一、初中物理有用功額外功總功機械效率的計算問題1．某實驗小組分別用如圖所示的甲、乙兩個滑輪組（每個滑輪重均為50g）在2s內(nèi)把重物G1和G2提高10cm，已知Fl和F2的大小均為2N，不計繩重及摩擦（g取10N/kg）。下列說法中不正確的是（）A．重物G1的重力大小為5.5NB．乙滑輪組所做的有用功是0.7JC．F1和F2做功的功率之比為3:4D．兩個滑輪組的機械效率之比為4:3【答案】D【解析】【分析】【詳解】A．從圖甲可以看到，三條繩子托著動滑輪，動滑輪只是一個，重力大小是把動滑輪和重物看作一個整體，這個整體處于平衡狀態(tài)，可知解得，重物G1的重力大小為5.5N，A正確，不合題意；B．在圖乙中，把兩個動滑輪和重物看作一個整體，這個整體處于平衡狀態(tài)，可知解得，重物升高的高度是，乙滑輪組所做的有用功是乙滑輪組所做的有用功是，B正確，不合題意；C．重物G1移動的速度是甲圖中繩端移動的速度是重物G2移動的速度是乙圖中繩端移動的速度是那么可知F1和F2做功的功率之比是F1和F2做功的功率之比為3:4，C正確，不合題意；D．甲滑輪組所做的有用功是所做的總功是乙滑輪組所做的總功是由上述可知，乙滑輪組所做的有用功是，那么兩個滑輪組的機械效率之比是兩個滑輪組的機械效率之比是；D錯誤，符合題意。故選D。2．如圖所示，重300的物體在10s內(nèi)水平均速移動了1.5m，若物體受到地面的摩擦力為60，繩端所用的拉力F的功率為12W，則繩端所用的拉力為_____N，滑輪組的機械效率為_____?！敬鸢浮?075%【解析】【分析】【詳解】[1]由圖可知，滑輪組有兩段繩子與動滑輪相連，所以繩端運動的速度為根據(jù)公式可得，拉力大小為[2]由題可知，滑輪組所做的有用功為物體克服摩擦力所做的功總功為所以，滑輪組機械效率為3．如圖所示，用一動滑輪拉一物體A以0.5m/s的速度在水平面上作勻速直線運動，物體A重為20N，受到的摩擦阻力是物重的0.2倍，水平拉力為2.5N，則在2s內(nèi)拉力做的功是________J，滑輪的機械效率是________（不計滑輪重力）．【答案】580%【解析】【分析】【詳解】物體2s移動的距離：s=vt=0.5m/s×2s=1m，∵使用的是動滑輪，∴拉力移動的距離：s′=2s=2×1m=2m，拉力做功：W=Fs′=2.5N×2m=5J；∵物體受到的摩擦阻力是物重的0.2倍，∴f=0.2G=0.2×20N=4N，滑輪的機械效率：η====80%．故答案為5，80%．4．如圖所示，工人們用同一滑輪組，根據(jù)需要有兩種方式來提起等重的建筑材料，若不計摩擦和繩重，則F1______F2，機械效率ηA______ηB。（填“>”“=”或“<”）【答案】<=【解析】【分析】【詳解】[1]由圖可知，不計摩擦及繩重，繩子自由端拉力分別為，所以[2]不計摩擦和繩重，兩種方式來提起等重的建筑材料到相同高度，則對物體做的有功相同，動滑輪相同，則所做額外功相同。所以機械效率相同，即。5．如圖是某型號電動輪椅工作原理示意圖。開關(guān)S1和S2由絕緣操縱桿控制，能同時接“1”或接“2”，向前推操縱桿時輪椅前進且能調(diào)速，向后拉操縱桿時輪椅以恒定速度后退。已知蓄電池的電壓為24V保持不變，R2的阻值為10Ω，電動機的額定功率為100W，額定電壓為24V。