一、初中物理有用功額外功總功機械效率的計算問題1．如圖所示的滑輪組，每個滑輪重2N，把一個重為12N的物體在2s內(nèi)勻速提升0.2m，不計繩重和摩擦，則（）A．繩子自由端的拉力F為6N B．繩子自由端移動速度為0.1m/sC．F所做的有用功為2.8J D．滑輪組的機械效率約為85.7%【答案】D【解析】【分析】【詳解】由圖可知繩子承擔(dān)重物的段數(shù)n為2。A．繩子自由端的拉力故A錯誤；B．物體移動的速度則繩子自由端移動速度故B錯誤；C．拉力F做的功為總功物體克服重力做的功為有用功故C錯誤；D．物體克服重力為有用功則滑輪組的機械效率故D正確。故選D。2．如圖所示，用平行于斜面的拉力F，將重為8N的物體沿斜面從底端勻速拉至頂端。若不考慮物體與斜面間的摩擦，則拉力F為_____N；若斜面的機械效率為80%，則此時拉力F為_____N。若另一斜面的高度h與長度s之比為3:5，將重25N的物體勻速拉至頂端的拉力為18N，則該物體所受摩擦力為_____N?！敬鸢浮?53【解析】【分析】不考慮物體與斜面間的摩擦，則用手做的功和用機械所做的功相等；可由求出拉力；已知有用功和機械效率，可由機械效率變形公式求出總功，再由求出拉力；不考慮物體與斜面間的摩擦，由求出拉力，然后與實際施加的拉力比較即可求出物體與斜面之間的摩擦力?！驹斀狻縖1]不考慮物體與斜面間的摩擦，則用手做的功和用機械所做的功相等，所以有則拉力F為[2]用手做的有用功已知機械效率，根據(jù)可得，此時拉力F做的總功則由可得，此時拉力F為[3]使用另一斜面，若不考慮物體與斜面間的摩擦，由可得，此時的拉力為由于該物體受到摩擦力的作用，則實際拉力，所以摩擦力3．如圖所示，用滑輪組拉動重為200N的物體在水平桌面上勻速直線運動。已知F=20N，滑輪組的機械效率為85%，則物體與桌面的之間的摩擦力大小為__________N。【答案】51【解析】【分析】【詳解】由圖可知，由3段繩子通過動滑輪，則sF=3s物，滑輪組的機械效率為85%，即η====85%解得f=51N即物體與桌面的之間的摩擦力為51N。4．如圖所示，用F=50N的力通過滑輪組水平拉重為80N的物體使其向左勻速運動0.4m，在這個過程中拉力F做功為_____J，已知物體受到水平地面的摩擦力為60N，該滑輪組的機械效率為_____（忽略繩子和動滑輪的重力）【答案】4060%【解析】【分析】首先判斷滑輪組有幾段繩子受力，計算出拉力移動的距離，利用W=Fs拉力做的總功；滑輪組所做的有用功為克服物體A受到摩擦力所做的功，根據(jù)W=fs求出其大小，再根據(jù)效率公式求出滑輪組的機械效率?！驹斀狻縖1]滑輪組有兩段繩子與動滑輪接觸，所以有2段繩子有效受力，則繩子自由端移動的距離s拉力F所做的總功W[2]滑輪組克服摩擦所做有用功W滑輪組的機械效率η=【點睛】本題考查水平使用滑輪組拉力的計算，有兩處關(guān)鍵的地方，一是滑輪組水平使用克服的是摩擦力，故題目已知物體重力是個干擾條件；二是對動滑輪上繩子段數(shù)n的判斷。5．一物體質(zhì)量為10kg，小紅用定滑輪將該物體在4s內(nèi)勻速提升2m，所用拉力為120N，此過程中，小紅做的有用功是_______，定滑輪的機械效率是________，拉力做功的功率是_______。（g=10N/kg）【答案】200J83.3％60W【解析】【分析】【詳解】[1]所提升物體的重力為有用功為故有用功是200J。[2]總功為則機械效率為故機械效率為83.3%。[3]拉力做功的功率為即拉力F的功率為60W。6．在“再探動滑輪”的實驗中，小明用動滑輪將重3N的鉤碼勻速向上提升，拉力為2N，2s內(nèi)鉤碼上升0.2m。此過程中有用功為_____J，拉力做功的功率為_____W，動滑輪的機械效率為_____%?！敬鸢浮?.60.475％【解析】【分析】【詳解】[1]拉動的過程中做的有用功就是克服鉤碼重力所做的功，即為[2]繩子移動的距離為拉力所做的功為拉力的功率為[3]動滑輪的機械效率為7．