2020八年級(jí)物理下冊(cè) 第十二章 簡(jiǎn)單機(jī)械 12.3 機(jī)械效率精講精練（含解析）（新版）新人教版

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1、專題12.3 機(jī)械效率 課前預(yù)習(xí) 1.有用功 (W有用）：人們?yōu)榱诉_(dá)到工作目的____必須____要做的功。 2.額外功(W額）：利用機(jī)械時(shí)不想需要但___不得不做____的功。 3.總功(W總）：外力所做的功，即有用功和額外功的總__和___。 4.定義：機(jī)械效率是有用功與總功的比值，分析判定一個(gè)機(jī)械的機(jī)械效率高低要分析兩個(gè)因素：有用功與總功。任何機(jī)械的機(jī)械效率都小于___1___. 5.計(jì)算公式:___ η=×100％_____。 6.提高機(jī)械效率的途徑：盡可能增加提升物體的___重力___；減輕機(jī)械的___自身___重量；合理地減少部件間的有害___摩擦_

2、___。 知識(shí)點(diǎn)解讀與例題突破 知識(shí)點(diǎn)1：有用功和額外功 1.有用功：使用機(jī)械時(shí)，對(duì)人們有用的功叫有用功。也就是人們不用機(jī)械而直接用手時(shí)必須做的功。在提升物體時(shí)，W有用= Gh 2.額外功：使用機(jī)械時(shí)，對(duì)人們沒有用但不得不做的功叫額外功。 3.額外功的主要來(lái)源：①提升物體時(shí)，克服機(jī)械自重、容器重、繩重等所做的功。②克服機(jī)械的摩擦所做的功。 4.人們?cè)谑褂脵C(jī)械做功的過程中實(shí)際所做的功叫總功，它等于有用功和額外功的之和。即：W總=W有用+W額 5.若人對(duì)機(jī)械的動(dòng)力為F，則：W總= FS 【例題1】（2019山東威海）如圖是一款健身拉力器原理圖，斜面的傾角為30°，重5

3、00N的物塊與固定在斜面底端的彈簧相連，小明通過定滑輪拉著物塊沿斜面向上勻速運(yùn)動(dòng)2m的過程中（此過程彈簧始終處于被拉伸狀態(tài)），小明對(duì)繩的拉力所做的功為1000J，克服彈簧拉力做功300J，則克服物塊重力做的功為　　J，物塊與斜面之間摩擦力的大小為　　N．（忽略繩重、滑輪與軸的摩擦） 【答案】500；100。 【解析】已知斜面的傾角為30°，物塊沿斜面向上勻速運(yùn)動(dòng)2m，則斜面的高度h＝s＝×2m＝1m， 克服物塊重力做的功W有用＝Gh＝500N×1m＝500J； W額＝W總﹣W1﹣W有用＝1000J﹣500J﹣300J＝200J， 由W額＝fs可得，物塊與斜面之間摩擦力的大小f＝＝

4、＝100N。 知識(shí)點(diǎn)2：機(jī)械效率 （1） 定義：有用功與總功的比值，叫機(jī)械效率。 （2）公式：η=×100％ 【例題2】（2019湖北荊州）湖北省第二屆園林博覽會(huì)將于2019年9月28日在荊州開幕。在某場(chǎng)館建設(shè)中，采用了如圖所示的裝置提升重物，當(dāng)工人師傅們用1000N的拉力F向下拉繩，使重1600N的重物勻速上升了5m，此過程中克服繩重和摩擦做功500J，下列說法中正確的是（　　） A．拉力F做功為5×103 J B．纏繞在動(dòng)滑輪上每股繩的拉力為800N C．動(dòng)滑輪重為300N D．滑輪組的機(jī)械效率為75% 【答案】C 【解析】A．由圖知，n＝2，拉力端移動(dòng)距離：

5、s＝2h＝2×5m＝10m， 拉力F做功：W總＝Fs＝1000N×10m＝1×104J，故A錯(cuò)； B．已知繩子末端的拉力F為1000N，則纏繞在動(dòng)滑輪上每股繩的拉力都為1000N，故B錯(cuò)； C．拉力做的有用功：W有用＝Gh＝1600N×5m＝8×103J， 拉力做的額外功：W額總＝W總﹣W有用＝1×104J﹣8×103J＝2×103J， 此過程中克服繩重和摩擦做功W額1＝500J， 提升動(dòng)滑輪做的額外功：W額2＝W額總﹣W額1＝2×103J﹣500J＝1.5×103J， 由W＝Gh可得動(dòng)滑輪重力： G輪＝＝＝300N，故C正確； D．滑輪組的機(jī)械效率：η＝＝×100%＝80%

