46功、功的原理、機械效率、滑輪組的機械效率、斜面的機械效率、增大或減小機械效率的方法（學(xué)生版）-2023年初中物理自主招生講義

初中物理自主招生講義46功、功的原理、機械效率、滑輪組的機械效率、斜面的機械效率、增大或減小機械效率的方法一．有用功和額外功（共1小題）1．一個工人用如圖所示的滑輪組提起2000N的貨物，所用的拉力是800N，繩子自由端被拉下4m，下面說法正確的是（）A．總功是3200J，效率是40% B．有用功是8000J，效率是40% C．有用功是3200J，效率是62.5% D．總功是3200J，效率是62.5%二．機械效率的大小比較（共2小題）2．如圖所示，把同一物體沿斜面BA和CA分別拉到頂端A，若沿斜面的拉力F1＝F2，則斜面兩邊的機械效率ηB、ηC和的大小關(guān)系是（）A．ηB＜ηC B．ηB＝ηC C．ηB＞ηC D．不能確定3．如圖所示，規(guī)格完全相同的滑輪組用相同的繩子繞成甲、乙兩個滑輪組，分別提起重為G1、G2兩個物體，比較它們的省力情況和機械效率（不計摩擦），下列說法中正確的是（）A．若G1＝G2，則F1＜F2，甲的機械效率較高 B．若G1＝G2，則F1＞F2，乙的機械效率較高 C．若G1＜G2，則F1＞F2，甲的機械效率較高 D．若G1＜G2，則F1＜F2，乙的機械效率較高三．機械效率的計算（共5小題）4．利用如圖所示裝置將重為100N的物體勻速從斜面的底端拉到頂端。已知斜面的長是5m，高是2m，拉力為F＝50N，則該裝置的機械效率為（）A．40% B．50% C．80% D．100%5．螺旋常和杠桿連接在一起使用，達到省力的目的，那么使用螺旋時如何省力的呢？下面以舉重螺旋（千斤頂）為例進行分析。下圖為舉重螺旋的結(jié)構(gòu)示意圖，設(shè)螺距為h，螺旋手柄末端到螺旋軸線的距離為L，當(dāng)螺旋旋轉(zhuǎn)一周時，重物被升高一個螺距。若這個螺旋的機械效率為η，用它將重力為G的物體舉起，需要作用在手柄上的動力F為。6．螺旋常和杠桿連接在一起使用，達到省力的目的，那么使用螺旋時如何省力的呢？下面以舉重螺旋（千斤頂）為例進行分析。右圖為舉重螺旋的結(jié)構(gòu)示意圖，設(shè)螺距為h，螺旋手柄末端到螺旋軸線的距離為L，當(dāng)螺旋旋轉(zhuǎn)一周時，重物被升高一個螺距。若這個螺旋的機械效率為η，用它將重力為G的物體舉起，需要作用在手柄上的動力F為。7．如圖是某科技小組設(shè)計的滑輪組模型裝置。滑輪組由電動機提供動力，在實驗室中小明和他的同學(xué)進行了如下實驗：在底面積為500cm2的圓柱形玻璃筒中倒入一定量的液體。長方體金屬塊A的底面積為100cm2．在0﹣7s內(nèi)，金屬塊A以0.1m/s的速度在液體中勻速豎直上升，當(dāng)金屬塊A浸沒在液體中上升時滑輪組的機械效率為7/12．金屬塊A全部露出液面后以另一速度勻速豎直上升。細繩的質(zhì)量、滑輪與軸的摩擦、液體對金屬塊A的阻力均忽略不計，金屬塊A的密度為3×103kg/m3，這個過程中電動機工作的功率隨時間變化的規(guī)律如圖所示，g取10N/kg．求：（1）金屬塊露出液面前電動機所提供的拉力F1；（2）金屬塊A從上表面接觸液面到下表面離開一共用時2秒，離開液面前后，液體對容器底部的壓強變化量。8．如圖是一種電梯結(jié)構(gòu)示意圖，在拉力F作用下電梯廂A能在電梯井中沿豎直通道上下運動?