图像题03 简单机械、机械效率--最新中考物理二轮题型专项复习讲练（全国通用）

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图像题03简单机械、机械效率
（多选）1．（2023•成都）如图甲所示装置，小欢用力F向下拉绳子，使物体M在水平地面匀速移动，地面ab、bc粗糙程度不同。物体M重为400N，动滑轮重为5N，ab＝2m，bc＝3m。物体M从a点到c点过程中，拉力F与M移动距离的关系如图乙，不考虑物体大小对运动的影响，忽略绳子重力及滑轮转轴摩擦，对此过程的分析，下列结论正确的是（ ）
A．绳子自由端移动的距离15m
B．拉力F做的功为840J
C．拉力F在ab段做的额外功等于在bc段做的额外功
D．物体从ab段到bc段，滑轮组的机械效率变大
【解答】解：A、物体M从a点到c点过程中，通过的距离为2m+3m＝5m，绳子的有效段数为2，故绳子自由端移动的距离：s＝2h＝2×5m＝10m
故A错误；
B、ab＝2m，bc＝3m，绳子自由端移动的距离分别为：
s1＝2×2m＝4m，s2＝2×3m＝6m，由图乙知绳子的拉力分别为60N和100N，拉力做的功为：
W＝W1+W2＝F1s1+F2s2＝60N×4m+100N×6m＝840J；
故B正确；
C、本题中，克服摩擦力做的功为有用功，忽略绳子重力及滑轮转轴摩擦，故克服动滑轮的重力做的功为额外功，ab段和在bc段动滑轮提升的高度不同，根据W＝Gh，故拉力F在ab段做的额外功不等于在bc段做的额外功；
D、使物体M在水平地面匀速移动，根据二力平衡，物体受到的滑动摩擦力等于水平面上绳子的拉力的大小，因100N大于60N，故可知bc段物体受到的滑动摩擦力大，滑轮组的机效率为：
η=W有W总=W有W有+W额外=fℎfℎ+G动ℎ=ff+G动=11+G动f；
动滑轮的重力不变，物体从ab段到bc段，滑动摩擦力变大，故滑轮组的机械效率变大，故D正确。
故选：BD。
2．（2022•通辽）用如图甲所示的滑轮组提升物体M，已知物体M所受的重力为550N，卷扬机加在绳子自由端的拉力F将物体M在20s内沿竖直方向匀速提升10m，拉力F做的功W随时间t的变化图象如图乙所示，忽略绳重及摩擦，下列说法正确的是（ ）
A．拉力F为350N
B．绳子自由端移动的速度为0.5m/s
C．动滑轮重为50N
D．该滑轮组的机械效率为83.3%
【解答】解：
A．由图乙可知，在20s内拉力F做的功：W总＝6000J，
由图甲可知，滑轮组绳子的有效股数n＝2，
则物体M沿竖直方向匀速提升10m时，绳子自由端移动的距离：s＝nh＝2×10m＝20m，
由W总＝Fs可得，拉力：F=W总s=6000J20m=300N，故A错误；
B．绳子自由端移动的速度：v=st=20m20s=1m/s，故B错误；
C．忽略绳重及摩擦，由F=1n（G+G动）可得，动滑轮的重力：G动＝nF﹣G＝2×300N﹣550N＝50N，故C正确；
D．拉力做的有用功：W有＝Gh＝550N×10m＝5500J，滑轮组的机械效率：η=W有W总×100%=5500J6000J×100%≈91.7%，故D错误。
故选：C。
（多选）3．（2022•青岛）如图甲所示，工人师傅利用动滑轮将重360N的货物匀速提起，拉力F＝200N，货物上升的高度h与所用时间t关系的图象如图乙所示，不计绳重和摩擦。下列说法正确的是（ ）
A．动滑轮的重力G动＝20N
B．货物上升的速度v＝0.4m/s
C．拉力F的功率P＝80W
D．动滑轮的机械效率η＝90%
【解答】解：A、不计绳重和摩擦，由F=12（G+G动）可得，动滑轮的重力：
G动＝2F﹣G＝2×200N﹣360N＝40N，故A错误；
B、由货物上升的高度h与所用时间t关系的图象可得，货物上升的速度：
v=ℎt=4m10s=0.4m/s，故B正确；
C、绳子移动的速度v绳＝2v＝2×0.4m/s＝0.8m/s，
拉力F的功率P=Wt=Fst=Fv绳＝200N×0.8m/s＝160W，故C错误；
D、不计绳重和摩擦，动滑轮的机械效率η=W有用W总=Gℎ(G+G动)ℎ=GG+G动=360N360N+40N=90%，故D正确。
故选：BD。
4．（2022•镇江）如图1所示，轻质杠杆可绕O转动，A点悬挂一重为12N的物体M，B点受到电子测力计竖直向上的拉力F，杠杆水平静止，已知OA＝AB＝BC，则F为 6 N。保持杠杆水平静止，将F作用点从B移至C，此过程中F方向保持不变，F的力臂记为l，则F的大小变 小 ，F与（1l）的关系图线为图2中的①；将M从A移至B，再重复上述步骤，F与（1l）的关系图线为图2中的 ② （选填数字序号）。
【解答】解：（1）由图1可知，O为杠杆的支点，B点拉力F的力臂OB＝OA+AB＝2OA，A点作用力的力臂为OA，
由杠杆平衡条件可得：F×OB＝G×OA，
解得：F=OAOB×G=OA2OA×G=12G=12×12N＝6N；
（2）由题意可知，保持杠杆水平静止，将F作用点从B移至C，此过程中F方向保持不变，
根据杠杆平衡条件可得：F×l＝G×OA，
解得：F=G×OA×1l⋯⋯Ⅰ，
由题意可知，此过程中物体M的重力G和力臂OA不变，拉力F的力臂l变大，则拉力F变小；
（3）将M从A移至B，由杠杆平衡条件可得：F×l＝G×OB，
解得：F=G×OB×1l⋯⋯Ⅱ，
由数学知识可知，Ⅰ、Ⅱ两式中拉力F与1l的关系图线均为正比例函数，
由图1可知，OB＞OA，则Ⅱ式的斜率大于Ⅰ式的斜率，
