中考物理 母題題源系列 專題12 滑輪組的機(jī)械效率（含解析）.doc

專題12 滑輪組的機(jī)械效率【1】（xx年荊州卷）如圖所示是蒙華鐵路荊州段長(zhǎng)江大橋施工現(xiàn)場(chǎng)，工程師用起吊裝置在江中起吊工件. 己知工件重4000N，每個(gè)滑輪重500N，聲音在水中的傳播速度是1500m/s.在水面上用超聲測(cè)位儀向江底的工件垂直發(fā)射超聲波，經(jīng)過0.02s后收到回波.（不計(jì)繩重和摩擦，g=10N/kg，水=1.0103kg/m3) （1）求工件在水下的深度；（2）不計(jì)工件的高度，求水對(duì)工件產(chǎn)生的壓強(qiáng)；（3）當(dāng)工件在水面下勻速上升時(shí)，繩子自由端的拉力為500N，求工件的體積；（4）不計(jì)動(dòng)滑輪體積，求工件在水下勻速上升時(shí)滑輪組的機(jī)械效率（結(jié)果在小數(shù)點(diǎn)后保留一位數(shù)字）.【答案】見解析所示點(diǎn)睛：（1）已知超聲波在海水中傳播的速度以及傳播的時(shí)間，利用svt可以得到工件所在的深度；（2）已知海水的密度和工件所在的深度，利用Pgh計(jì)算受到的壓強(qiáng)；（3）已知作用在動(dòng)滑輪上的繩子股數(shù)和自由端的拉力以及動(dòng)滑輪的重力，可以得到滑輪組對(duì)水下工件的拉力；已知工件重力和滑輪組對(duì)它的拉力，可以得到工件受到的浮力；已知浮力和海水的密度，利用公式VV排得到工件的體積；（4）工件在水下勻速上升時(shí)，拉力做功為總功，克服重力做的功與浮力做的功之差為有用功，利用可以得到滑輪組的機(jī)械效率?！?】（ xx年濰坊卷）如圖所示，工人用滑輪組提升重為400N的貨物所用拉力恒為240N，貨物被勻速提升10m。求:（1）工人做的功 （2）滑輪組的機(jī)械效率【答案】（1）4800J；（2）83.3%。（2）由題意知，提升物體做的有用功是：W有=Gh=400N10m=4000J，所以，滑輪組的機(jī)械效率是：=W有/W總100%=4000J/4800J100%83.3%點(diǎn)睛：本題考查使用滑輪組做功和機(jī)械效率的計(jì)算，解題的關(guān)鍵是知道根據(jù)動(dòng)滑輪上繩子的段數(shù)及求繩子自由端移動(dòng)的距離，難度不大?！?】（ xx年達(dá)州卷）如圖是利用滑輪組打撈水中物體的簡(jiǎn)化模型示意圖，工人用一滑輪組從水中打撈物體。已知：物體的質(zhì)量為90kg且以恒定速度勻速上升，當(dāng)物體完全露出水面，工人對(duì)滑輪組繩子自由端的拉力F1為400N，此時(shí)滑輪組的機(jī)械效率1為75%（繩的質(zhì)量、滑輪與軸的摩擦以及水的阻力均忽略不計(jì)，g=10N/kg）。（1）請(qǐng)你根據(jù)題目中的條件，判斷出工人所使用的滑輪組是下列中的_圖。（2）工人的質(zhì)量為60kg，雙腳與地面接觸面積為2.5103m2，物體浸沒在水中和完全被打撈出水面時(shí)工人對(duì)地面的壓強(qiáng)變化了4104Pa，求物體浸沒在水中時(shí)受到的浮力_。（3）若物體完全浸沒在水中時(shí)，工人拉力的功率為180W，求物體上升的速度_?！