中考物理二轮复习经典培优模型练专题01机械能与机械能的转化模型（教师版）

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  专题01 机械能与机械能的转化模型  1．如图所示，小明用50N的力，在10s内把重为80N的物体匀速提升50cm，若不计绳重和摩擦，求：(1）拉力的功率；(2）滑轮组的机械效率。【答案】(1）5W；(2）80%【详解】解：(1）动滑轮上绳子的股数为2，拉力做的功拉力的功率(2）滑轮组的机械效率答：(1）拉力的功率5W；(2）滑轮组的机械效率80%。2．东莞香市动物园新进了一头质量为的泰国小象，四只脚掌着地总面积为，运输过程中，工作人员利用电动起重机在内把小象匀速拉到高处的卡车上。求：(1）起重机拉起小象的速度为多少？(2）小象四脚站立在水平地面时，对地面的压强是多少？(3）若电动机的功率是，则这台起重机的机械效率是多少？【答案】(1）；(2）；(3）【详解】解：(1）起重机拉起小象的速度(2）小象受到的重力小象四脚站立在地面时，对地面的压力小象四脚站立对地面的压强(3）电动机做的总功电动起重机对小象做的功起重机的效率答：(1）起重机拉起小象的速度为；(2）小象四脚站立在水平地面时，对地面的压强是；(3）若电动机的功率是，则这台起重机的机械效率是。3．如图所示，是一个工地上运建材的装置图，用滑轮组拉着重的小车A沿水平方向匀速运动，货车受到的摩擦力是货车重力的0.2倍。在内物体移动，拉力做的功为(滑轮的大小可以忽略不计），求：(1）小车A受到绳子的水平拉力；(2）拉力的大小；(3）滑轮组的机械效率。【答案】(1）；(2）；(3）【详解】解：(1）货车受的摩擦力因为货车做的是匀速直线运动，所以它受的拉力和摩擦力是一对平衡力，大小相等，所以货车受到绳子的水平拉力(2）从图中可知，拉力移动距离是物体移动距离的2倍，即根据可知拉力(3）拉力做的有用功滑轮组的机械效率答：(1）小车A受到绳子的水平拉力为；(2）拉力的大小为；(3）滑轮组的机械效率为4．研究物理问题时，常需要突出研究对象的主要因素，忽略次要因素，将其简化为物理模型。如图甲所示，一个质量分布均匀的轮轴，研究它的特点时可以忽略它的质量，将其简化成一个轻质杠大杆如图乙。已知轮半径R是轴半径r的n倍。(1）若所提升物体的重力为G，当作用在轮上的力为F时轮轴匀速转动，不计绳重和摩擦，请证明F=；(2）若该轮轴的轴半径r=10cm，轮半径R=50cm，当施加的拉力F=120N时，使重力G=500N物体匀速上升2m，该轮轴的机械效率是多少？(百分号前保留一位小数）【答案】(1）见详解；(2）83.3%【详解】【详解】解：(1）证明：由题意可知，轮轴相当于一个杠杆，轮轴的中心是杠杆的支点，由杠杆平衡条件可知，因为轮半径R是轴半径r的n倍，所以有 (2）由题意可知，物体上升2m意味绳子绕轴的长度为2m，已知r=10cm，即r=0.1m，其周长为 轮转动的圈数为外轮的半径为R=50cm=0.5m转动的长度为 轮轴的有用功为 总功为 机械效率为 答：(2）该轮轴的机械效率为83.3%。5．装车时，工人用斜面将质量为50kg的物体由地面匀速推到斜面顶端(如图所示），所用时间为10s，斜面长为2m，高为1m，工人所用推力大小为300N，g取10N/kg。求：(1）物体所受重力；(2）推力做功的功率；(3）该斜面的机械效率；(精确到0.1%）(4）物体在斜面上受到的摩擦力的大小。