2020九年级物理上册第十一章简单机械和功专题训练（一）功、功率和机械效率的综合计算练习

2020九年级物理上册第十一章简单机械和功专题训练（一）功、功率和机械效率的综合计算练习

专题训练(一)　功、功率和机械效率的综合计算 ‎►类型一　利用滑轮组提升物体 ‎1.用如图Z－1－1所示的滑轮组提升重物，当作用在绳子自由端的拉力为100 N时，能匀速提起重力为240 N的物体，不计绳重和摩擦，求：‎ ‎(1)动滑轮的重力.‎ ‎(2)若绕绳能承受的最大拉力为200 N，则该滑轮组的最大机械效率是多少.‎ 图Z－1－1‎ ‎2.用如图Z－1－2所示的滑轮组提升货物，已知动滑轮重30 N，货物重360 N，上升速度是‎0.3 m/s，拉力F的功率是180 W(不计绳重).求：‎ ‎(1)滑轮组的机械效率η.‎ ‎(2)货物上升‎3 m的过程中，克服摩擦力做的功.‎ 图Z－1－2‎ ‎3.如图Z－1－3所示为“测量滑轮组机械效率”的实验装置，钩码总质量为‎0.6 kg，小明用2.4 N的拉力竖直向上匀速拉动细绳(绳重和摩擦忽略不计，g取10 N/kg).‎ ‎(1)若钩码2 s内上升‎0.1 m，则钩码上升的速度是多少？‎ ‎(2)小明拉力做功的功率是多少？该滑轮组的机械效率是多少？(结果保留一位小数)‎ ‎(3)当钩码总重力为12 N时，该滑轮组的机械效率为多大？(结果保留一位小数)‎ 图Z－1－3‎ 5‎ ‎►类型二　利用滑轮组水平拉动物体 ‎4.一辆质量是3.5×‎103 kg的汽车不慎陷入泥泞地面，汽车司机组织人们用如图Z－1－4所示的滑轮组将汽车拖出.已知整个过程中，水平拉力F为1×103 N，汽车沿水平方向匀速移动了‎2 m，滑轮组的机械效率为90%.求：‎ ‎(1)拉力F做的总功.‎ ‎(2)有用功的大小.‎ ‎(3)汽车受到的阻力大小.‎ 图Z－1－4‎ ‎►类型三　利用斜面提升物体 ‎5.如图Z－1－5所示，斜面倾角为30°，斜面高为‎2 m.小兵同学用绳子沿斜面将重为400 N的木箱由斜面底端匀速拉到顶端，拉力大小为300 N，绳重不计.求：‎ ‎(1)小兵对木箱做的有用功.‎ ‎(2)斜面的机械效率.‎ ‎(3)斜面对物体施加的摩擦力.‎ 图Z－1－5‎ ‎►类型四　利用杠杆提升物体 ‎6.小金用如图Z－1－6所示的实验装置测量杠杆的机械效率.实验时竖直向上拉动杠杆，使挂在杠杆下面的钩码缓缓上升.(支点和杠杆的摩擦不计)问：‎ ‎(1)重为5 N的钩码挂在A点时，人的拉力F为4 N.钩码上升‎0.3 m时，动力作用点C上升‎0.5 m，此时机械效率η1为多大？‎ ‎(2)小金为了进一步研究杠杆的机械效率与哪些因素有关，仍用该实验装置，将钩码移到B点，再次缓慢提升杠杆使动力作用点C仍然上升‎0.5 m.问：人的拉力F与第一次相比________(选填“变大”“变小”或“不变”).比较此时的机械效率η2与η1的大小，并用学过的知识加以推导.‎ 图Z－1－6‎ 5‎ ‎►类型五　组合机械 ‎7.小明健身用的拉力器结构如图Z－1－7所示.他用250 N的拉力向下拉动拉杆，使‎20 kg的配重块在2 s内匀速升高‎40 cm.不计拉杆和绳的重力，g取10 N/kg.求：‎ ‎(1)所拉配重块的重力.‎ ‎(2)2 s内配重块运动的速度.‎ ‎(3)此过程中拉力器的机械效率.‎ 图Z－1－7‎ ‎8.图Z－1－8是用动滑轮运送建筑材料A的示意图，在卷扬机对绳子的拉力作用下，使重800 N的建筑材料A在50 s的时间里，匀速竖直上升了‎10 m.在这个过程中，动滑轮提升建筑材料A所做的有用功为W有用，卷扬机对绳子的拉力F做功的功率为200 W.绳重可忽略不计.求：‎ ‎(1)有用功W有用.‎ ‎(2)动滑轮匀速提升建筑材料A的机械效率η.‎ 图Z－1－8‎ 5‎ 教师详解详析 ‎1.