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1、
第八講 機械與人
第二節(jié) 功 功率和機械效率
(建議時間:35分鐘)
基礎(chǔ)過關(guān)
一、選擇題
1. (2019龍東)如圖所示,力對物體做功的是( )
2. (2019邵陽)參加今年邵陽市初中畢業(yè)學業(yè)考試的王小鵬同學聽到考試預備鈴響了,考室還在四樓呀!一口氣從一樓跑到四樓考室,所用時間為30秒.他上樓過程克服自身重力做功的功率最接近( )
A. 1.5 W B. 15 W C. 150 W D. 1 500 W
3. (2019連云港)物體在水平地面上做直線運動,當物體運動的路程和時間圖像如圖甲時,受到的水平推力為F1;當物體運動的速度和
2、時間圖像如圖乙時,受到水平推力為F2.兩次推力的功率分別為P1、P2.則下列關(guān)系正確的是( )
第3題圖
A. F1=F2 P1>P2 B. F1=F2 P1<P2
C. F1>F2 P1>P2 D. F1<F2 P1>P2
4. (2019瀘州改編)用如圖所示的滑輪組勻速豎直提升物體,不計一切摩擦和繩重.下列判斷正確的是( )
第4題圖
A. 該滑輪組繩自由端拉力F的大小一定等于所提物體重力的三分之一
B. 用該滑輪組提升不同的物體,物體越重,其機械效率越大
C. 通過改進該滑輪組的性能可以使提升物體的機械效率達到100%
D. 其他條件不變,僅
3、將滑輪組中的動滑輪重力變大,其機械效率變大
5. (2019長春)如圖所示,用甲、乙滑輪組在相同時間內(nèi)分別將A、B物體勻速提升相同高度,已知物體受到的重力GA>GB,滑輪組的機械效率η甲<η乙(忽略繩重和摩擦).下列判斷正確的是( )
第5題圖
A. 兩滑輪組繩端移動的距離相等
B. 甲滑輪組的有用功比乙的少
C. 甲滑輪組的總功率比乙的小
D. 甲滑輪組的動滑輪比乙的重
6. (2019鐵嶺)如圖所示,工人用160 N的拉力F將重為300 N木箱10 s內(nèi)勻速拉到長3 m、高1 m的斜面頂端.下列說法正確的是( )
第6題圖
A. 拉力F做功的功率是16 W
4、B. 克服木箱重力做功是900 J
C. 斜面的機械效率是62.5%
D. 若只改變斜面的傾斜角度,斜面的機械效率不變
7. (2019衡陽)如圖所示,用滑輪組提升900 N的物體,使它在10 s內(nèi)勻速上升1 m.已知所用的拉力F為400 N.則在提升重物的過程中(不計繩重和摩擦),下列說法正確的是( )
第7題圖
A. 拉力做功的功率為90 W
B. 拉力在這10 s內(nèi)做的功為400 J
C. 動滑輪的重力為300 N
D. 若用該滑輪組勻速提升更重的物體時,則繩子拉力會變大,但機械效率不變
二、填空題
8. (2019連云港改編)小明同學用20 N的水平推力,將重
5、為280 N的購物車沿水平地面向前推動了10 m,在此過程中,推力對購物車做功______J,購物車的重力做功______J.
9. (2019岳陽)如圖,動滑輪實質(zhì)上是一個________(選填“省力”或“費力”)杠桿,用60 N的拉力將沙桶從地面提到9 m高的樓上,拉力做的功是________J.
第9題圖
10. (2019銅仁)一電動抽水機10秒內(nèi)把100 kg的水抽到10 m高的水池中,則抽水機至少對水做功________J.在抽水的過程中,若抽水機共消耗的電能是1.25×104 J,則抽水機的效率是________.(g=10 N/kg)
11. (2019樂山)在斜面
6、上將一個重600 N的物體勻速拉到高處,沿斜面向上的拉力F=400 N,拉動的距離s=4.5 m,提升高度h=1.8 m,所用時間t=30 s.則拉力F做功的功率為________W,此過程中物體受到的摩擦力為________N.
