（2020物理中考備考）微專(zhuān)題五功、功率、機(jī)械效率的綜合計(jì)算（中考真題）（附答案）2

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1、微專(zhuān)題五　功、功率、機(jī)械效率的綜合計(jì)算 專(zhuān)題概述 簡(jiǎn)單機(jī)械的功 、功率、機(jī)械效率的綜合計(jì)算包括利用滑輪組豎直提升物體、水平移動(dòng)物體、利用杠桿提升物體和利用斜面提升物體等，是中考命題必考題型． 方法指導(dǎo) 1.利用滑輪組豎直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)繩重和繩與滑輪之間的摩擦，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(méi)有說(shuō)明，表明要考慮)，即η＝，F(xiàn)＝. 2.利用滑輪組水平移動(dòng)物體，此時(shí)克服

2、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＝Fs＝nFs物，η＝. 3.利用杠桿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，人對(duì)杠桿所做的功Fs等于杠桿對(duì)重物所做的功Gh，即Fs＝Gh. (2)非理想情況：考慮機(jī)械自重和摩擦，W有＝Gh，W總＝Fs，η＝. 4.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＝＝. 分類(lèi)練習(xí) 類(lèi)型1　利用滑輪組豎直提升物體 1.(2019

3、，樂(lè)山)小夏利用如圖所示的滑輪組，將重量為280 N的物體勻速提升了2 m．已知他自身的重量為500 N，對(duì)繩子施加的拉力F＝200 N，兩腳與地面接觸的總面積S＝400 cm2.求此過(guò)程中： (1)小夏對(duì)地面的壓強(qiáng)； (2)拉力F做的功； (3)該滑輪組的機(jī)械效率． 解：(1)人對(duì)地面的壓力：F壓＝G－F＝500 N－200 N＝300 N 人對(duì)地面的壓強(qiáng)：p＝＝＝7.5103 Pa (2)繩自由端向下移動(dòng)的距離：s＝2h＝22 m＝4 m 拉力F做的功：W總＝Fs＝200 N4 m＝800 J (3)對(duì)重物做的有用功：W有＝Gh＝280 N2 m＝560 J 滑輪組的

4、機(jī)械效率：η＝100%＝100%＝70% 2.(2019，連云港)如圖甲所示，拉力F通過(guò)滑輪組，將正方體金屬塊從水中勻速拉出至水面上方一定高度處. 圖乙是拉力F隨時(shí)間t變化的關(guān)系圖像．不計(jì)動(dòng)滑輪的重力、摩擦及水和空氣對(duì)金屬塊的阻力， g取10 N/kg，求： (1)金屬塊完全浸沒(méi)在水中時(shí)受到的浮力大小； (2)金屬塊的密度； (3)如果直接將金屬塊平放在水平地面上，它對(duì)地面的壓強(qiáng)大?。? 解：(1)在t2～t3時(shí)間內(nèi)，2F2＝G G＝2108 N＝216 N 在0～t1時(shí)間內(nèi)，2F1＋F浮＝G F?。紾－2F1＝216 N－136 N＝80 N (2)據(jù)F?。溅阉甮V排得V

5、排＝＝ ＝810－3 m3 由G＝ρ金gV得， ρ金＝＝＝2.7103 kg/m3 (3)V＝a3　a＝＝ m＝0.2 m S＝a2＝0.20.2 m2＝0.04 m2 p＝＝＝＝5 400 Pa＝5.4103 Pa 類(lèi)型2　利用滑輪組水平移動(dòng)物體 3.(2019，眉山)在一次車(chē)輛故障處置過(guò)程中，拖車(chē)所用裝置簡(jiǎn)化為如圖所示的滑輪組．為了盡快疏通道路，交警指揮拖車(chē)只用了30 s時(shí)間，將水平路面上質(zhì)量是1.5 t的故障車(chē)勻速拖離了現(xiàn)場(chǎng)．若故障車(chē)被拖離的速度是5 m/s，繩子自由端的拉力F是500 N，地面對(duì)故障車(chē)的摩擦力為車(chē)重力的0.08倍．求： (1)拉力F在30 s內(nèi)所做的

