2020-2021学年人教版物理八年级下册同步巩固练习专题训练(九) 机械效率的综合计算.docx

1、专题训练(九)机械效率的综合计算类型1滑轮组机械效率的综合计算1.2020重庆B卷 如图ZT-9-1所示是某建筑工地使用的一种起重机的滑轮组。一次提升货物A的质量为2.7103 kg,30 s内货物A被匀速提升了3 m,动滑轮的重力为3103 N。下列分析中正确的是(不计起重机钢丝绳重和摩擦,g取10 N/kg)() A.钢丝绳自由端移动的速度为0.1 m/s 图ZT-9-1B.拉力F的功率为1.5103 WC.滑轮组的机械效率为90%D.钢丝绳的拉力F的大小为1.0104 N2.如图ZT-9-2所示,当水平拉力F=50 N时,恰好可以使物体A沿水平地面向左做匀速直线运动。已知物体重为200

2、N,所受地面的摩擦力为80 N,假如在5 s内,物体水平移动了0.6 m,不计绳重、滑轮重及滑轮摩擦,则在此过程中()A.拉力F做的功为30 J B.物体重力做的功为120 J C.拉力F做功的功率为12 W D.该装置的机械效率为60% 图ZT-9-23.2019通辽 如图ZT-9-3所示,利用滑轮组在2 s内将重400 N的物体匀速提升了1 m,所用拉力F为150 N。不计绳重和摩擦,下列说法正确的是()A.绳子自由端移动的速度为2 m/s B.动滑轮的总重为100 N C.滑轮组的机械效率为83.3% D.提升更重的物体,滑轮组的机械效率会变小 图ZT-9-34.2020成都B卷 (多选

3、)如图ZT-9-4甲所示,A是重15 N的空吊篮,绳子B和C能承受的最大拉力分别为100 N和50 N。质量为50 kg的小张同学将A提升到高处,施加的拉力F随时间的变化关系如图乙所示,A上升的速度v随时间的变化关系如图丙所示。忽略绳重及摩擦,g取10 N/kg。下列结论正确的是()图ZT-9-4A.动滑轮的重力为9 NB.第2 s内拉力F的功率为40 WC.此装置最多能匀速运载80 N的货物D.此装置提升重物的最大机械效率为85%5.2020天水 在物理拓展课上,李博同学模拟某建筑工地上塔吊的工作情景,设计了如图ZT-9-5所示的滑轮组来提升装修材料,若他用250 N的拉力在20 s内将重为

4、450 N的材料提升了10 m,求:(不计绳重和摩擦)(1)拉力的功率。(2)提升重为450 N的材料时,此滑轮组的机械效率。(3)若绳子能承受的最大拉力为400 N,则此滑轮组的最大机械效率。图ZT-9-56.2020荆州 质量为1.8 t的小汽车陷入泥泞中,在大家都一筹莫展的时候,聪明的小红很快想到了办法,利用所学滑轮组知识,带领大家将小汽车顺利拉出。如图ZT-9-6所示,若小汽车所受阻力为车重的0.2,滑轮组的机械效率为80%。求:(g取10 N/kg)(1)小汽车所受的阻力f。(2)绳子自由端拉力F1。(3)树承受的拉力F2。(4)小汽车以0.1 m/s的速度匀速运动时,拉力F1的功率

5、。 图ZT-9-67.2019达州 如图ZT-9-7所示,某工人准备用一根最多能承受400 N力的绳子(若超过,绳子将断裂)绕成的滑轮组先后打捞水中材料相同、体积不同的实心物体A和B,完全露出水面的物体A被此装置匀速提起时,绳子达到最大拉力。已知动滑轮的质量为20 kg。求:(绳的质量、摩擦以及水的阻力均不计,连接动滑轮与物体间的钢绳不会断裂,g取10 N/kg)(1)物体A完全露出水面后以0.5 m/s的速度匀速上升时,物体A的重力和工人拉力的功率分别是多少。(2)在物体A浸没在水中匀速上升的过程中,滑轮组的机械效率为75%,物体A的密度是多少。(3)若用该滑轮组打捞体积为50 dm3的物体

