中考物理 微專題五 功、功率、機(jī)械效率的綜合計(jì)算復(fù)習(xí)試題

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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，是中考命題的重要考點(diǎn)． 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)＝，η＝1，Gh＝Fs. (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)＝，η＝. (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(題目沒有說明，表明要考慮)，即η＝，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＝FsF＝nFs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Fs＝Gh. (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，η＝＝. 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P－t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？ (1)乘客對(duì)轎廂的壓力F＝G＝mg＝70 kg10 N/kg＝700 N，乘客對(duì)轎廂的壓強(qiáng)p＝＝＝14000 Pa　(2)前2 s做的功W1＝2 s7000 W＝7000 J，后10 s做的功W2＝Pt＝4000 W10 s＝40000 J，12 s內(nèi)做的總功W＝W1＋W2＝7000 J＋40000 J＝47000 J，消耗的電能W′＝＝＝58750 J　(3)后10 s的速度v＝＝＝2 m/s，由P＝＝＝Fv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 kg＋70 kg)10 N/kg＝8500 N，配重的重力G配＝G總－F拉＝8500 N－2000 N＝6500 N，配重的質(zhì)量m配＝＝＝650 kg 2．(2016，達(dá)州)某工人使用如圖甲所示的滑輪組勻速提升浸沒在水中的實(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，ρ水＝1103 kg/m3，g取10 N/kg)求： (1)物體浸沒在水中時(shí)受到的浮力． (2)物體的密度． (3)物體浸沒在水中時(shí)滑輪組的機(jī)械效率． (1)由圖甲可知，n＝2，則拉力F拉繩的速度v＝2vA＝21 m/s＝2 m/s，由圖乙可知，圓柱體A離開水面后拉力F的功率P′＝420 W，由P＝Fv得，繩子自由端的拉力F′＝＝＝210 N，不計(jì)繩重、摩擦及阻力，拉力F′＝(GA＋G輪)，GA＝2F′－G輪＝2210 N－60 N＝360 N；由圖乙可知，圓柱體A浸沒在水中時(shí)拉力F的功率P＝300 W，則F＝＝＝150 N，不計(jì)繩重、摩擦及阻力，拉力F＝(GA－F?。獹輪)，150 N＝(360 N－F?。?0 N)，解得F?。?20 N　(2)因?yàn)榻]，VA＝V排＝＝＝1.210－2 m3；A的質(zhì)量mA＝＝＝36 kg，A的密度ρA＝＝＝3103 kg/m3　(3)物體浸沒在水中時(shí)機(jī)械效率η＝＝＝＝＝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)故障車在被拖離過程中受到的阻力． (1)由v＝得故障車在30 s內(nèi)通過路程s車＝vt＝6 m/s30 s＝180 m　(2)由圖可知n＝3，繩子自由端移動(dòng)的距離s繩＝3s車＝3180 m＝540 m，拉力F在30 s內(nèi)所做的功W＝Fs繩＝500 N540 m＝2.7105 J (3)由圖知，n＝3，水平滑輪組的機(jī)械效率η＝＝＝＝，所以故障車在被拖離過程中受到的阻力f＝3Fη＝3500 N80%＝1200 N 4．(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)利用該滑輪組想獨(dú)自用豎直向下的力拉斷繩子b，請(qǐng)你通過計(jì)算分析他能否實(shí)現(xiàn)． (1)因?yàn)棣牵剑剑剑?，所以?dòng)滑輪重力為G動(dòng)＝＝＝200 N　(2)當(dāng)滑輪組機(jī)械效率為η2＝80%時(shí)，根據(jù)η＝得，物體受到的摩擦力為f2＝＝＝800 N，所以滑輪組的有用功率為P＝f2v＝800 N0.2 m/s＝160 W　(3)當(dāng)物體與地面間摩擦力達(dá)到最大f3＝1600 N時(shí)，作用在繩子自由端的拉力為F最大＝(f3＋G動(dòng))＝(1600 N＋200 N)＝600 N，因?yàn)镕最大＝600 N>G人＝500 N，所以中學(xué)生無法拉斷繩子 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． (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s′＝2s＝26 m＝12 m；有用功W有用＝Gh＝1200 N2 m＝2400 J，根據(jù)η＝＝可得，所以F＝＝＝250 N　(2)拉力做的功W總＝Fs′＝250 N12 m＝3000 J，拉力的功率P＝＝＝300 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 J－2400 J＝600 J，根據(jù)W＝Fs可得，摩擦力f＝＝＝100 N 6．(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，OA∶OB＝5∶3，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不離開地面，人對(duì)繩的最大拉力是多少？ (1)根據(jù)圖示可知：n＝2，則F＝(G＋G動(dòng))＝(210 N＋90 N)＝150 N；滑輪組的機(jī)械效率η＝＝＝＝＝70% (2)設(shè)配重M的底面積為S，由p＝可得，3105 Pa＝①，當(dāng)物體勻速上升時(shí)，作用在杠桿A端的力FA＝3F＋G定＝3150 N＋150 N＝600 N，由杠桿平衡條件可得FBOB＝FAOA，即FB＝＝＝1000 N，由p＝可得1105 Pa＝＝②，聯(lián)立①②可得＝3，GM＝1500 N，故m＝＝＝150 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FB′OB＝FA′OA，即FA′＝＝＝900 N，由二力平衡條件可得3F′＋G定＝FA′，F(xiàn)′＝＝＝250 N