敬鸢浮?A 300N 0.2m/s擦以及水的阻力均忽略不計(jì)，當(dāng)物體完全露出水面時(shí)，F(xiàn)（G物+G動(dòng)）G動(dòng)3FG物3400N90kg10N/kg300N，此時(shí)人對(duì)地面壓力：F壓G人F60kg10N/kg400N200N，物體完全浸沒在水中時(shí)對(duì)滑輪組的拉力：F拉G物F浮，完全露出后物體對(duì)滑輪組拉力F拉G物，所以物體被打撈出水面后對(duì)滑輪組拉力增大，繩子自由端拉力隨之變大，人對(duì)地面壓力變小，壓強(qiáng)變小，由p可得物體完全露出水面后，人對(duì)地面壓力增大量：FpS4104Pa2.5103m2100N，所以物體完全浸沒在水中時(shí)人對(duì)地面壓力F壓F壓+F200N+100N300N，此時(shí)人對(duì)繩子自由端拉力：FG人F壓60kg10N/kg300N300N，且F（F拉+G動(dòng)）（G物F浮+G動(dòng)），所以：F浮G物+G動(dòng)3F90kg10N/kg+300N3300N300N；（3）由PFv 可得，物體完全浸沒在水中時(shí)繩子自由端的速度：v0.6m/s，由vnv物可得，物體的上升速度：v物0.2m/s。點(diǎn)睛：（1）由物體完全露出水面時(shí)的繩子自由端拉力、物體質(zhì)量和機(jī)械效率，根據(jù)計(jì)算通過動(dòng)滑輪繩子的段數(shù)，從而確定所使用的滑輪組；（2）繩的質(zhì)量、滑輪與軸的摩擦以及水的阻力均忽略不計(jì)，由F（G物+G動(dòng)）計(jì)算出動(dòng)滑輪重力；先計(jì)算出物體被打撈出來后人對(duì)地面壓力，物體被打撈出水面后對(duì)滑輪組拉力增大，繩子自由端拉力隨之變大，人對(duì)地面壓力變小，壓強(qiáng)變小，由FpS計(jì)算人對(duì)地面壓力變化量，從而計(jì)算物體浸沒時(shí)對(duì)繩子自由端拉力，由F（F拉+G動(dòng)）（G物F浮+G動(dòng)）計(jì)算出物體受到的浮力；（3）由PFv 計(jì)算物體完全浸沒在水中時(shí)繩子自由端的速度，由vnv物計(jì)算物體的上升速度。【4】（ xx年遂寧卷）質(zhì)量為60kg的工人站在水平地面上，用如圖裝置勻速打撈浸沒在長(zhǎng)方形水池中的物體，水池底面積為15m2，物體重2000N、體積為0.1m3，物體未露出水面前，此裝置機(jī)械效率為80%（不考慮水對(duì)物體的阻力、繩重及繩與滑輪間的摩擦）g取10N/kg求：（1）物體浸沒在水中受到的浮力；（2）動(dòng)滑輪的重力；（3）若工人雙腳與地面的接觸面積為500cm2，當(dāng)他對(duì)地面的壓強(qiáng)為2103Pa時(shí)，池底受到水的壓強(qiáng)的變化量?！敬鸢浮浚?）1000N；（2）250N；（3）50Pa?！窘馕觥糠治觯海?）根據(jù)可求物體浸沒在水中受到的浮力；（2）不考慮水對(duì)物體的阻力、繩重及繩與滑輪間的摩擦，根據(jù)，已知裝置機(jī)械效率為80%，可求動(dòng)滑輪重；（3）已知工人的質(zhì)量，可求工人的重力；已知工人對(duì)地面的壓強(qiáng)，根據(jù)可求對(duì)地面的壓力，根據(jù)可求繩子的拉力，根據(jù)可求出浮力的變化量，即可求排開液體的變化量，再根據(jù)求出液體深度的變化量，由可求池底受到水的壓強(qiáng)的變化量，解答：（1）物體浸沒在水中受到的浮力：；（2）不考慮水對(duì)物體的阻力、繩重及繩與滑輪間的摩擦，裝置機(jī)械效率；，解得：G動(dòng)=250N；（3）由圖可知，n=4，工人的重力，工人對(duì)地面的壓力：，此時(shí)繩子對(duì)人的拉力： ，此時(shí)物體在長(zhǎng)方形水池受到的浮力：，物體排開液體的體積：由可得，排開液體的變化量：；液體深度的變化量：，池底受到水的壓強(qiáng)的變化量：。答：（1）物體浸沒在水中受到的浮力是1000N；（2）動(dòng)滑輪的重力是250N； （3）若工人雙腳與地面的接觸面積為500cm2，當(dāng)他對(duì)地面的壓強(qiáng)為2103Pa時(shí)，池底受到水的壓強(qiáng)的變化量是50Pa。