一、初中物理有用功額外功總功機(jī)械效率的計(jì)算問題1．如圖是工人將重160N的物體勻速放下的過程，已知物體下降的距離為3m，用時3s，工人的拉力為50N，工人質(zhì)量為50kg（物體未浸入水中，且不計(jì)繩重及摩擦）設(shè)此時工人放繩的速度為v1，滑輪組的效率η1；如果物體完全浸沒水中后滑輪的機(jī)械效率為η2，已知（物體在水中仍勻速下降，動滑輪不會浸入水中且不計(jì)繩重及摩擦，g取10N/kg）設(shè)當(dāng)物體完全浸沒在水中后物體所受的浮力為F浮，工人對地面的壓力為F2.則（）A．v1=1m/s B．η1=62.5%。 C．F2=525N D．F浮=120N【答案】C【解析】【分析】【詳解】A．物體下降速度為因?yàn)橛?段繩子，所以工人放繩的速度為故A不符合題意；B．已知物體下降的距離為3m，因?yàn)橛?段繩子，所以繩子運(yùn)動距離放繩子的做的有用功放繩子的做的總功滑輪組的效率故B不符合題意；CD．物體未浸入水中時，不計(jì)繩重及摩擦，動滑輪受到重物對它的拉力、本身的重力、繩子的拉力，由可得，動滑輪重力已知η1：η2=4：3，則物體完全浸沒水中后滑輪組的機(jī)械效率為物體完全浸沒水中后，滑輪組對物體的拉力做的功為有用功，不計(jì)繩重及摩擦，克服動滑輪重力做的功為額外功，則此時滑輪組的機(jī)械效率解得F拉物=60N；物體的重力為160N，根據(jù)公式可得故D不符合題意；完全入水后，動滑輪受到重物對它向下的拉力、本身向下的重力、4段繩子向上的拉力，由力的平衡條件可得則人對繩子的拉力因?yàn)槲矬w間力的作用是相互的，所以繩子對人的拉力也為25N；人的重力為對人進(jìn)行受力分析可知，人受豎直向下的重力、豎直向下的拉力、豎直向上的支持力，則人受到豎直向上的支持力因?yàn)槲矬w間力的作用是相互的，則人對地面的壓力為525N，故C符合題意。故選C。2．如圖所示，工人用250N的力將重400N的物體勻速提升2m。若不計(jì)繩重及摩擦，繩子自由端移動的距離是____m，動滑輪的重力為____N，該滑輪組的機(jī)械效率是______?！敬鸢浮?10080%【解析】【分析】【詳解】[1]由圖可知，動滑輪上繩子段數(shù)為2，則繩子自由端移動距離為s=2h=2×2m=4m[2]拉力為250N，物體中400N，則根據(jù)動滑輪上繩子段數(shù)為2，可求動滑輪重力為G滑=2F-G物=2×250N-400N=100N[3]機(jī)械效率為3．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(jìn)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(jī)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(jìn)；電動輪椅既能前進(jìn)又能后退，是通過改變電動機(jī)線圈中的_________實(shí)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(jī)的實(shí)際功率是_____W；（3）當(dāng)電動機(jī)以額定功率工作時，電動輪椅在水平路面上勻速前進(jìn)的速度為2m/s，若此時電動機(jī)消耗的電能有80%轉(zhuǎn)化為電動輪椅前進(jìn)的機(jī)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(jī)前進(jìn)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(jī)、電流表才串聯(lián)接入電路，這樣符合條件，電動輪椅前進(jìn)。[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(jìn)又能后退，是通過改變電動機(jī)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(jī)、電流表串聯(lián)接在電路中，電路中的總電阻電動機(jī)的電阻此時電動機(jī)的實(shí)際功率此時電動機(jī)的實(shí)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(jìn)，牽引力，由題意可知，電動輪椅的機(jī)械效率解得，此時電動輪椅受到的阻力是40N。4．質(zhì)量為m的工人用如圖甲所示的滑輪組將建筑材料運(yùn)送到樓頂，滑輪組的機(jī)械效率隨建筑材料重力變化的圖像（如圖乙），機(jī)械中摩擦及繩重忽略不計(jì)，影響滑輪組機(jī)械效率的原因有_____（寫出一點(diǎn)即可），動滑輪的重力為_____，該工人豎直向下拉繩子自由端運(yùn)送建筑材料時，此滑輪組機(jī)械效率的最大值為_____。（后兩空均用已知量符號表示）【答案】物重（或動滑輪重）Gn×100%【解析】【分析】【詳解】[1]已知機(jī)械中摩擦力及繩重忽略不計(jì)，由可知，影響滑輪組機(jī)械效率的因素有物重、動滑輪重。[2]由圖乙可知，物重，滑輪組的機(jī)械效率，因機(jī)械中摩擦力及繩重忽略不計(jì)，所以滑輪組的機(jī)械效率解得[3]已知工人的質(zhì)量為m，則該工人豎直向下拉繩子自由端運(yùn)送貨物時，繩子的最大拉力由可得提升的最大物重則滑輪組的最大機(jī)械效率5．