，F(xiàn)有人均質(zhì)量為60kg的10人同時乘坐電梯，當(dāng)電梯以0.5m/s的速度上升時，拉力為F1，F(xiàn)1的功率P1為10Kw，動滑輪B的機械效率為η1；電梯廂運行了12m后，從電梯中下去了5人，此后電梯仍以0.5m/s的速度勻速上升，拉力為F2，F(xiàn)2的功率為P2，動滑輪的機械效率為η2（不計繩重和滑輪摩擦，g取10N/Kg）．求：（1）η1與η2的比值；（2）拉力F2的功率。四．實驗測量滑輪組的機械效率（共3小題）9．如圖所示，在研究滑輪組時，測得A物體重為6N，當(dāng)拉動甲測力計，使A以0.2m/s的速度勻速右移時，甲、乙測力計的示數(shù)分別為1.0N和2.4N．則拉動甲測力計的功率為W，在勻速拉動4s時間內(nèi)所做的額外功為J。10．某實驗小組在“測滑輪組機械效率”的實驗中得到的數(shù)據(jù)如下表所示，第1，2，3次實驗裝置分別如圖中的甲、乙、丙所示。次數(shù)鉤碼重G/N鉤碼上升的高度h/m有用功W有用/J測力計拉力F/N測力計移動距離s/m120.10.20.90.3240.10.41.60.3340.11.10.5（1）比較第1次實驗和第2次實驗，可得結(jié)論：使用同樣的滑輪組，提起的鉤碼越重，滑輪組的機械效率越。（2）第3次實驗中所做的有用功是J，機械效率是（3）第3次實驗中動滑輪個數(shù)比第2次實驗多，動滑輪自重增大，對動滑輪所做的額外功（選填“增大”或“減小”），因而，由第2、3次實驗可知：滑輪組的機械效率與有關(guān)。（4）綜合上述結(jié)論，提高機械效率的方法有增大有用功，額外功（選填“增大”或“減小”）。11．某同學(xué)在“測滑輪組機械效率”的實驗中，用圖中所示的裝置勻速提起重物，并做了如下實驗記錄：鉤碼重G（N）鉤碼上升高度h（m）測力計拉力F（N）測力計移動距離s（m）20.10.40.3（1）如果你對該同學(xué)的實驗記錄進行有關(guān)分析，就會發(fā)現(xiàn)他的實驗結(jié)果是違背物理規(guī)律的，其表現(xiàn)在于：。（2）如圖是測力計的放大圖。結(jié)合左圖你會發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致實驗結(jié)果違背物理規(guī)律原因。其原因是。（3）糾正錯誤后，可計算該滑輪組的機械效率為。五．增大或減小機械效率的方法（共1小題）【知識點的認(rèn)識】（1）概念：有用功跟總功的比值叫做機械效率，通常用百分?jǐn)?shù)表示．（2）提高機械效率的主要辦法：①在有用功一定時，盡量減少額外功，采用減輕機械自身的重力和加潤滑油來減少摩擦的措施；②在額外功一定時，增大有用功，在機械能夠承受的范圍內(nèi)盡可能增加每次提起重物的重力，充分發(fā)揮機械的作用．【命題方向】此考點主要考察學(xué)生增大和減小滑輪組機械效率的方法有哪些，提升機械效率的可行性分析．例1：采取下列措施，可以提高機械效率的是（）A．有用功一定，增大總功B．總功一定，增大額外功C．有用功一定，減小額外功D．額外功一定，減少總功例2：某同學(xué)提出了四種提高滑輪組機械效率的方法：①使用輕質(zhì)的滑輪；②用滑輪組提升很輕的物體；③在滑輪的輪與軸之間注些潤滑油；④多繞上幾段繩子，其中可行的是（）A．①②B．①③C．②④D．③④12．用一滑輪組提升重物，不計摩擦，下列方法中可以提高滑輪組機械效率的是（）A．