如圖，A物體重力為100N，B物體重力為30N，此時A物體恰好向右做勻速直線運動，A物體受到的滑動摩擦力為其重力的0.2倍，下列說法正確的是（不計繩重和摩擦）（）A．A物體受到的繩子的拉力為15NB．若將B物體的重力增加一倍，則A物體受到的摩擦力為35NC．動滑輪拉B物體的效率為75%D．若將A以0.1m/s的速度水平向左勻速拉動，拉力的功率為2W【答案】C【解析】【分析】【詳解】A．A物體恰好向右做勻速直線運動，摩擦力等于拉力，由題知，摩擦力f=0.2G=0.2100N=20N故A物體受到的繩子的拉力為20N，故A錯誤；B．若把B的重增加一倍，但A與地面的粗糙程度不變，壓力也不變，因此A受到的摩擦力也不會改變，故B錯誤；C．由圖可知，n=2，A物體對繩子的拉力等于A物體受到的繩子的拉力，則動滑輪的重力G動=2F-GB=2f-GB=220N-30N=10N不計繩重和摩擦，則動滑輪拉B物體的效率η======75%故C正確；D．若將A以0.1m/s的速度水平向左勻速拉動，摩擦力水平向右，大小不變，A物體受到的繩子的拉力不變，則拉力為原來的2倍，即40N，拉力的功率P===F′v=40N0.1m/s=4W故D錯誤。故選C。8．如圖所示，實心物體A漂浮在水面上，現(xiàn)利用電動機通過滑輪組拉動A，使A向下運動（運動過程中始終未碰到定滑輪）。已知A的體積為0.2m3，密度為0.4×103kg/m3．動滑輪重為300N，電動機工作時拉繩子的功率為1.5×103W且保持不變，不計繩重、摩擦和水的阻力，g＝10N/kg，ρ水＝1.0×103kg/m3，下列說法中不正確的是（）A．物體向下運動的最小速度3m/sB．物體A浸沒在水中時受到的浮力為2×103NC．物體A向下運動過程中，電動機拉著繩子的力先變大，后不變D．物體A向下運動過程中，滑輪組機械效率的最大值為80%【答案】A【解析】【分析】【詳解】B．由知道，A的質(zhì)量mA＝ρAVA＝0.4×103kg/m3×0.2m3＝80kg由知道，A的重力GA＝mAg＝80kg×10N/kg＝800N由于A浸沒在水中，聲音，V排＝VA＝0.2m3A浸沒在水中受到的浮力F?。溅阉甮V排＝1.0×103kg/m3×10N/kg×0.2m3＝2×103N故B正確，不符合題意；A．當(dāng)A完全浸沒時繩子對物體A的拉力最大，電動機對繩子的拉力也最大，不計繩重、摩擦和水的阻力，則電動機對繩子的最大拉力由知道，繩子自由端運動的最小速度則物體向下運動的最小速度故A錯誤，符合題意；C．由于電動機對繩子的拉力，而物體A向下運動過程中，浮力先變大、后不變，所以，電動機拉著繩子的力先變大，后不變，故C正確，不符合題意；D．當(dāng)A完全浸沒后，滑輪組受到的拉力最大，此時滑輪組的機械效率最大，有用功W有用＝（F浮﹣G）h總功W總＝Fs＝（F浮﹣G+G動）×3h＝（F浮﹣G+G動）h滑輪組機械效率的最大值故D正確，不符合題意。故選A。9．起重機械在四川汶川的救援過程中，發(fā)揮了重要的作用；如圖所示，吊臂上的滑輪組，可用的拉力將重為2.4×104N的吊板提起，如果吊板被勻速提高10m，則拉力F做功_________J，滑輪組的機械效率是__________?！敬鸢浮?×10580%【解析】【分析】【詳解】[1]由題圖知：與動滑輪相連的繩子共有三段，則拉力F移動的距離s與物體升高的距離h之間的關(guān)系為；拉力F做功是[2]滑輪組做的有用功是滑輪組的機械效率是10．如圖，拉力F將重120N的物體沿水平方向移動1m，用時1s。運動時，物體與地面之間的摩擦力為30N，此時滑輪組的機械效率為80%。下列說法正確的是（）A．拉力F＝10N B．克服動滑輪重力做額外功7.5JC．動滑輪重7.5N D．拉力的功率是37.5W【答案】D【解析】【分析】【詳解】A．