一、初中物理有用功額外功總功機械效率的計算問題1．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。2．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。【答案】1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。3．小徐用如圖所示的裝置將重為600N的木箱A，以0.5m/s的速度從斜面底端勻速拉到頂端。拉力F=150N，斜面長L=5m，高h=2m，滑輪重、繩重、滑輪與繩之間的摩擦均不計，此裝置的機械效率是_________，拉力F的功率是_________W，木箱A與斜面間的摩擦力是______N?！敬鸢浮?0%15060【解析】【分析】【詳解】[1]將木箱拉到頂端所做的有用功而動滑輪繩子端的拉力F=150N，滑輪重、繩重、滑輪與繩之間的摩擦均不計,那么木箱受到的拉力F1=2F=2×150N=300N通過斜面所做的總功W總=F1s=300N×5m=1500J所以此裝置的機械效率[2]由題意知，木箱的速度為0.5m/s，則繩子端的速度v=2×0.5m/s=1m/s那么拉力F的功率P=Fv=150N×1m/s=150W[3]在斜面上克服摩擦力做的額外功為W額=W總-W有=1500J-1200J=300J木箱所受的摩擦力f==60N4．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。5．如圖所示，在40N的水平拉力F作用下，將重700N的物體沿水平地面做勻速直線運動，物體與地面間滑動摩擦力為100N。則滑輪組的機械效率為________；若物體的運動速度為0.2m/s，則拉力F的功率為________W?！敬鸢浮?3.3%24【解析】【詳解】[1]從圖中可以看到，有三根繩子托著動滑輪，那么繩端移動的距離與重物水平移動的距離的關(guān)系是，由于物體沿水平地面做勻速直線運動，水平方向受力平衡，可知動滑輪對重物的拉力是則滑輪組的機械效率為[2]若物體的運動速度為0.2m/s，那么繩端移動的速度可知拉力F的功率為6．為了將放置在水平地面上重為100N的物體提升一定高度，設(shè)置了如圖所示的滑輪組裝置。當(dāng)用圖甲所示隨時間變化的豎直向下的拉力F拉繩時，物體的速度v和物體上升的高度h隨時間變化的關(guān)系分別如圖乙和丙所示（不計繩重和繩與輪之間的摩擦）。下列計算結(jié)果正確的是（）A．0s~1s內(nèi)，地面對物體的支持力是10NB．1s~2s內(nèi)，拉力F做的功是62.5JC．2s~3s內(nèi)，拉力F的功率是300WD．2s~3s內(nèi)，滑輪組的機械效率是62.5%【答案】C【解析】【分析】【詳解】A．從圖乙可以看到，時間從第2s到第3s時，速度大小是不變的，這時處于平衡狀態(tài)，物體受到的拉力大小等于重物和動滑輪的總重，即由題意可知，0s~1s內(nèi)，地面對物體的支持力符合關(guān)系式從圖甲可以看到，，解得，A錯誤；B．從圖甲可以看到，1s~2s內(nèi)，拉力F的大小是50N，物體上升的高度是1.25m，三條繩子托著動滑輪，繩端移動的距離是拉力F做的功是拉力F做的功是，B錯誤；C．2s~3s內(nèi)，物體勻速運動，繩端也是勻速運動，拉力F的大小是40N，繩端移動的速度根據(jù)可知，拉力F的功率拉力F的功率是300W，C正確；D．2s~3s內(nèi)，物體上升的高度拉力F的大小是40N，則滑輪組的機械效率滑輪組的機械效率約是，D錯誤。故選C。7．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。8．用如圖所示的滑輪組拉動物體A，使物體A以0.2m/s的速度水平向左勻速運動10s。已知物體A重500N，物體A受到的摩擦力為120N，拉力F的功率為30W。下列說法正確的是（）A．繩子自由端移動的距離為2mB．拉力F的大小為40NC．滑輪組的機械效率為80%D．滑輪組對物體A所做的功為1000J【答案】C【解析】【分析】【詳解】A．由圖知，，繩子自由端移動的距離的速度為則繩子自由端移動的距離為故A錯誤；B．由可得拉力的大小故B錯誤；CD．物體移動的距離為滑輪組對物體所做功為總功為滑輪組的機械效率為故C正確，D錯誤。故選C。9．小黃用圖所示的滑輪組經(jīng)過10s的時間，用150N的拉力將一個重270N的重物提高1m，求此過程：拉力F自由端拉出的距離是_____m；小黃所做的有用功是_______J；總功是_______J；拉力做功的功率是______W?！敬鸢浮?27045045【解析】【分析】【詳解】[1]由圖可知，滑輪組的承重繩子根數(shù)n=3根，則拉力自由端拉出的距離s=nh=3×1m=3m[2]有用功W有用=Gh=270N×1m=270J[3]總功W總=Fs=150N×3m=450J[4]拉力做功的功率10．