因此将M从A移至B，F与1l的关系图线为过原点且斜率比图线①大的图线②。
故答案为：6；小；②。
5．（2023•南充）某人始终双脚站在地上，用滑轮组从水池底匀速提起实心圆柱体A，如示意图甲。A从离开池底到刚要离开水面的过程中，其底面受到水的压强与时间关系pA﹣t如图乙。A从刚离开池底到拉出水面并继续向上运动的过程中，人对地面的压强与时间关系p人﹣t如图丙。A未露出水面之前装置的机械效率为η1，A离开水面后装置的机械效率为η2。已知人的质量为60kg，人双脚站地时，与地面的接触面积为500cm2，A的底面积为200cm2，η1：η2＝15：16，ρ水＝1.0×103kg/m3。不计摩擦和绳重及水的阻力，g＝10N/kg，A不吸且不溶于水，A底部与池底不密合，忽略液面高度变化，图甲中①②③④段绳均竖直。
（1）求池水深度和A的上升速度；
（2）求A的高度和未露出水面受到的浮力；
（3）求A未露出水面前人对绳的拉力和A全部露出水面后人对绳的拉力；
（4）求动滑轮的重力。
【解答】解：（1）由图乙可知最大压强为4×104Pa，深度最深，
根据液体压强公式p＝ρgh可得h池水=pρ水g=4×104Pa1.0×103kg/m3×10N/kg=4m；
由图乙可知物体A从池底到离开水面底面压强不断减小，用时20s，
可得A的上升速度v=st=4m20s=0.2m/s；
（2）由图丙知人对地面的压强与时间关系，第15s时压强最大为0.4×104Pa，物体A刚要离开水面；第20s时压强最小为0.2×104Pa，物体A刚完全离开水面；
物体A的高度：h＝vt＝0.2m/s×5s＝1m，
物体A的体积：V＝Sh＝200×10﹣4m2×1m＝2×10﹣2m3，
A未露出水面受到的浮力：F浮＝ρ水gV＝1.0×103kg/m3×10N/kg×2×10﹣2m2＝200N；
（3）人的重力G＝mg＝60kg×10N/kg＝600N，
由图丙知人对地面的压强与时间关系，
第15s时压强最大为0.4×104Pa，物体A刚要离开水面，
此时人对地面压力为F＝pS＝0.4×104Pa×500×10﹣4m2＝200N；
第20s时压强最小为0.2×104Pa，物体A刚完全离开水面，
此时人对地面压力为F＝pS＝0.2×104Pa×500×10﹣4m2＝100N；
由二力平衡可知，人的重力等于绳对人的拉力加上地面对人的支持力（地面对人的支持力和人对地面的压力大小相等）
所以，A未露出水面前人对绳的拉力F＝600N﹣200N＝400N，
A全部露出水面后人对绳的拉力F＝600N﹣100N＝500N；
（4）由图甲可知，滑轮组绳子的段数n＝2，
当A未露出水面前人对绳的拉力F＝400N，此时G物+G动﹣F浮＝2F＝2×400N＝800N，
机械效率η1=G物−F浮G物−F浮+G动，
当A全部露出水面后人对绳的拉力F＝500N，此时G物+G动＝2F＝2×500N＝1000N，
机械效率η2=G物G物+G动，
因为η1：η2＝15：16，即16η1＝15η2，
得16×G物−200N800N=15×G物1000N
解得G物＝800N，
则动滑轮的重力：G动＝1000N﹣G物＝1000N﹣800N＝200N。
6．（2023•鼓楼区校级模拟）如图所示，用手沿竖直方向匀速拉一个动滑轮，使挂在下面重为G的物体缓缓上升，不计绳重和摩擦。现改变的物体的重力G，则动滑轮的机械效率η与物体重力G的关系可能符合下列图中的（ ）
A．B．
C．D．
【解答】解：
动滑轮的重力不可忽略，若不计绳重和摩擦，则克服动滑轮重力所做的功为额外功；
物重增大，有用功逐渐增大，有用功在总功中所占的比例增大，则机械效率逐渐增大，但机械效率不可能增大到100%，只能接近100%，所以机械效率增大得越来越缓慢，机械效率η与物体重力G的关系并不成正比，故B正确，ACD错误。
故选：B。
7．（2023•福田区模拟）如图甲所示的滑轮组提升物体M，已知物体M所受的重力为550N，卷扬机加在绳子自由端的拉力F将物体M在20s内沿竖直方向匀速提升10m，拉力F做的功W随时间t的变化图象如图乙所示，忽略绳重及摩擦，下列说法正确的是（ ）
A．动滑轮重为40N
B．绳子自由端移动的速度为0.5m/s
C．拉力做功功率为300W
D．该滑轮组的机械效率为83.3%
【解答】解：AC．由图甲可知n＝2，
则物体M沿竖直方向匀速提升10m时，绳子自由端移动的距离：s＝nh＝2×10m＝20m，
由图乙可知，在20s内拉力F做的功：W总＝6000J，
由W总＝Fs可得，绳子自由端的拉力为：F=W总s=6000J20m=300N，
忽略绳重及摩擦，由F=1n（G+G动）可得，动滑轮的重力：G动＝nF﹣G＝2×300N﹣550N＝50N，
拉力做功的功率为：P=W总t=6000J20s=300W，故A错误，C正确；
B．绳子自由端移动的速度：v=st=20m20s=1m/s，故B错误；
D．所做的有用功：W有＝Gh＝550N×10m＝5500J，
滑轮组的机械效率：η=W有W总×100%=5500J6000J×100%≈91.7%，故D错误。
故选：C。
8．（2023•大丰区校级模拟）如图所示，某轻质木板的左端可绕O点转动，右端放一重为G的物块。当物块向木板的左端匀速滑动时，在竖直向上的拉力F的作用下，木板始终在水平位置保持静止。则拉力F与物块滑动时间t的关系图象可能是（ ）
A．B．
C．D．
【解答】解：如图所示：