請解答下列問題：（1）當(dāng)開關(guān)S1和S2同時接_______時，電動輪椅前進；電動輪椅既能前進又能后退，是通過改變電動機線圈中的_________實現(xiàn)的；（2）當(dāng)電動輪椅后退時，電流表示數(shù)為1A，此時電動機的實際功率是_____W；（3）當(dāng)電動機以額定功率工作時，電動輪椅在水平路面上勻速前進的速度為2m/s，若此時電動機消耗的電能有80%轉(zhuǎn)化為電動輪椅前進的機械能，此時電動輪椅受到的阻力是___N?！敬鸢浮?電流方向1440【解析】【分析】【詳解】(1)[1]電動機前進且能調(diào)速，這說明電路中的電流可以變化，電阻大小可變，這樣只有滑動變阻器R1接入電路時才有這個功能，觀察電路圖，當(dāng)開關(guān)S1和S2同時接1時，R1、電動機、電流表才串聯(lián)接入電路，這樣符合條件，電動輪椅前進。[2]磁場對通電導(dǎo)線的作用力方向跟電流方向有關(guān)，只改變電流方向時，受力方向也會變化；所以電動輪椅既能前進又能后退，是通過改變電動機線圈中的電流方向?qū)崿F(xiàn)的。(2)[3]由上述可知，當(dāng)電動輪椅后退時，開關(guān)S1和S2同時接2，R2、電動機、電流表串聯(lián)接在電路中，電路中的總電阻電動機的電阻此時電動機的實際功率此時電動機的實際功率是14W。(3)[4]設(shè)此時電動輪椅受到的阻力是f，電動輪椅在水平路面上勻速前進，牽引力，由題意可知，電動輪椅的機械效率解得，此時電動輪椅受到的阻力是40N。6．如圖所示，用8N的拉力F拉著物體A在水平面勻速運動了1m。已知物體A重40N，與水平面的接觸面積是100cm2，它在水平面運動時受到的摩擦力是12N，則拉動時重物對地面的壓強是_______Pa，滑輪組的機械效率是______?！敬鸢浮?×10375%【解析】【詳解】[1]重物對地面的壓強為：；[2]由圖可知，動滑輪上繩子的段數(shù)為n=2，繩子自由端移動的距離為：；克服摩擦力做的有用功為：；總功為：；機械效率為：。7．如圖所示，在測定杠桿機械效率的實驗中，豎直向上勻速拉動彈簧測力計，使掛在杠桿OB下面的物塊緩慢上升至虛線位置，在此過程中，測力計上升的高度s為0.2m．物塊重G為1.5N，物塊上升的高度h為0.3m，杠桿的機械效率為75%，則測力計的示數(shù)F=______N，使用該杠桿做額外功的一個原因是______?！敬鸢浮?由于使用杠桿時需要克服杠桿自重（克服摩擦力）等做功【解析】【分析】本題考查機械效率的應(yīng)用?！驹斀狻縖1]杠桿在使用過程中，所做的有用功W有=Gh=1.5N×0.3m=0.45J根據(jù)得而W總=Fs，所以[2]杠桿本身有重力、支點與杠桿之間有摩擦，使用杠桿過程需克服這些做功，于是便出現(xiàn)了額外功。8．如圖所示，物體重G=200N，滑輪重G′=100N，若用力F豎直向上勻速拉動滑輪，則此時該滑輪的機械效率為____（不計繩重和滑輪轉(zhuǎn)軸處的摩擦）。【答案】80%【解析】【分析】【詳解】不計繩重和滑輪轉(zhuǎn)軸處的摩擦，豎直向上勻速拉動滑輪，由力的平衡條件可得拉力F=2G＋G′=2×200N＋100N=500N由圖知，動力作用在動滑輪的軸上，此時動滑輪費力、但省一半的距離，即所以物體上升的高度h＝2s該滑輪的機械效率9．如圖所示，利用輕質(zhì)滑輪組勻速拉動水平地面上重為300N的物體，拉力F的大小為30N．物體與地面之間的摩擦力大小為45N，若物體在1s內(nèi)運動了2m，A處的繩子拉力為_____N，滑輪組的機械效率為________．