(1)由题图可知，承担物重的绳子段数n＝3，因为不计绳重和摩擦，所以F＝，即100 N＝，G动＝60 N.‎ ‎(2)若绕绳能承受的最大拉力为200 N，则F最大＝，即200 N＝，得G最大＝540 N，则滑轮组的最大机械效率为η最大＝×100%＝×100%＝×100%＝90%.‎ ‎2. (1)1 s内货物升高的高度h1＝‎0.3 m，W有用1＝Gh1＝360 N×‎0.3 m＝108 J，W总1＝P总t1＝180 W×1 s＝180 J，η＝×100%＝×100%＝60%.‎ ‎(2)货物上升‎3 m所用的时间t2＝＝＝10 s，W总2＝P总t2＝180 W×10 s＝1800 J，‎ W有用2＝Gh2＝360 N×‎3 m＝1080 J，‎ 提升动滑轮做的功：W动＝G动h2＝30 N×‎3 m＝90 J，‎ 克服摩擦力做的功：Wf＝W总2－W有2－W动＝1800 J－1080 J－90 J＝630 J.‎ ‎3.(1)钩码上升的速度为v＝＝＝‎0.05 m/s.‎ ‎(2)拉力做的功：W总＝Fs＝2.4 N×3×‎0.1 m＝0.72 J，‎ 拉力做功的功率：P总＝＝＝0.36 W.‎ 钩码重：G物＝mg＝‎0.6 kg×10 N/kg＝6 N，‎ 有用功：W有用＝G物h＝6 N×‎0.1 m＝0.6 J，‎ 故该滑轮组的机械效率为η＝×100%＝×100%＝83.3%.‎ ‎(3)因为不计摩擦及绳重，所以G动＝‎3F－G物＝3×2.4 N－6 N＝1.2 N，‎ η′＝×100%＝×100%＝90.9%.‎ ‎4.(1)拉力F移动的距离：‎ s＝nL＝2×‎2 m＝‎4 m，‎ 拉力F做的总功：‎ W总＝Fs＝1×103 N×‎4 m＝4×103 J.‎ ‎(2)有用功：‎ W有用＝ηW总＝90%×4×103 J＝3.6×103 J.‎ ‎(3)滑轮组对汽车的拉力：‎ F′＝＝＝1.8×103 N.‎ 因为汽车做的是匀速直线运动，所以汽车受的拉力和阻力是一对平衡力，大小相等，故汽车受到的阻力f＝F′＝1.8×103 N.‎ 5‎ ‎5.(1)W有用＝Gh＝400 N×‎2 m＝800 J.‎ ‎(2)η＝×100%＝×100%＝×100%≈66.7%.‎ ‎(3)W额外＝W总－W有用＝1200 J－800 J＝400 J，则f＝＝＝100 N.‎ ‎6. (1)有用功：W有用＝Gh＝5 N×‎0.3 m＝1.5 J.‎ 总功：W总＝Fs＝4 N×‎0.5 m＝2 J，‎ 机械效率：η1＝×100%＝×100%＝75%.‎ ‎(2)钩码的悬挂点在A点时，由于杠杆的重力会阻碍杠杆转动，则由杠杆的平衡条件得：G×OA＋G杠杆×OC＝F×OC；‎ 悬挂点移至B点时，由杠杆的平衡条件得：G×OB＋G杠杆×OC＝F′×OC，‎ 观察比较可知，悬挂点移至B点时，OB＜OA，即钩码重力的力臂变小，所以拉力F也变小.‎ 杠杆的机械效率：η＝×100%＝×100%＝×100%；‎ 因为杠杆升高的高度不变，所以克服杠杆自重所做的额外功不变.由于悬挂点B更接近支点，所以钩码提升的高度减小，根据W有用＝Gh可知，有用功减小；从上面η的表达式可知：W有用减小、W额外不变，所以变大，分母变大，则η变小，即η2＜η1.‎ ‎7.(1)拉力器上的两个滑轮都是定滑轮，拉力移动的距离与配重块移动的距离相等，配重块的重力：G＝mg＝‎20 kg×10 N/kg＝200 N.‎ ‎(2)配重块运动的速度：v＝＝＝‎20 cm/s＝‎0.2 m/s.‎ ‎(3)拉力器的机械效率：η＝×100%＝×100%＝×100%＝80%.‎ ‎8.(1)有用功为W有用＝Gh＝800 N×‎10 m＝8000 J.‎ ‎(2)机械效率为η＝×100%＝×100%＝×100%＝80%. ‎ 5‎