效率 课时训练
一、选择题
1. 利用如图所示的滑轮，在粗糙水平面上匀速拉动物体，下列叙述正确的是(　　)
A. 重力做的功是有用功
B. 拉力F1做的功是额外功
C. 绳子自由端的拉力F做的功是总功
D. 该滑轮的机械效率可能等于100%
2. 如图所示的吊车有大、小两个吊钩，在确保安全的前提下，下列关于吊车机械效率说法正确的是(　　)
A.吊起相同货物，使用小吊钩机械效率高
B.吊起相同货物，上升速度快的机械效率高
C.每次吊起的货物越少，机械效率越高
D.货物升高的高度越高，机械效率越高
3. 湖北省第二届园林博览会将于2019年9月28日在荆州开幕。在某场馆建设中，采用了如图所示的装置提升重物，当工人师傅们用1000 N的拉力F向下拉绳，使重1600 N的重物匀速上升了5 m，此过程中克服绳重和摩擦做功500 J，下列说法中正确的是 (　　)
A.拉力F做功为5×103 J
B.缠绕在动滑轮上每股绳的拉力为800 N
C.动滑轮重为300 N
D.滑轮组的机械效率为75%
4. 如图所示，利用滑轮组在2 s内将重400 N的物体匀速提升了1 m，所用拉力F为150 N。不计绳重和摩擦，下列说法正确的是(　　)
A.绳子自由端移动的速度为2 m/s
B.动滑轮的总重为100 N
C.滑轮组的机械效率为83.3%
D.提升更重的物体，滑轮组的机械效率会变小
5. 【多选】如图所示，用相同的滑轮组装成甲、乙滑轮组，分别将同一重物在相等的时间内提升相同的高度，不计绳重和摩擦，则 (　　)
A.甲、乙的拉力之比是3∶2
B.甲、乙绳的自由端速度之比是1∶1
C.甲、乙拉力的功率之比是3∶2
D.甲、乙的机械效率之比是1∶1
6. 如图所示，利用动滑轮将重力为100 N的物体在5 s内匀速竖直提升，拉力F为60 N，绳子自由端移动的距离为2 m，不计绳重及摩擦，下列说法正确的是(　　)
A.物体移动的速度为0.4 m/s
B.所做的有用功为200 J
C.动滑轮的机械效率为60%
D.拉力F的功率为24 W
7. 如图所示，甲、乙两个滑轮组，其中每个滑轮的质量都相同，分别用拉力F1、F2将重物G1、G2提升相同高度，不计绳重和摩擦，下列说法正确的是(　　)
A.若G1=G2，则拉力F1、F2做的总功相同
B.若G1=G2，则拉力F2做的有用功多
C.若G1>G2，则甲的机械效率大于乙的机械效率
D.若G1>G2，则甲、乙两个滑轮组的机械效率相等
8. 为了将放置在水平地面上重为100 N的物体提升一定高度，某同学设计了如图甲所示的滑轮组装置。当用图乙所示随时间变化的竖直向下的拉力F拉绳时，物体的速度v和上升的高度h随时间变化的关系分别如图丙和丁所示(不计绳重和绳与轮之间的摩擦)。下列计算结果正确的是 (　　)
A.1~2 s内，拉力F做的功是187.5 J
B.0~1 s内，地面对物体的支持力是10 N
C.2~3 s内，拉力F的功率是100 W
D.2~3 s内，滑轮组的机械效率是62.5%
二、填空题
9. 如图斜面长6 m，高1.5 m，工人用沿斜面向上500 N的力，以1.5 m/s的速度把重1 600 N的箱子匀速推到车上，则推力的功率是________W，该斜面机械效率是________%.
　　　　　
10. 如图所示，工人用滑轮组将重为600 N的建筑材料以0.3 m/s的速度匀速竖直提升。人对绳子自由端的拉力F=375 N，滑轮组的机械效率为　　　　，拉力F的功率为　　　　W。?
