北京中考物理功和机械效率专题复习教师版

北京中考物理功和机械效率专题复习一•解答题(共15小题)1 •用如图所示的滑轮组将480N 的物体以0.3m/s 的速度匀速提起，绳子自由端的拉力为 200N (不计摩擦和绳重).求：(1) 滑轮组的机械效率.(2) 拉力的功率.(3) 若用该滑轮组将重600N 的物体匀速提升2m 时，拉力所做的功为多少？滑轮组的机械效率:x 100%(2) 绳子自由端移动的速度:v ' =3v=0.3m/s x 3=0.9m/s ,拉力的功率：解答：解：(1)由图知，使用该滑轮组承担物重的绳子股数，n=310O%i 100%=―丄x 100%=80%=Fv=200NX 0.9m/s=180Wt(3) v 不计摩擦和绳重，二 F=!- (G+G 动),3•••G 动=3F — G=3 200N — 480N=120N当提起G =600N 的物体时拉力:F'=(G+G 动)，这时拉力做的功:W 二F' s '二F'x 3h ' =240NX 3X 2m=1440J答：(1)滑轮组的机械效率为80%(2) 拉力的功率180W(3) 拉力所做的功为1440J .2•在农村常有家庭挖井取水•小明同学用如图(甲)所示的滑轮组提土，他用 20s 的时间 把重为120N 的土从井中匀速提升5m 拉力做的功W 随时间t 的变化图象如图(乙)所示.求:(1) 有用功；(2) 滑轮组的机械效率；(3) 拉力的大小；(4) 拉力的功率.=1 3(600N+120N =240N,考点：功的计算；有用功和额外功；滑轮(组)的机械效率；功率的计算.专题：计算题；压轴题.分析：(1)已知土的重力和上升的高度，根据 W=G 求出克服土的重力做的功，即为有用功;率;2,根据s=nh 求出绳端移动的距离，根据 W=Fs 求出拉力的大小;(4) 根据P 丄求出拉力的功率.t解答：解：(1)有用功：W =Gh=120N K 5m=600J(2)由乙图可得：W 总=800J ,滑轮组的机械效率：4=5 800J(3)绳端移动的距离:(2)由乙图直接读出20s 内拉力做的功即为总功,根据n \：求出滑轮组的机械效(3)由图可知绳子的有效股数为即乙)s=n h=2X 5m=10m拉力的大小:(4) 拉力的功率： p= j^^l=40W t 20s 答：(1)有用功为600J ;(2) 滑轮组的机械效率为75%(3) 拉力的大小为80N;(4) 拉力的功率为40W3•如图1所示，重为8N 的物体A 在拉力F 的作用下，5s 内匀速运动了 0.5m .拉力F 做的 功随时间变化的图象如图2所示.己知动滑轮重0.5N ，物体A 在水平桌面上运动时受到的 摩擦阻力f 为物重G 的0.5倍.求：(1)拉力F 的功率.(2)拉力F 大小.(3)克服绳重及摩擦所做的额外功占总功的比例.解:(1) 由图象知，拉力做的功 W=2.5J 时，所用的时间是5sF= J 亠 s10m =80N所以拉力的功率为P』=i -- =0.5W;t 5s(2) 绳子拉下的长度为S=2h=2X 0.5m=1m作用在绳子上的拉力为F^—=2.5N;(3) 拉动物体做的有用功为W有用=fS i=0.5 X 8NX 0.5m=2J拉力做的总功为W=FS=2.5N X 1m=2.5J额外功为W=W、- W有用=2.5J - 2J=0.5J对动滑轮做的功为W»=G动h=0.5N X 0.5m=0.25J克服绳重及摩擦所做的额外功为W =W额-W动=0.5J - 0.25J=0.25J克服绳重及摩擦所做的额外功占总功的比例为! 亠—=10%2. 5J4.人们利用如图所示的滑轮组将浸没在河底的实心物体A打捞上来，物体A的密度为3 3 39.0 X 10 Kg/m，体积为100dm.在5000N的拉力F作用下，物体A在2s内匀速竖直上升2m (物体未露出水面)，不计水的阻力，g=10N/Kg.求：(1) 物体A受到的浮力.(2) 拉力F做功的功率.(3) 滑轮组的机械效率.分析：(1)知道物体A的体积(浸没水中排开水的体积)利用阿基米德原理求物体A受到的浮力;(2)由图知，承担物重的绳子股数n=2,贝U拉力F移动的距离S=2h,利用W=F敢拉力F所做的总功，又知道做功时间，利用P=求拉力F做功的功率；t(3)知道物体A的体积和密度，利用G=mg=Vg求物体A的重力，知道拉力大小，利用nJ#生='X •求滑轮组的机械效率.