由圖知，滑輪組由3段繩子拉著動滑輪，即n=3，該滑輪組的機械效率則繩子自由端的拉力故A錯誤；B．滑輪組對物體做的有用功滑輪組做的總功額外功為由于繩有重力，繩與滑輪之間有摩擦力，故此額外功包括對動滑輪做的功和克服繩重及繩與滑輪之間的摩擦做功的總和，故克服動滑輪重力做的額外功應(yīng)小于7.5J，故B錯誤；C．由B知對動滑輪重力做的額外功小于7.5J，動滑輪上升的高度為1m，根據(jù)知，動滑輪重小于7.5N，故C錯誤；D．拉力做的總功為37.5J，用時1s，由得拉力的功率為故D正確。故選D。11．高臺上的電動車通過如圖滑輪組將重力為G的物體勻速提至高臺上（不計繩重和滑輪間摩擦），用時為t，已知整個過程中電動車的速度為v，受到水平地面的摩擦力為Ff，滑輪組的機械效率為η。則下列說法中正確的是（）A．電動車的牽引力等于水平地面的摩擦阻力FfB．此過程中物體克服重力做功GvtC．繩對車的拉力為D．電動車牽引力的功率（+Ff）v【答案】CD【解析】【分析】【詳解】A．電動車勻速提升物體，處于平衡態(tài)，受平衡力作用，故電動車水平向左的牽引力等于向右的水平地面的摩擦阻力Ff與繩子拉力之和，A選項錯誤；B．由圖可知動滑輪纏繞的繩子股數(shù)n=2，則物體豎直方向上移動的速度為物體豎直方向上移動的高度為克服重力做功B選項錯誤；C．由滑輪組效率得繩對車的拉力為C選項正確；D．由平衡力關(guān)系得電動車的牽引力為電動車牽引力的功率D選項正確。故選CD。12．如圖所示，一工人利用如圖所示的滑輪組在10s內(nèi)將質(zhì)量為40kg的物體勻速提升3m，此過程中工人對地面的壓強為6000Pa。已知工人與地面的接觸面積為500cm2，工人的質(zhì)量和動滑輪質(zhì)量之和為80kg，不計繩重和摩擦。則下列說法錯誤的是（）A．工人用提升400N重物的過程中，動滑輪做的有用功為1200JB．工人用提升400N重物的過程中，繩子自由端移動的速度為0.6m/sC．用該滑輪組提升重為600N的物體，機械效率為80%D．工人的質(zhì)量為60kg【答案】C【解析】【分析】【詳解】A．動滑輪做的有用功故A正確，不符合題意；B．由圖知，繩子段數(shù)n=2，物體勻速提升3m，繩子自由端移動距離s=6m，繩子自由端移動的速度為故B正確，不符合題意；CD．工人對地面的壓強為6000Pa，工人與地面的接觸面積為500cm2=0.05m2，所以工人對地面的壓力設(shè)動滑輪質(zhì)量為m動，則人的質(zhì)量m人=80kg-m動因為n=2，所以代入數(shù)據(jù)，得出m動=20kg，m人=60kg，故D正確，不符合題意。用該滑輪組提升重為600N的物體，機械效率為故C錯誤，符合題意。故選C。13．如圖所示，物體A在拉力的作用下沿水平面勻速運動了一段距離s，試比較拉力F1、F2及拉力所做的功W1、W2的大?。ɑ喼?、繩重及繩與滑輪之間的摩擦不計）。下列判斷正確的是A．F1=2F2W1=W2B．F1=F2W1=W2C．F1=4F2W1=W2D．F1=F2W1=W2【答案】C【解析】【詳解】物體A在兩種情況下的摩擦力f相等，上圖滑輪是動滑輪，下圖滑輪的軸固定不動，可以看做是特殊使用的定滑輪。則：F1=2fF2=f故：F1=4F2根據(jù)功的公式可知：W1=F1×s=2f×s=fsW2=F2×2s=f×2s=fs故：W1=W2，故選C。14．如圖所示，斜面高為1m，長為4m，用沿斜面向上大小為75N的拉力F，將重為200N的木箱由斜面底端以的速度勻速拉到頂端，下列判斷正確的是（）A．重力做功的大小為800J B．斜面對木箱的摩擦力大小為25NC．拉力做功的功率為125W D．斜面的機械效率為75%【答案】B【解析】【詳解】A．由題意可知，重力做功的大小是A錯誤；B．由題意可知，摩擦力所做的功是額外功，總功大小是由上述可知，有用功大小是那么額外功大小是可知斜面對木箱的摩擦力大小是B正確；C．