改變繞繩方法 B．增加重物的提升高度 C．減少重物的提升高度 D．增加提升重物的重力六．滑輪（組）的機械效率（共30小題）13．如圖所示，工人用250N的力將重400N的物體勻速提升2m，在此過程中滑輪組的機械效率和所做的額外功分別為（）A．80%800J B．80%1000J C．62.5%200J D．80%200J14．用滑輪組以不同速度提升不同的重物，如圖所示，不計繩重和摩擦。當(dāng)提升的重物為G1時，繩端拉力的功率為P1，滑輪組的機械效率為70%，重物G1勻速上升h所用時間為t1；當(dāng)提升的重物為G2時，繩端拉力的功率為P2，滑輪組的機械效率為80%，重物G2勻速上升h所用時間為t2；當(dāng)提升的重物為G3時，繩端拉力的功率為P1+2P2，滑輪組的機械效率為90%，重物G3勻速上升h所用時間為（）A． B． C． D．15．使用如圖所示的滑輪組提升重物，已知重物為500N，繩自由端的拉力為200N，則此滑輪組的機械效率為（）A．40% B．62.5% C．83% D．無法計算16．如圖所示，建筑工人用一個滑輪組將重為600N的物體勻速提升2m所用的時間為40s，人所用的拉力是400N，則（）A．此滑輪組的機械效率為75% B．物體上升的過程中機械能總量不變 C．拉力所做的總功為2800J D．此人的功率為50W17．如圖所示，用一動滑輪把重為100N的物體勻速提到4m高處，作用在繩末端的拉力為75N，則滑輪組的機械效率為（）A．133% B．75% C．66.7% D．60%18．如圖所示，用動滑輪把一個物體勻速拉起，不計繩重、摩擦，則下列說法中正確的是（）A．動滑輪的質(zhì)量越大，機械效率越高 B．拉起的物體質(zhì)量越大，機械效率越高 C．拉起物體的速度越大，機械效率越高 D．物體被拉起的越高，機械效率越高19．某學(xué)校的社區(qū)服務(wù)小組幫小明的爸爸將一重為1000N的建筑材料勻速運送到6m高的樓上，而站在樓上時為了安全起見可產(chǎn)生的平均拉力為150N．善于學(xué)以致用的小明買來了一個重為100N的滑輪和一根足夠長的繩子，用圖中方案將建筑材料拉到樓上（不計繩重和摩擦）（）A．需要4人，機械效率為91% B．需要4人，機械效率為83% C．需要3人，機械效率為91% D．需要3人，機械效率為83%20．用如圖所示的滑輪組，將重為10N的物體勻速提升0.1m，拉力F＝6N，在這一過程中，下列說法正確的是（）A．所做的有用功為1J B．所做的額外功為0.5J C．所做的總功為1.5J D．此滑輪組的機械效率為50%21．為了將放置在水平地面上、重為90N的重物提升到高處。小明同學(xué)設(shè)計了如圖（甲）所示的滑輪組裝置。當(dāng)小明所用的拉力F隨時間變化的圖象如圖（乙）所示，重物的速度υ和上升的高度h隨時間t變化的圖象分別如圖（丙）和（丁）所示。不計摩擦和繩重，繩對滑輪的拉力方向均可看成在豎直方向。則在2～3s內(nèi)，滑輪組的機械效率η＝。22．如圖所示，小剛站在高臺上通過滑輪組先后豎直向上勻速提升物體A和物體B．假設(shè)在拉繩子的過程中，小剛對繩子的拉力與對高臺的壓力始終在同一直線上，不計繩重和摩擦。已知小剛的質(zhì)量為50kg，物體A的質(zhì)量為54kg，物體B的質(zhì)量為84kg，動滑輪的質(zhì)量為6kg．