解答：解:F浮=p水gV排=1.0 x 103kg/m3x 10N/kg X 100X 10「3吊=1000N(2)拉力F移动的距离S为:S=2h=2X 2m=4m拉力F所做的总功W、为:W m=FS=5000X 4m=20000J则拉力F做功的功率P为：p=r亠亠=10°00W=10kW(1)物体A受到的浮力F浮为:(3)物体A 的重力G 为:G=mg=物gV 物=9.0 x 103Kg/m 3x 10N/KgX 100X 10「3吊 =9000N滑轮组的机械效率:x 100%'「X 100%FS=80%5•如图所示，现将一重G=8100N 的实心铝块在水中匀速上提 h=2m(未露出水面)，已知每 个滑轮重G=900N,不计绳重和各种摩擦，不计水的阻力.已知铝的密度p 铝=2.7 x 103kg/m 3, 水的密度 p 水=1.0 x 103kg/m 3, g 取 10N/kg .求：(1) 滑轮组的机械效率多大？(2) 若绳端拉力的功率为P=540W 则铝块上升的速度为多大?解答：解：(1)：铝块重G=p 铝vg ,x 100%9000N - 1.000M2X5000Nx 100%铝块的体积:v= 8LOON P 2. 7X 103kg/ro3X10NAg =0.3m 3在水中铝块受到的浮力:3 3 3F 浮=p 水vg=1.0 x 10 kg/m x 0.3m x 10N/kg=3000N，滑轮组对铝块的拉力：F=G- F 浮=8100N- 3000N=5100N使用滑轮组做的有用功:W有用=Fh=5100N K 2m=10200J不计绳重和各种摩擦，使用滑轮组做的额外功:W额=G^ h=900NX 2m=1800JW总=W有用+W额=Fh+Gh=10200J+1800J=12000J滑轮组的机械效率：n」J^x 100%= x 100%=85%Wu(2)由题知P总=_=540Wt做功时间:铝块上升的速度:2Dt12Q0PJ'5^0W答：(1)滑轮组的机械效率85%(2)铝块上升的速度为0.09m/s .6•建筑工地上，某施工人员利用如图6所示的滑轮组匀速提升重物.若不计摩擦和绳重.求: (1)利用这个滑轮组匀速提升重为1200N的物体时，所用的拉力是500N,此时滑轮组的机械效率是80%拉力做功的功率是750W求重物在1min内匀速上升的高度？(2)当用这个滑轮组匀速提升重为1800N的物体时，拉力是多少？解答：解：(1)由题意知，拉力在1min做的功为：W总=Pt=750W<60s=45000J根据w=Fs得s^5=90m500W由图知，此滑轮组由三段绳子承担物重，所以s=3h则h卞亠< 90m=30m答：重物在1min内上升的高度是30m(2)因为滑轮组由3段绳子承担物重，所以F二（G物+G■- 1动）G动=3< 500N- 1200N=300N答：当用这个滑轮组匀速提升重为 1800N 的物体时，拉力是700N.7•为打造环三中心城市，宁德市政府投入巨资，对市区南北主干道进行改造，施工中，一工人利用如图所示的滑轮组，要 15s 内将480N 的重物匀速拉到3m 高处，所用的拉力是 300N.求：（1） 有用功是多少？（2） 滑轮组的机械效率是多少？（3） 拉力的功率是多少？解答：解：（1）有用功 W 有用=Gh=480X 3m=1440J答：有用功是1440J ;（2）拉力移动的距离S=2h=2X3m=6m拉力做的总功W 、=FS=300X 6m=1800J答：滑轮组的机械效率是80%（3）拉力的功率是P 「斗=120W则 F '== （G 物'+G动）34 X （ 1800N+300N =700N3滑轮组的机械效率是二丐X 100%S JX 100%=80%答：拉力的功率是120W8 •如图所示，某建筑工地用电动机和滑轮组把建筑材料从地面提升到工作平台上•已知建筑材料的质量m=360kg用t=20s的时间把建筑材料匀逮提升了h=4m，滑轮组的机械效率为90% g取10N/Kg.求这段时间内(1)建筑材料上升的速度V;(2)电动机对绳子的拉力F;(3)电动机拉绳子的功率P.