1、课时训练(十一)机械效率(限时:40分钟)|对点训练|【考点】 理解机械效率的普遍意义,并能根据公式=W有用W总100%进行一般的计算。(B)1.如图K11-1所示,物体A所受重力为200 N,绳重和摩擦力不计,当分别沿力F1和F2的方向匀速提起物体A时,则F1(选填“”“GB,滑轮组的机械效率甲乙。下列判断正确的是(忽略绳重和摩擦)()图K11-7A.两滑轮组绳端移动的距离相等B.甲滑轮组做的有用功比乙的少C.甲滑轮组做功的总功率比乙的小D.甲滑轮组的动滑轮比乙的重9.2019绵阳如图K11-8所示,斜面长20 m、高10 m,固定在水平地面上。一位同学用平行于斜面向上40 N的拉力,在20
2、 s内把重60 N的物体沿斜面向上匀速拉动了10 m。在此过程中()图K11-8A.斜面的机械效率是66.7%B.斜面的机械效率是75%C.该同学对物体做功的功率是10 WD.该同学对物体做功的功率是30 W|综合训练|一、填空题1.2019娄底既可以省力,又可以改变用力方向的滑轮是(选填“定滑轮”“动滑轮”或“滑轮组”);利用一个效率为90%的杠杆做100 J的总功,其中额外功是J。2.2019枣庄用一个动滑轮在5 s内将一重为300 N的物体匀速向上提升3 m,动滑轮的机械效率是75%,则拉力大小为N,若忽略绳重与摩擦,则动滑轮的重力为N。3.2019宁夏如图K11-9所示,用滑轮组将重为
3、400 N的物体匀速提升了1 m。已知拉力F为250 N,则提升重物的过程中,滑轮组的机械效率是。请写出一种提高此滑轮组机械效率的方法: 。图K11-94.2019南京建筑工地上,起重机吊臂上的滑轮组如图K11-10所示。在匀速起吊重4.2103 N的物体时,物体在5 s内上升了6 m,此过程中有用功为J,钢丝绳移动的速度为m/s;若滑轮组的机械效率为70%,则额外功为 J,拉力F为N,其功率为W。图K11-105.2019达州救援车工作原理如图K11-11所示,当车载电机对钢绳施加的拉力F大小为2.5103 N时,小车A恰能匀速缓慢地沿斜面上升。已知小车A的质量为1 t,斜面高为2 m,斜面
4、长为5 m。在小车A由水平路面被拉上救援车的过程中,钢绳所做的有用功为J,整个装置的机械效率为,小车A与斜面间的摩擦力大小为N。(不计车长、钢绳重、动滑轮重、钢绳与滑轮间的摩擦和滑轮与轴间的摩擦,g取10 N/kg)图K11-11二、选择题6.2019广州如图K11-12所示,把重为G的物体甲从A点竖直向上匀速拉至B点的过程中,绳的拉力对甲做的功为WAB;用平行于斜面的拉力把重也为G的物体乙沿斜面从C点匀速拉至与B等高的D点,在此过程中绳的拉力对乙做的功为WCD,则斜面的机械效率为()图K11-12A.WABWCDB.WCDWABC.GHWCD-WABD.GHWCD+WAB7.2019福建工人
5、用如图K11-13所示的机械将物体匀速提升到某一高度,若物体的重力与滑轮的重力之比G物G滑轮=91,忽略绳重与摩擦的影响,则该过程的机械效率为()图K11-13A.10%B.45%C.80%D.90%8.2019济宁两个滑轮按图K11-14所示的方式组合,用5 N的拉力F拉动绳端,使物体在5 s内水平向左匀速滑动1 m,物体与地面间的摩擦力为9 N,下列说法正确的是()图K11-14A. A是定滑轮,B是动滑轮B.拉力F做的功为5 JC.拉力F的功率为1.8 WD.滑轮组的机械效率为90%9.2019聊城用如图K11-15所示滑轮组提升重为100 N的物体时,在10 s内绳子自由端被匀速拉下6
6、 m。已知拉绳子的力F为60 N,不计绳重和摩擦,则在此过程中()图K11-15A.物体被提升了2 mB.所做的有用功是300 JC.拉力F的功率是30 WD.该过程滑轮组的机械效率是55.6%10.(多选)2019孝感如图K11-16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()图K11-16A.甲、乙的拉力之比是32B.甲、乙绳的自由端速度之比是11C.甲、乙拉力的功率之比是32D.甲、乙的机械效率之比是1111.(多选)2019北京某同学用滑轮组提升物体,绳子自由端竖直移动的距离随时间变化的关系如图K11-17中图线a所示,物体上
7、升的高度随时间变化的关系如图线b所示。已知物体的质量为450 g,所用动滑轮的质量为50 g,绳子自由端的拉力F为1.3 N,g取10 N/kg。在02 s的过程中,下列说法中正确的是()图K11-17A.绳子自由端移动的速度为5.0 cm/sB.拉力F的功率为0.26 WC.有用功为0.45 JD.滑轮组的机械效率为90%三、实验探究题12.2019绥化图K11-18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。图K11-18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110.10.60.355.6%220.11.00.366.7%340.11