【點(diǎn)睛】本題為力學(xué)綜合題，考查了壓強(qiáng)、浮力、機(jī)械效率的計(jì)算，題目較難?！?】（ xx年廣東卷）如圖是建筑工地上的起重機(jī)示意圖，起重機(jī)的電動(dòng)機(jī)功率為W，當(dāng)它把質(zhì)量為1t的重物勻速提起24m時(shí)，用時(shí)100s.（g=10N/kg）求：（1）在這段時(shí)間內(nèi)起重機(jī)提起重物做功的功率是多少_？機(jī)械效率是多少_？（2）若起重機(jī)AB長(zhǎng)為20m，吊起重物時(shí)B端的配重質(zhì)量為4t，為使起重機(jī)不翻倒，則OB長(zhǎng)為多少_？（不計(jì)摩擦和起重機(jī)自重）【答案】 2400W 80% 4m（2）物體重為：，配重的重為：使起重機(jī)不翻倒，杠桿是平衡的。即：解得：?！倦y點(diǎn)中心】本題考察滑輪組的機(jī)械效率的計(jì)算，涉及考點(diǎn)有對(duì)繩的拉力與物體重力的關(guān)系、繩子移動(dòng)的距離與物體移動(dòng)距離的關(guān)系、有用功額外功以及總功的計(jì)算；涉及物理量較多，公式較多，考試中失分較多，是中考的一難點(diǎn)?！究键c(diǎn)難點(diǎn)突破】【知識(shí)鏈節(jié)】1有用功：定義：對(duì)人們有用的功= 直接用手對(duì)重物所做的功（Gh）公式：W有用Gh（提升重物）=W總W額=W總；斜面：W有用= Gh2額外功：定義：并非我們需要但又不得不做的功公式：W額= W總W有用=G動(dòng)h（忽略輪軸摩擦的動(dòng)滑輪、滑輪組）斜面：W額=fL3總功：定義：有用功加額外功或動(dòng)力所做的功公式：W總=W有用W額=Fs= W有用斜面：W總= fL+Gh=FL由于有用功總小于總功，所以機(jī)械效率總小于1。通常用百分?jǐn)?shù)表示。某滑輪機(jī)械效率為60%表示有用功占總功的60% ?！炯寄芊椒ā亢?jiǎn)單機(jī)械有用功總功額外功機(jī)械效率杠桿W有用= GhW總=FsW額= W總W有用滑輪組W有用= GhW總=FsW總= Gh+G動(dòng)h（不計(jì)繩重和摩擦）W額= W總W有用W額= G動(dòng)h（不計(jì)繩重和摩擦）斜面W有用= GhW總=FlW總= Gh+fl（f為摩擦力）W額= W總W有用W額= fl（f為摩擦力）【1】某實(shí)驗(yàn)小組分別用如圖所示的甲、乙兩個(gè)滑輪組（每個(gè)滑輪等重），在相同時(shí)間內(nèi)把重物G提升相同高度，F(xiàn)1和F2大小相等，不計(jì)繩重及摩擦，下列說法正確的是（）A. 力F1和F2做功的功率相同B. 力F1和F2做的總功相同C. 乙滑輪組更省力，兩個(gè)滑輪組機(jī)械效率一樣大D. 甲滑輪組的機(jī)械效率比乙滑輪組高【答案】D乙兩滑輪組提升的物重G相同，設(shè)一個(gè)動(dòng)滑輪的重為G動(dòng)，不計(jì)繩重及摩擦，則甲滑輪組的機(jī)械效率為：甲100%，乙滑輪組中有2個(gè)動(dòng)滑輪，同理可得，乙滑輪組的機(jī)械效率為：乙，所以甲乙，故C錯(cuò)誤，D正確。故選：D。點(diǎn)睛：使用滑輪組時(shí)，手拉繩子自由端做的功是總功；總功與所用時(shí)間之比是拉力做功的功率；根據(jù)已知條件判斷省力情況；利用公式比較滑輪組機(jī)械效率?！?】如圖甲所示的滑輪組裝置，不計(jì)繩重和摩擦，繩對(duì)滑輪的拉力方向均為豎直方向。用該滑輪組提升放置在水平地面上重為G=80N的重物到高處。