动力臂为OA＝L，杠杆受到物体的压力（阻力）F′＝G，阻力臂为OB，
物块向左做匀速滑动，则阻力臂OB＝OA﹣vt＝L﹣vt，
因杠杆平衡，
故有：F×OA＝F′×OB＝G×（OA﹣vt），
即：F×L＝G×（L﹣vt），则F＝G−vGLt，
因G、v、L为常数，所以拉力F与运动时间t是一次函数关系，当t增大时，F减小，变化关系为直线，故A正确。
故选：A。
9．（2023•泉州二模）如图，在学校科技节活动中，质量为M的小华骑着一辆质量为m的独轮车，以速度v从A点匀速通过一重为G的水平独木桥，独木桥的两端由两根竖直支柱支撑着。图中能表示B端支柱所受压力F与时间t的关系是（ ）
A．B．
C．D．
【解答】解：重为G、长为L的水平独木桥的两端由两根竖直支柱A、B支撑着，分别对水平独木桥的支持力为FA、FB，水平独木桥受到重力为G，
独轮车对独木桥的压力为F＝（m+m人）g，
以A为支点，独轮车对独木桥的压力的力臂为vt，根据杠杆平衡条件：FBL＝G×12L+（m+m人）gvt，
则FB=12G+1L（m+m人）gvt，
压力与支持力是一对相互作用力，所以B端支柱所受压力F＝FB=12G+1L（m+m人）gvt，
由此可知B端支柱所受压力F与时间t是一条一次函数的图象（不经过原点）。
故选：C。
10．（2023•莱阳市模拟）用如图甲所示的滑轮组从水中提升物体M，已知被提升的物体M重力为760N，M的体积为3×10﹣3m3，在物体M未露出水面的过程中，绳子自由端的拉力F将物体M以0.5m/s的速度匀速提升了10m的高度，此过程中，拉力F做的功W随时间t的变化图象如图乙所示，不计绳重和摩擦力大小（g取10N/kg）．下面分析中（ ）
①动滑轮的重力为40N
②当物体M没有露出水面的过程中，该滑轮组提升货物的机械效率为95%
③此过程中，绳子自由端的拉力F大小为400N
④当物体M没有露出水面时，动滑轮下端挂钩上绳子的拉力为730N
A．只有①②正确B．只有②③④正确
C．只有③④正确D．只有①③正确
【解答】解：
（1）由v=st得物体运动的时间：
t=ℎv=10m0.5m/s=20s，
根据图乙可知，此过程中绳子自由端拉力F做的总功是8000J，
由图甲可知，滑轮组由2段绳子承担物重，则拉力端移动距离s＝2h＝2×10m＝20m，
由W总＝Fs得拉力：
F=W总s=8000J20m=400N，故③正确；
（2）当物体M没有露出水面时，物体受到的浮力：
F浮＝ρ水gV排＝ρ水gV＝1×103 kg/m3×10N/kg×3×10﹣3m3＝30N，
不计绳重和摩擦力大小，绳子自由端的拉力F=12（G﹣F浮+G动），
则动滑轮的重力：G动＝2F﹣G+F浮＝2×400N﹣760N+30N＝70 N，故①错误；
（3）当物体M没有露出水面时，动滑轮下端挂钩上绳子的拉力：
F拉＝G﹣F浮＝760N﹣30N＝730N，故④正确；
（4）当物体M没有露出水面时，滑轮组的机械效率：
η=W有W总=(G−F浮)ℎFs=(G−F浮)ℎFnℎ=G−F浮nF=760−30N2×400N×100%＝91.25%，故②错误。
故选：C。
11．（2023•青铜峡市二模）用图甲的滑轮组提升重200N的物体，已知拉力F为80N，不计端重和摩擦，物体和绳子自由端的运动情况如图乙所示，下列说法正确的是（ ）
A．反映绳子自由端运动的图线是B
B．动滑轮重为50N
C．3s内对物体做的有用功为900J
D．该滑轮组的效率为83.3%
【解答】解：A、由图甲可知，n＝3，则拉力端移动距离s＝3h，所以图乙中上面的倾斜直线A是绳子自由端运动的s﹣t图像，而下面的倾斜直线B是物体运动的s﹣t图像，故A错误；
B、不计绳重和摩擦，拉力F=13（G+G动），则动滑轮重力：G动＝3F﹣G＝3×80N﹣200N＝40N，故B错误；
C、由图乙可知，t＝3s时，物体运动的高度h＝1.5m，对物体做的有用功W有＝Gh＝200N×1.5m＝300J，故C错误；
D、滑轮组的机械效率：η=W有W总×100%=GℎFs×100%=GℎFnℎ×100%=GnF×100%=200N3×80N×100%≈83.3%，故D正确。
故选：D。
12．（2023•广水市模拟）如图甲所示，虚线框内是由两个相同的滑轮安装成的滑轮组。利用该滑轮组提升重为270N的物体所用的拉力为100N。物体和绳子自由端的运动情况如图乙所示。不计绳重和摩擦，则（ ）
A．绳子自由端移动的速度为0.5m/s
B．滑轮组中动滑轮重10N
C．拉力的功率为50W
D．该滑轮组的机械效率为90%
【解答】解：滑轮组省力但费距离，则绳子自由端移动距离s大于物体上升的高度h，
由图乙可知，在t＝4s内，物体上升的高度h＝2m，绳子自由端移动距离s＝6m，
由s＝nh可得，滑轮组承担物重的绳子股数：n=sℎ=6m2m=3。
A、绳子自由端移动的速度：
v=st=6m4s=1.5m/s，故A错误；
B、不计绳重和摩擦，拉力F=13（G+G动），则动滑轮的重力：
G动＝3F﹣G＝3×100N﹣270N＝30N，故B错误；
C、拉力做功的功率：
P=Wt=Fst=Fv＝100N×1.5m/s＝150W，故C错误；
D、滑轮组的机械效率：
η=W有用W总=GℎFs=GℎF×3ℎ=G3F=270N3×100N×100%＝90%，故D正确；
故选：D。
13．（2023•玉溪一模）用如图甲所示的滑轮组缓慢提升不同的物体，每次物体提升的高度均为1m，滑轮组的机械效率与物体的重力关系如图乙所示。不计绳重和摩擦，下列分析正确的是（ ）