6、B时,物体B最多露出多少体积时绳子将断裂。图ZT-9-7滑轮组机械效率的计算(竖直使用):不计绳重和摩擦,只考虑动滑轮的重力时,滑轮组的机械效率:=W有W总=G物hG物h+G动h=G物G物+G动,由此可知,不计绳重和摩擦,影响滑轮组机械效率的因素是G物和G动。如果使用同一滑轮组,则G动不变,为了提高机械效率,则只需要考虑增加G物。但增加G物要根据实际情况,比如人站在地面上向下拉绳子自由端时,拉力的最大值等于人的重力。类型2组合机械的机械效率计算8.建筑工人要向楼上运送货物,为了省力,他在一个斜面上安装了一个滑轮组,做成如图ZT-9-8所示的机械装置,斜面的倾角为30且固定在水平地面上。工人用4

7、00 N的力拉绳子,重为500 N的货物沿斜面匀速向上运动6 m所用时间为20 s,求此过程中:(1)货物沿斜面匀速运动的速度大小。(2)工人提升货物做的有用功。(3)该装置的机械效率。 图ZT-9-89.2019南充 如图ZT-9-9所示,杠杆在水平位置平衡,物体M1重为500 N,OAOB=23,每个滑轮重为20 N,滑轮组的机械效率为80%,在拉力F的作用下,物体M2以0.5 m/s的速度匀速上升了5 m。求:(杠杆重、绳重及摩擦均不计)(1)物体M2的重力。(2)拉力F的功率。(3)物体M1对水平地面的压力。图ZT-9-910.如图ZT-9-10所示,某科技小组的同学制作了一个打捞物体

8、的自动控制模型,E为配重,AOB是一个质地均匀的长方形横杆,其质量不计,OAOB=13,在水平位置保持平衡。通过电动机Q可以控制杠杆B端抬起,从而将被打捞物体提起。已知滑轮D重为10 N,B端定滑轮和提升电动机P的总质量是1 kg,提升电动机P的功率为3 W且保持不变,物体M的质量是1 kg。只让提升电动机P工作,当物体M匀速上升时,提升电动机P对绳子的拉力为F1,B端滑轮组的机械效率为1。若用质量为1.5 kg的物体N代替物体M,只让提升电动机P工作,当物体N匀速上升时,提升电动机P对绳子的拉力为F2,B端滑轮组的机械效率为2,且12=89。不计绳的质量和摩擦,g取10 N/kg,求:图ZT

9、-9-10(1)F1与F2的比值。(2)只让提升电动机P工作,当物体M匀速上升时的速度v。(3)当物体N被提升到一定高度后,提升电动机P停止工作,启动电动机Q将杠杆B端匀速抬起的过程中,电动机Q对绳子的拉力F的大小。解决组合机械的机械效率计算的重要方法:(1)根据题目要求,进行受力分析,并列出相应的平衡方程。在这里要注意:方程式全部用字母表示,题干中没有明确的物理量,自己合理设置一个,注意对称性。(2)把题目中的比例关系,利用适合的公式展开,并将数据代入该关系式,解出相关物理量。在这里要注意:所谓“适合的公式”,是指公式中所含的物理量,要么是已知的,要么是可以利用已知条件求出的,这样的公式才利

10、于我们解题。1.C解析 由图可知,承担物重的绳子段数n=2,绳子自由端移动的距离s=23 m=6 m,绳子自由端移动的速度v=st=6m30 s=0.2 m/s,故A错误;货物A的重力为G=mg=2700 kg10 N/kg=27000 N,钢丝绳的拉力F=1n(G+G动)=12(27000 N+3103 N)=15000 N,拉力F做的功:W总=Fs=15000 N6 m=90000 J,拉力F的功率为P=W总t=90000J30 s=3000 W,故B、D错误;滑轮组做的有用功是W有=Gh=27000 N3 m=81000 J,滑轮组的机械效率为=W有W总=81000J90000 J=0.