8、.80.3(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、计算题13.2019襄阳工人师傅用如图K11-19所示的滑
9、轮组将重为600 N的货物匀速提升了2 m,做了1500 J的功。(1)求滑轮组的机械效率。(2)当工人师傅用400 N的拉力匀速提升其他货物时,所做额外功占总功的15%,求此时提升货物的重力。图K11-1914.2019眉山在一次车辆故障处置过程中,拖车所用装置简化为如图K11-20所示的滑轮组。为了尽快疏通道路,交警指挥拖车只用了30 s时间,便将水平路面上质量为1.5 t的故障车匀速拖离了现场。若故障车被拖离的速度是5 m/s,绳子自由端的拉力F是500 N,地面对故障车的摩擦力为车重的0.08倍。求:(g取10 N/kg)(1)拉力F在30 s内所做的功。(2)整个装置的机械效率。图K
10、11-2015.2019深圳如图K11-21所示,斜面长s=8 m,高h=3 m。用平行于斜面、大小F=50 N的拉力,将重力为G=100 N的物体由斜面的底端匀速拉到顶端,用时t=10 s。求:(1)有用功W有用。(2)拉力做功的功率P。(3)物体受到的摩擦力f。(4)该斜面的机械效率。图K11-2116.2019泰州如图K11-22所示,使用杠杆提升重物,拉力F竖直向下,重物匀速缓慢上升,相关数据如下表:物重G/N拉力F/N时间t/sA端上升的竖直距离h/mB端下降的竖直距离s/m2005000.50.40.2(1)拉力所做的功。(2)拉力做功的功率。(3)此过程中,该杠杆的机械效率。图K
11、11-22【参考答案】对点训练考点1.=80080减小解析提升物体A时,滑轮的轴固定不动,是定滑轮;因为定滑轮相当于等臂杠杆,只能改变力的方向而不能省力,故用定滑轮拉同一物体A时,沿不同方向所用力的大小相等,所以F1=F2。物体被匀速提升,定滑轮不省力,且绳重和摩擦力不计,则拉力做功W=F1s=Gh=200 N4 m=800 J,拉力F1的功率P=Wt=800J10s=80 W。把这个滑轮改成动滑轮使用时,在提升相同的重物时,也要把动滑轮提起,从而做额外功;由=W有用W总100%=W有用W有用+W额外100%可知,机械效率将减小。2.2401580%3.3Fh3Fh-GhG3F100%4.80
12、%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=W有W总=GhFs=GhF2h=G2F=600N2375N=80%;拉力F的功率P=W总t=Fst=F2ht=F2v=375 N20.3 m/s=225 W。5.30075%解析由题意可知,滑轮组做的有用功为W有用=fs=150 N2 m=300 J;由题意可知,n=2,则绳端移动的距离为s绳=ns=22 m=4 m,则拉力做的总功为W总=Fs绳=100 N4 m=400 J,则此滑轮组的机械效率为=W有用W总100%=300J400J100%=75%。6.省力80%7.110480%8.D9.B解析由题知,斜面长20 m、高
13、10 m,则物体沿斜面向上匀速运动s=10 m时,由几何关系可知物体升高h=5 m。拉力F做的总功W总=Fs=40 N10 m=400 J;拉力做的有用功W有用=Gh=60 N5 m=300 J;斜面的机械效率=W有用W总=300 J400 J=75%,故A错误,B正确。该同学对物体做功的功率P=W有用t=300 J20 s=15 W,故C、D错误。综合训练1.滑轮组102.200100解析根据=W有用W总100%可得,该过程拉力做的总功W总=W有用=Gh=300N3m75%=1200 J;由W总=Fs=F2h可得,拉力大小为F=W总2h=1200J23m=200 N;忽略绳重与摩擦,则由F=
14、12(G+G动)可得,动滑轮重G动=2F-G=2200 N-300 N=100 N。3.80%多挂重物(或加润滑油)4.2.521043.61.0810421037.2103解析该过程中做的有用功W有用=Gh=4.2103 N6 m=2.52104 J;由图可知,n=3,钢丝绳移动的速度v绳=nv物=nht=36m5s=3.6 m/s;由=W有用W总及W总=W额外+W有用可得,做的额外功W额外=W总-W有用=W有用-W有用=2.52104 J70%-2.52104 J=1.08104 J;由W=Fs可得,拉力F=W总s=W总nh=W有用nh=2.52104 J70%36m=2000 N;拉力的