【答案】(1）500N；(2）30W；(3）83.3%；(4）50N【详解】【详解】解：(1）物体所受的重力G=mg=50kg×10N/kg=500N(2）推力所做的功W总=Fs=300N×2m=600J推力做功的功率(3）推动物体所做的有用功W有=Gh=500N×1m=500J该斜面的机械效率(4）将物体推上斜面所做的额外功W额=W总-W有=600J-500J=100J那么物体在斜面上所受的摩擦力答：(1）物体所受重力为500N；(2）推力做功的功率为30W；(3）该斜面的机械效率为83.3%；(4）物体在斜面上受到的摩擦力的大小为50N。6．水平地面上放着重为200N的正方体物块，现用斜面将其由底端匀速拉到顶端，如图所示，已知平行于斜面的拉力为120N，物体移动的距离为2m，升高1m，求：(1）有用功；(2）斜面的机械效率；(3）物块沿斜面向上滑动时所受的摩擦力大小。【答案】(1）200J；(2）83.3%；(3）20N【详解】【详解】解：(1）拉力做的有用功(2）拉力做的总功斜面的机械效率(3）克服摩擦力所做的额外功物块沿斜面向上滑动时所受的摩擦力大小答：(1）有用功为200J；(2）斜面的机械效率为83.3%；(3）物块沿斜面向上滑动时所受的摩擦力大小为20N。7．骑自行车旅行是一种休闲时尚、低碳环保的旅游方式。五一假期，小武和爸爸通过骑行的方式来陶冶身心、欣赏美景。在骑行过程中遇到一段爬坡的路段，小武匀速从坡底骑行到坡顶，已知坡面的长度为10m，坡高为2m，小武的质量为45kg，自行车的质量为15kg，爬坡时小武和车受到的阻力恒为30N。求：(g取10N/kg）(1）小武克服自行车和自身重力做的功；(2）小武骑自行车爬坡的机械效率。【答案】(1）1200J；(2）80%【详解】【详解】解：(1）小武的质量为45kg，小武的重力为 自行车的质量为15kg，车的重力则小武和自行车的总重力小武克服自行车和自身重力做功(2）爬坡时小武和车受到的阻力额外功为总功机械效率答：(1）小武克服自行车和自身重力做的功为1200J；(2）小武骑自行车爬坡的机械效率为80%。8．如图所示是一辆无人驾驶迷你巴士，它依靠激光雷达、摄像头以及5G网络等设备来实现自动驾驶，该巴士使用电池作动力源。为了安全，巴士设计的最大速度是27km/h。某次测试中，满载的巴士以最大速度行驶10min，耗电3.0kW·h，满载巴士总质量为3000kg。(g=10N/kg）(1）5G网络传递信息的媒介是______(选填“光纤”“超声波”或“电磁波”）；(2）测试中，巴士轮胎与水平地面的总接触面积为600cm2，则它对水平地面的压强为多少______？(3）若巴士受到的阻力是车总重力的0.05倍，则测试过程中牵引力做功的功率为多少______？(4）测试过程中该巴士的机械效率为多少______？【答案】     电磁波     5×105Pa     11250W     62.5%【详解】【详解】解：(1）5G通信主要是无线通信，靠电磁波传递信息。(2）由题意可知，满载的巴士质量m=3000kg，巴士与地面的总接触面面积为S=600cm2=0.06m2 巴士对地面的压力大小等于其重力大小，由压力公式可得 (3）由题意可知汽车行驶时的阻力为f=0.05G=0.05mg=0.05×3000kg×10N/kg=1500N汽车以最大速度27km/h=7.5m/s行驶10min，在这期间汽车做匀速直线运动，在水平方向牵引力等于汽车所收到的阻力，即牵引力F=1500N，由功率公式可得 (4）由题意可知，克服阻力所做的功为有用功 汽车耗电量为总功，则 机械效率为答：(1）5G网络传递信息的媒介是电磁波；(2）对地面压强为5×105Pa；(3）牵引力做功功率为11250W；(4）机械效率为62.5%。9．一辆质量为3.5×103kg的汽车不慎陷入泥泞地面，汽车司机组织人们用如图所示的滑轮组将汽车拖出。已知整个过程中，水平拉力F=2×103N，汽车沿水平方向匀速移动了6m，滑轮组的机械效率是90%。