重难点18机械效率-2022年中考物理热点及重难点专练试卷（原卷+解析）

专项三  力学

重难点18  机械效率

【重点知识梳理】

18.1机械效率的定义与计算公式

1.有用功：为达目的，必须要做的功。符号：W有，单位：焦耳（J）。

2.额外功：使用机械时，克服机械自重与摩擦等多做的功。符号：W额，单位：焦耳（J）。

3.总功：有用功与额外功之和。即：W总= W有+ W额 。符号：W总，单位：焦耳（J）。

注意：额外功不等于无用功。额外功是不得不做的功。因为使用机械时，必须克服机械自身的重力、摩擦力等而做功。但是无用功是不需要做的，与完成有用功无任何关系的。

4.机械效率：有用功与总功的比值。通常用百分数表示。符号：η。公式：η= ×100%。变形公式：W有=ηW总；W总= 。η一定小于100%！

18.2滑轮组的机械效率的计算

滑轮组的机械效率计算主要公式

18.3测量滑轮组竖直提升重物时的机械效率

1.探究影响滑轮组效率的实验中：要匀速竖直地拉动绳子。因为这样弹簧测力计的示数才等于拉力。

2.结论：同一滑轮组，提起的重物越重，机械效率越高；提起相同的重物，滑轮组越简单，动滑轮重越小，机械效率越高。

18.4斜面的机械效率

1.斜面：一个与水平面成一定夹角的倾斜平面。若不考虑摩擦，斜面长是斜面高的几倍，拉力或推力就是物体所受重力的几分之一，即： F=。

2.在斜面上匀速拉动物体时：W总=FL（F= +f）；W有=Gh；η= ×100%；斜面对物体的摩擦力：f=F - 。

【难点知识突破】

18.1滑轮组的机械效率

计算滑轮组的机械效率，首先要分析清楚各量具体是什么，特别要区分清楚是物体的，还是拉力的！其次，准确数出（算出）绳子提起重物的股数。第三，注意单位的统一。

【例题分析】

【例1】（2021天津）利用图所示的滑轮组先后匀速提升重为200N和150N的物体。已知提升200N的物体时，绳子自由端的拉力为125N，拉力的功率为125W。若两次物体上升的速度相同，不计摩擦和绳重，则提升重为150N的物体时（　　）

A．机械效率为80% B．机械效率为75%

C．拉力的功率为50W D．拉力的功率为100W

【答案】BD

【解析】由图n=2，动滑轮自重为:G动=2F1-G1=2×125N-200N=50N，绳自由端速度为:v= = =1m/s，提150N物体时，机械效率为：η= ×100%= ×100%= ×100%= ×100%=75%。拉力为：F2= = =100N，功率为P2=F2V=100N×1m/s=100W。

所以AC错，BD正确。选BD。

【巩固练习】

1．（2021重庆）如图所示的滑轮组，500N的拉力F在10s内将重800N的箱子匀速提升了2m，不计绳重及摩擦，下列说法正确的是（　　）

A．定滑轮的作用是省力                   B．滑轮组机械效率为80%

C．动滑轮的重力为100N                   D．拉力F的功率为100W

【答案】B

【解析】A．定滑轮既不省力也不费力，只能改变力的方向，A错。

B．有用功为克服物体重力做的功，所以有用功为：W有=G物h=800N×2m=1600J，连接动滑轮的绳子有两股，物体上升2m，因此绳子自由端移动的距离为4m。拉力做的总功为：W总=Fs=500N×4m=2000J，

因此机械效率为：η= ×100%= ×100%=80%,B正确。

C．对动滑轮和物体做受力分析，向上受到两股绳子拉力，向下受到动滑轮和物体的总重力，因此有：

G动+G物=2F，带入数据得：G动=2F-G物=2×500N-800N=200N,C错。

D．拉力的功率：P= = =200W，D错。选B。

2．（2021云南）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，下列选项正确的是（　　）

A．物块的边长为0.6m

B．动滑轮重为300N

C．提升物块完全离开水面前，动滑轮的机械效率大于87.5%

D．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

【答案】D

【解析】A．由图，0.6m开始出水，1.1m完全出水，所以物块边长为0.5m，A错。

 B．物块完全离开水面后，拉力2000N，动滑轮的机械效率为:

η= ×100%= ×100%= ×100%= ×100%= ×100%  =87.5%。

解得G=3500N，动滑轮重为:G1=2F-G=2×2000N-3500N=500N,B错。

C．提升物块完全离开水面前，因为存在浮力，所以对物体的实际拉力小于重力，所以机械效率小于87.5%，C错。

D．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:W=2F1h1=2×1375N×0.6m=1650J,D正确。选D。