6、，故D錯(cuò)。 【例題3】（2019湖北荊州）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1200N的木箱A搬到高h(yuǎn)＝2m，長(zhǎng)L＝10m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)50s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80W．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。 【答案】（1）拉力F的大小為400N； （2）該斜面的機(jī)械效率是60%； （3）木箱A在斜面上勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)

7、受到的摩擦力是160N。 【解析】（1）由P＝得，拉力所做的功： W 總＝Pt＝80W×50s＝4×103J， 由W＝FL得，拉力F的大小： F＝＝＝400N。 （2）克服物重做功： W 有＝Gh＝1200N×2m＝2.4×103J， 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＝4×103J﹣2.4×103J＝1.6×103J， 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＝＝＝160N。 習(xí)題精練 一、選擇題 1．下列關(guān)于簡(jiǎn)單機(jī)械在實(shí)際應(yīng)用中的

8、說法正確的是（　　） A．指甲剪是省力省功的機(jī)械 B．定滑輪不省力，但能改變力的方向 C．滑輪組既省力，又省距離，還省功 D．斜面的機(jī)械效率可以達(dá)到100% 【答案】B． 【解析】（1）根據(jù)指甲剪的結(jié)構(gòu)和功的原理分析； （2）定滑輪的實(shí)質(zhì)是等臂杠桿； （3）根據(jù)滑輪組的特點(diǎn)可做出判斷； （4）機(jī)械效率永遠(yuǎn)小于1． A．指甲剪由三條杠桿組成，其中既有省力杠桿也有費(fèi)力杠桿，但其最終可以達(dá)到省力的目的，所以為省力機(jī)械，但使用任何機(jī)械都不省功，故A錯(cuò)誤； B．定滑輪的實(shí)質(zhì)是等臂杠桿，不省力也不費(fèi)力，但可以改變力的方向，故B正確； C．滑輪組可以省力，但費(fèi)距離，且不可能省功，故C

9、錯(cuò)誤； D．使用任何機(jī)械都要做額外功，所以機(jī)械效率不可能達(dá)到100%，故D錯(cuò)誤． 2．（2019湖北宜昌）如圖所示的吊車有大小兩個(gè)吊鉤，在確保安全的前提下，下列關(guān)于吊車機(jī)械效率說法正確的是（　　） A．吊起相同貨物，使用小吊鉤機(jī)械效率高 B．吊起相同貨物，上升速度快機(jī)械效率高 C．每次吊起的貨物越少，機(jī)械效率越高 D．貨物升高的高度越高，機(jī)械效率越高 【答案】A 【解析】在物理學(xué)中，我們把有用功與總功的比值稱為機(jī)械效率，即機(jī)械效率的高低與有用功的大小、總 功的大小或額外功的大小有關(guān)；故利用控制變量的方法分析判斷即可。 （1）使用小吊鉤吊起相同貨物時(shí)，小吊鉤（

10、小動(dòng)滑輪）的重力小，做的額外功少，在有用功一定的情況下，總功小，其機(jī)械效率高，故A正確； （2）由機(jī)械效率公式η可知，機(jī)械效率的高低與上升速度、貨物升高的高度無(wú)關(guān)，故BD錯(cuò)誤； （3）每次吊起的貨物越少，有用功越少，有用功在總功中所占比例越小，所以機(jī)械效率越低，故C錯(cuò)誤。 3．（2019湖南株洲）在測(cè)量圖甲所示滑輪組機(jī)械效率η的實(shí)驗(yàn)中，通過改變物重G或動(dòng)滑輪重G動(dòng)進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)，得到了形如圖乙所示的效率與物重或動(dòng)滑輪重的關(guān)系，圖中縱軸表示機(jī)械效率的倒數(shù)η﹣1，若不計(jì)繩重與摩擦，則橫軸可能表示（　　） A．G B．G﹣1 C．G動(dòng) D． 【答案】BC 【解析】由圖可知，物體由3段繩