木箱是勻速運動的，根據(jù)可知，拉力做功的功率是C錯誤；D．由上述可知，斜面的機械效率是D錯誤。故選B。15．如圖甲所示的裝置，A是重15N的空吊籃，繩子B和C能承受的最大拉力分別為100N和50N。質(zhì)量為50kg的小張同學(xué)將A提升到高處，施加的拉力F隨時間變化關(guān)系如圖乙所示，A上升的速度v隨時間變化關(guān)系如圖丙所示。忽略繩重及摩擦，常數(shù)g取10N/kg。下列結(jié)論正確的是（）A．動滑輪的重力為9NB．第2s內(nèi)拉力F的功率為40WC．此裝置最多能勻速運載80N的貨物D．此裝置提升重物的最大機械效率為85%【答案】BC【解析】【分析】【詳解】A．由圖丙可知，在1~2s內(nèi)物體勻速運動，圖乙可知，拉力為10N，由圖甲知繩子股數(shù)n=2，則根據(jù)即解得G動=5N故A錯誤；B．第2s內(nèi)繩子自由端的速度為第2s內(nèi)拉力F的功率為故B正確；C．當(dāng)拉力最大為50N時，可以拉動物重為繩子B不斷，故C正確；D．由C可得，重物最重為80N，則最大的機械效率為故D錯誤。故選BC。16．如圖所示，豎直固定的測力計下端掛一個滑輪組，已知每個滑輪重均為30N，滑輪組下端掛有質(zhì)量為30kg的物體B，滑輪組繩的末端通過定滑輪沿水平方向與物體A相連，物體A在繩的水平拉力作用下向右做勻速直線運動；用水平向左的力F拉動物體A，可使其沿水平桌面向左做勻速直線運動，此時物體B上升的速度大小為6cm/s。若不計繩重及繩與滑輪的摩擦，g取10N/kg，則下列說法中正確的是（）A．物體A所受滑動摩擦力大小為100NB．F的大小為220NC．F做功的功率為42WD．提升物體B時滑輪組的機械效率約為90.9%【答案】BD【解析】【分析】【詳解】A．物體B的重力由圖可知，，不計繩重及滑輪的摩擦，A右側(cè)繩子對滑輪組的拉力因A物體向右做勻速直線運動，則由二力平衡條件可得A物體所受滑動摩擦力故A錯誤；B．用水平向左的力F拉動A可使其沿水平桌面向左做勻速直線運動，因A對桌面的壓力不變、接觸面的粗糙程度不變，則A受到的摩擦力大小不變，又因為A右側(cè)繩子對A的拉力和對滑輪組的拉力由同一根繩子承擔(dān)，所以兩個拉力大小相等，由力的平衡條件可得，此時水平向左的拉力故B正確；C．拉力端移動速度拉力做功的功率故C錯誤；D．勻速提升物體B時，A對滑輪組的拉力因為滑輪組的機械效率所以此時滑輪組的機械效率故D正確。故選BD。17．如圖所示，質(zhì)量為70kg的小剛站在高臺上通過滑輪組勻速提升貨物，第一次提升貨物的質(zhì)量為100kg，第二次提升貨物的質(zhì)量為200kg，小剛第二次提升貨物時拉力做功的功率為220W。已知滑輪A、B的質(zhì)量均為4kg，滑輪C的質(zhì)量為8kg，繩重及滑輪的摩擦均可忽略不計，取10N/kg，關(guān)于小剛提升貨物的分析，下列說法中正確的是A．第一次提升貨物時，小剛對高臺的壓力為500NB．第一次提升貨物過程中滑輪組的機械效率為83.3%C．第二次提升貨物時，貨物上升的速度約為0.6m/sD．第二次提升貨物時，小剛對高臺的壓力為800N【答案】BC【解析】【詳解】A．第一次提升貨物時，滑輪B所受向下的拉力為小剛受到向下的拉力為；小剛對高臺的壓力，A錯誤；B．第一次提升貨物時滑輪組的機械效率為，B正確；C．第二次的拉力，分析方法同第一次提升貨物時分析拉力的過程，解得，根據(jù)公式，C正確；D．根據(jù)選項A的解法，同樣能夠解出第二次小剛對高臺的壓力為1066.7N，D錯誤。18．一位建筑工人用如圖所示的裝置把建筑材料運送到樓上，已知吊籃的質(zhì)量為m1，建筑材料的質(zhì)量為m2，人對繩子的拉力為F，吊籃在拉力的作用下勻速上升了h，不計繩重及摩擦。下列說法正確的是（）A．繩子自由端移動的距離為