如圖甲是一艘完全依靠太陽能驅(qū)動的船，該船長30米，寬15米，排水量60噸，船的表面安裝有太陽能電池板，接收太陽能的功率為1.6×105W，若接收的太陽能只用來驅(qū)動船前進(jìn)。在一次航行中，從某一時刻開始，太陽能船受到水平方向的牽引力F隨時間t的變化關(guān)系如圖乙所示，船的運(yùn)動速度v隨時間t的變化關(guān)系如圖丙所示。（g取10N/kg），則滿載時太陽能船受到的浮力是___________N；第50s到第100s的運(yùn)動過程中，太陽能船的效率是_________?！敬鸢浮俊窘馕觥俊痉治觥俊驹斀狻縖1]由題意可知，排水量60t，則滿載時太陽能船受到的浮力是[2]由題意可知，第50s到第100s的運(yùn)動過程中，太陽能船移動的距離是這段時間牽引力所做的功是總功是那么太陽能船的效率是6．如圖所示，在測定杠桿機(jī)械效率的實(shí)驗(yàn)中，豎直向上勻速拉動彈簧測力計(jì)，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(jì)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(jī)械效率為75%，則測力計(jì)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(jī)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(diǎn)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。7．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(jī)械效率為____（不計(jì)繩重和滑輪轉(zhuǎn)軸處的摩擦）?！敬鸢浮?0%【解析】【分析】【詳解】不計(jì)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(fèi)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(jī)械效率8．如圖所示的滑輪組，繩子的末端纏繞在電動機(jī)上，電動機(jī)轉(zhuǎn)動將下方鉤碼勻速提起。如果加快電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，則后一次提升與前一次相比（）A．功率增大、機(jī)械效率增大 B．功率增大、機(jī)械效率不變C．功率不變、機(jī)械效率不變 D．功率不變、機(jī)械效率增大【答案】B【解析】【分析】【詳解】前后兩次的滑輪組是同一個滑輪組，則做的有用功、額外功、總功不變，則機(jī)械效率不變；加快電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，則物體提升的速度增大，若兩次提升高度相同，則后一次所需要的時間小于前一次所需要的時間，根據(jù)可知，功率變大。故ACD錯誤，B正確。故選B。9．起重機(jī)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(jī)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(jī)械效率是10．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(jì)繩重和繩與輪之間的摩擦）。下列計(jì)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(jī)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(yùn)動，繩端也是勻速運(yùn)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(jī)械效率滑輪組的機(jī)械效率約是，D錯誤。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(jī)械效率50%，則（不計(jì)繩重及摩擦）（）A．乙的機(jī)械效率75%B．乙的機(jī)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(jī)械效率為乙的機(jī)械效率為因?yàn)?，，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?yàn)榛喌?，由解得，所以G動1：G動2=G：=3:1故D正確。故選ACD。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(qiáng)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(jì)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(jī)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(qiáng)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?yàn)閚=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(jī)械效率為故C錯誤，符合題意。