中考物理 微專題五 功、功率、機(jī)械效率的綜合計(jì)算試題1

微專題五功、功率、機(jī)械效率的綜合計(jì)算簡(jiǎn)單機(jī)械的功、功率、機(jī)械效率的綜合計(jì)算包括利用滑輪組提升物體、水平拉物體和利用斜面提升物體等，是中考命題必考題型。1利用滑輪組提升物體分三種情況：(1)理想情況：不計(jì)動(dòng)滑輪重力、不計(jì)繩重和繩與輪之間的摩擦，即W額0，F(xiàn)，1，GhFs。(2)半理想情況：考慮動(dòng)滑輪的重力，不計(jì)繩重和繩與滑輪之間的摩擦，即W額G動(dòng)h，F(xiàn)，。(3)實(shí)際情況：考慮動(dòng)滑輪的重力、繩重和繩與滑輪之間的摩擦(題目沒(méi)有說(shuō)明，表明要考慮)，即，F(xiàn)。2利用滑輪組水平拉物體，此時(shí)克服物體受到的摩擦力做的功為有用功，與物重、滑輪重?zé)o關(guān)。W有fs物，W總FsFnFs物。3利用斜面提升物體分兩種情況：(1)理想情況：不考慮機(jī)械自重和摩擦，沿斜面拉上去所做的功Fs等于直接搬上去所做的功Gh，即FsGh。(2)非理想情況：考慮機(jī)械自重及摩擦，W有Gh，W總Fs，W額fs，。類型一利用滑輪組提升物體1(2016桂林)隨著高層建筑的大量興建，人們經(jīng)常要與電梯打交道，如圖甲所示是某種升降電梯的簡(jiǎn)化模型，它由轎廂、配重、電動(dòng)機(jī)、鋼絲繩、定滑輪等部件組成，其中轎廂的質(zhì)量為780 kg。電梯某次搭載一位質(zhì)量為70 kg的乘客上樓，轎廂啟動(dòng)上升的路程與時(shí)間關(guān)系如圖乙所示，電動(dòng)機(jī)的輸出功率與時(shí)間關(guān)系如圖丙所示，電動(dòng)機(jī)的工作效率為80%，不計(jì)鋼絲繩的重力和一切摩擦，求：(1)當(dāng)該乘客站立在靜止的轎廂內(nèi)時(shí)，雙腳的受力面積為500 cm2，則乘客對(duì)轎廂的壓強(qiáng)為多少帕？(2)電動(dòng)機(jī)在電梯啟動(dòng)上升12 s內(nèi)，消耗的電能是多少焦？(已知電動(dòng)機(jī)對(duì)轎廂所做的功等于其Pt圖象與時(shí)間軸所圍成的陰影部分面積大小)(3)電梯配重的質(zhì)量為多少千克？解：(1)乘客對(duì)轎廂的壓力FGmg70 kg10 N/kg700 N，乘客對(duì)轎廂的壓強(qiáng)p14000 Pa(2)前2 s做的功W12 s7000 W7000 J，后10 s做的功W2Pt4000 W10 s40000 J，12 s內(nèi)做的總功WW1W27000 J40000 J47000 J，消耗的電能W58750 J(3)后10 s的速度v2 m/s，由PFv得電動(dòng)機(jī)對(duì)轎廂的拉力F拉2000 N，轎廂和乘客的總重力G總m總g(780 kg70 kg)10 N/kg8500 N，配重的重力G配G總F拉8500 N2000 N6500 N，配重的質(zhì)量m配650 kg2(2016達(dá)州)某工人使用如圖甲所示的滑輪組勻速提升浸沒(méi)在水中的實(shí)心物體A，拉力的功率隨時(shí)間的變化的圖象如圖乙所示，已知?jiǎng)踊喌闹亓?0 N，物體勻速上升的速度始終為1 m/s。(不計(jì)繩重，摩擦及阻力，水1103 kg/m3，g取10 N/kg)求：(1)物體浸沒(méi)在水中時(shí)受到的浮力。(2)物體的密度。(3)物體浸沒(méi)在水中時(shí)滑輪組的機(jī)械效率。解：(1)由圖甲可知，n2，則拉力F拉繩的速度v2vA21 m/s2 m/s，由圖乙可知，圓柱體A離開(kāi)水面后拉力F的功率P420 W，由PFv得，繩子自由端的拉力F210 N，不計(jì)繩子、摩擦及阻力，拉力F(GAG輪)，A的重力GA2FG輪2210 N60 N360 N；由圖乙可知，圓柱體A在水中拉力F的功率P300 W，由PFv得F150 N，不計(jì)繩重、摩擦及阻力，拉力F(GAF浮G輪)，150 N(360 NF浮60 N)，解得F浮120 N(2)由F浮水gV排得A的體積VV排1.2102 m3；A的質(zhì)量mA36 kg，A的密度A3103 kg/m3(3)物體浸沒(méi)在水中時(shí)機(jī)械效率100%80%類型二利用滑輪組水平拉物體3(2016邵陽(yáng))在一次車輛故障處置過(guò)程中，拖車所用裝置簡(jiǎn)化如圖所示。為了盡快疏通道路，交警只用了30 s的時(shí)間，指揮拖車在水平路面上將質(zhì)量是1.5 t的故障車勻速拖離了現(xiàn)場(chǎng)。若故障車被拖離的速度是6 m/s，繩子自由端的拉力F是500 N，該裝置的機(jī)械效率是80%。