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

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1、微專題五 功、功率、機(jī)械效率的綜合計算 專題概述 簡單機(jī)械的功 、功率、機(jī)械效率的綜合計算包括利用滑輪組豎直提升物體、水平移動物體、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:不計動滑輪重力、不計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:考慮動滑輪的重力,不計繩重和繩與滑輪之間的摩擦,即W額=G動h,F(xiàn)=,η=. (3)實際情況:考慮動滑輪的重力、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.利用滑輪組水平移動物體,此時克服

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,人對杠桿所做的功Fs等于杠桿對重物所做的功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==. 分類練習(xí) 類型1 利用滑輪組豎直提升物體 1.(2019

3、,樂山)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.求此過程中: (1)小夏對地面的壓強(qiáng); (2)拉力F做的功; (3)該滑輪組的機(jī)械效率. 解:(1)人對地面的壓力:F壓=G-F=500 N-200 N=300 N 人對地面的壓強(qiáng):p===7.5103 Pa (2)繩自由端向下移動的距離: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隨時間t變化的關(guān)系圖像.不計動滑輪的重力、摩擦及水和空氣對金屬塊的阻力, g取10 N/kg,求: (1)金屬塊完全浸沒在水中時受到的浮力大??; (2)金屬塊的密度; (3)如果直接將金屬塊平放在水平地面上,它對地面的壓強(qiáng)大小. 解:(1)在t2~t3時間內(nèi),2F2=G G=2108 N=216 N 在0~t1時間內(nèi),2F1+F?。紾 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 類型2 利用滑輪組水平移動物體 3.(2019,眉山)在一次車輛故障處置過程中,拖車所用裝置簡化為如圖所示的滑輪組.為了盡快疏通道路,交警指揮拖車只用了30 s時間,將水平路面上質(zhì)量是1.5 t的故障車勻速拖離了現(xiàn)場.若故障車被拖離的速度是5 m/s,繩子自由端的拉力F是500 N,地面對故障車的摩擦力為車重力的0.08倍.求: (1)拉力F在30 s內(nèi)所做的

6、功; (2)整個裝置的機(jī)械效率. 解:(1)故障車在30 s內(nèi)通過的路程s車=vt=5 m/s30 s=150 m 繩的段數(shù)n=3,繩子自由端移動的距離s繩=3s車=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% 類型3 利用杠桿提升物體 4.(2019,貴港)如圖所示,是考古工作隊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,若在整個打撈過程中,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).求: (1)文物從開始上升直到剛露出江面的過程中受到的浮力大?。? (2)在整個打撈文物的過程中,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?。溅裧V排=ρ水gV物= 1.0103 kg/m310 N/kg0.5 m3=5.0103 N (2)在整個打撈文物的過程中,由于文物的速度保持不變,文件受到三個

8、力的作用處于平衡狀態(tài)得F拉+F?。紾物 因為G物保持不變,當(dāng)F浮最大,即文物完全浸沒在水中時,F(xiàn)拉最小,而v物不變,根據(jù)知此時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浮=5.0103 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)文物離開水面后,起重機(jī)的拉力最大,此時有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,配重的質(zhì)量最小,此時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 類型4 利用斜面移動物體 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,建成后將通過最新的VR技術(shù)展示包括楚文化和三國文化在內(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)動時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)動時克服摩擦做功: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)動時受到的摩擦力:f===160 N. 類型5 利用組合機(jī)械移動物體 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) 求:(1)物體M2的重力; (2)拉力F的功率; (3)物體M1對水平面的壓力. 解:(1)因杠桿與繩的自重、摩擦均不計,故克服動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,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端對定滑輪向上的拉力:F′B=3F+G定= 350 N+20 N=170 N, 定滑輪對杠桿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, 故繩子對杠桿A端的拉力為:FA=FB=170 N=255 N, 則繩子對M1向上的拉力為FA′=FA=255 N, 地面對M1的支持力:F支=G1-FA′=500 N-255 N=245 N; 物體M1對水平面的壓力: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.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,且AO=4OB;動滑輪的機(jī)械效率為75%.若杠桿質(zhì)量、杠桿與支點間摩擦不計,整個過程中合金塊始終未露出水面.求: (1)當(dāng)拉力F向下移動距離為1.2 m時,拉力F對杠桿所做的功?此時繩子對杠桿B點的拉力? (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杠桿向下移動過程中,動力臂與阻力臂維持=,由杠桿的平衡條件F1L1=F2L2得, 繩子對杠桿B點的拉力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,分析題意動滑輪的機(jī)械效率為75%, 可得η====,化簡為75%=,代入數(shù)據(jù)得F3=3 000 N 合金塊在上升過程中,始終沒有出液面,故對其受力分析得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.

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