分析：(1)已知建筑材料运动的距离(上升的高度)和所用的时间，利用速度计算公式V= ■t 计算得出；(2)本题是利用滑轮组提升重物，一个动滑轮，一个定滑轮，从图上可以看出动滑轮上有两段绳子，故拉力移动的距离等于2倍物体上升的高度，即s=2h;此时，W有用=Gh W=Fs,再利用机械效率n= 代入后分析计算得出拉力F;(3)利用求出的拉力F和s、h之间的关系可以计算出电动机拉绳子做的功，又已知时间，利用P」计算得出.解答：解：m=360kg t=20s，h=4m(1)上升的速度V—二二=0.2m/s ;T t 20s(2)建筑材料的重力G=mg=360k/10N/kg=3600NWGh有:电动机对绳子的拉力=2000Nr\ g 2T h 2T] 2X90^（3）电动机拉绳子做的功：W=Fs=2Fh=Z 2000NX 4m=16000J电动机拉绳子的功率==800W■t 20s9•在小型建筑工地，常用简易的起重设备竖直吊运建筑材料，其工作原理相当于如图所示的滑轮组•某次将总重G为4000N的砖块匀速吊运到高为10m的楼上，用时40s，卷扬机提供的拉力F为2500N求在此过程中：（1）有用功；（2）拉力F的功和功率；（3）滑轮组的机械效率.解答：解：（1）拉力F所做的有用功：W有=Gh=4000X 10m=X 104J .（2）拉力F移动的距离：s=2h=2X 10m=20m拉力F所做的总功：W总=Fs=2500h X 20m=X 104J .拉力F做功的功率:‘「l=1250Wt 40s(3)滑轮组的机械效率：x 100%=°m4 J x 100%=80% 5X 104J答：(1)力F所做的有用功是4X 104J;(2)拉力F做的功和功率分别是5X104J、1250W/(3)滑轮组的机械效率是80%10 •重为160N底面积为0.04m2的物体落入干涸的深井底部•已知物体的密度为 1.6 X 103 kg/m , g=10N/kg，不计绳重和摩擦.(1)求物体对井底的压强；(2)使用图所示滑轮组，当施拉力F=100N时物体恰能匀速上升，求此滑轮组的机械效率；(3)若在井内注入水，仍用此滑轮组使物体以1m/s的速度在水中匀速上升，求拉力的功率.(不计水对物体的阻力)分析：(1)物体对井底的压力等于物体重，知道受力面积，利用压强公式求物体对井底的压强；(2)由图可知，承担物重的绳子股数n=2,则拉力端移动的距离s=2h，知道拉力和物重大小'利用nV ：*"「求滑轮组的机械效率;知道物体重和物体的密度，利用 G=mg= Vg 求物体的体积，再利用阿基米德原理求 出物体受到水的浮力，不计绳重、摩擦、水的阻力，贝U F 'V （G 物+G 动-F 浮）,据此|2 求出拉力大小，再求出拉力端移动的速度，利用 P=Fv求拉力做功功率. 解答：解：（1）物体对井底的压力: F=G=160N 物体对井底的压强： p 十=」…'’=4X 103Pa ； S 0. 04 r 2 （2）由图可知，n=2,则拉力端移动的距离s=2h .(3)v 不计绳重和摩擦, •I F— (G+GO , 1OON )(160N+Q ), 解得动滑轮重：G 动=40N • G=mg= Vg, •••物体的体积： （3）由题知，不计绳重和摩擦，则 F 」（G+GO ,据此求出动滑轮重; 2n 二V= ■=丄…=0.01m3,P 韧岂L6X 103kg/m3X10NAg•在水中受到的浮力：3 3 3F 浮=p水gV排=p水gV物=1.0 x 10 kg/m x 10N/kg X 0.01m =100N此时拉力：F'二丄(G物+G动—F浮)丄(160N+40N- 100N) =50N,2 2拉力端移动的速度：v=2v 物=2x 1m/s=2m/s,•••拉力做功功率：P=F v=50NX 2m/s=100W答：(1)求物体对井底的压强为4X103Pa；(2)此滑轮组的机械效率为80%(3)拉力的功率为100W11 •用如图所示的滑轮组在20s内将重600N的物体从地面竖直提高4m,所用的拉力是250N,在这个过程中，求：(1) 有用功是多少?(2) 拉力的功率是多少？(3) 滑轮组的机械效率是多少？解答：解：(1)拉力F 所做的有用功: W 有=Gh=600N K 4m=2400J (2)拉力F 移动的距离： s=4h=4X 4m=16m 拉力F 所做的总功： W m 、=Fs=250N< 16m=4000J 拉力F 做功的功率:答：(1)力F 所做的有用功是2400J ; (2)拉力F 做功的功率是200W (3)滑轮组的机械效率是60%P= ------------- =200W t 2 20s (3) 滑轮组的机械效率: X WOOF X 100%=60%12. 