資源簡介

2019浙教版中考第二輪復習物理——4、功、功率和機械


(
模塊一:功與功率
)
(
1.基礎回顧
)

如圖所示, 用大小相等的拉力、、使同一個物體分別沿著水平面、斜面和豎直方向移動相同的距離, 拉力、、所做的功分別是、、．下列正確的是( )







A． B． C． D．
A

如圖甲所示, 水平地面上的一物體, 受到方向不變的水平推力F的作用, F的大小與時間t的關系和物體速度v與時間t的關系如圖乙所示, 則第2秒末時, 物體處于__________狀態, 第6秒末到第9秒末, 推力F做功是_________焦耳




靜止 24

(
機械中的功與功率
)
豎直滑輪組的熱身:
用如圖所示的滑輪組提升重物, 不計繩重和滑輪軸處摩擦.當重物A以0 .1m/s的速度勻速上升時, 拉力F的功率為9W；當在A的下方加掛一個重為90N的物體B勻速提升時, 滑輪組的機械效率是90%, 則只提升重物A時滑輪組的機械效率為 .
80%

如圖是利用滑輪組勻速提升水中圓柱體M的示意圖. 滑輪組固定在鋼架上, 兩個滑輪質量相等, 繞在滑輪組上的繩子能承受的最大拉力為900N, 連接圓柱體的繩子能承受的最大拉力為3000N. 圓柱體高為3m, 底面積為0.02m?, 密度為4.5×10?kg/m?. 在繩端拉力F的作用下, 圓柱體從下表面到水面距離15m處勻速上升到上表面與水面相平的過程用時3min. 在這個過程中, 拉力的功率為160W, 滑輪組的機械效率為η, 鋼架對滑輪的拉力為T. 圓柱體緩慢出水的過程中, 下表面受到水的壓強為p. 不計繩子重力、摩擦及水的阻力.g取10N/kg.下列選項正確的是( )
A、壓強p的最小值為15000Pa B、拉力T的大小為2700N
C、拉力F的大小為640N D、滑輪組的機械效率為90％
A
解析:首先可以求出物體的體積V=3m×0.02m?=0.06m3,
物體的質量是: m=4.5×10?kg/m?×0.06m3=270kg, G=2700N;
物體在水中受到的浮力大小:F浮=1.0×10?kg/m?×0.06m3×10N/kg=600N
物體在水中上升的速度:v=12m÷180s=,
繩子上升的速度:v’=()×3=; 繩子的拉力大小為:F=160w÷=800N
通過受力分析可以得到:3F= G動+ G+F浮, G動=800N×3－(2700N－600N) =300N;
滑輪組的機械效率:η=; 拉力T=800N×2+300N=1900N;
當壓強p最小, 液體對物體底面的壓力最小, 此時物體受到浮力最小,繩子的拉力最大, 通過題目可以判斷出來此時滑輪組上繩子的拉力為900N時.
F浮= G－ (900N×3－300N) =2700N－2400N=300N
所以可以知道p=300N÷0.02m?=15000Pa
水平滑輪組:
如圖甲所示, 帶有滑輪的物體A放置在粗糙水平地面上, 質量為m的電動機固定在物體A上, 通過滑輪水平勻速拉動物體A, 物體A移動速度為v甲, 移動距離為s甲, 電動機做功為W1, 電動機的功率為P1, 對繩的拉力為T1, 電動機收繩速度為v1；如圖乙所示, 將電動機固定在地面上, 使電動機通過滑輪水平勻速拉動物體A, 物體A移動速度為v乙,移動距離為s乙, 電動機做功為W2, 電動機的功率為P2, 對繩的拉力為T2, 電動機收繩速度為v2.已知地面粗糙程度相同, s甲=s乙 , P1=P2, 不計繩重及滑輪與軸的摩擦.則下列判斷正確的是
A．T1 W2 C．v1>v2 D．v甲





【答案】BD

如圖所示, 湖水中有兩艘小船, 繩子的一端拴在甲船上, 乙船上固定著滑輪, 繩子繞過滑輪, 站在甲船上的人用100N的力拉繩子的自由端．如果在20s內甲船向右勻速移動了10m, 同時乙船向左勻速移動了4m, 則人對繩子的力做功的功率是(　　)
A．50W B．140W C．30W D．70W
B




(
滿分沖刺
)
為了將放置在水平地面上、重G=100N的重物提升到高處. 小明同學設計了圖甲所示的滑輪組裝置. 當用圖乙所示隨時間變化的豎直向下拉力F拉繩時, 重物的速度υ和上升的高度h隨時間t變化的關系圖像分別如圖丙和丁所示. 若重物與地面的接觸面積S=5×10-2m2, 不計繩重和摩擦, 繩對滑輪的拉力方向均可看成在豎直方向.則下列選項正確的是( )
A.在2～3s內, 拉力F的功率P為150W
B.在0～1s內, 重物對地面的壓強p為600Pa
C.在1～2s內, 拉力F做的功W為375J
D.在2～3s內, 滑輪組的機械效率η保留兩位有效數字后為53%

(
甲
)


B
(
模塊二:機械效率
)
(多選)用滑輪組把一個物體從地面勻速提升h高度, 機械效率為. 對滑輪組進行處理后, 還將該物體從地面勻速提升h高度, 機械效率為, 發現. 則對滑輪組的處理方式是( )
A．把動滑輪換輕一些的 B．換粗一點的繩子拉
C．在繩和輪之間加潤滑油 D．在輪與軸之間加潤滑油
AD
繩與輪之間的摩擦屬于靜摩擦, 不影響機械效率；而輪與軸之間的摩擦會影響機械效率