A．滑轮组中A滑轮可以省功
B．动滑轮的重力为5N
C．滑轮组的机械效率越高，拉力做功越少
D．每次提升重物时，滑轮组做的额外功为10J
【解答】解：A、使用任何机械都不能省功，所以滑轮组中A滑轮可以省功，故A错误；
B、由图乙可知，提升物重G＝10N时，滑轮组的机械效率η＝50%，
不计绳重和摩擦，滑轮组的机械效率为：η=W有用W总=GℎGℎ+G动ℎ=GG+G动=10N10N+G动=50%，
则动滑轮重力为：
G动＝10N，故B错误；
C、滑轮组的机械效率越高，说明有用功与总功的比值越大，拉力做功不一定少，故C错误；
D、由题知，利用滑轮组每次物体被提升的高度均为1m，提升动滑轮上升的高度也都是1m。不计绳重和摩擦，每次提升重物时，滑轮组做的额外功都为：W额＝G动h＝10N×1m＝10J，故D正确。
故选：D。
14．（2023•秦都区校级三模）如图甲所示，用一个重为200N的动滑轮分别匀速提升重物A、B，在卷扬机拉力的作用下，绳子自由端竖直移动的距离随时间变化的关系如图乙中图线a、b所示。已知重物A的重力为800N，两次提升物体的过程中，卷扬机拉力的功率保持不变，且不计绳重和轮与轴间的摩擦。下列说法正确的是（ ）
A．重物A上升的速度为20cm/s
B．重物B的重力为4000N
C．卷扬机拉力的功率为200W
D．提升重物B时动滑轮的机械效率为95%
【解答】解：A、由图甲可知n＝2，由乙图图象可知，提升物体A时，绳子自由端移动的距离sA＝40cm＝0.4m，所用的时间tA＝2.0s，
则绳子自由端的速度为：vA=sAtA=40cm2s=20cm/s＝0.2m/s，
则物体A上升的速度：v物A=1nvA=12×20cm/s＝10cm/s，故A错误；
BC、不计绳重和摩擦时拉力：F=1n（GA+G动）=12×（800N+200N）＝500N，
根据P=Wt=Fst=Fv可知，拉力的功率：P＝FvA＝500N×0.2m/s＝100W，故C错误；
由图乙可知，提升物体B时，绳子自由端竖直移动的速度：vB=sBtB=10cm2.0s=5cm/s＝0.05m/s，
在这两次提升物体的过程中，卷扬机拉力F的功率保持不变，由P＝Fv可得，物体B时的拉力：FB=PvB=100W0.05m/s=2000N，
由F=12（G+G动）可得，物体B受到的重力：GB＝2FB﹣G动＝2×2000N﹣200N＝3800N，故B错误；
CD、根据η=W有用W总=GℎFs=GℎFnℎ=GnF可知，提升物体B时动滑轮的机械效率：η=GB2FB=3800N2×2000N=95%，故D正确。
故选：D。
15．（2023•雁塔区校级模拟）小明关注到长沙4.29楼房坍塌救援现场用到了起重机，其中涉及到滑轮知识，他设计了图甲所示模型装置，虚线框内是由三个相同的滑轮安装成的滑轮组，每个滑轮重10N，利用该滑轮组提升质量为10kg的物体，拉力的功率为150W，物体和绳子自由端的运动情况如图乙所示，不计绳重，g取10N/kg，则（ ）
A．滑轮组是由一个定滑轮、两个动滑轮构成的
B．拉力为40N
C．该滑轮组的机械效率为66.7%
D．物体上升1m过程中，滑轮组克服摩擦力做的功为50J
【解答】解：A、由图乙可知，在t＝2s内，物体上升高度h＝2m，绳子自由端移动距离s＝6m，滑轮组承担物重的绳子段数：n=sℎ=6m2m=3，由三个相同的滑轮安装成的滑轮组，如下图所示，滑轮组应该由两个定滑轮、一个动滑轮构成的，故A错误；
B、绳端速度v=st=6m2s=3m/s，由P=Wt=Fst=Fv可得，绳端拉力F=Pv=150W3m/s=50N，故B错误；
C、滑轮组的机械效率η=W有W总=GℎFs=mgnF=10kg×10N/kg3×50N≈66.7%，故C正确；
D、物体上升高度h′＝1m，有用功W有＝Gh＝mgh＝10kg×10N/kg×1m＝100J，绳端拉力做的总功W总＝Fs＝Fnh′＝50N×3×1m＝150J，
额外功W额＝W总﹣W有＝150J﹣100J＝50J，
其中克服动滑轮重力做的额外功W动＝G动h′＝10N×1m＝10J，
不计绳重，所以克服摩擦做的额外功Wf＝W额﹣W动＝500J﹣10J＝40J，故D错误。
故选：C。
16．（2023•香洲区校级三模）如图所示，使用滑轮组匀速提升质量为m1的物体，每个滑轮的质量为m2，在相同的时间内物体被提升的高度均为1m，不计绳重和摩擦，下列说法正确的是（ ）
A．滑轮组中A滑轮可以省功
B．动滑轮的重力为5N
C．滑轮组的机械效率越高，拉力做功越少
D．每次提升重物时，滑轮组做的额外功为10J
【解答】解：A．根据功的原理，使用任何机械都不能省功，故A错误；
B．由图乙可知，提升物重G＝10N时，滑轮组的机械效率η＝50%，
不计绳重和摩擦，滑轮组的机械效率η=W有用W总×100%=W有用W有用+W额外×100%=GℎGℎ+G动ℎ×100%=GG+G动×100%=10N10N+G动×100%＝50%
解得动滑轮重力为G动＝10N，故B错误；
C．滑轮组的机械效率越高，说明有用功与总功的比值越大，拉力做功不一定少，故C错误；
D．由题知，利用滑轮组每次物体被提升的高度均为1m，提升动滑轮上升的高度也都是1m，不计绳重和摩擦，每次提升重物时，滑轮组做的额外功都为W额＝G动h＝10N×1m＝10J，故D正确。
故选：D。