11. 将一个重240 N的物体匀速推到斜面顶端，人沿斜面向上的推力为120 N，如图所示，物体沿斜面移动的距离s＝3 m，上升的高度h＝1.2 m，则人对物体做的有用功是________ J，斜面的机械效率是________．
12. 将一个重240 N的物体匀速推到斜面顶端，人沿斜面向上的推力为120 N，物体沿斜面移动的距离s=3 m、上升的高度h=1.2 m，则人对物体做的有用功是　　　J，斜面的机械效率是　　　，物体在斜面上所受的摩擦力是　　　　N。若使斜面倾角逐渐增大，此斜面的机械效率将逐渐　　　　(选填“增大”“不变”或“减小”)。?
13. 工人师傅利用如图所示的两种方式，将质量为30 kg的货物从图示位置向上缓慢提升1 m，F1、F2始终沿竖直方向。图甲中OB=4OA，匀质杠杆的质量为4 kg，则F1做的功是　　　　J;图乙中动滑动重60 N，重物上升速度为0.02 m/s，不计绳重和摩擦，滑轮组的机械效率为　　　　，力F2的功率为　　　　W。(g取10 N/kg)?
14. 如图所示，每个滑轮重30 N，忽略绳子与滑轮的摩擦阻力．用这滑轮组将重300 N的物体匀速提升10 m，则在这过程中，拉绳的力F＝________N，物体的机械能__________(选填“增大”、“不变”或“减小”)，滑轮组的机械效率为________．
　　　　
15. 如图所示，分别利用甲、乙两个不同的滑轮组竖直匀速提升A、B两个物体，使它们均升高0.2 m，测得A、B所受重力为GA＝4.5 N，GB＝9 N．甲滑轮组中弹簧测力计的示数FA＝2 N．则甲滑轮组的机械效率为________．若两滑轮组的机械效率相同，则乙滑轮组中弹簧测力计的示数FB＝________N(不计绳重和摩擦)．
16. 如图所示的滑轮组(不计绳重及摩擦)，工人师傅用40 N的拉力将质量为5 kg、底面积为1 600 cm2的空吊篮A匀速提升到二楼平台，此滑轮组的机械效率为______%；若静止在二楼平台的吊篮里装了1 020 N的砖块，绳子B和C能承受的最大拉力分别为1 000 N和600 N，当质量为50 kg的工人师傅拉绳子C时，吊篮对二楼平台的最小压强为________Pa.
三、实验题
17. 某同学用如图所示的实验装置测量滑轮组的机械效率，相关数据记录在下表中.
实验 次数 钩码重/N 钩码上升
的高度/m 绳端的拉
力/N 绳端移动
的距离/m 机械
效率
1 4 0.10 1.8 0.3
2 6 0.10 2.5 0.3
3 6 0.15 2.5

(1)实验中，使用滑轮组提升重物时，应竖直向上________拉动弹簧测力计．
(2)第二次实验中， 2 s内钩码上升的高度为0.1 m，则它运动的速度为______m/s.
(3)第三次实验中，绳端移动的距离为________m，滑轮组的机械效率为________．
(4)分析比较第一、二两次实验数据，有用功W1有______W2有，滑轮组的机械效率η1______η2 (两空均选填“＞”、“＝”或“＜”)．由此可知，可采用____________的方法来提高滑轮组的机械效率．
18. 如图是智慧小组“测滑轮组的机械效率”的实验装置。测得的实验数据如下表。
实验次数 物重
G/N 物体上升
高度h/m 拉力
F/N 绳端移动
距离s/m 机械效率η
1 1 0.1 0.6 0.3 55.6%
2 2 0.1 1.0 0.3 66.7%
3 4 0.1 1.8 0.3
(1)实验过程中，应竖直向上　　　　拉动弹簧测力计。?
(2)第三次实验中滑轮组的机械效率是　　　　。(精确到0.1%)?
(3)分析表中实验数据可知，同一滑轮组，物重　　　　，滑轮组的机械效率越高。?
(4)若在第三次实验中，物体上升的速度为0.1 m/s，则拉力F的功率为　　　　W。?
(5)创新小组也利用重为1 N、2 N、4 N的物体进行了三次实验，每次测得的机械效率均大于智慧小组的测量值，则创新小组测量值偏大的原因可能是　　　　。(填字母)?