求：(1)故障車在30 s內(nèi)通過(guò)的路程。(2)拉力F在30 s內(nèi)所做的功。(3)故障車在被拖離過(guò)程中受到的阻力。解：(1)由v得故障車在30 s內(nèi)通過(guò)路程s車vt6 m/s30 s180 m(2)由圖可知n3，繩子自由端移動(dòng)的距離s繩3s車3180 m540 m，拉力F在30 s內(nèi)所做的功WFs繩500 N540 m2.7105 J(3)由圖知，n3，水平滑輪組的機(jī)械效率，所以故障車在被拖離過(guò)程中受到的阻力f3F3500 N80%1200 N4(2015遂寧)某興趣小組用如圖甲所示的滑輪組(物體與動(dòng)滑輪用繩子a連接)勻速拉動(dòng)放在同一水平面上的不同物體，物體受到的摩擦力從200 N開(kāi)始逐漸增加，直到組裝滑輪組的繩子b被拉斷，每次物體拉動(dòng)的距離均為2 m。通過(guò)實(shí)驗(yàn)繪出了該滑輪組機(jī)械效率隨物體受到摩擦力大小變化的關(guān)系圖象如圖乙所示。(不計(jì)繩重和繩與滑輪間的摩擦)求：(1)動(dòng)滑輪的重力。(2)當(dāng)滑輪組的機(jī)械效率為80%，物體以0.2 m/s的速度勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，該滑輪組的有用功率。(3)一個(gè)重500 N的同學(xué)利用該滑輪想獨(dú)自用豎直向下的力拉斷繩子b，請(qǐng)你通過(guò)計(jì)算分析他能否實(shí)現(xiàn)。解：(1)因?yàn)椋詣?dòng)滑輪重力為G動(dòng)200 N(2)當(dāng)滑輪組機(jī)械效率為280%時(shí)，根據(jù)得，物體受到的摩擦力為f2800 N，所以滑輪組的有用功率為PF2vf2v800 N0.2 m/s160 W(3)當(dāng)物體與地面間摩擦力達(dá)到最大f31600 N時(shí)，作用在繩子自由端的拉力為F最大(f3G動(dòng))(1600 N200 N)600 N，因?yàn)镕最大600 N>G500 N，所以中學(xué)生無(wú)法拉斷繩子類型三利用組合機(jī)械提升物體5某工人用如圖所示的裝置把一重為1200 N的箱子從斜面底端勻速拉到頂端用時(shí)10 s，已知斜面長(zhǎng)6 m、高2 m，此裝置的機(jī)械效率為80%(滑輪重、繩重、滑輪與繩之間的摩擦均不計(jì))。求：(1)拉力F。(2)拉力F做功的功率。(3)箱子和斜面間的摩擦力。解：(1)由圖可知滑輪裝置是一個(gè)動(dòng)滑輪，繩端移動(dòng)的距離s2s26 m12 m；有用功W有用Gh1200 N2 m2400 J，根據(jù)可得，所以F250 N(2)拉力做的功W總Fs250 N12 m3000 J，拉力的功率P300 W(3)因?yàn)閃總W有用W額，所以克服摩擦力做的額外功W額W總W有用3000 J2400 J600 J，根據(jù)WFs可得，摩擦力f100 N6(2016攀枝花)配重M單獨(dú)置于水平地面上靜止時(shí)，對(duì)地面壓強(qiáng)為3105 Pa，將配重M用繩系于杠桿的B端，在杠桿的A端懸掛一滑輪，定滑輪重150 N，動(dòng)滑輪重90 N，杠桿AB的支點(diǎn)為O，OAOB53，由這些器材組裝成一個(gè)重物提升裝置，如圖所示，當(dāng)工人利用滑輪組提升重力為210 N的物體以0.4 m/s的速度勻速上升時(shí)，杠桿在水平位置平衡，此時(shí)配重M對(duì)地面壓強(qiáng)為1105 Pa。(杠桿與繩的重量、滑輪組的摩擦均不計(jì)，g取10 N/kg)(1)求滑輪組的機(jī)械效率。(2)配重M的質(zhì)量是多少？(3)為使配重M不離開(kāi)地面，人對(duì)繩的最大拉力是多少？解：(1)根據(jù)圖示可知：n2，則F(GG動(dòng))(210 N90 N)150 N；滑輪組的機(jī)械效率100%100%100%100%70%(2)設(shè)配重M的底面積為S，由p可得，3105 Pa，當(dāng)物體勻速上升時(shí)，作用在杠桿A端的力FA3FG定3150 N150 N600 N，由杠桿平衡條件可得FBOBFAOA，即FB1000 N，由p可得1105 Pa，聯(lián)立可得3，GM1500 N，由Gmg可得m150 kg(3)當(dāng)配重對(duì)地面的壓力為0時(shí)，人對(duì)繩子的拉力最大，此時(shí)B端受到的拉力為1500 N，由杠桿平衡條件可得FBOBFAOA，即FA900 N，由二力平衡條件可得3FG定FA，F(xiàn)250 N