第11題圖
12. (2019龍東)如圖所示,小聰用滑輪組拉動水平地面上重為500 N的物體A,使它勻速前進2 m,地面對它的摩擦力為150 N,小聰施加的拉力F=100 N(忽略繩重和滑輪重),則滑輪組做的有用功為________J,滑輪組的機械效率為________.
第12題圖
三、實驗題
13. (2019遂寧)在“測量滑輪組機械效率”的實
7、驗中,某組同學選擇了如圖所示的兩種滑輪組進行多次實驗,記錄的實驗數(shù)據(jù)如下表:
第13題圖
實驗次數(shù)
鉤碼重G/N
鉤碼上升高度h/cm
拉力F/N
繩端移動距離s/cm
機械效率
1
0.5
10
30
2
1.5
10
0.8
30
62.5%
3
0.5
10
0.5
40
25.0%
4
1.5
10
0.7
40
53.6%
(1)根據(jù)表中數(shù)據(jù)可以判斷出第一次實驗所選擇的是________(選填“甲”或“乙”)滑輪組.
(2)在第一次實驗中,當________拉動滑輪組時,彈簧測力計示數(shù)如圖丙所示,拉力F為___
8、_____N;該次實驗滑輪組的機械效率是________(計算結(jié)果精確到0.1%).
(3)機械效率是機械性能好壞的重要標志.結(jié)合生產(chǎn)生活實際,分析實驗數(shù)據(jù)可知,下列提高機械效率的措施不可行的是________(選填符號).
A. 增加所提物重 B. 減輕機械自重
C. 機械加潤滑油 D. 增加重物上升高度
四、綜合應用題
14. (2019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;
(2)拉力F做的
9、功;
(3)該滑輪組的機械效率.
第14題圖
參考答案及解析
第二節(jié) 功 功率和機械效率
基礎(chǔ)過關(guān)
1. C 【解析】做功的必要條件是:一是要有力,二是需要在力的方向上產(chǎn)生距離;A圖有力的作用,但沒有移動的距離,所以沒有做功;B圖有向上拉力的作用,也有向前距離的移動,因運動的方向與力的方向垂直,所以沒有做功;C圖手掌對雞蛋有一個向上的托力,使雞蛋相應的向上運動了一定距離,滿足做功條件;D圖舉重運動員將杠鈴舉起保持靜止,雖然有力作用在杠鈴上,但杠鈴沒有在力的方向上運動一定的距離,故沒有做功;只有C符合題意,故選C.
2. C 【解析】每層樓房的高度約為3 m,移動
10、的高度為9 m,初中生所受的重力約為500 N,則小鵬做的功約為W=Gh=500 N×9 m=4 500 J,做功的功率約為P===150 W.故選C.
3. B 【解析】圖甲中,物體運動的路程與所用的時間成正比,做勻速直線運動,物體的速度為v1===2 m/s,圖乙中,物體的速度不隨時間的改變而改變,做勻速直線運動,物體的速度v2=4 m/s,可知F1=F2=f,C、D錯誤;由P=Fv可知,P1
11、不計繩重和摩擦,額外功不變,有用功占總功的比值越大,機械效率越高,B正確;實際生活中,滑輪組的機械效率不可能達到100%,C錯誤;保持其他條件不變,當增大動滑輪的重力時,滑輪組所做的有用功不變,額外功增大,總功增大,所以滑輪組的機械效率變小,D錯誤.故選B.
5. D 【解析】由圖可知,承擔物重的繩子段數(shù)分別為n甲=3,n乙=2,則s甲=3h,s乙=2h,則兩滑輪組繩端移動的距離不相等,A錯誤;已知物體受到的重力GA>GB、上升的高度相同,根據(jù)W有=Gh可知,甲滑輪組的有用功比乙的多,B錯誤;由于W有甲>W(wǎng)有乙,已知滑輪組的機械效率η甲<η乙,由η=×100%可得,甲滑輪組的總功比乙的大,已
12、知時間相同,由P=可知,甲滑輪組的總功率比乙的大,C錯誤;忽略繩重和摩擦,由η=×100%=×100%=×100%可得,η甲=×100%,η乙=×100%,因為GA>GB,η甲<η乙,所以甲滑輪組的動滑輪比乙的重,D正確.故選D.