11、子承擔(dān)， 此滑輪組的機(jī)械效率η＝＝＝＝＝1+ 則η﹣1＝1+＝1+（G﹣1×G動(dòng)）， 已知圖中縱軸表示機(jī)械效率的倒數(shù)η﹣1，由此可知，若不計(jì)純重與摩擦，則橫軸可能表示G﹣1或G動(dòng) 4.如圖所示，用完全相同的四個(gè)滑輪和兩根相同的細(xì)繩組成甲、乙兩個(gè)滑輪組，在各自的自由端施加大小分別為F1和F2的拉力，將相同的重物緩慢提升相同的高度（不計(jì)繩重和一切摩擦）．下列說法正確的是（　?。? A．拉力F1小于拉力F2 B．甲、乙兩滑輪組的機(jī)械效率相同 C．甲、乙兩滑輪組中的動(dòng)滑輪都是費(fèi)力機(jī)械 D．甲、乙兩滑輪組中繩子自由端移動(dòng)的距離相等 【答案】B． 【解析】由滑輪組的結(jié)構(gòu)知道承擔(dān)物重的

12、繩子股數(shù)n，則繩子自由端移動(dòng)的距離s=nh；把相同的重物勻速提升相同的高度，做的有用功相同；不計(jì)繩重及摩擦，利用相同的滑輪和繩子、提升相同的高度，做額外功相同；而總功等于有用功加上額外功，可知利用滑輪組做的總功相同，再根據(jù)效率公式判斷滑輪組機(jī)械效率的大小關(guān)系． A．不計(jì)繩重及摩擦，因?yàn)槔=（G物+G動(dòng)），n1=2，n2=3， 所以繩端的拉力：F1=（G物+G動(dòng)），F(xiàn)2=（G物+G動(dòng)），所以F1＞F2，故A錯(cuò)誤； B．因?yàn)閯?dòng)滑輪重相同，提升的物體重和高度相同，W額=G動(dòng)h，W有用=G物h，所以利用滑輪組做的有用功相同、額外功相同，則總功相同；因?yàn)棣?，所以兩滑輪組的機(jī)械效率相同，故B正

13、確； C．使用動(dòng)滑輪能夠省力，動(dòng)滑輪為省力杠桿，故C錯(cuò)誤； D．因?yàn)槔K子自由端移動(dòng)的距離s=nh，n1=2，n2=3，提升物體的高度h相同，所以s1=2h，s2=3h，則s1≠s2，故D錯(cuò)誤。 5．（2019內(nèi)蒙古巴彥淖爾市）如圖所示，拉力F為5N，物體A以0.1m/s的速度在物體B表面向左做勻速直線運(yùn)動(dòng)（B表面足夠長(zhǎng)）；物體B靜止在地面上，受到地面水平向左4N的摩擦力，彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)為12N．下列說法正確的是（　?。? A．物體A受到的摩擦力為10N B．拉力F的功率為1.5W C．滑輪組的機(jī)械效率為80% D．拉力F增大到15N時(shí)，物體B開始向左運(yùn)動(dòng) 【答案】C

14、【解析】A．物體B靜止在地面上，所以受力平衡；水平方向上物體B受到向右的彈簧拉力、地面對(duì)它向左的摩擦力和物體A對(duì)它向左的摩擦力，所以兩個(gè)摩擦力之和為12N，即fAB+4N＝12N，則fAB＝8N；根據(jù)相互作用力的知識(shí)可知，物體A受到的摩擦力為f＝fAB＝8N；故A錯(cuò)誤； B．由圖知，水平使用滑輪組，n＝2，拉力端移動(dòng)速度v＝2v物＝2×0.1m/s＝0.2m/s， 則拉力做功的功率：P＝＝＝Fv＝5N×0.2m/s＝1W；故B錯(cuò)誤； C．滑輪組的機(jī)械效率：η＝×100%＝＝80%，故C正確； D．若拉力F增大到15N時(shí)，A在運(yùn)動(dòng)過程中，A對(duì)B的壓力不變、接觸面的粗糙程度不變，則A和B之