如圖所示，重300N的物體在20N的水平拉力F的作用下，以0.2m/s的速度沿水平地面向左勻速直線運動了10s，滑輪組的機械效率為80%，則在此過程中，下列說法正確的是（）A．拉力F的功率為12W B．物體與地面間的滑動摩擦力為32NC．繩子自由端移動的距離為2m D．滑輪組做的有用功為120J【答案】A【解析】【詳解】A．拉力F的功率為故A正確；B．滑輪組的機械效率為所以物體與地面間的滑動摩擦力為故B錯誤；C．繩子自由端移動的距離為故C錯誤；D．滑輪組做的有用功為故D錯誤。故選A。11．建筑工地上需要將6塊相同的磚從地面運送到樓頂，工人師傅利用如圖所示的裝置分三次運送，第一次運1塊，第二次運2塊，第三次運3塊，每次運送時，磚都勻速上升，繩重及摩擦均忽略不計；這三次拉力依次為、F2、F3，效率為、、，則A． B．C． D．【答案】BD【解析】【分析】【詳解】如圖有兩段繩子承擔(dān)物重，當(dāng)繩重及摩擦均忽略不計，設(shè)一塊磚收到的重力為G，人對繩子的拉力是所以，由于三次提起重物時動滑輪受到重力不變，所以提起物體重力越大，機械效率越高，故。故選BD。12．一個斜面高為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。13．如圖所示，用完全相同的滑輪和細繩組成甲、乙兩個滑輪組，在各自的自由端施加大小分別為F1和F2的拉力，將重物G1和G2分別緩慢提升相同的高度（不計繩重和一切摩擦）．下列說法中不正確的是A．若物重相等，則拉力F1小于F2B．若物重相等，則甲、乙兩滑輪組的機械效率相同C．若F1、F2大小相等，則拉力F1做的功較多D．若F1、F2大小相等，則甲、乙兩滑輪組的機械效率相同【答案】D【解析】A．由圖可知，，不計繩重和一切摩擦，由可得，繩子的拉力：，若物重相等，即G1=G2，則F1＜F2，故A正確；B．若物重相等，且提升相同的高度時，因不計繩重和一切摩擦?xí)r，有用功為克服物體重力做的功，總功為克服動滑輪重力和物體重力做的功，所以，由可知兩滑輪做的有用功相等，由可知兩滑輪的總功相等，由可知，甲、乙兩滑輪組的機械效率相同，故B正確；C．由圖可知，n甲=3，n乙=2，由可知，兩物體提升相同高度時，甲滑輪組繩端移動的距離較大，由可知，若F1、F2大小相等，則拉力F1做的功較多，故C正確；D．將重物G1和G2分別緩慢提升相同的高度時有用功相同，若F1、F2大小相等時，拉力F1做的總功較多，由可知，甲的機械效率小于乙的機械效率，故D錯誤．故選D．【點睛】本題考查了滑輪組繩子拉力公式和做功公式、機械效率公式的應(yīng)用，明確滑輪組的有用功和總功是關(guān)鍵．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．用圖所示的裝置將重為為800N的正方體石料A從水中提升出來。在卷揚機對繩子的拉力作用下，使A經(jīng)歷了三個過程∶過程I為A浸沒在水中豎直勻速上升的過程，過程Ⅱ為A上表面剛露出水面到下表面剛離開水面豎直勻速上升的過程，過程Ⅲ為A在空中豎直勻速上升的過程。過程I中卷揚機對繩子的拉力大小為F=500N。若不計繩重和輪與軸間的摩擦，不計水中提升時水對A的阻力，不計A被提出水面所帶水的質(zhì)量，下列判斷中正確的是（）A．若過程I和過程Ⅱ中提升A的高度相同，則兩過程中動滑輪所做的有用功相同B．過程I和過程II中卷揚機對繩子的拉力大小相同C．過程Ⅲ中提升A的機械效率η一定小于80%D．此裝置中動滑輪的重力大于200N【答案】CD【解析】【分析】【詳解】A．過程I、Ⅱ中動滑輪提供的拉力等于A的重力減A受到的浮力，但過程Ⅱ中物塊排開水的體積變小，則浮力不斷變小，拉力增大，提升相同的高度，由可知過程I中動滑輪所做的有用功與過程Ⅱ中動滑輪所做的有用功不相等，故錯誤；B．過程I和過程II中動滑輪提供的拉力大小不同，由可知卷揚機對繩子的拉力大小不同，故錯誤；CD．過程I中過程Ⅲ中又因為則故CD正確。故選CD。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。17．一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3h B．工人做的有用功為m2ghC．該滑輪組的機械效率為 D．使用該裝置一定省力【答案】BC【解析】【分析】【詳解】A．由圖知：作用在動滑輪上的繩子有2段，繩子拉下的長度是s=2h故A錯誤；B．有用功為W有用=Gh=m2gh故B正確；C．總功為W總=Fs=F×2h=2Fh機械效率為故C正確；D．如果拉力則裝置不省力，故D錯誤。故選BC。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