用豎直向下的拉力拉繩的自由端，拉力F隨時(shí)間t變化的圖象如圖乙所示，重物上升的速度v隨時(shí)間變化的圖象如圖丙所示。已知在2s4s內(nèi)重物上升的豎直高度為2m，求：（1）在4s6s內(nèi)，重物克服重力做功的功率_；（2）在2s4s內(nèi)，繩自由端下降的平均速度_；（3）在02s內(nèi)，重物對(duì)地面的壓力大小_。【答案】 160W 2m/s 40N【解析】（1）由圖丙可知，在4s6內(nèi)，重物做勻速直線運(yùn)動(dòng)，其速度v32.0m/s，由PFv得，重物克服重力做功的功率：PGv380N2.0m/s160W。（2）由圖甲可知，連接動(dòng)滑輪繩子的股數(shù)n2，已知在2s4s內(nèi)重物上升的豎直高度為2m，則繩子自由端移動(dòng)的距離：snh22m4m，所用的時(shí)間t4s2s2s，則在2s4s內(nèi)，繩自由端下降的平均速度：v2m/s。（3）由丙圖可知，物體在4s點(diǎn)睛：由滑輪組的結(jié)構(gòu)可以看出，承擔(dān)物重的繩子股數(shù)n3，則拉力F移動(dòng)的距離s3h。(1)由Ft圖象得出在4s6s內(nèi)的拉力F，由vt圖象得出重物上升的速度，利用PFv求出克服重力做功的功率；（2）由圖甲可知，連接動(dòng)滑輪繩子的股數(shù)，根據(jù)snh求出繩子自由端移動(dòng)的距離，利用v求出繩子自由端移動(dòng)的速度；（3）由丙圖可知，物體在4s6s內(nèi)做勻速直線運(yùn)動(dòng)，由圖乙可知此時(shí)的拉力，利用F（G物+G動(dòng)）求出動(dòng)滑輪重，此時(shí)物體靜止在地面上，根據(jù)力的平衡條件求出地面的支持力，根據(jù)力的作用是相互的，求出對(duì)地面的壓力?！?】考古工作者在河底發(fā)現(xiàn)了古代的石像，經(jīng)潛水者測(cè)量它的體積約為2m3如圖所示，在打撈石像的過程中，考古工作者用動(dòng)滑輪將石像勻速提升，需要豎直向上的拉力F=1.6104N在沒有將石像提出水面前，若不計(jì)摩擦和滑輪重力，（水=1.0103kg/m，g=10N/kg）求：（1）石像受到的浮力_。（2）石像的重力_。（3）石像的密度_。（4）若將石像提升了3m，石像受到水的壓強(qiáng)減少了多少_？【答案】 2104N 5.2104N 2.6103kg/m3 3104Pa點(diǎn)睛：（1）利用阿基米德原理F浮G排液gV排求出石塊受到的浮力；（2）若不計(jì)摩擦和滑輪重力，根據(jù)F （GF浮）可求石像的重力；（3）根據(jù)m 可求石像的質(zhì)量，利用密度公式求出石像的密度；（4）已知h3m，根據(jù)pgh可求石像減少的水的壓強(qiáng)【4】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(shí)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）（1）求工人放繩的速度。（2）求滑艙組的效率1（3）如果物體完全浸沒水中后滑輪的機(jī)械效率為2，已知1：2=4:3（物體在水中仍勻速下降，動(dòng)滑輪不會(huì)浸入水中且不計(jì)繩重及摩擦，g=10N/kg）。求當(dāng)物體完全浸沒水中后，工入對(duì)地面的壓力?！敬鸢浮恳娊馕鏊尽窘馕觥浚?）