15、間的摩擦力不變，所以物體B的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不會(huì)改變，即物體B仍然靜止，不會(huì)向左運(yùn)動(dòng)，故D錯(cuò)誤。 6.建筑工人用如圖所示的滑輪組，在4s內(nèi)將重為1500N的物體沿水平方向勻速移動(dòng)2m的過程中，所用的拉力大小為375N，物體受到水平地面的摩擦力為物重的0.4倍．在此過程中下列說法正確的是（　?。? A．繩子自由端沿水平方向移動(dòng)了6 m B．物體受到的拉力為750N C．拉力F的功率為750W D．滑輪組的機(jī)械效率為80% 【答案】D． 【解析】（1）由圖可知滑輪組繩子的有效股數(shù)，根據(jù)s=nsA求出繩子自由端沿水平方向移動(dòng)； （2）物體沿水平方向勻速移動(dòng)時(shí)處于平衡狀態(tài)，受到的拉力和摩擦力

16、是一對(duì)平衡力，二力的大小相等，根據(jù)FA=f=0.4G求出物體受到的拉力； （3）根據(jù)W=Fs求出拉力F做的功，根據(jù)P=求出拉力F的功率； （4）根據(jù)W有=FAsA求出拉力做的有用功，根據(jù)η=×100%求出滑輪組的機(jī)械效率． 二、填空題 7．（2019湖南婁底）既可以省力，又可以改變用力方向的滑輪是____（選填“定滑輪”“動(dòng)滑輪”或“滑輪組”）；利用一個(gè)效率為90%的杠桿做100J的總功，其中額外功是____J。 【答案】滑輪組；10。 【解析】（1）使用定滑輪不能省力，但可以改變力的方向；使用動(dòng)滑輪可以省力，但不可以改變力的方向；用定滑輪和動(dòng)滑輪組成滑輪組，既可以省力，又可以改變

17、力的方向； （2）由題知，使用杠桿做的總功W總=100J，η=90%， 可得做的有用功： W有用=W總×90%=100J×90%=90J， 則利用杠桿做的額外功： W額=W總-W有用=100J-90J=10J。 8．（2019江蘇南京）建筑工地上，起重機(jī)吊臂上的滑輪組如圖所示在勻速起吊重4.2×103N的物體時(shí)，物體5s內(nèi)上升了6m，此過程中有用功為　 　J，鋼絲繩移動(dòng)的速度為　　m/s；若滑輪組的機(jī)械效率為70%，則額外功為　 　J，拉力F為　 　N，其功率為　 　W。 【答案】2.52×104；3.6；1.08×104；2000；7.2×103。

18、【解析】根據(jù)有用功等于物重與物體升高的高度的積；根據(jù)速度公式可求物體上升的速度，由v繩＝nv物可求鋼絲繩移動(dòng)的速度，根據(jù)η＝可求總功，額外功等于總功減去有用功，再根據(jù)W＝Fs＝Fnh可求拉力；根據(jù)P＝Fv可求功率。 有用功： W有用＝Gh＝4.2×103N×6m＝2.52×104J； 由圖可知，n＝3，鋼絲繩移動(dòng)的速度： v繩＝nv物＝n×＝3×＝3.6m/s； 由η＝可的總功， W總＝， 額外功：W額＝W總﹣W有用＝﹣W有用＝W有用（﹣1）＝2.52×104J×（﹣1）＝1.08×104J； 總功：W總＝Fs， 拉力：F＝＝＝＝＝2000N； 拉力的功率： P＝Fv＝2

19、000N×3.6m/s＝7.2×103W。 9．（2019四川達(dá)州）救援車工作原理如圖所示，當(dāng)車載電機(jī)對(duì)鋼繩施加的拉力F大小為2.5×103N時(shí)， 小車A恰能勻速緩慢地沿斜面上升。已知小車A的質(zhì)量為1t，斜面高為2m，斜面長(zhǎng)為5m（不計(jì)車長(zhǎng)、鋼 繩重、動(dòng)滑輪重、鋼繩與滑輪間的摩擦和滑輪與軸間的摩擦，g＝10Nkg）在小車A由水平路面被拖上救 援車的過程中，鋼繩所做的有用功為　 　J，整個(gè)裝置的機(jī)械效率為　 　，小車A與斜面間的摩擦 力大小為　 　N． 【答案】2×104；80%；1×103。 【解析】（1）小車質(zhì)量m＝1t＝1000kg， 其重力G＝mg＝100