3．（2021衡阳）（多选）如图所示，一位同学用滑轮组拉着重的物体A，使它内在水平面上匀速前进，水平拉力，若与地面的摩擦力是物重的0.2倍，下列说法正确的是（　　）

A．他做的总功是 B．他做的有用功是

C．拉力做功的功率是 D．该滑轮组的机械效率是

【答案】AD

【详解】A．滑轮组的动滑轮绕2段绳，绳子自由端移动的距离:s=2s物=2×1m=2m，

总功W总=Fs=75N×2m=150J,A正确。

B．摩擦力f=0.2G=0.2×450N=90N，他做的有用功W有=fs物=90N×1m=90J,B错。

C．拉力做功的功率P= = = 30W，C错。

D．该滑轮组的机械效率：η= = ×100%=60% 。D正确。选AD。

4.（2021成都）（多选）工人用如图所示装置把重为1000N的物体，从斜面底部匀速拉到2m高的平台上（斜面与水平地面的夹角为30°），用时20s。工人对绳子的拉力为400N，动滑轮重为20N，不考虑绳重和滑轮转轴的摩擦，下列计算结果正确的是（　　）

A．绳子对物体的拉力为780N           B．绳子对物体做的功为4000J 

C．工人做功的功率为100W               D．整个装置的机械效率为62.5%

【答案】AD

【解析】A.从图中可知绳子的股数n＝2，工人对绳子的拉力为F＝400N，对动滑轮受力分析，受到上面的两段绳子对其竖直向上的拉力、竖直向下的重力和下面的绳子对其竖直向下的拉力F绳，则2F＝G动+F绳，得出F绳＝2F﹣G动＝2×400N﹣20N＝780N,故绳子对物体的拉力也为780N，A正确。

B.斜面与水平地面的夹角为30°，平台高2m，根据数学知识可知斜面的长为s＝4m，绳子对物体做的功W＝F绳s＝780N×4m＝3120J，B错。

C.绳子自由端移动的距离s′＝2×4m＝8m，工人做的功W总＝Fs′＝400N×8m＝3200J，工人做功的功率P= = = 160W，C错。

D.有用功W有用＝Gh＝1000N×2m＝2000J，整个装置的机械效率：

η= = ×100%=62.5%，D正确。选AD。

5.（2021北京）（多选）如图所示，用滑轮组提升所受重力为900N的物体A，滑轮组绳子自由端在拉力F作用下竖直匀速移动了12m，同时物体A被竖直匀速提升了4m，用时40s，滑轮组的额外功是400J，下列说法中正确的是（　　）

A．动滑轮所受的重力为100N            B．物体A上升的速度是0.3m/s 

C．拉力F的功率是100W                D．滑轮组的机械效率是90%

【答案】CD

【解析】A.物体A被提高了h＝4m，由于动滑轮随物体一起运动，动滑轮提升的高度也是h＝4m，

不计绳重和摩擦，提升动滑轮做的功为额外功，由W额＝G动h得动滑轮重力：G动= = =100N，

但题目没有提供“不计绳重和摩擦”这一条件，动滑轮的重力不等于100N，A错。

B.物体上升的速度：V物= = =0.1m/s，B错。

C.拉力做的有用功：W有用＝Gh＝900N×4m＝3600J，拉力做的总功：W总＝W有用+W额＝3600J+400J＝4000J，

拉力的功率：P= = = 100W，C正确。

D.滑轮组的机械效率：η= = ×100%=90%，D正确。选CD。

6.（2021海南）如图所示，利用滑轮组把物体匀速提升一定高度，该滑轮组有______ 段绳子承担物重，在绳子承受范围内，不计绳重和摩擦，若增加所提升的物重，则滑轮组的机械效率将______ （选填“变大”“变小”或“不变”）。
 

【答案】2    变大

【解析】由图可知：从动滑轮上直接引出的绳子股数为2，则该滑轮组有2段绳子承担物重。在绳子承受范围内，不计绳重和摩擦，若增加所提升的物重，拉力做的有用功变大，而额外功不变，有用功在总功中所占的比例变大，滑轮组的械效率变大。

7．（2021陕西）如图所示，工人师傅用沿斜面向上1000 N的推力。将重为2000 N的物体从斜面底端匀速推至斜面顶端。已知斜面长4m、高1.5m，则此过程中的有用功为______J ，斜面的机械效率为______。使用斜面可以______ （选填“省力”或“省功”）。 