17．（2023•新吴区二模）用如图甲所示的滑轮组提升物体M，已知物体M所受的重力为550N，卷扬机加在绳子自由端的拉力F将物体M在20s内沿竖直方向匀速提升10m，拉力F做的功W随时间t的变化图像如图乙所示，忽略绳重及摩擦，下列说法正确的是（ ）
A．拉力F为350N
B．动滑轮重为50N
C．绳子自由端移动的速度为0.5m/s
D．该滑轮组的机械效率为83.3%
【解答】解：
A．由图乙可知，在20s内拉力F做的功：W总＝6000J，
由图甲可知，滑轮组绳子的有效股数n＝2，
则物体M沿竖直方向匀速提升10m时，绳子自由端移动的距离：s＝nh＝2×10m＝20m，
由W总＝Fs可得，拉力：F=W总s=6000J20m=300N，故A错误；
B．忽略绳重及摩擦，由F=1n（G+G动）可得，
动滑轮的重力：G动＝nF﹣G＝2×300N﹣550N＝50N，故B正确；
C．绳子自由端移动的速度：v=st=20m20s=1m/s，故C错误；
D．拉力做的有用功：W有＝Gh＝550N×10m＝5500J，
滑轮组的机械效率：η=W有W总×100%=5500J6000J×100%≈91.7%，故D错误。
故选：B。
18．（2023•苍溪县模拟）用如图甲所示的装置来探究滑轮组的机械效率η与物重G物的关系，改变G物，竖直向上匀速拉动弹簧测力计，计算并绘出η与G物的关系如图乙所示，若不计绳重和摩擦，则下列说法正确的是（ ）
A．此滑轮组动滑轮的重为5N
B．当G物＝15N时，滑轮组机械效率为η＝75%
C．同一滑轮组的机械效率η随G物的增大而增大，最后等于100%
D．G物不变，改变图甲中的绕绳方式，滑轮组的机械效率仍不改变
【解答】解：
A、由图可知，G物1＝12N时，滑轮组的机械效率η1＝80%，
不计绳重和摩擦，滑轮组的机械效率η=W有用W总=GℎGℎ+G动ℎ=GG+G动，
即：80%=12N12N+G动，
解得动滑轮重力：G动＝3N，故A错误；
B、同理可得，当G物＝15N时，滑轮组的机械效率：η′=G物G物+G动=15N15N+3N×100%≈83.3%，故B错误；
C、由图像可知，同一滑轮组机械效率η随G物的增大而增大；但使用滑轮组时，不可避免地要克服动滑轮重做额外功，所以总功一定大于有用功；由公式η=W有用W总知机械效率一定小于100%，故C错误；
D、不计绳重和摩擦，G物不变，改变图甲中的绕绳方式，由公式η=G物G物+G动可知，该滑轮组的机械效率不变，故D正确。
故选：D。
19．（2023•泰山区校级二模）小明利用如图甲所示的滑轮组将一长方体物块匀速打捞出水面，拉力F随物体被提升高度h变化的关系如图乙所示。物块完全离开水面后，滑轮组的机械效率为90%，不计绳重和摩擦，下列说法中（ ）
①动滑轮重600N
②物块的高度为1.1m
③物块完全浸没在水中时受到的浮力为1800N
④将物块提升至上表面与水面相平的过程中拉力F做的功为720J
A．只有①③正确B．只有②④正确
C．只有③④正确D．只有①④正确
【解答】解：
③滑轮组绳子的有效股数n＝3，由图乙可知，物块浸没时绳子的拉力F1＝1400N，
绳重和摩擦忽略不计，由F=1n（G+G动﹣F浮）可得：1400N=13×（G+G动﹣F浮）﹣﹣﹣﹣（1）
当物块完全离开水面后绳子的拉力F2＝2000N，
由F=1n（G+G动）可得：2000N=13×（G+G动）﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣（2）
由（1）（2）可得：F浮＝1800N，故③正确；
②将物块从水面相平到完全拉出水面的过程中，由图乙可知，物体上升的高度h′＝1.1m﹣0.6m＝0.5m，即物块的高度为h′＝0.5m，故②错误，
①绳重和摩擦忽略不计，物块完全离开水面后，滑轮组的机械效率：
η=W有用W总×100%=Gℎ(G+G动)ℎ×100%=GG+G动×100%，
即90%=GG+G动×100%﹣﹣﹣﹣﹣（3）
由（2）（3）可得：G＝5400N，G动＝600N，故①正确；
④将物块提升至上表面与水面相平的过程中，由图乙可知，物体上升的高度h′＝0.6m，拉力F＝1400N，
绳子自由端移动的距离：s＝nh′＝3×0.6m＝1.8m，
此过程中拉力F做的功W＝Fs＝1400N×1.8m＝2520J，故④错误。
故选：A。
20．（2023•无为市三模）如图甲，用滑轮组将重为120N的物体匀速提起，在5s内绳子自由端移动的距离为3m，如图乙是拉力F与绳自由端移动距离s的关系图象，不计绳重和摩擦。则下列说法正确的是（ ）
A．物体上升的速度是0.6m/s
B．拉力的功率为40W
C．动滑轮重是20N
D．该滑轮组的机械效率为80%
【解答】解：A、由图甲可知n＝3，物体上升的高度：h=sn=3m3=1m，
则物体上升的速度：v=ℎt=1m5s=0.2m/s，故A错误；
B、由图乙可知拉力F＝50N，
拉力做的总功：W总＝Fs＝50N×3m＝150J，
拉力做功的功率：P=W总t=150J5s=30W，故B错误；
C、因为不计绳重和摩擦时F=1n（G+G动），所以动滑轮的重力：G动＝nF﹣G＝3×50N﹣120N＝30N，故C错误；
D、拉力做的有用功：W有＝Gh＝120N×1m＝120J，
滑轮组的机械效率：η=W有W总×100%=120J150J×100%＝80%，故D正确。
故选：D。
21．（2023•汉阴县二模）用甲、乙两个滑轮组分别将两个物体在相同时间里匀速提升相同高度，拉力分别为F甲、F乙，此过程相关数据如图所示，则下列说法正确的是（ ）