20、0kg×10N/kg＝1×104N， 鋼繩做的有用功： W有用＝Gh＝1×104N×2m＝2×104J， （2）不計(jì)車長(zhǎng)、拉力端移動(dòng)距離s＝2L＝2×5m＝10m， 拉力做的總功： W總＝Fs＝2.5×103N×10m＝2.5×104J， 整個(gè)裝置的機(jī)械效率： η＝＝×100%＝80%； （3）不計(jì)鋼繩重、動(dòng)滑輪重、鋼繩與滑輪間的摩擦和滑輪與軸間的摩擦，克服小車A與斜面間的摩擦做的功為額外功， W額＝W總﹣W有用＝2.5×104J﹣2×104J＝5×103J， 由W額＝fL可得摩擦力： f＝＝＝1×103N。 10.往車上裝重物時(shí)，常常用長(zhǎng)木板搭個(gè)斜面，把重物沿斜面推上

21、去，如圖所示，工人用3m長(zhǎng)的斜面，把120kg的重物提高1m，假設(shè)斜面很光滑，則需要施加的推力為　　，若實(shí)際用力為500N，斜面的機(jī)械效率為　 　，重物受到的摩擦力為　?。╣取10N/kg）． 【答案】（1）人做有用功為1200J；（2）斜面的機(jī)械效率為80%；（3）摩擦力為100N． 【解析】（1）人做的有用功是將物體沿斜面推上小車，即將物體升高了h，故有用功為人克服重力做功，利用功的原理由W=mgh=Fs，可求得施加的推力； （2）利用已求得的有用功和總功，由機(jī)械效率公式可求得斜面的機(jī)械效率； （3）人做的額外功就是因?yàn)槿艘朔Σ亮ψ龉Γ瑒t可先求得摩擦力的功再由功的公式求

22、得摩擦力． 解析：（1）人做的有用功等于用斜面所做的功： W有=Gh=mgh=120kg×10N/kg×1m=1200J；Fs=mgh=1200J， 解得：F==400N； （2）人所做的總功：W總=Fs=500N×3m=1500J； 斜面的機(jī)械效率：η=×100%=×100%=80%； （3）W總=W有+W額 即：Fs=Gh+fs 所以f===100N； 11.如圖，在斜面上將一個(gè)重5N的物體勻速拉到頂端。沿斜面向上的拉力為2N，斜面長(zhǎng)4m，高1m。則拉力做的有用功為　 　J，斜面的機(jī)械效率為　 　。 【答案】5；62.5%。 【解析】知道物體重力和斜面高

23、，利用W=Gh求拉力做的有用功；知道拉力和斜面長(zhǎng)，利用W=Fs求拉力F對(duì)物體做的總功，斜面的機(jī)械效率等于有用功與總功之比。 （1）拉力做的有用功：W有用=Gh=5N×1m=5J； （2）拉力F對(duì)物體做的總功：W總=Fs=2N×4m=8J， 斜面的機(jī)械效率：η=W有用/W總=5J/8J×100%=62.5%。 三、實(shí)驗(yàn)探究題 12.在“探究影響滑輪組機(jī)械效率的因素”實(shí)驗(yàn)中，某實(shí)驗(yàn)小組用如圖所示的同一滑輪組提升不同鉤碼的方法，分別做了甲、乙、丙3組實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄如下 （1）在實(shí)驗(yàn)操作中應(yīng)該使鉤碼 （選填“快速”或“緩慢”）上升； （2）進(jìn)行第2次測(cè)量時(shí)滑輪組的機(jī)械效

24、率約為 （保留三位有效數(shù)字）； （3）進(jìn)行第3次測(cè)量時(shí)，彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)為 N，滑輪組做的有用功是 J； （4）分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)小組得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)論是：滑輪組的機(jī)械效率與 有關(guān)． 【答案】（1）緩慢；（2）78.4%；（3）2.4；0.3．（4）物重（或鉤碼重） 【解析】（1）在實(shí)驗(yàn)中要向上緩慢、勻速拉動(dòng)測(cè)力計(jì)； （2）掌握機(jī)械效率的定義式η=W有用/W總，很容易結(jié)合表格數(shù)據(jù)求解機(jī)械效率； （3）根據(jù)W有用=Gh計(jì)算有用功；根據(jù)η=W有用/W總=Gh/Fs計(jì)算彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)． （4）在分析數(shù)據(jù)時(shí)，要注意機(jī)械效率的變化是由哪個(gè)物理量的變化引起的，