當(dāng)提升物體A時，滑輪組的機械效率為，此時小剛對高臺的壓力是N；當(dāng)提升物體B時，小剛拉力做功的功率為180W，則物體B上升的速度為m/s．（g取10N/kg）23．一名工人用如圖所示的滑輪組提起500N的重物，繩自由端的拉力F為200N，重物在5s內(nèi)勻速上升了1m。則拉力的功率是W，滑輪組的機械效率是。24．用定滑輪勻速提升重為180N的物體，所用拉力為200N，物體升高2m，所用時間為5s．此過程中，有用功為J，拉力做功的功率為W，定滑輪的機械效率為。25．用滑輪組勻速提升重為1920N的物體，作用于繩子自由端的拉力為600N，拉力做功的功率為1200W，滑輪組的機械效率為80%，不計繩重和摩擦，那么重物上升的速度為m/s；如果使用這個滑輪組勻速提升重為3000N的物體，每段繩子承擔(dān)的拉力是N。26．如圖所示，用一個動滑輪來提起重96N的物體（繩重與摩擦不計），所用的拉力為60N，則動滑輪的機械效率為，若用此動滑輪提起重200N的物體拉繩子的速度為m/s時，則拉力的功率為22.4W．這時的機械效率為。27．如圖所示，小民利用滑輪組先后豎直向上勻速提升物體A和物體B．當(dāng)提升物體A時，滑輪組的機械效率為75%，小民對地面的壓力為F1；當(dāng)提升物體B時，小民對地面的壓力為F2．已知小民的質(zhì)量為65kg，物體A的質(zhì)量為90kg，物體B的質(zhì)量為50kg．假設(shè)在拉繩子的過程中，小民對繩子的拉力與對地面的壓力始終豎直向下且在同一直線上，不計繩重和摩擦。則F2：F1＝。28．工人利用滑輪組按照圖所示的方式提升貨箱甲，工人的體重為G人＝800N，他用F1＝600N的豎直向下的力拉繩時，貨箱甲恰能以0.2m/s的速度勻速上升，此時他提升貨箱甲的效率為62.5%，則動滑輪重G0＝N；若工人又提第二個貨箱乙以0.1m/s的速度勻速上升，此時他的功率比提貨箱甲時少190W，此時工人對貨箱的壓力是N．（不計繩重和摩擦）29．在一次物理課上，小明利用老師提供的完全相同的動滑輪，設(shè)計了如圖所示的實驗裝置，當(dāng)它下端掛一個20N的重物時，測得繩子自由端的拉力為8N，繩子自由端移動的距離為8m，請你幫他解決以下幾個問題（不計繩重和摩擦）（1）物體移動的距離；（2）該裝置的機械效率；（3）動滑輪的重力。30．隨著人們生活水平的不斷提高，人們的住房條件也得到了很大的改善，小雨家最近購置了一套新房，為了幫助爸爸將重1000N的裝修材料運送到10m高的樓上，小明利用物理課上學(xué)過的滑輪組，設(shè)計了如圖甲所示的材料搬運方案（其中每個滑輪重50N．繩子足夠長，所能承受的最大拉力為360N，不計繩重及摩擦）。（1）計算說明繩子的拉力是否超過繩子的最大承受力？（2）小雨的爸爸觀察了該裝置后，他想如果將該裝置的滑輪位置顛倒（如圖乙）是否會更省力一些，請你按照小雨爸爸的想法，用筆畫線在乙圖繞上繩子，并計算說明小雨爸爸的想法是否正確。（3）求兩種方案的機械效率之比？（4）從效率和安全的角度綜合分析評估兩個方案，你認(rèn)為哪個方案更好一些？說明理由。31．小陽站在地面，腳與地面的接觸面積為S，且保持不變，用如圖所示的滑輪組勻速提升水中重力為GA，體積為VA的物體A，在物體A未露出水面前，小陽對地面的壓強是P1，使用滑輪組的機械效率是η1，水對物體的阻力、滑輪組輪與軸的摩擦、繩重和繩的伸長都忽略不計，水的密度為ρ。（1）求人的重力G人；（2）已知GA＝735N、VA＝1.5×10﹣2m3、ρ＝1.0×103kg/m3．