【答案】3×103    75 %    省力   

【解析】斜面作为简单机械使用时，有用功等于克服物体重力做的功，因此

W=Gh=2000N×1.5m=3×103J。总功等于推力做的功，因此W总=FS=1000N×4m=4×103J，所以，机械效率为：η= = ×100%=75%。任何机械都不能省功，反而会需要做额外功。使用斜面的时候，推力比重力小，因此可以省力。

8.（2021攀枝花）如图所示，固定的斜面长s＝1.2m，高h＝0.3m。沿斜面向上用5N的拉力在2s内把一个重16N的物体从斜面底端匀速拉到顶端。拉力的功率为 　　W，斜面的机械效率为 　　。

【答案】3    80%

【解析】拉力所做的总功为：W总＝Fs＝5N×1.2m＝6J；拉力的功率为：P= = = 3W。此过程所做的有用功为：W有＝Gh＝16N×0.3m＝4.8J；则斜面的机械效率为：

η= = ×100%=80% 。

9．（2021安徽）如图，用滑轮组将一重物竖直向上匀速提升2m，所用拉力F=100N，若该过程中滑轮组的机械效率为80%，则滑轮组对重物做的有用功为______J。

【答案】320

【解析】滑轮组的动滑轮绕2段绳，绳子自由端移动的距离s=2h=2×2m=4m，总功

W总=Fs=100N×4m=400J，对重物做的有用功为：W有=W总η=400J×80%=320J。

10．（2021江苏）用定滑轮匀速提升质量为10kg的物体，所用的拉力为110N，物体在2s内升高0.5m，此过程中的有用功是______J，定滑轮的机械效率是______%，拉力的功率是______W。（g取10N/kg）

【答案】50    90.91    27.5   

【解析】有用功是：W有=Gh=mgh=10kg×10N/kg×0.5m=50J。因为是定滑轮，所以总功为：

W总=Fh=110N×0.5m=55J，则机械效率是：η= = ×100%=90.9% 。

拉力的功率是：P= = = 27.5W。

11．（2021邵阳）利用斜面把重60N的物体从斜面底端匀速拉到斜面顶端，已知斜面长1.5m，高0.4m，机械效率为80%，则拉力的大小为______N。

【答案】75

【解析】有用功等于克服物体的重力做的功为：W=Gh=60N×0.4m=24J，可得，拉力做的功为：

W总= = = 30J，又由W=FS可知，拉力的大小为: F= = =75N。

12．（2021凉山）如图所示，利用轻质滑轮匀速拉动水平地面上重300N的A物体，使A物体在10s内向右移动了2m，若A物体受到的摩擦力大小为20N，拉力F大小为50N，则：弹簧测力计的示数为______；水平拉力F所做的功为______，功率为______；滑轮的机械效率为_______。

【答案】20N    50J    5W    80%   

【解析】对A进行受力分析，其受到了绳子向右的拉力和摩擦力，因做匀速运动，绳子拉力与摩擦力是平衡力，故绳子拉力等于摩擦力等于20N，由于同一根绳子拉力处处相同，故弹簧测力计的示数为20N。拉力F移动的距离是物体的移动距离的一半，故拉力F移动的距离为1m，拉力做功为:

W总=FS=50N×1m=50J,故拉力做功为50J。拉力的功率为: P= = =5W。拉力的功率为5W。滑轮的机械效率为：η= = = ×100%=80% 。

13．（2021·遂宁）涪江六桥建筑工地上矗立的塔吊，是用电动机来带动滑轮组提升重物的设备。如何提高滑轮组机械效率，节约电能呢？为此同学们进行了“影响滑轮组机械效率因素”的实验探究，用到的装置如图，实验数据记录如下表所示：