A．F甲比F乙小
B．乙的机械效率更高
C．F甲功率比F乙的功率小
D．甲、乙装置中的两个物体质量m甲比m乙大
【解答】解：D、由图可知，甲滑轮组中，n甲＝3；乙滑轮组中，n乙＝2；
由图丙可知，甲、乙滑轮组的总功和额外功分别为：
W总甲＝1200J、W额甲＝600J，W总乙＝800J、W额乙＝200J，
甲、乙滑轮组做的有用功分别为：W有甲＝W总甲﹣W额甲＝1200J﹣600J＝600J，
W有乙＝W总乙﹣W额乙＝800J﹣200J＝600J，
即W有甲＝W有乙，
由于物体上升的高度相同，由W有＝Gh可知，物重G甲、G乙的大小关系为：G甲＝G乙，
由G＝mg可知，m甲＝m乙，故D错误；
A、由s＝nh可知，绳子自由端移动距离分别为：s甲＝n甲h＝3h，s乙＝n乙h＝2h
即s甲＞s乙，
由W总＝Fs可知，两滑轮组中，绳端拉力分别为：F甲=W总甲s甲=1200J3ℎ=400Jℎ，F乙=W总乙s乙=800J2ℎ=400Jℎ，
即F甲＝F乙，故A错误；
B、甲、乙滑轮组的机械效率分别为：η甲=W有甲W总甲×100%=600J1200J×100%＝50%，η乙=W有乙W总乙×100%=600J800J×100%＝75%，
即η甲＜η乙，故B正确；
C、甲、乙装置中拉力做功的功率分别为：P甲=W总甲t=1200Jt，P乙=W总乙t=800Jt，
即P甲＞P乙，故C错误。
故选：B。
22．（2023•岱岳区一模）如图甲所示，用动滑轮将正方体物块从装有水的容器底部缓慢匀速提起，拉力F随提升高度h变化的关系如图乙所示。物块完全离开水面后，动滑轮的机械效率为87.5%，绳重和摩擦忽略不计，下列说法中正确的是（ ）
①物块的边长为0.5m
②动滑轮重为300N
③提升物块完全离开水面前，动滑轮的机械效率大于87.5%
④将物块提升至上表面与水面相平的过程中拉力F做的功为1650J
A．只有①④B．只有②④C．只有③④D．只有①③
【解答】解：①动滑轮绳子的有效股数n＝2，由图乙可知，物块浸没时绳子的拉力F1＝1375N，
绳重和摩擦忽略不计，由F=1n（G+G动﹣F浮）可得：1375N=12（G+G动﹣F浮）﹣﹣﹣﹣Ⅰ
当物块完全离开水面后绳子的拉力F2＝2000N，
由F=1n（G+G动）可得：2000N=12（G+G动）﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣Ⅱ
由ⅠⅡ可得：F浮＝1250N，
因物体浸没时排开液体的体积和自身的体积相等，
所以，由F浮＝ρ液gV排可得，物块的体积：V＝V排=F浮ρ水g=1250N1.0×103kg/m3×10N/kg=0.125m3，
由V＝L3可得，物块的边长：L=3V=30.125m3=0.5m，故①正确；
②绳重和摩擦忽略不计，物块完全离开水面后，动滑轮的机械效率η=W有W总=W有W有+W额外=GℎGℎ+G动ℎ=GG+G动，
即87.5%=GG+G动−−−−−Ⅲ
由ⅡⅢ可得：G＝3500N，G动＝500N，故②错误；
③绳重和摩擦忽略不计，提升物块完全离开水面前，动滑轮的机械效率：
η'=W有W总=W有W有+W额外=(G−F浮)ℎ(G−F浮)ℎ+G动ℎ=G−F浮G−F浮+G动=3500N−1250N3500N−1250N+500N≈81.8%，
则动滑轮的机械效率小于87.5%，故③错误；
④将物块提升至上表面与水面相平的过程中，由图乙可知，物体上升的高度h＝0.6m，拉力F＝1375N，
绳子自由端移动的距离：s＝nh＝2×0.6m＝1.2m，
此过程中拉力F做的功W＝Fs＝1375N×1.2m＝1650J，故④正确。
故选：A。
23．（2023•雁塔区校级二模）如图甲所示的滑轮组提升物体M，已知物体M所受的重力为550N，卷扬机加在绳子自由端的拉力F将物体M在20s内沿竖直方向匀速提升10m，拉力F做的功W随时间t的变化图象如图乙所示，忽略绳重及摩擦，下列说法正确的是（ ）
A．动滑轮重为50N
B．绳子自由端移动的速度为0.5m/s
C．拉力做功功率为30W
D．该滑轮组的机械效率为83.3%
【解答】解：AC．由图甲可知n＝2，
则物体M沿竖直方向匀速提升10m时，绳子自由端移动的距离：s＝nh＝2×10m＝20m，
由图乙可知，在20s内拉力F做的功：W总＝6000J，
由W总＝Fs可得，绳子自由端的拉力为：F=W总s=6000J20m=300N，
忽略绳重及摩擦，由F=1n（G+G动）可得，动滑轮的重力：G动＝nF﹣G＝2×300N﹣550N＝50N，
拉力做功的功率为：P=W总t=6000J20s=300W，故A正确，C错误；
B．绳子自由端移动的速度：v=st=20m20s=1m/s，故B错误；
D．所做的有用功：W有＝Gh＝550N×10m＝5500J，
滑轮组的机械效率：η=W有W总×100%=5500J6000J×100%≈91.7%，故D错误。
故选：A。
24．（2023•惠山区校级一模）如图甲所示的装置，A是重10N的空吊篮，绳子B和C能承受的最大拉力分别为100N和60N。质量为50kg的小张同学将A提升到高处，施加的拉力F随时间变化关系如图乙所示，A上升的速度v随时间变化关系如图丙所示。忽略绳重及摩擦，（g＝10N/kg）。下列结论正确的是（ ）
①动滑轮的重力为9N
②1～2s内拉力F的功率为2W
③此装置提升重物的最大机械效率约为81.8%
④用此装置匀速提升50N的货物时，小张对地面压力为470N