11、9=90%,故C正确。2.C解析 拉力F做的功:W总=F2s=50 N20.6 m=60 J,A错误;重力做功为零,B错误;拉力F做功的功率:P=W总t=60 J5 s=12 W,C正确;有用功:W有=fs=80 N0.6 m=48 J,该装置的机械效率:=W有W总=48 J60 J=0.8=80%,D错误。3.A解析 由图知,承担动滑轮和物体重力的绳子段数n=4,绳子自由端移动的距离:s=nh=41 m=4 m,绳子自由端移动的速度:v=st=4 m2 s=2 m/s,故A正确;不计绳重及摩擦,拉力F=G+G动4,可得动滑轮所受的重力:G动=4F-G=4150 N-400 N=200 N,故

12、B错误;拉力做的功:W总=Fs=150 N4 m=600 J,有用功:W有=Gh=400 N1 m=400 J,滑轮组的机械效率:=W有W总=400 J600 J0.667=66.7%,故C错误;若用该滑轮组提升更重的物体,额外功基本不变,有用功增加,有用功在总功中所占的比例增加,机械效率会变大,故D错误。4.BC解析 由图丙知12 s内物体做匀速直线运动,忽略绳重和摩擦,G动=nF-G物=210 N-15 N=5 N,A错误;第2 s内拉力为10 N,物体的速度为2 m/s,绳子自由端的速度为4 m/s则拉力的功率为P=Fv=10 N4 m/s=40 W,B正确;当B绳的拉力为100 N时,

13、C绳的拉力:FC=G+G动2=100 N+5 N2=52.5 N50 N,超过C绳的最大拉力,C绳会断。反之,当C绳拉力为50 N时,B绳拉力FB=nFC-G动=250 N-5 N=95 N,吊篮中能装载的最大货物的重力:G物=95 N-15 N=80 N,C正确;当提升物体最重时,机械效率最大,最大机械效率:=W有W总=G物hFs=G物nFC=80 N250 N=0.8=80%,D错误。5.(1)由图知,n=3,则绳子自由端移动的距离:s=nh=310 m=30 m,拉力做的功:W总=Fs=250 N30 m=7500 J,则拉力的功率:P=W总t=7500J20 s=375 W。(2)有用

14、功:W有=Gh=450 N10 m=4500 J,滑轮组的机械效率:=W有W总=4500 J7500 J=0.6=60%。(3)由F=1n(G+G动)可得,动滑轮的重力:G动=nF-G=3250 N-450 N=300 N,最大物重G=nF-G动=3400 N-300 N=900 N;此滑轮组的最大机械效率:=W有W总=GhFs=Gh3Fh=G3F=900N3400 N=0.75=75%。6.(1)小汽车所受阻力为车重的0.2,所以小汽车所受阻力为f=0.2G=0.2mg=0.21.8103 kg10 N/kg=3.6103 N。(2)由滑轮组的机械效率=W有W总可知,=W有W总=fs物F1s

15、绳=fs物3F1s物=f3F1,则绳子自由端的拉力F1=f3=3.6103 N380%=1500 N。(3)树承受的拉力等于定滑轮上2股绳的拉力的合力,所以树承受的拉力为F2=2F1=21500 N=3000 N。(4)小汽车以0.1 m/s的速度匀速移动时,绳子自由端的运动速度为0.3 m/s,拉力F的功率为P=Wt=F1s绳t=F1v绳=1500 N0.3 m/s=450 W。7.(1)由图知,n=3,在空气中时有:F最大=GA+G动3,故物体A的重力:GA=3F最大-G动=3400 N-20 kg10 N/kg=1000 N。已知物体上升速度vA=0.5 m/s,则绳子自由端移动速度v绳