（滑輪組摩擦力及繩重不計）【答案】4550%【解析】【分析】【詳解】[1]如圖，物體與地面之間的摩擦力大小為f=45N，物體A向左做勻速直線運動，A處的繩子拉力與物體與地面之間的摩擦力平衡，故繩子拉力為45N；[2]如圖，繩子股數(shù)n=3，物體移動的距離s=2m，滑輪組對物體做的有用功為：，拉力做的功即總功為：，滑輪組的機械效率為；10．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。11．如圖所示，分別用甲、乙兩個滑輪組提起重力G1=G2的重物至相同的高度h，若所用拉力F1=F2，已知甲的機械效率50%，則（不計繩重及摩擦）（）A．乙的機械效率75%B．乙的機械效率80%C．拉力F1做的功與拉力F2做的功之比3：2D．甲、乙兩個滑輪組中的動滑輪重力之比3：1【答案】ACD【解析】【分析】【詳解】AB．已知甲、乙兩個滑輪組將同一物體勻速提升至相同的高度，由公式可知，甲、乙兩個滑輪組所做的有用功相同；甲圖滑輪組繩子的股數(shù)n=3，故S甲=3h，乙圖滑輪組繩子的股數(shù)n=2，故S乙=2h，而拉力F1=F2，則甲、乙兩個滑輪組所做的總功為所以甲的機械效率為乙的機械效率為因為，，所以故A正確，B錯誤；C．拉力F1做的功與拉力F2做的功之比為故C正確；D．因為化簡得，由解得，所以G動1：G動2=G：=3:1故D正確。故選ACD。12．用如圖所示的滑輪牽引小車沿水平地面勻速前進，已知小車的重力，拉力大小，該裝置的機械效率是60%，則小車與地面之間摩擦力為（）A．27N B．36N C．18N D．270N【答案】A【解析】【分析】【詳解】由于小車沿水平地面勻速前進，那么繩對小車的拉力等于小車受到地面的摩擦力，即，該裝置的有用功是三段繩子托著動滑輪，那么繩端移動的距離是，該裝置所做的總功是可知解得。故選A。13．一個斜面高為h，長為l，該斜面的機械效率為η?，F(xiàn)把重為G的物體沿斜面勻速向上移動，則物體受到的滑動摩擦力的大小為A．＋GB．－GC．D．【答案】D【解析】【分析】【詳解】物體沿斜面勻速向上移動過程中，做的有用功總功克服物體與斜面摩擦力做的額外功所以，摩擦力的大小故選D。14．如圖所示，用甲、乙滑輪組在相同時間分別將A、B物體勻速提升相同高度，已知物體受到的重力GA＞GB，滑輪組的機械效率η甲＜η乙（忽略繩重和摩擦）．下列判斷正確的是（）A．兩滑輪組繩端移動的距離相等 B．甲滑輪組的有用功比乙的少C．甲滑輪組的總功率比乙的小 D．甲滑輪組的動滑輪比乙的重【答案】D【解析】【分析】【詳解】A．兩個物體提升相同的高度h時，甲滑輪組動滑輪上有三段繩子，所以F甲自由端移動的距離為3h，乙滑輪組動滑輪上有兩段繩子，所以F乙自由端移動的距離為2h，故A錯誤．B．根據(jù)公式W有=Gh，由于兩物體升高相同的高度，但是GA＞GB，所以W有甲＞W(wǎng)有乙，故B錯誤；C．W有甲＞W(wǎng)有乙，η甲＜η乙，結(jié)合知，W總甲＞W(wǎng)總乙，時間又相等，由P=知，甲滑輪組的總功率比乙的大，故C錯誤；D．根據(jù)，得=1+，因為η甲＜η乙，所以，又因為W有甲W有乙，所以，再根據(jù)得，，故D正確。故選D。15．如圖所示，小型牽引車通過滑輪組勻速打撈起深井中的均質(zhì)物體，物體上升的速度保持1m/s不變，已知物體重1.2×N，密度為1.6×kg/。測得物體在出水面前、后牽引車作用在繩子上的拉力之比為l∶2，若不計摩擦、繩重及水的阻力，g取10N/kg，下列結(jié)果錯誤的是（）A．物體出水前牽引車?yán)Φ墓β蕿?00WB．物體浸沒在水中受到的浮力為750NC．物體在出水面前，牽引車的拉力為250ND．