A.测拉力时，弹簧测力计未调零，指针指在零刻度线下方
B.弹簧测力计每次拉动物体时均加速上升
C.所使用的动滑轮的重力小于智慧小组的
四、解答题
19. [涉及浮力问题]如图所示，打捞重为400 N的物体C，当物体C完全浸没在水中时，绳子自由端的拉力F＝20 N，求：
(1)物体C此时的浮力？
(2)物体C的体积和密度？
(3)匀速打捞可分为3个阶段：①物体C处于浸没状态时，向上运动；②物体C上表面刚露出水面到下表面完全离开水面；③物体C离开水面升空的过程．在这三个过程中，绳子自由端的拉力F如何变化(忽略水对物体的阻力)？第三阶段时滑轮组的机械效率？
20. 如图所示是打捞物体的模拟装置。现电动机带动钢丝绳自由端以0.5 m/s的速度匀速拉动滑轮组，经过5 min将体积为0.1 m3的物体由海底提升到海面，物体离开海面后钢丝绳自由端的速度变为0.49 m/s，此时电动机的输出功率比物体在海水中时增大了12%。求:(不计物体的高度、绳重和摩擦，ρ物=7.6×103 kg/m3，ρ海水=1.0×103 kg/m3，g取10 N/kg)
(1)物体浸没在海水中受到的浮力是多少。
(2)物体在海底时的深度是多少。
(3)物体在海底时受到海水的压强是多少。
(4)物体在海面下匀速上升过程中，该滑轮组的机械效率是多少。(不计动滑轮体积，结果保留三位有效数字)
人教版 八年级物理下册 12.3 机械效率 课时训练-答案
一、选择题
1. 【答案】C　【解析】因为物体没在重力的方向上移动距离，重力没有做功，故A错误；拉力F1做的是有用功，故B错误；拉力F做的功是总功，故C正确；使用该滑轮，因为有摩擦，物体运动时要做一些额外功，所以机械效率不可能等于100%，故D错误．故选C.
2. 【答案】A　[解析]用吊车吊起重物时，克服吊钩的重力和摩擦力所做的功为额外功，所以吊起相同货物，使用小吊钩机械效率高，故A正确;吊车吊起货物的速度和高度与机械效率无关，故B、D错误;每次吊起的货物越少，机械效率越低，故C错误。
3. 【答案】C
4. 【答案】A　[解析]由图知，滑轮组承担对物体拉力的绳子段数n=4，绳子自由端移动距离s=nh=4×1 m=4 m，速度v===2 m/s，A正确;由F=(G+G动)可得，动滑轮总重为G动=nF-G=4×150 N-400 N=200 N，B错误;滑轮组机械效率η======67%，C错误;由η=可知，提升物重变大，滑轮组机械效率变大，D错误。
5. 【答案】AD　[解析]不计绳重及摩擦，拉力F=(G物+G轮)，由图知，n甲=2，n乙=3，所以甲、乙绳端的拉力分别为F1=(G物+G轮)，F2=(G物+G轮)，则甲、乙拉力之比F1∶F2=(G物+G轮)∶(G物+G轮)=3∶2，故A正确。将同一重物在相等的时间内提升相同的高度，则提升物体的速度相同，则甲、乙绳的自由端速度分别为v甲=2v，v乙=3v，所以，甲、乙绳的自由端速度之比v甲∶v乙=2v∶3v=2∶3，故B错误。由P===Fv可得，甲、乙拉力的功率之比P甲∶P乙===1∶1，故C错误。不计绳重及摩擦，动滑轮重相同，提升的物体重和高度相同，由W额=G轮h、W有=G物h可知，利用滑轮组做的有用功相同、额外功相同，则拉力做的总功相同，由η=可知，两滑轮组的机械效率相同，即甲、乙的机械效率之比η甲:η乙=1∶1，故D正确。
6. 【答案】D　[解析]物体被提升的高度h=s=×2 m=1 m，物体移动速度v===0.2 m/s，故A错误。所做的有用功W有=G物h=100 N×1 m=100 J，故B错误。拉力做的总功W总=Fs=60 N×2 m=120 J，动滑轮的机械效率η==≈83.3%，故C错误。拉力F的功率P===24 W，故D正确。