15、功率P=Fv绳=2000 N3.6 m/s=7.2103 W。5.210480%103解析钢绳克服小车的重力做的有用功W有用=Gh=mgh=103 kg10 N/kg2 m=2104 J。钢绳自由端移动的距离s=nh=25 m=10 m,钢绳拉力做的总功W总=Fs=2.5103 N10 m=2.5104 J,则该装置机械效率=W有用W总=2104 J2.5104 J=80%。额外功W额外=W总-W有用=2.5104 J-2104 J=5103 J,在此过程中,额外功就是克服A与斜面间摩擦力所做的功,所以摩擦力f=W额外s=5103 J5m=103 N。6.A7.D8.D9.B10.AD解析不计
16、绳重及摩擦,拉力F=1n(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=12(G物+G轮),F2=13(G物+G轮),则甲、乙拉力之比F1F2=12(G物+G轮)13(G物+G轮)=32,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=2v3v=23,故B错误。由P=Wt=Fst=Fv可得,甲、乙拉力的功率之比P甲P乙=F1v甲F2v乙=3223=11,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额外=G轮h、W有用=G物h可知
17、,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=W有用W总可知,两滑轮组的机械效率相同,即甲、乙的机械效率之比甲:乙=11,故D正确。11.BC解析由题意结合图线a可知,绳端移动的速度为v绳=s绳t=40cm2s=20 cm/s=0.2 m/s,故A错误;拉力F的功率为P=Wt=Fs绳t=Fv绳=1.3 N0.2 m/s=0.26 W,故B正确;被提升物体的重力为G=mg=0.45 kg10 N/kg=4.5 N,由图线b可知,在02 s内物体上升的高度为h=10 cm=0.1 m,则在此过程中滑轮组做的有用功为W有用=Gh=4.5 N0.1 m=0.45 J,故C正确;由图线
18、a可知,在02 s内,绳端移动的距离为40 cm,所以该滑轮组的机械效率为=W有用W总=GhFs绳 =4.5N0.1m1.3N0.4m86.5%,故D错误。12.(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=W有用W总=GhFs=4N0.1m1.8N0.3m74.1%。(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=30.1 m/s=0.3 m/s,拉力的
19、功率为P=Fv绳=1.8 N0.3 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。13.解:(1)工人师傅提升货物所做的有用功为W有用=Gh=600 N2 m=1200 J,则此过程中滑轮组的机械效率为=W有用W总100%=1200J1500J100%=80%。(2)当用400 N的力提升其他货物时,所做额外功占总功的15%
20、,则此过程中机械效率为=1-15%=85%;由题图可知,n=3,则机械效率=W有用W总100%=GhFnh100%=GFn100%,代入数据得,85%=G400N3,解得货物重力G=1020 N。14.解:(1)由v=st可得,故障车在30 s内通过的路程s车=v车t=5 m/s30 s=150 m,由图可知,n=3,则拉力端移动的距离s=ns车=3150 m=450 m,拉力F在30 s内所做的功W总=Fs=500 N450 m=2.25105 J。(2)地面对故障车的摩擦力f=0.08G=0.08mg=0.081500 kg10 N/kg=1200 N,滑轮组克服故障车摩擦力做的有用功W有
21、用=fs车=1200 N150 m=1.8105 J,整个装置的机械效率=W有用W总100%=1.8105 J2.25105 J100%=80%。15.解:(1)有用功W有用=Gh=100 N3 m=300 J。(2)拉力所做的功为W总=Fs=50 N8 m=400 J,则拉力的功率P=W总t=400J10s=40 W。(3)额外功为W额外=W总-W有用=400 J-300 J=100 J,由W额外=fs得物体受到的摩擦力f=W额外s=100J8m=12.5 N。(4)斜面的机械效率=W有用W总=300J400J=75%。16.解:(1)拉力所做的功W总=Fs=500 N0.2 m=100 J。(2)拉力做功的功率P=W总t=100J0.5s=200 W。(3)此过程中拉力做的有用功W有用=Gh=200 N0.4 m=80 J,该杠杆的机械效率=W有用W总=80J100J=80%。