在物體A完全離開水面后。A被勻速提升的速度為0.2m/s，小陽對地面的壓強是P2，使滑輪組的機械效率是η2．P1：P2＝5：4，η1：η2＝24：25，求動滑輪的重力G動和小陽此時拉繩的功率。（g取9.8N/kg）32．兩個實心正方體A、B由密度均為ρ的同種材料制成，它們的重力分別是GA、GB，將A、B均放置在水平桌面上時，如圖甲所示，兩物體對桌面的壓強分別是PA、PB，且PA：PB＝1：2；當(dāng)用甲、乙兩組滑輪組分別勻速提升A、B兩物體，如圖乙所示，兩動滑輪重均為G動，此時兩滑輪組的機械效率之比為33：40；若將A物體浸沒在水中，用甲滑輪組勻速提升，如圖丙所示，勻速提升過程A物體一直沒露出水面，此時甲滑輪組的機械效率為75%．不計繩重和摩擦，ρ水＝1.0×103kg/m3，求：（1）A、B兩物體的重力之比GA：GB是多少？（2）滑輪組的動滑輪重力G動是A物體重力GA的多少倍？（3）A、B兩個實心正方體的材料密度ρ是多少kg/m3？33．某建筑工地上，甲、乙兩位工人采用如圖35所示的裝置提升一個重為G1的貨箱。當(dāng)兩人同時對繩索施加豎直向下的等大的拉力，使貨箱以速度υ平穩(wěn)上升時，甲、乙兩人對地面的壓力之比為3：4．之后兩位工人用此裝置提升另一個重為G2的貨箱，使貨箱仍以速度υ平穩(wěn)上升。用此裝置先、后兩次提升不同的貨箱，兩位工人拉力總共做的功隨時間變化的圖象如圖36中①、②所示。已知工人甲重650N，工人乙重700N；G1：G2＝3：1，此裝置中兩個滑輪組的規(guī)格完全相同。不計繩重和軸摩擦。求：（1）第一個貨箱的重力；（2）提升第二個貨箱整個裝置的機械效率。34．如圖甲，輕質(zhì)杠桿AB能繞固定點O在豎直平面內(nèi)轉(zhuǎn)動，水平地面上的配重N通過細繩豎直拉著杠桿B端，使用過程中杠桿始終在水平位置平衡。已知AO：OB＝2：5．當(dāng)圓柱形物體M浸沒在水面以下勻速上升時，作用在繩子自由端的拉力為F1，配重N對地面的壓強為P1，滑輪組的機械效率為η1；當(dāng)物體M的上表面露出水面20cm時，作用在繩子自由端的拉力為F2，配重N地面的壓強為P2，滑輪組的機械效率為η2；當(dāng)物體M全部露出水面后勻速上升時，作用在繩子自由端的拉力為F3，配重N對地面的壓強為P3，滑輪組的機械效率為η3；已知滑輪組中大小兩種滑輪的質(zhì)量之比為9：2，配重N的質(zhì)量為64.8kg，物體M的底面積為600cm2，物體M的質(zhì)量與體積的關(guān)系的圖象如圖乙所示，若F1：F2＝5：6，P1：P3＝6：5，（不計水的阻力、繩重和摩擦，g取10N/kg）。求：（1）當(dāng)滑輪組的機械效率為88%時，物體M受到的浮力；（2）出水后如果物體M以0.1m/s的速度勻速上升，小明作用在繩子自由端拉力F3的功率。35．將同一重物舉高，如圖所示，使用滑輪組的機械效率與使用斜面的機械效率之比為8：7，則分別使用這兩種機械時的拉力之比F1：F2＝。36．用如圖所示滑輪組將鐵球打撈出水面，不計摩擦，繩重，水的阻力。水深5米，鐵球重1400N，作用在繩端拉力F的功率是1500W，鐵球未露出水面前滑輪組的機械效率為80%，鐵球密度為7.0×103kg/m3，湖水密度1.0×103kg/m3，g取10N/kg。求：（1）鐵球浸沒水中時勻速提起的速度v1和鐵球完全露出水面在空氣中勻速提起的速度v2之比；（2）從鐵球恰好完全提出水面到鐵球距水面2m處的過程中克服動滑輪重力做的功。