求：(1）拉力F做的总功；(2）汽车受到的阻力大小。【答案】(1）3.6×104J；(2）5.4×103N【详解】【详解】解：(1）由图像可知滑轮组动滑轮上绳子的段数为3，拉力F移动的距离s=3×6m=18m拉力做的总功为W总=Fs=2×103N×18m=3.6×104J(2）若汽车受到的阻力为f，汽车移动的距离s0，整个过程的机械效率有        整理得f=3Fη=3×2×103N×90%=5.4×103N答：(1）拉力F做的总功为3.6×104J；(2）汽车受到的阻力大小为5.4×103N。10．如图甲所示是一辆起重车的图片，起重车的质量为9.6t，有四个支撑脚，每个支撑脚的面积为0.3m2，起重时汽车轮胎离开地面。起重机吊臂上的滑轮组在某次作业中将质量为1.2t的货物匀速提升的示意图如图乙所示，钢丝绳的拉力F为5×103N，货物上升过程的s-t图象如图丙所示(不考虑绳重）。求提升货物的过程中：(1）起重车对水平地面的压强；(2）拉力F的功率；(3）滑轮组的机械效率。【答案】(1）9×104Pa；(2）3750W；(3）80%【详解】【详解】解：(1）起重车对地面的压力起重车四个支撑脚与地面积为S=4×0.3m2=1.2m2起重车对地面的压强为(2）由丙图可知，货物匀速运动的速度为由图知，承担物重的绳子段数为3，绳端移动的速度拉力的功率为(3）滑轮组的机械效率答：(1）起重车对水平地面的压强为9×104Pa；(2）拉力F的功率为3750W；(3）滑轮组的机械效率为80%。11．如图所示，杠杆AB在竖直向下的拉力F作用下将一物体缓慢匀速提升，下表是提升物体时采集的信息：求：OA/mOB/m物重G/NA端上升的高度h/mB端下降的距离s/m做的额外功W额外 /J0.40.8400.20.42 (1）有用功；(2）拉力F的大小；(3）杠杆的机械效率。【答案】(1）8J；(2）25N；(3）80%【详解】【详解】解：(1）有用功为W有用=G物h=40N×0.2m=8J(2）总功为W总=W有用+W额外= 8J+2J=10J由W总=Fs，得拉力F的大小(3）杠杆的机械效率答：(1）有用功8J。(2）拉力F的大小25N。(3）杠杆的机械效率80%。12．小刚同学想测量家中一头肥猪的重，如图所示，他用绳将猪绑住挂在木棒的B点，将棒的一端O放在石坎上，人通过挂在A端的测力计拉起木棒的另一端，是木棒刚好达到水平位置；已知测力计的示数F＝320N，OA＝1.6m，OB＝0.4m。问：(1）请你根据以上数据计算猪的重力大约是多少？(2）你认为利用这种方法测出的猪的重力比实际重力偏大还是偏小，并说明产生误差的原因是什么？(3）如果猪的实际重力为1200N猪被拉离地面0.1m，这个过程杠杆装置的机械效率是多少？【答案】(1）1280N；(2）见详解；(3）94%【详解】【分析】【详解】解：(1）由图知F×OA＝G×OB即320N×1.6m＝G×0.4m解得G＝1280N。(2）这种计算方法中忽略了杠杆本身的重力，测出的结果要比实际重力偏大。(3）有用功：W有用＝G实际h＝1200N×0.1m＝120J杠杆的动力臂和阻力臂的关系为OA：OB＝1.6m：0.4m＝4：1猪被拉离地面升高了0.1m，弹簧测力计提高的高度s＝nh＝4×0.1m＝0.4m总功W总＝Fs＝320N×0.4m＝128J这个过程杠杆装置的机械效率答：(1）猪的重力大约是1280N；(2）这种方法测出的猪的重力比实际重力偏大，原因是木棒本身有重力；(3）这个过程杠杆装置的机械效率是94%。13．如图甲所示，物体C静止在水平上，已知C重500N，底面积为250cm2。