A．①④B．③④C．③D．②③④
【解答】解：①由图丙可知，在1～2s内A被匀速提升，由图乙可知此时的拉力F＝10N，
由图知n＝2，忽略绳重及摩擦，拉力F=1n（GA+G动），则动滑轮重力：G动＝2F﹣GA＝2×10N﹣10N＝10N，故①错误；
②由图丙可知，1～2s内A上升的速度vA＝0.2m/s，拉力端移动速度：v＝2vA＝2×0.2m/s＝0.4m/s，
1～2s内拉力F的功率：P=Wt=Fst=Fv＝10N×0.4m/s＝4W，故②错误；
③忽略绳重及摩擦，C处绳子拉力：FC=1n（FB+G动），
则当C处最大拉力为60N时，B处拉力为：FB'＝nFC最大﹣G动＝2×60N﹣10N＝110N，大于绳子B能承受的最大拉力100N；
当B处最大拉力为100N时，C处拉力为：FC=1n（FB最大+G动）=12×（100N+10N）＝55N，小于绳子C能承受的最大拉力60N；
所以要以B处最大拉力为准，此时C处的拉力：FC＝55N，
B处的拉力：FB＝GA+G货物＝100N，
此装置最多能匀速运载货物的重力：G货物＝FB﹣GA＝100N﹣10N＝90N，
装置提升重物的机械效率随提升物重的增大而增大，
此装置提升重物的最大机械效率：η=W有W总=G货物ℎFCs=G货物ℎFCnℎ=G货物nFC×100%=90N2×55N×100%≈81.8%，故③正确；
④人的重力：G＝mg＝50kg×10N/kg＝500N，
因为不计绳重和摩擦，所以绳子自由端的拉力：F'=1n（G'+GA+G动）=12×（50N+10N+10N）＝35N，
因此小张对地面的压力：F压＝G﹣F'＝500N﹣35N＝465N，故④错误。
综上所述只有③正确，故C正确。
故选：C。
25．（2023•大足区模拟）用如图甲所示的装置来探究滑轮组的机械效率η与G物的关系，改变G物，竖直向上匀速拉动弹簧测力计，计算并绘出η与G物的关系如图乙所示，若不计绳重和摩擦，则下列说法正确的是（ ）
A．此滑轮组动滑轮的重力为5N
B．当G物＝4N时，滑轮组机械效率为η＝75%
C．当G物＝18N时，弹簧测力计的示数是7N
D．η随G物的增大而增大，最终将达到100%
【解答】解：
A．不计绳重和摩擦，当G＝12N时，η＝80%，滑轮组机械效率为η=W有W总=GℎGℎ+G动ℎ=GG+G动，
由图可知当物体的重力为12N时，滑轮组的机械效率80%，
则有：80%=12N12N+G动，解得G动＝3N，故A错误；
B．不计绳重和摩擦，当G物＝4N时，此时滑轮组的机械效率为：η'=W有W总=G物ℎG物ℎ+G动ℎ=G物G物+G动=4N4N+3N×100%≈57%，故B错误；
C．不计绳重和摩擦，由图可知，滑轮组的动滑轮绕3段绳，当G物＝18N时，弹簧测力计的示数F=13(G物+G动)=13×(18N+3N)=7N，故C正确；
D．使用滑轮组时，克服物重的同时，不可避免地要克服动滑轮重做额外功，所以总功一定大于有用功，由效率公式η=W有W总=G物ℎG物ℎ+G动ℎ=G物G物+G动可知机械效率一定小于1，即同一滑轮组机械效率η随G物的增大而增大，但最终不能超过100%，故D错误。
故选：C。
26．（2023•金坛区一模）某同学用如图所示滑轮组提升物体，绳子自由端竖直移动的距离随时间变化的关系如图中图线a所示，物体上升的高度随时间变化的关系如图中图线b所示。已知物体的质量为450g，所用动滑轮的总质量为50g，g取10N/kg，绳子自由端的拉力F为1.3N．在0～2s的过程中，下列说法中正确的是（ ）
A．绳子自由端移动的速度为5.0cm/s
B．有用功为45J
C．拉力F的功率为0.26W
D．滑轮组的机械效率为90%
【解答】解：
A、由图象可知，在0～2s的过程中，绳子自由端移动的距离s＝40cm＝0.4m，速度为：v=st=40cm2.0s=20cm/s，故A错误；
B、由图象可知，在0～2s的过程中，物体上升的高度h＝10cm＝0.1m，拉力做的有用功W有用＝Gh＝mgh＝0.45kg×10N/kg×0.1m＝0.45J，故B错；
C、拉力做的总功W总＝Fs＝1.3N×0.4m＝0.52J，拉力的功率P=W总t=，故C正确；
D、滑轮组的机械效率η=W有用W总×100%=×100%≈86.5%，故D错误。
故选：C。
27．（2023•蓬江区模拟）如图甲所示，长1m的粗细均匀的光滑金属杆可绕O点转动，杆上有一光滑滑环，用竖直向上的测力计拉着滑环缓慢向右移动，使杆保持水平状态，测力计示数F与滑环离开O点的距离s的关系如图乙所示，则下列说法正确的是（ ）
A．滑环的重力为50NB．滑环的重力为100N
C．杠杆的重力为35ND．杠杆的重力为75N
【解答】解
由图甲可知，金属杆是粗细均匀的一只杠杆，绕O点转动，金属杆的重心在杠杆的中点，阻力F2＝G杆，阻力臂为L2=12L=12×1m＝0.5m，
用竖直向上的测力计拉着滑环缓慢向右移动时，滑环对金属杆的拉力等于测力计的拉力与滑环的重力之差，
由图乙可知，当s＝0.1m时，L1＝0.1m，动力F1＝550N﹣G环，则根据杠杆平衡的条件可得：F1L1＝F2L2，
即：（550N﹣G环）×0.1m＝G杆×0.5m﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣①
当s＝OA＝1m时，L1′＝1m，动力F1′＝100N﹣G环，则根据杠杆平衡的条件可得：F1′L1′＝F2L2，