工人师傅利用图装置在5S内将一个重为4500N的物体A沿水平方向匀速向左拉动2m已知作用在绳自由端的拉力F为400N,物体的底面积为1.5m2，若物体滑动时受到的摩擦力大小是物重的0.2倍.求：(1)物体A对地面的压强；(2)拉力F做的功和功率；(3)滑轮组的机械效率.解答：解：(1)物体A对地面的压强：卩.千=」J =3000PaS IS〔I. 5m2(2)拉力F做的功：W总=Fs=400NX 3X 2m=2400J拉力F做功的功率：P总=■亠丄=480W■t(3)克服摩擦力做的有用功：W有=fs=G X 0.2 X s=4500NX 0.2 X 2m=1800J滑轮组的机械效率：n = 2 一=75% 叩总2400J答：(1)物体A对地面的压强为3000Pa(2)拉力F做的功为2400J,功率为480W(3)滑轮组的机械效率为75%点评：本题考查压强、有用功、总功和机械效率的计算，关键知道克服摩擦力所做的功为有用功.13. 如图所示，用滑轮组匀速提起重1000N的物体，10s内绳子的自由端拉下16m此过程所做的额外功是800J，若绳重和摩擦不计，求：(1)拉力F的功率；(2)滑轮组的机械效率；(3)动滑轮的总重.解答：已知：物重G=1000N时间t=10s，拉力移动距离s=16m n=4,额外功W=800J求：(1)拉力F的功率P=?; (2)滑轮组的机械效率n =?； (3)动滑轮的总重G动=?解：(1)由图可知，绕过动滑轮的绳子股数为4根，因为绳子移动的距离与物体上升的高度之间的关系是：s=4h.则物体上升的高度：h=±= =4m4 4克服物体重力做的功：W有用=Gh=1000陈4m=4000J拉力做的功：W总二W有用+W=4000J+800J=4800J,所以拉力的功率：P」1 ^^^=4800t 10s(2)滑轮组的机械效率：n二二100%竺L x 100%^ 83.3%；讯总4800J(3)：W 额=0动h,•••动滑轮的总重为：G动」V^=200N.h 4m答：(1)绳自由端拉力的功率是480W(2)滑轮组的机械效率是83.3%.(3)动滑轮的总重是200N14. 如图所示，是一个从隧道中运矿石的装置图，用滑轮组拉着重800N的货车A在50s内沿水平方向匀速运动10m货车受到的摩擦力是车重的0.2倍.滑轮组绳子自由端拉力F做的功为2000J.求：(1) 滑轮组绳子自由端拉力F的功率；(2) 货车A受到绳子的水平拉力F1；(3)滑轮组的机械效率.解答:已知：拉力 F 做的功为 W=2000J , G=800N t=50s ，s=10m求：(1)拉力F 的功率P=?; (2)货车A 受到绳子的水平拉力F L ?; (3)滑轮组的 机械效率n =?解：(1)拉力F 的功率：p 」J 」_=40Wt SOs(2)货车受的摩擦力 f=0.2G=0.2 X 800N=160N因为货车做的是匀速直线运动，所以它受的拉力和摩擦力是一对平衡力，大小相等, 所以货车受到绳子的水平拉力 F i =f=160N ;(3)拉力做的有用功 W 有用=fs=160N X 10m=1600J滑轮组的机械效率:答：(1)拉力的功率为40W (2)货车A 受到绳子的水平拉力为160N;(3) 滑轮组的机械效率为80%15 •小华同学不小心将桶掉入水井中，为了将桶捞上来，他设计了如图所示的打捞装置.已 知水面距离井口 6m 桶离开水面后，他用25N 的拉力经过15s 的时间将桶匀速拉至井口.经 测量：桶的自重力为20N,桶内装有40N 的水，试求小华同学在打捞桶(桶刚离开水面至 井口)的过程中:① 桶上升的速度V ；X 100%=」」 2000JX 100%=80%②小华同学做的有用功W有用；③拉力的功率P.解答：解：①v~= =0.4m/s ；t 15s|②W 有用=0桶h=20NX 6m=120J③W 总=Fs=F X 3h=25NX 3X 6m=450J拉力的功率P丄二=30W■t 15s答：①桶上升的速度为0.4m/s ;②小华同学做的有用功为120J;③拉力的功率为30W。