物體在出水面前，滑輪組的效率是60%【答案】A【解析】【分析】【詳解】物體的質(zhì)量為物體的體積物體浸沒水中時，排開液體體積等于物體體積，所受的浮力為在出水面前、后牽引車作用于繩子上的拉力之比為l∶2，即則可得物體在出水面的拉力為物體上升的速度保持1m/s不變，則牽引車的速度為3m/s，故物體出水前牽引車?yán)Φ墓β蕿槲矬w出水前滑輪組的效率是A．物體出水前牽引車?yán)Φ墓β蕿?50W，A錯誤，故A項符合題意；B．物體浸沒在水中受到的浮力為750N，B正確，故B項不符合題意；C．物體在出水面前，牽引車的拉力為250N，C正確，故C項不符合題意；D．物體在出水面前，滑輪組的效率是60%，D正確，故D項不符合題意。故選A。16．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。17．為了將放置在水平地面上重為108N，邊長為10cm的某正方體合金塊提升一定高度，設(shè)置了甲圖所示的滑輪組裝置。當(dāng)用圖乙所示隨時間變化的豎直向下的拉力F拉繩時，合金塊的速度v與合金塊上升的高度h隨時間變化的關(guān)系分別如圖丙和丁所示。圖中連接合金塊G的輕繩始終保持豎直（不計繩重和摩擦）。則下列四個相關(guān)計算結(jié)果中正確的是（）A．0~1s內(nèi)，合金塊對地面的壓強是3000Pa B．0~2s內(nèi)，拉力F做的功是62.5JC．2s~3s內(nèi)，拉力F的功率是100W D．2s~3s內(nèi)，滑輪組的機械效率是90%【答案】AD【解析】【分析】【詳解】在2s~3s內(nèi)，讀乙圖可以知道，此時拉力F為40N，3股繩子與動滑輪接觸，則動滑輪和合金塊受到的拉為為讀丙圖可以知道，這段時間內(nèi)合金塊勻速上升，又因為忽略繩重和摩擦，所以動滑輪和合金塊的總重為120N；此時滑輪組的機械效率為在這段時間內(nèi)，讀丙圖可以知道，合金塊上升的速度為2.50m/s，3段繩子與動滑輪接觸，繩子自由端移動的速度為2.50m/s×3=7.50m/s拉力F的功率為在0~2s時間內(nèi)，讀丁圖可以知道，合金塊只是在1~2s時間上升了1.25m，三段繩子與動滑輪接觸，則繩子自由端移動的距離為1.25m×3=3.75m讀乙圖可以知道，在1~2s時間內(nèi)拉力F為50N，則拉力F做的功為在0~1s內(nèi)，讀乙圖可以知道，拉力F為30N，3股繩子與動滑輪接觸，則滑輪組對動滑輪和合金塊的拉力為30N×3=90N合金塊和動滑輪總重120N，則合金塊對地面的壓力為合金塊對地面的壓強為故A、D選項正確，符合題意；B、C選項錯誤，不符合題意。故選A、D。18．某工地利用如圖所示的滑輪組，將重180N的物體豎直向上勻速提起2m，用時5s。卷揚機的拉力F為80N（不計繩重和摩擦）。以下相關(guān)計算正確的是（）A．有用功是400J B．動滑輪的重力為60NC．拉力F的功率為72W D．動滑輪的機械效率為75%【答案】BD【解析】【分析】【詳解】A．有用功為故A錯誤；B．因不計繩重和摩擦，則動滑輪的重力為故B正確；C．繩子移動的距離為拉力F做的功為拉力F的功率為故C錯誤；D．滑輪組的機械效率為故D正確。故選BD。19．為運送物體搭制的斜面如圖所示，斜面長為s，高為h，用沿斜面向上的力F把一個重為G的物體由斜面底端以速度v勻速拉到頂端。下列說法中正確的是（）A．整個過程中拉力F所做的有用功B．整個過程中拉力F所做的總功C．若斜面的機械效率為η，則拉力D．若斜面的機械效率為η，則物體與斜面間的摩擦力