(1）求物体对地面的压强；(2）用如图乙所示的杠杆提升物体C，杠杆AB可绕O点转动，AO=5cm，OB=10cm，若不计杠杆自重、绳重及摩擦，要使杠杆在水平位置保持静止，求小华在B端对杠杆施加的最小拉力；(3）实际上，小华用300N竖直向下的拉力，使物体匀速升高10cm，B端下降20cm，求杠杆的机械效率。【答案】(1）；(2）；(3）【详解】【分析】【详解】解：(1）物体对地面的压强(2）要使杠杆在水平位置保持静止，小华在B端对杠杆施加的力竖直向下时最小，最小拉力(3）小华做的有用功小华做的总功杠杆的机械效率答;(1）物体对地面的压强为；(2）小华在B端对杠杆施加的最小拉力为；(3）杠杆的机械效率为。14．利用图甲所示滑轮组提升重力为960N的物体A时，拉力F随时间t的变化关系如图乙所示，物体上升的速度v随时间t变化的关系如图丙所示，不计绳重和一切摩擦。(1）在0~1s内物体A上升了0.5m，求此过程中拉力做的功；(2）求在1~3s内拉力做功的功率；(3）求在1~3s内滑轮组的机械效率。【答案】(1）675J；(2）1200W；(3）80%【详解】【详解】解：(1）在0~1s内，由图乙可知，拉力F1=450N，绳子自由端移动的距离为s1=nh1=3×0.5m=1.5m拉力做的功为W总1=F1s1=450N×1.5m=675J(2）在1~3s内，由图乙可知，拉力F2=400N，由图丙可知，物体上升的速度为v=1.0m/s，拉力做功的功率为(3）在1~3s内，物体上升的高度为h2=vt=1.0m/s×2s=2m故克服物体重力做的功为W有=Gh2=960N×2m=1920J绳子自由端移动的距离为s2=nh2=3×2m=6m拉力做的功为W总2=F2s2=400N×6m=2400J滑轮组的机械效率为答：(1）在0~1s内物体A上升了0.5m，此过程中拉力做了675J的功；(2）在1~3s内拉力做功的功率为1200W；(3）在1~3s内滑轮组的机械效率是80%。15．如图是液压起重车的示意图。使用时液压杆将起重臂顶起，同时通过与钢索连接的电动机工作，可将重物吊起到需要的地方。(不计摩擦阻力）(1)如图所示A处的滑轮是______滑轮；液压杆顶起起重臂的过程中，该起重臂可看作一个______杠杆；(2)当起重臂在如图位置稳定后，启动电动机将重为6000N的物体以一定的速度匀速吊起，此时滑轮组的机械效率是75%，则电动机对钢索的拉力为多少______？(3)若在6000N的物体，增加了200kg的物块，此时滑轮组的机械效率为多少______？【答案】     动     费力     4000N     80%【详解】【分析】【详解】(1)[1]从图中可以看到，重物上升时，A处的滑轮也在上升，那么A处的滑轮是动滑轮。[2]从图中可以看到，液压杆顶起起重臂的过程中，支点在附近，重物产生重力的阻力臂大于动力臂，即动力臂较小，根据杠杆的平衡条件可知，动力较大，要出的力大，那么该起重臂可看作一个费力杠杆。(2)[3]从图中可以看到，托着动滑轮的绳子是两条，那么拉力端移动距离s=2h，滑轮组的机械效率电动机拉力电动机对钢索的拉力为4000N。(3)[4]由于不计摩擦阻力，这是一个动滑轮，由上述可知，电动机对钢索的拉力和动滑轮重力、重物重力的关系是代入数据解得动滑轮重力为2000N；若在6000N的物体，增加了200kg的物块，这200kg的物块重力是这时物体总重是而电动机对钢索的拉力和动滑轮重力、重物重力的关系是解得此时滑轮组的机械效率是此时滑轮组的机械效率是。答：(1)如图所示A处的滑轮是动滑轮；液压杆顶起起重臂的过程中，该起重臂可看作一个费力杠杆；(2)当起重臂在如图位置稳定后，启动电动机将重为6000N的物体以一定的速度匀速吊起，此时滑轮组的机械效率是75%，则电动机对钢索的拉力为4000N；(3)若在6000N的物体，增加了200kg的物块，此时滑轮组的机械效率为。