25、從而得出結(jié)論．從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)看，鉤碼上升的高度無(wú)規(guī)律的變化，所以機(jī)械效率不斷增大不是由于被提升高度的變化而引起的．鉤碼重不斷增大，機(jī)械效率不斷提高．所以可以看出增大被提升物體的重力可以提高滑輪組的機(jī)械效率． 四、計(jì)算題 13．（2019?德州）小強(qiáng)用如圖所示裝置在10s內(nèi)將重為450N的貨物勻速提升2m，此過程中拉力F的功率為120W。求：（1）提升裝置所做的有用功；（2）拉力F做的功；（3）該滑輪組的機(jī)械效率。 【答案】（1）提升裝置所做的有用功是900J； （2）拉力F做的功是1200J； （3）該滑輪組的機(jī)械效率是75%。 【解析】（1）提升裝置所做的有用功： W有用＝Gh

26、＝450 N×2 m＝900J； （2）根據(jù)P=W/t可得拉力F做的功： W總＝Pt＝120W×10s＝1200J； （3）滑輪組的機(jī)械效率： η= W有用/ W總×100%＝75%。 14．（2019四川南充）如圖，杠桿在水平位置平衡，物體M1重為500N，OA：OB＝2：3，每個(gè)滑輪重為20N，滑輪組的機(jī)械效率為80%，在拉力F的作用下，物體M2以0.5m/s速度勻速上升了5m。（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。 【答案】（1）物體M2的重力為80N； （2）拉力F的功率為50W；

27、（3）物體M1對(duì)水平面的壓力為245N。 【解析】（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=80%， 解得物體M2的重力：G＝80N； （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=50N； 物體M2以0.5m/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＝2×0.5m/s＝1m/s； 拉力F的功率： P=Fv繩＝50N×1m/s＝50W； （3）由力的平衡條件可得，B端對(duì)定滑輪向上的拉力： F′B＝3F+G定＝3×50N+2

28、0N＝170N， 根據(jù)力的作用是相互的，則定滑輪對(duì)杠桿B端的拉力為：FB＝F′B＝170N， 根據(jù)杠桿的平衡條件可得：FA×OA＝FB×OB， 故繩子對(duì)杠桿A端的拉力為：FA＝255N， 力的作用是相互的，則繩子對(duì)M1向上的拉力為FA′＝FA＝255N， 根據(jù)力的平衡，地面對(duì)M1的支持力： F支＝G1﹣FA′＝500N﹣255N＝245N； 由力的相互性可知，物體M1對(duì)水平面的壓力： F壓＝F支＝245N。 15.如圖所示，已知斜面長(zhǎng)5m，高3m，繩端拉力為50N。利用這個(gè)滑輪裝置將重為100N的物體在5s內(nèi)從斜面的底端勻速拉到頂端。在此過程中： （1）物體沿斜面向上運(yùn)

29、動(dòng)的速度為多少？（2）繩端移動(dòng)的距離是多少？ （3）拉力的功和功率各是多少？（4）拉力的機(jī)械效率是多少？ 【答案】見解析。 【解析】（1）v物＝＝＝1m/s； （2）s繩＝2s物＝2×5m＝10m； （3）W總＝Fs繩＝50N×10m＝500J；P總＝＝＝100W； （4）W有用＝Gh＝100N×3m＝300J；η＝＝＝60%。 16．利用如圖所示的滑輪組，用F=1000N的力拉繩子自由端，貨物A以0.1 m/s的速度勻速直線運(yùn)動(dòng)l0s，整個(gè)過程中，滑輪組的機(jī)械效率為75%．求： （1）貨物A在10 s內(nèi)移動(dòng)的距離： （2）這個(gè)過程中拉力F的功率： （3）水平地面對(duì)貨物A的