37．如圖所示，質(zhì)量為8t（含動滑輪等附屬設(shè)備的質(zhì)量）的一臺起重機正將一箱箱設(shè)備吊裝到施工臺上，其中起重臂下的鋼繩是繞在一個動滑輪上的。已知每箱設(shè)備重4000N，施工臺距離地面的高度為3m，當(dāng)起重機沿豎直方向勻速提升一箱設(shè)備時，動滑輪上每段鋼繩的拉力是2500N．（忽略鋼繩的重力和摩擦）（1）求動滑輪的機械效率；（2）起重機工作時汽車輪胎離開地面，若支架與地面接觸的總面積為1.2m2，求此時起重機對地面的壓強；（3）起重臂OA長12m，與水平方向夾角為30°（如圖所示），伸縮支撐臂為圓弧狀，伸縮時對吊臂的支持力始終與吊臂垂直，作用點為B，且OB＝4m，求支撐臂給起重臂的支持力（忽略起重臂自重，cos30°≈0.87）；（4）為了節(jié)省時間，加快施工進度，起重機同時將兩箱設(shè)備以0.2m/s的速度。勻速提升到施工臺。求這種情況下，動滑輪上鋼繩自由端拉力的功率。38．如圖所示，重物A是體積為10dm3，密度為7.9×103kg/m3的實心金屬塊，將它完全浸沒在水中，始終未提出水面。若不計摩擦和動滑輪重，要保持平衡。（g＝10N/kg）求：（1）重物A受到的浮力為多少？（2）作用于繩端的拉力F是多少？（3）若緩慢將重物A提升2m，拉力做的功是多少？（4）若實際所用拉力為300N，此時該滑輪的效率是多少？39．磅秤上有一個重1500N的木箱，小明站在地上，想用如圖（甲）所示的滑輪組把這個木箱提升到樓上，可是他竭盡全力也沒有提起，此時磅秤的示數(shù)為40kg．于是他改變滑輪組的繞繩方法如圖（乙）所示，再去提這個木箱。當(dāng)木箱勻速上升時，小明對地板的壓力為100N，不計軸摩擦和繩重，取g＝10N/kg．求小明的體重和提升木箱時滑輪組的機械效率。40．某人用如圖所示的滑輪組（不計摩擦）提升某一重物，所用拉力F為200N，若滑輪組的機械效率為80%。求：（1）被提升的物重。（2）動滑輪重。41．如圖是一種居民樓電梯結(jié)構(gòu)的截面示意圖。A為電梯廂，廂底有兩個動滑輪B，其功能相當(dāng)于一個動滑輪，使用兩個動滑輪的好處是能幫助電梯保持穩(wěn)定。C為配重，起平衡作用。在拉力F作用下電梯廂能在電梯井口沿豎直通道上下運行?，F(xiàn)有10個人同時乘坐電梯（每個人的質(zhì)量均按60kg計算），電梯廂以0.5m/s的速度勻速上升時，拉力為F1，F(xiàn)1的功率P1為10kW，動滑輪B的機械效率為η1；電梯廂運行了12m后，從電梯中下去了5個人，此后電梯廂以0.5m/s的速度勻速上升時，拉力為F2，F(xiàn)2的功率為P2，動滑輪B的機械效率為η2．（不計繩重及滑輪摩擦，g取10N/kg）求：（1）η1：η2；（2）拉力F2的功率P2。42．用圖所示的滑輪組從水中勻速地把體積為0.4m3的重物A打撈出來?；喗M的效率是80%，求在整個打撈過程中所需拉力的變化范圍。（已知重物的密度ρ物＝7.0×103kg/m3，g＝9.8N/kg）七．斜面的機械效率（共5小題）43．如圖，斜面長為L、高為h，物體重為G，用一個水平推力F將物體勻速推上斜面的頂端。則下列說法正確的是（）A．斜面的效率為η＝ B．斜面的效率為η＝ C．斜面對物體的摩擦力為f＝（FL﹣Gh）/L D．力F對物體所做的功，等于物體機械能的增加值44．如圖所示，小麗在研究斜面機械效率時，用150N沿斜面向上的