根據(jù)題意知道，物體下降速度是：v=h/t=3m/3s=1m/s；由圖知道滑輪組的有效繩子段數(shù)是n=4，所以工人放繩的速度是：v繩 =4v物 =41m/s=4m/s；（2）因?yàn)閚=4，所以繩子運(yùn)動(dòng)距離是：s=4h=43m=12m；工人放繩子的有用功是：W有用=Gh=160N3m=480J；放繩子的總功是：W總 =Fs=50N12m=600J；所以，滑輪組的效率是：1 =W有用/W總100%=480J/600J100%=80%；（3）物體未浸入水中時(shí)，不計(jì)繩重及摩擦，動(dòng)滑輪受到重物對(duì)它的拉力、本身的重力、繩子的拉力，由F=（G動(dòng)+G）/n知道，動(dòng)滑輪重力是：G動(dòng)=4F-G=450N-160N=40N； 又因?yàn)?：2 =4：3，所以物體完全浸沒水中后滑輪組的機(jī)械效率是：2 =31/4 =3/480%=60%；物體完全浸沒水中后，滑輪組對(duì)物體的拉力做的功為有用功，不計(jì)繩重及摩擦，克服動(dòng)滑輪重力做的功為額外功，則此時(shí)滑輪組的機(jī)械效率是：2 =W有用/W總=F拉物h/F拉物h+G動(dòng)h=F拉物/F拉物+40N=60%，解得F拉物 =60N；當(dāng)完全入水后，動(dòng)滑輪受到重物向下的拉力、自身向下的重力、4段繩子向上的拉力，由力的平衡條件可知：4F繩=F拉物+G動(dòng)，故人對(duì)繩子的拉力是：F繩=（F拉物 +G動(dòng)）/4=（60N+40N）/4=25N，此時(shí)人受豎直向下的重力、豎直向下的拉力、豎直向上的支持力，由于物體間力的作用是相互的，所以繩子對(duì)人的拉力也為25N；而人的重力是：G人=m人 g=50kg10N/kg=500N，人受到豎直向上的支持力是：F支 =G人 +F繩=500N+25N=525N，根據(jù)物體間力的作用是相互的知道，則人對(duì)地面的壓力是525N。點(diǎn)睛：本題考查的是速度、有用功、總功、機(jī)械效率公式的應(yīng)用，滑輪組拉力的計(jì)算，解題的關(guān)鍵是需要知道動(dòng)滑輪重力不變，是一道有難度的試題。【5】如圖是某汽車起重機(jī)靜止在水平地面上起吊重物的示意圖，重物的升降使用的是滑輪組，滑輪組上鋼絲繩的收放是由卷?yè)P(yáng)機(jī)來完成的。提升重物前，起重機(jī)對(duì)地面的壓強(qiáng)為2105Pa，某次作業(yè)中，將重物甲以0.25m/s的速度勻速提升時(shí)，起重機(jī)對(duì)地面的壓強(qiáng)為2.3105Pa；若以相同的功率將重物乙以0.2m/s的速度勻速提升時(shí)，起重機(jī)對(duì)地面的壓強(qiáng)為2.4105Pa（不計(jì)鋼絲繩重和摩擦）（1）起重機(jī)兩次提升的重物質(zhì)量之比。（2）起重機(jī)兩次提升重物時(shí)，滑輪組的機(jī)械效率之比。（3）提升重物乙時(shí)，滑輪組的機(jī)械效率是多少？【答案】（1）3：4；（2）15：16。（3）80%。【解析】G=mg，故=（2）根據(jù)P=Fv，因以相同的功率將重物提升，故拉力與提升的速度成反比，=，因=由得：起重機(jī)兩次提升重物時(shí)，滑輪組的機(jī)械效率之比。=（3）不計(jì)鋼絲繩重和摩擦，F(xiàn)甲=F乙=，由代入得：=由得：G動(dòng)=因不計(jì)鋼絲繩重和摩擦，提升重物乙時(shí)，滑輪組的機(jī)械效率是：由，=80%。答：（1）起重機(jī)兩次提升的重物質(zhì)量之比為3：4；（2）起重機(jī)兩次提升重物時(shí)，滑輪組的機(jī)械效率之比為15：16。（3）提升重物乙時(shí)，滑輪組的機(jī)械效率是80%。點(diǎn)睛：本題為力學(xué)綜合題，考查了學(xué)生對(duì)壓強(qiáng)公式、機(jī)械效率公式、功率公式的掌握和運(yùn)用，本題關(guān)鍵：一是利用好功率推導(dǎo)公式P=Fv，二是利用好不計(jì)摩擦和繩重F=（G物+G動(dòng)）。