6、功； (2)整個(gè)裝置的機(jī)械效率． 解：(1)故障車(chē)在30 s內(nèi)通過(guò)的路程s車(chē)＝vt＝5 m/s30 s＝150 m 繩的段數(shù)n＝3，繩子自由端移動(dòng)的距離s繩＝3s車(chē)＝3150 m＝450 m 拉力F所做的功W＝Fs繩＝500 N450 m＝2.25105 J (2)f＝0.08G＝0.08mg＝0.081 500 kg10 N/kg＝1 200 N 機(jī)械效率η＝＝＝＝＝＝80% 類(lèi)型3　利用杠桿提升物體 4.(2019，貴港)如圖所示，是考古工作隊(duì)在貴港羅泊灣碼頭用起重機(jī)沿豎直方向勻速向上打撈一個(gè)體積為0.5 m3、質(zhì)量為1.2 t的圓柱體文物的情景．B為起重機(jī)的配重，OA為起

7、重機(jī)的起重臂，AB＝25 m，OB＝5 m，若在整個(gè)打撈過(guò)程中，文物始終保持0.3 m/s的速度不變(江水的密度為ρ＝1.0103 kg/m3，g取10 N/kg，起重機(jī)橫梁重力和滑輪重力及摩擦均不計(jì))．求： (1)文物從開(kāi)始上升直到剛露出江面的過(guò)程中受到的浮力大?。? (2)在整個(gè)打撈文物的過(guò)程中，起重機(jī)的拉力做功的最小功率． (3)為了使起重機(jī)不翻倒，起重機(jī)的配重B的質(zhì)量至少是多少？ 解：(1)根據(jù)阿基米德原理得F浮＝ρgV排＝ρ水gV物＝ 1.0103 kg/m310 N/kg0.5 m3＝5.0103 N (2)在整個(gè)打撈文物的過(guò)程中，由于文物的速度保持不變，文件受到三個(gè)

8、力的作用處于平衡狀態(tài)得F拉＋F?。紾物 因?yàn)镚物保持不變，當(dāng)F浮最大，即文物完全浸沒(méi)在水中時(shí)，F(xiàn)拉最小，而v物不變，根據(jù)知此時(shí)拉力做功的功率最小 文物的重力為G物＝m物g＝1.2103 kg10 N/kg＝1.2104 N 而最大浮力為F?。?.0103 N 則最小拉力為F拉＝G物－F?。?.2104 N－5.0103 N＝7103 N 最小功率為P＝F拉v物＝7103 N0.3 m/s＝2.1103 W (3)當(dāng)文物離開(kāi)水面后，起重機(jī)的拉力最大，此時(shí)有F拉′＝G物＝1.2104 N 又當(dāng)配重重力的力臂與拉力力臂互換時(shí)，配重的質(zhì)量最小，此時(shí)OB＝5 m，OA＝20 m 根據(jù)杠桿

9、的平衡條件得mBgOB＝F′拉OA 即配重的最小質(zhì)量為mB＝＝＝4.8103 kg 類(lèi)型4　利用斜面移動(dòng)物體 5.(2019，荊州)為了發(fā)展文化旅游事業(yè)，荊州市正在興建華強(qiáng)方特文化主題園，建成后將通過(guò)最新的VR技術(shù)展示包括楚文化和三國(guó)文化在內(nèi)的五千年華夏文明，園區(qū)建設(shè)中需把重1 200 N的木箱A搬到高h(yuǎn)＝2 m，長(zhǎng)L＝10 m的斜面頂端．如圖所示，工人站在斜面頂端，沿斜面向上用時(shí)50 s將木箱 A勻速直線從斜面底端拉到斜面頂端，已知拉力F的功率為 80 W．求： (1)拉力F的大?。? (2)該斜面的機(jī)械效率是多少； (3)木箱A在斜面上勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的摩擦力是多大． 解