30、摩擦力大?。? 【答案】（1）貨物A在10 s內(nèi)移動(dòng)的距離為1m； （2）這個(gè)過程中拉力F的功率200W； （3）水平地面對(duì)貨物A的摩擦力大小1500N． 【解析】根據(jù)s=vt算出貨物A在10 s內(nèi)移動(dòng)的距離；由圖示可知，滑輪組承重繩子的有效股數(shù)：n=2， 求出繩子自由端移動(dòng)的距離；由功率公式P=Fv求出拉力的功率；根據(jù)機(jī)械效率公式 η===求出摩擦力． （1）根據(jù)v=可知貨物A在10 s內(nèi)移動(dòng)的距離：sA=vAt=0.1m/s×10s=1m； （2）由圖可知，動(dòng)滑輪上繩子的有效股數(shù)：n=2， 繩子自由端移動(dòng)的速度：v繩=nvA=2×0.1m/s=0.2m/s， 拉力的功

31、率：P===Fv繩=1000N×0.2m/s=200W； （3）由η===得摩擦力： f=nηF=2×75%×1000N=1500N． 17．（2019山東泰安）如圖所示，人的重力為850N，雙腳與地面接觸面積為250cm2，用滑輪組拉著重210N的物體沿豎直方向以0.1m/s的速度勻速向上運(yùn)動(dòng)了5s。人對(duì)繩子豎直向下的拉力為100N，求： （1）物體上升的高度；（2）滑輪組的機(jī)械效率；（3）人對(duì)地面的壓強(qiáng)。 【答案】（1）物體上升的高度為0.5m； （2）滑輪組的機(jī)械效率為70%； （3）人對(duì)地面的壓強(qiáng)為3×104Pa。 【解析】（1）由v＝可得物體上升的高度： h＝

32、vt＝0.1m/s×5s＝0.5m； （2）由圖可知，n＝3，拉力端移動(dòng)距離s＝3h， 滑輪組的機(jī)械效率： η＝＝＝＝＝×100%＝70%； （3）此時(shí)人對(duì)地面的壓力： F壓＝G人﹣F＝850N﹣100N＝750N， 人對(duì)地面的壓強(qiáng)： p＝＝＝3×104Pa。 18．（2019四川巴中）利用如圖所示的滑輪組，將一邊長(zhǎng)為0.2m，密度為2.5×103kg/m3的正方體石塊，勻速?gòu)乃刑崞?，已知?jiǎng)踊喼亓?0N，（不計(jì)純重、摩擦和水的阻力）。求： （1）物體浸沒在水中時(shí)所受到的浮力大小； （2）物體浸沒在水中勻速上升時(shí)，動(dòng)滑輪下端掛鉤處繩對(duì)物體的拉力F0的大?。? （3）物體

33、完全離開水面后，繼續(xù)勻速向上提升，此時(shí)滑輪組的機(jī)械效率大小。（計(jì)算結(jié)果保留一位小數(shù)） 【答案】（1）物體浸沒在水中時(shí)所受到的浮力大小80N； （2）物體浸沒在水中勻速上升時(shí)，動(dòng)滑輪下端掛鉤處繩對(duì)物體的拉力F0的大小是 120N； （3）物體完全離開水面后，繼續(xù)勻速向上提升，此時(shí)滑輪組的機(jī)械效率是83.3%。 【解析】（1）正方體物體的體積：V＝0.2m×0.2m×0.2m＝0.008m3， 物體浸沒在水中時(shí)所受到的浮力：F浮＝ρ水gV排＝ρ水gV＝1.0×103kg/m3×10N/kg×0.008m3＝80N； （2）物體重力：G＝mg＝ρgV＝2.5×103kg/m3×10N

34、/kg×0.008m3＝200N， 物體靜止在水中時(shí)，受到豎直向下的重力，豎直向上的拉力和浮力的作用， 所以，G＝F浮+F0， 則動(dòng)滑輪下端掛鉤處繩對(duì)物體的拉力：F0＝G﹣F?。?00N﹣80N＝120N。 （3）物體完全離開水面后，設(shè)物體升高h(yuǎn)，滑輪組的有用功為：W有＝Gh＝200N×h， 由圖中，n＝3， 不計(jì)繩重、摩擦，則繩子自由端的拉力：F＝（G+G動(dòng)）＝（200N+40N）＝80N， 拉力F做得總功：W總＝Fs＝80N×3h， 所以滑輪組的機(jī)械效率：η＝＝＝83.3%。 19．（2019貴州黔東南）如圖是某科技小組設(shè)計(jì)的在岸邊打撈水中金屬塊的裝置示意圖，每個(gè)滑輪