7. 【答案】C　[解析]若G1=G2，且重物被匀速提升的高度相同，由W有=Gh可知，有用功相同，不计绳重及摩擦，则额外功是克服动滑轮自重做的功，即W额=G动h，因每个滑轮质量都相等，提升的高度相同，但乙装置有2个动滑轮，故乙做的额外功多，而W总=W有+W额，所以总功不相同，即F1、F2做的功不相等，故A、B错误。不考虑绳重、摩擦，则滑轮组的机械效率η甲===，η乙===;若G1>G2，则η甲-η乙=-=>0，所以甲的机械效率大于乙的机械效率，故D错误，C正确。
8. 【答案】A　[解析]滑轮组绳子的股数n=3，则拉力F移动的距离s=3h，速度v绳=3v。在1~2 s内，拉力F2=50 N，物体上升高度h2=1.25 m，拉力的作用点下降的距离为s2=3h2=3×1.25 m=3.75 m，拉力做的功W=F2s2=50 N×3.75 m=187.5 J，故A正确。由题图乙可知，在0~1 s内，拉力F1=30 N，由图丙可知，此时物体的运动速度为0，处于静止状态。物体受重力G、绳子向上的拉力F'和地面对物体的支持力，则支持力F支=G-F'=G-(3F1-G动)=100 N-3×30 N+G动=G动+10 N≠10 N，故B错误。由图丙可知，在2~3 s内，重物做匀速运动，v3=2.5 m/s，拉力F3=40 N，绳子自由端移动速度v绳'=3v3=3×2.5 m/s=7.5 m/s，拉力的功率P总=F3v绳'=40 N×7.5 m/s=300 W，故C错误。在2~3 s内，滑轮组机械效率η=====≈83.3%，故D错误。
二、填空题
9. 【答案】750　80　【解析】推力的功率为P＝Fv＝500 N×1.5 m/s＝750 W；推力做的总功为W总＝Fs＝500 N×6 m＝3 000 J，克服箱子的重力做的有用功为W有＝Gh＝1 600 N×1.5 m＝2 400 J，则该斜面的机械效率为η＝×100%＝×100%＝80%.
10. 【答案】80%　225
[解析]由图知n=2，拉力端移动距离s=2h，滑轮组的机械效率η======80%;拉力F的功率P====F×2v=375 N×2×0.3 m/s=225 W。
11. 【答案】288　 80% 　【解析】应用斜面的目的是把物体抬高，所以克服物体重力所做的功是有用功，拉力做的功为总功，则W有＝Gh＝240 N×1.2 m＝288 J，W总＝Fs＝120 N×3 m＝360 J，η＝×100%＝×100%＝80%
12. 【答案】288　80%　24　增大
13. 【答案】240　83.3%　7.2
14. 【答案】110　增大　90.9%　【解析】如题图所示，滑轮组由三股绳子承担物重，F拉＝(G物＋G动)＝×(300 N＋30 N)＝110 N，物体匀速上升，物体的动能不变，重力势能增加，则物体的机械能增大，滑轮组的机械效率η＝×100%＝×100%＝×100%≈90.9%
15. 【答案】75%　4　【解析】用滑轮组提升重物时，克服物体重力所做的功是有用功，则W有＝Gh，拉力F所做的功是总功，即W总＝Fs，甲滑轮组中有三股绳承担物重，则s＝3 h，则甲滑轮组的机械效率为η甲＝×100%＝×100%＝75%；依题意可知，η乙＝η甲＝75%，则有η乙＝×100%＝×100%＝75%，解得FB＝4 N.
16. 【答案】62.5　625　【解析】吊篮的重力G＝mg＝5 kg×10 N/kg＝50 N，故滑轮组的机械效率是η＝＝＝×100%＝×100%＝62.5%.由F＝(G＋G动)可得，G动＝2F－G＝2×40 N－50 N＝30 N，工人师傅的重力G＝mg＝50 kg×10 N/kg＝500 N，刚好是绳子C能承受的最大拉力，此时对绳子B产生的最大拉力是FB＝2FC－G动＝2×500 N－30 N＝970 N(小于1 000 N，绳子不会断)，则吊篮对地面的最小压力是1 020 N＋50 N－970 N＝100 N，故其对地面的最小压强是p＝＝＝625 Pa.