即：（100N﹣G环）×1m＝G杆×0.5m﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣②
解①②可得：G环＝50N，G杆＝100N，故A正确，BCD错误。
故选：A。
28．（2023•石家庄三模）如图甲所示，用滑轮组拉重物体A沿水平方向匀速运动，物体A受到地面的摩擦阻力为物重的0.5倍，滑轮组的机械效率随物体重力变化的图像如图乙所示。滑轮组的机械效率为80%时，物体A以0.2m/s的速度匀速运动，人对地面的压强为1.25×104Pa。不计绳重、滑轮轴处摩擦，绕滑轮组的绳子承受最大力为600N，人双脚与地的接触面积为300cm2。求：
（1）动滑轮的重力；
（2）滑轮组的机械效率为80%时，拉力的功率；
（3）该滑轮组的最大机械效率。
【解答】解：（1）由乙图可知，当物重为400N时，滑轮组的机械效率为80%，物体A受到地面的摩擦阻力为物重的0.5倍，则摩擦力f＝0.5G＝0.5×400N＝200N，根据力的作用是相互的，滑轮组对物体A的拉力F拉＝f＝200N；
由η=W有W总=W有W有+W额=F拉s物F拉s物+G动s物=F拉F拉+G动可知，动滑轮重力为：
G动=F拉η−f=200N80%−200N＝50N；
（2）由图可知，n＝2，绳子自由端的速度为v绳＝nv物＝2×0.2m/s＝0.4m/s；
绳子自由端的拉力为F=1n（F拉+G动）=12×（200N+50N）＝125N，
则拉力的功率为：
P=Wt=Fst=Fv绳＝125N×0.4m/s＝50W；
（3）当拉力F＝125N 时，人对地面的压强p＝1.25×104Pa，则由p=FS可知，此时人对地面的压力：
F压＝pS＝1.25×104Pa×300×10﹣4m2＝375N，
人对水平地面的压力与地面对人的支持力是一对相互作用力，大小相等，F支＝F压＝375N，
人受到重力、支持力和拉力的作用，处于静止状态，则人的重力：
G人＝F+F支＝125N+375N＝500N，
人的重力小于绳子承受最大力600N，故人能施加的最大拉力Fmax＝500N，
根据Fmax=1n（F拉'+G动）得，重物体A 受到的最大拉力：F拉'＝nFmax﹣G动，
由同一个滑轮组，机械效率随重物重力的增大而增大可知，当拉力Fmax＝500N时，滑轮组的机械效率最大，则该滑轮组的最大机械效率：
η'=W有'W总'=F拉's物'Fmaxs'=F拉's物'Fmax×ns物'=nFmax−G动nFmax=2×500N−50N2×500N×100%＝95%。
29．（2023•南皮县校级模拟）小熊在课外实践活动中，用如图甲所示的滑轮组匀速拉动放在树下一水平面上的不同物体，物体受到的摩擦力从100N开始逐渐增加，每次物体被拉动的距离均为1m。根据测量结果画出了该滑轮组机械效率与物体受到摩擦力大小变化的关系图象，如图乙所示。若不计绳重和绳与滑轮间的摩擦，求：
（1）由图乙可知，当物体受到的摩擦力为100N时，求：动滑轮的重力？
（2）当滑轮组的机械效率为75%，物体以0.1m/s的速度匀速运动时，该滑轮组的有用功率是多大？
（3）当物体与地面的摩擦力为1500N时，体重为500N的小熊竖直向下拉绳，还能用此滑轮组拉动物体吗？用计算结果说明。
【解答】解：
（1）由图乙可知，当物体受到的摩擦力当f1＝100N时，滑轮组机械效率η1＝50%，
通过滑轮组拉动水平面上的物体，则有用功：W有用1＝f1s，
由题知，不计绳重及绳与滑轮间的摩擦，则额外功：W额外＝G动s，
则总功：W总1＝W有用1+W额外＝f1s+G动s，
所以，η1=W有用1W总1=f1sf1s+G动s=f1f1+G动=100N100N+G动=50%，
解得动滑轮重：G动＝100N；
（2）当η2＝75%时，不计绳重及绳与滑轮间的摩擦，此时滑轮组的机械效率：
η2=W有用2W总2=f2sf2s+G动s=f2f2+G动=f2f2+100N=75%，
解得此时的摩擦力：f2＝300N；
则滑轮组的有用功率：
P有=W有用2t=f2st=f2v＝300N×0.1m/s＝30W；
（3）由图可知，n＝3，
不计绳重及绳与滑轮间的摩擦，当f3＝1500N时，拉动物体需要的拉力：
F3=13（f3+G动）=13（1500N+100N）≈533N，
小熊的重力为500N，根据力的作用是相互的，所以小熊给绳子的最大拉力等于其重力为500N，小于533N，故不能用此滑轮组拉动物体。
30．（2023•浠水县校级三模）小南利用图甲的滑轮组，将一实心长方体以0.2m/s的速度匀速从水底拉出水面，图乙是该实心长方体所受拉力F1随时间t变化的图像。（不计摩擦、水的阻力及绳重）。求：
（1）实心长方体浸没时受到的浮力；
（2）实心长方体从水底到露出水面前，上升的高度；
（3）实心长方体从水底到露出水面前，若人对绳的拉力F2做功400J，求此过程中滑轮组的机械效率。
【解答】解：（1）由图乙可知，物体浸没时，测力计示数F1＝200N，
当物体被拉出水面后，物体所受的拉力等于物体的重力，为G＝300N，
所以物体浸没在水中所受到的浮力为F浮＝G﹣F1＝300N﹣200N＝100N；
（2）长方体从水底到刚好露出水面的运动时间为t＝8s，
则长方体上升的高度为h＝vt＝0.2m/s×8s＝1.6m；
（3）实心长方体从水底到露出水面前，有用功为W有用＝F1h＝200N×1.6m＝320J，
此过程中滑轮组的机械效率为η=W有W总×100%=320J400J×100%＝80%。