（1）实验中应沿竖直方向    拉动弹簧测力计。

（2）分析表中数据可知：第4次实验是用    图所示装置来完成的。

（3）通过比较1、2两次实验数据可得出：使用同一滑轮组提升相同重物，滑轮组的机械效率与重物上升高度无关。

（4）通过比较    两次实验数据可得出：同一滑轮组提升的物体越重，滑轮组机械效率越高(填实验次数的序号)。

（5）通过比较3、4两次实验数据可得出：不同滑轮组提升相同重物，动滑轮越重机械效率越小。

（6）为提高滑轮组机械效率节约电能，根据以上结论和生活经验，你建议可采取的措

施有（多选）    。

A. 减轻动滑轮重          B. 增加所提物体重

C. 机械加润滑油           D. 增加重物上升高度

【答案】（1）匀速       （2）丙        （4）1、3          （6）ABC

【解析】（1）实验时要竖直向上匀速拉动弹簧测力。

（2）第4次实验，绕在动滑轮上绳子的股数n= = =5，所以第4次实验是用丙图所示装置来完成的。

（4）通过比较1、3两次实验数据可得出：同一滑轮组提升的物体越重，滑轮组机械效率越高。

（6）根据η= = 可知，为提高滑轮组的机械效率，可以减轻动滑轮重力、或 机械加润滑油来减小额外功，或 增加所提物体重力增大有用功，增加重物上升高度不能改变机械效率，ABC正确。

14．（2021泰安）如图所示，甲工人用水平推力F甲推动重为750N的货物，在水平路面上匀速移动2m至仓库门口A处，用时10s，此过程中甲工人做功的功率P甲=30W；乙工人接着使用滑轮组拉动该货物在同样的路面上匀速移动3m到达指定位置B，拉力F乙为80N。求：

（1）甲工人做的功；（2）该滑轮组的机械效率。

【答案】（1）300J    （2）62.5%

【解析】（1）甲工人做的功：W甲=P甲t=30W×10s=300J。

（2）货物与地面的摩擦力：f= F甲= = =150N，滑轮组对货物的拉力：F牵=f=150N，

滑轮组的机械效率：η= ×100%= ×100%= ×100%= ×100%=62.5%。

答：（1）甲工人做的功为300J；（2）该滑轮组的机械效率为62.5%。

15．（2021南充）如图所示，图甲是某大型起吊装置，图乙是其机械起吊部分的简化示意图，已知物体A质量为500kg，底面积为1.25m2，不计绳重量、机械部分摩擦和水的阻力，请完成以下问题。（g=10N/kg）

（1）起吊前物体A静止在地面上，其对地面的压强是多少？

（2）如图乙所示，当绳子自由端的拉力为1000N时，地面对物体A的支持力为1650N，增加绳子自由端的拉力后物体A被成功匀速提升2m，请计算此时整个机械的机械效率。

（3）工人师傅利用该装置将另一物体B以0.1m/s的速度匀速放入水中过程中，绳子拉力功率随时间变化关系如图丙所示，请计算物体B的密度。（）

【答案】（1）4000Pa   （2）88.5%   （3）2.7×103kg/m3

【解析】（1）物体A质量为500kg，g=10N/kg，物体A的重力：GA=mAg=500kg×10N/kg=5000N，物体A静止在地面上，它对地面的压力大小等于其自身的重力大小，底面积为1.25m2，则根据p=F/s可知，其对地面的压强：p= = = =4000Pa。

（2）物体A静止在地面时，对物体A受力分析，它受到重力、滑轮组对它的拉力、地面对它的支持力作用，则滑轮组对物体A的拉力：F拉=GA-F支=5000N-1650N=3350N,滑轮组对物体A的拉力是3350N；

根据F= 得动滑轮的重力：G动=nF-F拉=4×1000N-3350N=650N，提升重物过程中所做有用功：

W有=GAh=5000N×2m=1×104J，提升重物过程中所做的额外功：W额=G动h=650N×2m=1300J，滑轮组的机械效率:η= ×100%= ×100%= ×100%≈88.5%。

（3）4条绳子托着动滑轮，物体B以0.1m/s的速度匀速运动，则绳端移动的速度：

v绳=4×0.1m/s=0.4m/s，从图丙可以看到，物体B未接触水面前，绳端拉力功率P=335W，由P=Fv得，物体B未接触水面前绳端的拉力：F1= = =837.5N，由F1= ，可得，物体B的重力：

GB=4F1-G动=4×837.5N-650N=2700N，又因为物体B全部浸没在水中时绳端的拉力：

F2= = =587.5N。所以物体B全部浸没在水中时滑轮组对物体B的拉力：

F′=4F2-G动=4×587.5N-650N=1700N，物体B在水中所受浮力：F浮= GB-F′=2700N-1700N=1000N。

根据F浮=ρ水gV排=ρ水gVB，可知，物体B的体积：VB= V排= = =0.1m3。

由G=mg得，物体B的质量：mB= = =270kg，再根据ρ=m/v可知物体B的密度：

ρB= = =2.7×103kg/m3。

答：（1）起吊前物体A静止在地面上，其对地面的压强是4000Pa；（2）此时整个机械的机械效率约是88.5%；（3）物体B的密度是2.7×103kg/m3。