三、实验题
17. 【答案】(1)匀速　(2)0.05　(3)0.45　80%　(4)＜　＜　增加钩码重(增加物重)　【解析】(1)匀速拉动，速度大小不变，方便读数；(2)v＝＝＝0.05 m/s；(3)由题图知，3根绳子承担物重，s＝nh＝3×0.15 m＝0.45 m，机械效率η＝×100%＝×100%＝×100%＝80%；(4)高度相同，物重增大，做的有用功增大，所以W1有 18. 【答案】(1)匀速缓慢(或匀速)
(2)74.1%　(3)越大(越重)
(4)0.54　(5)C
[解析](1)实验过程中，应竖直向上匀速缓慢拉动弹簧测力计。(2)第3次实验中，滑轮组的机械效率为η===≈74.1%。(3)分析表格中的数据可知，同一滑轮组，物重越大，滑轮组的机械效率越高。(4)图中物体和动滑轮的总重是由3段绳子承担的，所以绳子自由端移动的速度为v绳=3v物=3×0.1 m/s=0.3 m/s，拉力的功率为P=Fv绳=1.8 N×0.3 m/s=0.54 W。(5)若测量拉力时，弹簧测力计没有调零，指针在零刻度线的下方，会导致所测拉力偏大，计算出的机械效率偏小，故A不符合题意;若弹簧测力计每次拉动物体时均加速上升，所测拉力偏大，计算出的机械效率偏小，故B不符合题意;若所使用的动滑轮重力偏小，会导致额外功所占比例偏小，所测量的机械效率偏大，故C符合题意。
四、解答题
19. 【答案】
当物体已全浸没在水中后，在竖直方向上受力平衡：
GC＝F浮＋F
因为F拉＝(G滑＋F)
所以F浮＝GC－3F拉＋G滑＝400 N－60 N＋10 N＝350 N.
(2)物体已完全浸没，F浮＝ρgV排，
V物＝V排＝＝＝3.5×10－2 m3
ρc＝＝＝1.14×103 kg/m3.
(3)由F拉＝(G滑＋GG－F浮)
①当物体处于浸没状态时F浮大小不变即F拉不变．
②当物体C在上表面露出水面到下表面完全离开水面时，F浮逐渐变小，所以F拉逐渐变大．
③当物体已完全离开水面后，此时F浮＝0，则拉力达到最大且保持不变．
F拉＝(G滑＋GC)＝(10 N＋400 N)＝ N
η＝×100%＝＝×100%＝＝97.6%
20. 【答案】
解:(1)物体浸没在海水中时，排开海水的体积V排=V=0.1 m3，
则物体浸没在海水中受到的浮力
F浮=ρ海水gV排=1.0×103 kg/m3×10 N/kg×0.1 m3=1000 N。
(2)由图知，该滑轮组n=5，则物体上升的速度
v物=v1=×0.5 m/s=0.1 m/s，
由题意可知，物体在海底时的深度
h=v物t=0.1 m/s×5×60 s=30 m。
(3)物体在海底时受到海水的压强
p=ρ海水gh=1.0×103 kg/m3×10 N/kg×30 m=3×105 Pa。
(4)物体的重力
G=mg=ρ物Vg=7.6×103 kg/m3×0.1 m3×10 N/kg=7600 N，
设物体在海水中时电动机的功率为P1，钢丝绳自由端的拉力为F1，已知钢丝绳自由端移动的速度v1=0.5 m/s，则P1=F1v1=F1×0.5 m/s;
设物体在离开海面后电动机的功率为P2，钢丝绳自由端的拉力为F2，已知钢丝绳自由端移动的速度v2=0.49 m/s，
则P2=F2v2=F2×0.49 m/s;
由题知，物体在离开海面后电动机的功率比物体在海水中时增大了12%，
则有P2=P1×(1+12%)，
即F2×0.49 m/s=F1×0.5 m/s×(1+12%)，解得F2=F1，
由图知，承担对物体拉力的钢丝绳有效段数n=5，不计绳重和摩擦，两次的拉力分别为F1=(G-F浮+G轮)，F2=(G+G轮)，
则(G+G轮)=×(G-F浮+G轮)，
解得动滑轮重
G轮=8F浮-G=8×1000 N-7600 N=400 N，
物体在海面下匀速上升过程中该滑轮组的机械效率η===
≈94.3%。