6. C 【解析】拉力F做的總功W總=Fs=160 N×3 m=480 J,時間t=10 s,所以功率P===48 W,A錯誤;克服木箱重力做的功是有用功,所以有用功W有用=Gh=300 N×1 m=300 J,B錯誤;斜面的機械效率η=×100%=×100%=62.5%,C正確;斜面的機械效率為η=×100%=×100%=sinθ×100%,所以斜面與地面的夾角
13、θ越大,斜面的機械效率越大,D錯誤.故選C.
7. C 【解析】由圖可知,有三段繩子承擔重物,s=3h=3×1 m=3 m,拉力做的功W=Fs=400 N×3 m=1 200 J,拉力做功的功率為P===120 W,A、B錯誤;G動=3F-G物=3×400 N-900 N=300 N,C正確;用該滑輪組勻速提升更重的物體時,繩子拉力變大,額外功不變,有用功增加,機械效率變大,D錯誤.故選C.
8. 200 0 【解析】推力對購物車做的功W=Fs=20 N×10 m=200 J;購物車在重力的方向上沒有移動距離,重力做功0 J.
9. 省力 1 080 【解析】動滑輪在使用時,動力臂是輪直
14、徑,阻力臂是輪半徑,實質(zhì)上是一個省力杠桿;圖中拉力做的功W=Fs=Fnh=60 N×2×9 m=1 080 J.
10. 1×104 80% 【解析】抽水機10秒鐘內(nèi)對水做的功至少為W=mgh=100 kg×10 N/kg×10 m=1×104 J;在抽水的過程中,抽水機消耗的電能W電=1.25×104 J,所以抽水機的效率:η=×100%=×100%=80%.
11. 60 160 【解析】拉力F做的總功W總=Fs =400 N×4.5 m=1 800 J,拉力F做功的功率P ===60 W;有用功W有用= Gh =600 N×1.8 m=1 080 J,克服摩擦力做的額外功W額外=W總
15、-W有用=1 800 J-1 080 J=720 J,摩擦力f ===160 N.
12. 300 75% 【解析】物體勻速前進,所以有平衡力T=f,則W有= Ts=fs =150 N×2 m=300 J;由圖知與動滑輪連接的繩子段數(shù)為n=2,拉力F=100 N,則W總=Fns,η=×100%=×100%=75%.
13. (1)甲 (2)勻速 0.4 41.7% (3)D
【解析】(1)分析表中的第一次實驗數(shù)據(jù)可以看出,s=3h,讀圖可知,甲圖中承擔物重的繩子段數(shù)n=3,因此選擇的是甲滑輪組;(2)實驗中應沿豎直方向勻速拉動彈簧測力計,使鉤碼上升,此時系統(tǒng)處于平衡狀態(tài),測力計示數(shù)
16、等于拉力大小;圖丙中彈簧測力計的分度值為0.2 N,則示數(shù)為0.4 N;此時滑輪組的機械效率:η=×100%=×100%=×100%≈41.7%;(3)提高滑輪組機械效率可以增大提升的物重、換用輕質(zhì)的動滑輪、加潤滑油減小摩擦,增加重物上升高度不能提升滑輪組的機械效率,故選D.
14. 解:(1)小夏對地面的壓力F壓=G-F=500 N-200 N=300 N
小夏對地面的壓強p===7.5×103 Pa
(2)繩自由端向下移動的距離s=2h=2×2 m=4 m
拉力F做的功W總=Fs=200 N×4 m=800 J
(3)對重物做的有用功W有=Gh=280 N×2 m=560 J
滑輪組的機械效率η=×100%=×100%=70%
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