35、重為100N，均勻?qū)嵭慕饘賶K的密度為8×103kg/m3，金屬塊的質(zhì)量為80kg。繩重和摩擦、滑輪與軸及杠桿支點(diǎn)處的摩擦、水對(duì)金屬塊的阻力均忽略不計(jì)，金屬塊一直勻速上升。（水的密度ρ水＝1.0×103kg/m3，g取10N/kg） （1）在金屬塊還未露出水面時(shí)，求此時(shí)金屬塊所受到的浮力； （2）在金屬塊未露出水面時(shí)，求人的拉力F； （3）金屬塊在水中勻速上升2m，且金屬塊未露出水面時(shí)，求人的拉力所做的功。 【答案】（1）在金屬塊還未露出水面時(shí)，此時(shí)金屬塊所受到的浮力為100N； （2）在金屬塊未露出水面時(shí)，人的拉力F為400N； （3）金屬塊在水中勻速上升2m，且金屬塊未露出水

36、面時(shí)，人的拉力所做的功為1600J。 【解析】（1）因?yàn)榻饘賶K浸沒水中， 所以金屬塊排開水的體積： V排＝VA＝＝＝0.01m3； 金屬塊所受的浮力： F浮＝ρ水gV排＝1×103kg/m3×10N/kg×0.01m3＝100N； （2）由圖知，使用的滑輪組n＝2，在金屬塊未露出水面時(shí)，繩重和摩擦、滑輪與軸及杠桿支點(diǎn)處的摩擦、水對(duì)金屬塊的阻力均忽略不計(jì)，人的拉力： F＝（GA﹣F浮+G動(dòng)）＝×（80kg×10N/kg﹣100N+100N）＝400N； （3）拉力端移動(dòng)距離s＝2h＝2×2m＝4m， 人的拉力所做的功： W＝Fs＝400N×4m＝1600J。 20．（201

37、9四川達(dá)州）如圖所示，工人準(zhǔn)備用一根最多能承受400N力的繩子（若超過繩子將斷裂）繞成的滑輪組先后打撈水中材料相同、體積不同的實(shí)心物體A和B．完全露出水面的物體A被此裝置勻速提起時(shí)繩子達(dá)到最大拉力。已知?jiǎng)踊喌馁|(zhì)量為20kg（繩的質(zhì)量、繩與滑輪的摩擦、滑輪與軸的摩擦以及水的阻力均不計(jì)，連接動(dòng)滑輪與物體間的鋼繩不會(huì)斷裂，g＝10N/kg）。求： （1）物體A完全露出水面后以0.5m/s的速度勻速上升時(shí)，物體A的重力和工人拉力的功率分別是多少。 （2）在物體A浸沒在水中勻速上升的過程中，滑輪組的機(jī)械效率為75%，物體A的密度是多少。 （3）若用該滑輪組打撈體積為50dm3的物體B時(shí)，物體B最

38、多露出多少體積時(shí)繩子將斷裂。 【答案】（1）物體A的重力是1000N，工人拉力的功率是600W。 （2）物體A的密度是2.5×103kg/m3。 （3）物體B最多露出25dm3時(shí)繩子將斷裂。 【解析】（1）G動(dòng)＝m動(dòng)g＝20kg×10Nkg＝200N 物體有三段繩子承擔(dān)，n＝3 F＝（GA+G動(dòng)） 400N＝（GA+200N） GA＝1000N 繩子自由端移動(dòng)的速度：v＝nv'＝3×＝0.5m/s＝1.5m/s P＝Fv＝400N×1.5m/s＝600W。 （2）物體A浸沒在水中勻速上升的過程中，滑輪組提起的力： F'＝GA﹣F浮＝1000N﹣ρ水gVA η＝＝ 75%＝ 解得，VA＝4×10﹣2m3 GA＝ρAgVA 1000N＝ρA×10N/kg×4×10﹣2m3 ρA＝2.5×103kg/m3 （3）GB＝ρBgVB＝2.5×103kg/m3×10N/kg×50×10﹣3m3＝1250N F＝（GB﹣F'浮+G動(dòng)） 400N＝（1250N﹣F'浮+200N） F'浮＝250N V排＝＝＝2.5×10﹣2m3＝25dm3 V露＝VB﹣V排＝50dm3﹣25dm3＝25dm3 19