物理 机械效率的计算的专项 培优 易错 难题练习题及答案

一、初中物理有用功额外功总功机械效率的计算问题

1．如图所示，实心物体A 漂浮在水面上，现利用电动机通过滑轮组拉动A ，使A 向下运动（运动过程中始终未碰到定滑轮）。已知A 的体积为0.2m 3，密度为0.4×103kg/m 3．动滑轮重为300N ，电动机工作时拉绳子的功率为1.5×103W 且保持不变，不计绳重、摩擦和水的阻力，g ＝10N/kg ，ρ水＝1.0×103kg/m 3，下列说法中不正确的是（ ）

A ．物体向下运动的最小速度3m/s

B ．物体A 浸没在水中时受到的浮力为2×103N

C ．物体A 向下运动过程中，电动机拉着绳子的力先变大，后不变

D ．物体A 向下运动过程中，滑轮组机械效率的最大值为80% 【答案】A 【解析】 【分析】 【详解】 B ．由m

V

ρ=

知道，A 的质量 m A ＝ρA V A ＝0.4×103kg/m 3×0.2m 3＝80kg

由G mg = 知道，A 的重力

G A ＝m A g ＝80kg×10N/kg ＝800N

由于A 浸没在水中，声音，

V 排＝V A ＝0.2m 3

A 浸没在水中受到的浮力

F 浮＝ρ水gV 排＝1.0×103kg/m 3×10N/kg×0.2m 3＝2×103N

故B 正确，不符合题意；

A ．当A 完全浸没时绳子对物体A 的拉力最大，电动机对绳子的拉力也最大，不计绳重、摩擦和水的阻力，则电动机对绳子的最大拉力

()()3210N 11

==500N 3800N 300N 3

F F

G G =

-⨯++浮动﹣ 由W Fs

P Fv t t

=

==知道，绳子自由端运动的最小速度

3 1.510W 3m/s 500N

P v

F ⨯===绳

则物体向下运动的最小速度

11

=3m/s=1m/s 33

v v =⨯绳

故A 错误，符合题意；

C ．由于电动机对绳子的拉力()1

3

F F

G G =-+浮动，而物体A 向下运动过程中，浮力先变大、后不变，所以，电动机拉着绳子的力先变大，后不变，故C 正确，不符合题意； D ．当A 完全浸没后，滑轮组受到的拉力最大，此时滑轮组的机械效率最大，有用功

W 有用＝（F 浮﹣G ）h

总功

W 总＝Fs ＝（F 浮﹣G +G 动）×3h ＝（F 浮﹣G +G 动）h

滑轮组机械效率的最大值

33210N 800N ===100%80%210N 800N 300N

W F G h F G W F G G h F G G η⨯-=⨯=++⨯-+有浮浮浮浮总动动（﹣）﹣（﹣）﹣

故D 正确，不符合题意。 故选A 。

2．如图所示，用一动滑轮拉一物体A 以0.5m/s 的速度在水平面上作匀速直线运动，物体A 重为20N ，受到的摩擦阻力是物重的0.2倍，水平拉力为2.5N ，则在2s 内拉力做的功是________J ，滑轮的机械效率是________（不计滑轮重力）．

【答案】5 80% 【解析】 【分析】 【详解】

物体2s 移动的距离：s=vt=0.5m/s×2s=1m ， ∵使用的是动滑轮，

∴拉力移动的距离：s′=2s=2×1m=2m ， 拉力做功：W=Fs′=2.5N×2m=5J ； ∵物体受到的摩擦阻力是物重的0.2倍， ∴f=0.2G=0.2×20N=4N ， 滑轮的机械效率：

η===

=80%．

故答案为5，80%．

3．小黄用图所示的滑轮组经过10s 的时间，用150N 的拉力将一个重270N 的重物提高1m ，求此过程：拉力F 自由端拉出的距离是_____m ；小黄所做的有用功是_______J ；总功是_______J ；拉力做功的功率是______W 。

【答案】3 270 450 45 【解析】 【分析】 【详解】

[1]由图可知，滑轮组的承重绳子根数n =3根，则拉力自由端拉出的距离

s =nh =3×1m=3m

[2]有用功

W 有用=Gh =270N×1m=270J

[3]总功

W 总=Fs =150N×3m=450J

[4]拉力做功的功率

450J

45W 10s

W P t =

==总

4．如图所示的滑轮组（不计滑轮重、绳与滑轮的摩擦），在拉力 F 的作用下，物体水平向左做匀速直线运动，弹簧测力计的示数为 6N ， 则物体受到地面的摩擦力大小为_________N 。一段时间内物体沿水平方 向移动了 5m ，拉力 F 做功_____J 。

【答案】12 60 【解析】 【分析】 【详解】

[1]由图可知，n =2，弹簧测力计的示数为6N ，则拉力为6N ，摩擦力

f =2×6N=12N

摩擦力为12N。

[2]拉力移动的距离

s′=2s=2 5m=10m

拉力做的功

W=Fs=6N×10m=60J

拉力做的功为60J。

5．如图所示，用F=50N的力通过滑轮组水平拉重为80N的物体使其向左匀速运动0.4m，在这个过程中拉力F做功为_____J，已知物体受到水平地面的摩擦力为60N，该滑轮组的机械效率为_____（忽略绳子和动滑轮的重力）

【答案】40 60%

【解析】

【分析】

首先判断滑轮组有几段绳子受力，计算出拉力移动的距离，利用拉力做的总功；滑轮组所做的有用功为克服物体A受到摩擦力所做的功，根据求出其大小，再根据效率公式求出滑轮组的机械效率。

【详解】

[1]滑轮组有两段绳子与动滑轮接触，所以有2段绳子有效受力，则绳子自由端移动的距离

拉力F所做的总功

[2]滑轮组克服摩擦所做有用功

滑轮组的机械效率

【点睛】

本题考查水平使用滑轮组拉力的计算，有两处关键的地方，一是滑轮组水平使用克服的是摩擦力，故题目已知物体重力是个干扰条件；二是对动滑轮上绳子段数n的判断。

6．质量为m的工人用如图甲所示的滑轮组将建筑材料运送到楼顶，滑轮组的机械效率随建筑材料重力变化的图像（如图乙），机械中摩擦及绳重忽略不计，影响滑轮组机械效率的原因有_____（写出一点即可），动滑轮的重力为_____，该工人竖直向下拉绳子自由端运送建筑材料时，此滑轮组机械效率的最大值为_____。（后两空均用已知量符号表示）