16、=30.5 m/s=1.5 m/s,故拉力的功率P=F最大v绳=400 N1.5 m/s=600 W。(2)物体A浸没在水中时,=W有W总=GA-F浮GA-F浮+G动=75%,1000 N-1.0103kg/m310 N/kgVA1000 N-1.0103kg/m310 N/kgVA+200N=75%,解得,VA=0.04 m3,故物体A的密度:A=mAVA=GAgVA=1000 N10 N/kg0.04m3=2.5103 kg/m3。(3)因A、B材料相同,故B的重力:GB=mBg=AgVB=2.5103 kg/m310 N/kg5010-3 m3=1250 N,最大拉力是400 N,则有:

17、F最大=GB+G动-F浮3,代入数据得: 1250 N+200 N-1.0103kg/m310 N/kg(0.05m3-V露)3=400 N,解得,V露=0.025 m3,即露出水面的体积为0.025 m3时绳子将断裂。8.(1)货物运动的速度:v=st=6m20s=0.3 m/s。(2)货物在斜面上移动6 m,上升的高度:h=12s=126 m=3 m,工人所做的有用功:W有=Gh=500 N3 m=1500 J。(3)由图可知,绳子自由端移动的距离:s=2s=26 m=12 m,工人所做的总功:W总=Fs=400 N12 m=4800 J,该装置的机械效率:=W有W总=1500J4800J

18、=0.3125=31.25%。9.(1)因杠杆与绳的自重、摩擦均不计,故克服动滑轮重力做的功为额外功,则滑轮组的机械效率:=W有W总=GhGh+G动h=GG+G动,即GG+20N=80%,解得物体M2的重力:G=80 N。(2)由图知,n=2,绳重、摩擦均不计,作用在绳子自由端的拉力:F=G+G动2=80 N+20 N2=50 N,物体M2以0.5 m/s的速度匀速上升了h,绳子自由端移动的距离:s=2h,绳子自由端的速度:v绳=2v=20.5 m/s=1 m/s,拉力F的功率:P=Wt=Fst=Fv绳=50 N1 m/s=50 W。(3)由力的平衡条件可得:B端对定滑轮向上的拉力:FB=3F

19、+G定=350 N+20 N=170 N,根据物体间力的作用是相互的,定滑轮对杠杆B端的拉力:FB=FB=170 N,根据杠杆平衡条件可得:FAOA=FBOB,故绳子对杠杆A端的拉力:FA=OBOAFB=32170 N=255 N,根据物体间力的作用是相互的,绳子对M1向上的拉力:FA=FA=255 N。由力的平衡条件可得:地面对M1的支持力:F支=G1-FA=500 N-255 N=245 N,根据物体间力的作用是相互的,物体M1对水平地面的压力:F压=F支=245 N。10.(1)物体M的重力:GM=mMg=1 kg10 N/kg=10 N,物体N的重力:GN=mNg=1.5 kg10 N

20、/kg=15 N,由于12=89,且1=GMG动+GM,2=GNG动+GN,代入数据得:12=GMG动+GMGNG动+GN=10NG动+10N15NG动+15N=89,解得,G动=5 N,由图可知,n=3,则有:3F1=G动+GM,3F2=G动+GN,将G动=5 N代入,即可解得F1=5 N,F2=203 N,所以,F1F2=34。(2)已知提升电动机P的功率为3 W且保持不变,当物体M匀速上升时,绳子自由端上升的速度:v1=PF1=3 W5 N=0.6 m/s,则物体M匀速上升时的速度:v=1nv1=130.6 m/s=0.2 m/s。(3)当物体N被提升到一定高度后,提升电动机P停止工作,启动电动机Q将杠杆B端匀速抬起的过程中,对杠杆和滑轮D受力分析分别如图甲和图乙所示:由图甲得:FAOA=FBOB,由图乙得:FA=GD+2F,由于B端定滑轮和提升电动机P的总质量是1 kg,则B端定滑轮和提升电动机P的总重力:GB=mBg=1 kg10 N/kg=10 N,则FB=G动+GN+GB=5 N+15 N+10 N=30 N,又已知OAOB=13,可解得FA=90 N,则FA=FA=90 N,又已知GD=10 N,可解得:F=40 N,即电动机Q对绳子的拉力F为40 N。