故選C。13．如圖所示，甲、乙分別為同一滑輪組的不同繞法，忽略繩重及一切阻力，用圖甲繞法勻速提升重為900N的物體時，機(jī)械效率為90%，下列判斷正確的是（）A．拉力的大小為450NB．分別用兩種方法勻速提升相同重物時，圖乙繞法機(jī)械效率大C．用圖乙繞法勻速提升400N重物時，機(jī)械效率為80%D．分別用兩種繞法勻速提升相同重物升高相同高度，F(xiàn)B做功少【答案】C【解析】【詳解】A．忽略繩重及一切阻力，用圖甲繞法勻速提升重為900N的物體時，機(jī)械效率為90%，圖甲中n=2，由可得拉力FA的大?。海蔄錯誤；BD．分別用兩種繞法勻速提升相同重物時，有用功相同，忽略繩重及一切阻力，克服動滑輪做的功是額外功，因同一滑輪組中動滑輪的重不變、提升高度相同，額外功相同，總功相同（即FA和FB做功相同），機(jī)械效率也相同，故B、D錯誤；C．圖甲中，根據(jù)可得動滑輪的重力：；忽略繩重及一切阻力，滑輪組的機(jī)械效率，則用圖乙繞法勻速提升400N重物時，其機(jī)械效率為：，故C正確。14．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(yùn)動了10s，滑輪組的機(jī)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(jī)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。15．如圖所示，豎直固定的測力計(jì)下端掛一個滑輪組，己知每個滑輪重均為50N，滑輪組下端掛有物體B，滑輪組繩的末端通過定滑輪沿水平方向與物體A相連，此時物體A在繩的水平拉力作用下向右做勻速直線運(yùn)動，測力計(jì)的示數(shù)為550N；在物體B下加掛重為90N的物體C后，同時用水平向左的力F拉動物體A使其沿水平桌面向左做勻速直線運(yùn)動此時物體B上升的速度大小為5cm/s。若不計(jì)繩重及滑輪的摩擦，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275NB．B的重力為500NC．F做功的功率為42WD．F的大小為530N【答案】D【解析】【詳解】A．設(shè)物體A所受摩擦力大小為f，則彈簧測力計(jì)下滑輪有兩段繩子，則有2f+50N=550N解得f=250N，故A錯誤；B．對于物體B，有3f=GB+G滑即250N×3=GB+50N所以GB=700N，故B錯誤；CD．加掛物體C后，有3（F—f）=GB+GC+G滑即3（F-250N）=700N+90N+50N解得F=530N，物體B上升的速度為5cm/s，則拉力F端移動的速度v=3×5cm/s=0.15m/s拉力F的功率P=Fv=530N×0.15m/s=79.5W故C錯誤，D正確。故選D。16．用如圖所示的滑輪牽引小車沿水平地面勻速前進(jìn)，已知小車的重力，拉力大小，該裝置的機(jī)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(jìn)，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。17．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(jī)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?yàn)棣羌祝鸡且遥?，又因?yàn)閃有甲W有乙，所以，再根據(jù)得，，故D正確。故選D。18．如圖所示，物體A在大小為10N的拉力F作用下，以0.3m/s的速度向右勻速運(yùn)動（不計(jì)細(xì)繩的摩擦及重力），若物體A與桌面間的摩擦力為6N，已知動滑輪重為1N，下列說法正確的是（g=10N/kg）（）A．拉力F做功的功率是3WB．物體B的質(zhì)量是1.1kgC．物體B上升的速度是0.15m/sD．去掉F，物體A仍保持靜止則物體B的重力可以增加到17N【答案】ABD【解析】【分析】【詳解】A．拉力的功率故A正確；B．因?yàn)锳做勻速直線運(yùn)動，處于平衡狀態(tài)，由平衡狀態(tài)得得由圖示可知，滑輪組承重繩子的有效股數(shù)n=3，則物體B的重力物體B的質(zhì)量故B正確；C．B的上升速度故C錯誤；D．去掉F后，仍保持物體A靜止，F(xiàn)拉的最大值等于f，物體B的重力可以增加到根據(jù)可得故D正確。故選ABD。19．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(yáng)機(jī)的拉力F為80N（不計(jì)繩重和摩擦）。以下相關(guān)計(jì)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(jī)械效率為75%【答案】BD【解析】【分析】【詳解】A．有用功為故A錯誤；B．