10、：(1)由P＝得，拉力所做的功：W總＝Pt＝80 W50 s＝4103 J， 由W＝FL得，拉力F的大?。篎＝＝＝400 N. (2)克服物重做功：W有＝Gh＝1200 N2 m＝2.4103 J， 則斜面的機(jī)械效率：η＝100%＝100%＝60%. (3)木箱A在斜面上勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)克服摩擦做功：W額＝W總－W有＝4103 J－2.4103 J＝1.6103 J， 由W額＝fL得，木箱A在斜面上勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的摩擦力：f＝＝＝160 N． 類(lèi)型5　利用組合機(jī)械移動(dòng)物體 6.(2019，南充)如圖，杠桿在水平位置平衡，物體M1重為500 N，OA∶OB＝2∶3，每個(gè)滑輪重為20 N，

11、滑輪組的機(jī)械效率為80%，在拉力F的作用下，物體M2以0.5 m/s速度勻速上升了5 m．(杠桿與繩的自重、摩擦均不計(jì)) 求：(1)物體M2的重力； (2)拉力F的功率； (3)物體M1對(duì)水平面的壓力． 解：(1)因杠桿與繩的自重、摩擦均不計(jì)，故克服動(dòng)滑輪重力做的功為額外功，則滑輪組的機(jī)械效率：η＝＝＝即：80%＝ 解得物體M2的重力：G＝80 N (2)由圖知，繩子的有效段數(shù)為2，繩的自重、摩擦均不計(jì)，則作用在繩子自由端的拉力： F＝＝＝50 N 物體M2以0.5 m/s速度勻速上升了h，繩子自由端移動(dòng)的距離為：s＝2h， 由v＝可得繩子自由端的速度為：v繩＝2v＝20

12、.5 m/s＝1 m/s； 拉力F的功率：P＝＝＝Fv繩＝50 N1 m/s＝50 W； (3)B端對(duì)定滑輪向上的拉力：F′B＝3F＋G定＝ 350 N＋20 N＝170 N， 定滑輪對(duì)杠桿B端的拉力為：FB＝F′B＝170 N， 根據(jù)杠桿的平衡條件可得：FAOA＝FBOB， 故繩子對(duì)杠桿A端的拉力為：FA＝FB＝170 N＝255 N， 則繩子對(duì)M1向上的拉力為FA′＝FA＝255 N， 地面對(duì)M1的支持力：F支＝G1－FA′＝500 N－255 N＝245 N； 物體M1對(duì)水平面的壓力：F壓＝F支＝245 N 7.(2019，桂林)小段用如圖所示裝置，使用一根杠桿AB和

13、滑輪的組合將一合金塊從水中提起，滑環(huán)C可在光滑的滑桿上自由滑動(dòng)．已知合金密度ρ＝1.1104 kg/m3，所用拉力F為500 N，且始終豎直向下；O為支點(diǎn)，且AO＝4OB；動(dòng)滑輪的機(jī)械效率為75%.若杠桿質(zhì)量、杠桿與支點(diǎn)間摩擦不計(jì)，整個(gè)過(guò)程中合金塊始終未露出水面．求： (1)當(dāng)拉力F向下移動(dòng)距離為1.2 m時(shí)，拉力F對(duì)杠桿所做的功？此時(shí)繩子對(duì)杠桿B點(diǎn)的拉力？ (2)合金塊的體積？ 解：(1)由題意知，拉力豎直向下為F＝500 N， 其向下做的功為W＝Fs＝500 N1.2 m＝600 J 在AB杠桿向下移動(dòng)過(guò)程中，動(dòng)力臂與阻力臂維持＝，由杠桿的平衡條件F1L1＝F2L2得， 繩子對(duì)杠桿B點(diǎn)的拉力FB＝＝＝2103 N (2)設(shè)合金塊的體積為V金，合金塊所受繩的拉力為F3，分析題意動(dòng)滑輪的機(jī)械效率為75%， 可得η＝＝＝＝，化簡(jiǎn)為75%＝，代入數(shù)據(jù)得F3＝3 000 N 合金塊在上升過(guò)程中，始終沒(méi)有出液面，故對(duì)其受力分析得F3＋F?。紾金 代入數(shù)據(jù)3000 N＋ρ水gV金＝ρ金gV金，解得V金＝0.03 m3.