如圖所示, 物重G=100N, F=10N, 物體與水平面間的摩擦力是f=25N, 使物體勻速前進S=3m, 則拉力做的有用功是 J; 拉力做的總功是 J, 機械效率是
75 90 83.3%


如圖所示, 質量為70kg的小剛站在高臺上通過滑輪組勻速提升貨物, 提升貨物的質量為100kg. 已知滑輪A、B的質量均為4kg, 滑輪C的質量為8kg, 繩重及滑輪的摩擦均可忽略不計, g取10N/kg. 關于小剛提升貨物過程中. 滑輪組的機械效率約為
83.3%
方法一:根據已知條件可以求出人對繩子的拉力為200N, 則


方法二:


(
滿分沖刺
)
某工地施工時, 用固定在水平工作臺上的卷揚機(其內部有電動機提供動力)通過滑輪組提升貨物如圖甲所示為監測卷揚機的工作情況, 將固定卷揚機的工作臺置于水平輕質杠桿的A端, 地面上的重為800N配重C與杠桿B端相連接, 杠桿AB可繞轉軸O在豎直平面內自由轉動.當卷揚機提升貨物G1以0.2米/秒的速度υ1勻速上升時, 卷揚機的拉力為F1, 配重C對地面的壓強p1為300pa, 滑輪組的機械效率為η1; 當卷揚機提升2750N的G2物體為速度v2勻速上升時, 卷揚機的拉力為F2, 配重C對地面的壓強p2為200pa, 滑輪組的機械效率為η2；卷揚機的拉力F1做功隨時間變化的圖像分別如圖乙所示. 已知:配重的底面積是1m2,υ1:υ2=2: 3, OA:OB=2:5.忽略所有連接繩索的質量及各處摩擦.g取10N/kg.求:
(1)工作臺和卷揚機的總重力；(2)拉力F2做功的功率；(3)η1與η2的比值.
(
卷揚機
工作臺
乙
②
4
10
2
6
8
500
W/
J
1500
2000
2500
0
t/
s
1000
甲
B
O
A
C
貨物
配重
900
W/
J
1800
2700
3600
0
t/
s
4
8
2
6
)
(1)500N (2)900w (3)32:33
提升重物G1時, 分別以重物和動滑輪、卷揚機及工作平臺、杠桿、
配重C為研究對象, 受力分析示意圖依序為答圖4、5、6、7所示.
提升重物G2時, 受力分析示意圖分為答圖8、9、10、11所示.

(
圖4
G
動
3
F
1
G
1
甲
F
A1
F
1
G
圖5
圖6
A
BD
O
F
B1
N
1
G
C
圖7
圖8
G
動
3
F
2
G
2
F
A2
F
2
G
圖9
圖10
A
BD
O
N
2
F
B2
G
C
圖11
)












(
模塊三:綜合演練
)
(
計算
)
廢棄空礦井的底部固定一減震彈簧, 彈簧上端與裝有監控儀器的長方體空心鐵盒A相連, A放在彈簧上平衡時, 彈簧被壓縮了10cm. 當在井中注滿水的過程中, A緩慢上升20cm后就不再升高. 此時將另一個體積形狀與A相同的有磁性的盒子B用繩子系住釋放到水下, B碰到A的上表面后二者在磁力作用下吸在一起. 與此同時, A與彈簧脫開, 繩子的另一端與如圖1所示的滑輪組相連, 工人站在水平地面上, 將A和B一起完全拉出水面, 此過程中滑輪組的機械效率η隨時間t變化的圖像如圖2所示, 已知鐵盒A的高度l為30cm, 減震彈簧的彈力大小F彈隨注水時A上升的高度h變化的圖像如圖3所示, 不計繩重, 滑輪軸處的摩擦和水的阻力, g=10N/kg.
求:(1)鐵盒A的體積.
(2)動滑輪的總重.
(3)假設人拉繩的速度保持恒定, 求Ａ、Ｂ出水前人的拉力F的功率.

(1) 4×10-2m3; (2)240N; (3)80w .
解析:(1)A在彈簧上平衡時受力分析如答圖1甲GA=F彈,
由F彈-h圖象知上升高度h=0時, F彈=200N∴GA=200N………………1分
當A上升了20cm后不再升高, 說明此時A全部浸沒在水中, 受力分析如答圖5乙,
此時有F浮=GA+F彈, , 由圖象知上升高度h=20cm時, F彈=200N, F浮=400N, ………………1分
(
答圖 1
甲
乙
F
彈
’
`
F
浮
G
A
F
彈
G
A
答圖 2
答圖 3
2
F
浮
+
T
1
G
A
+
G
B
T
2
G
A
+
G
B
)






(2)由η-t圖象可知t1=4s時, η1= 40%, 對應B的上表面剛到達水面的狀態, A、B的受力分析如答圖2, 繩的拉力,
, 代入數據有①
由η-t圖象可知t2=7s時, η2= 80%, 對應A的下表面剛離開水面的狀態, A、B的受力分析如答圖3, 繩的拉力,
, 代入數據有②…………1分
①②聯立解得, ………………1分
(3)由η-t圖象可知t1=4s到t2=7s是A、B出水的過程, 這段時間內上升的距離為2l=0.6m, 所以人拉繩的速度, ………………1分
出水前人的拉力,
功率80W………………1分


用如圖(1)所示的裝置提升重物,水平橫梁固定在支架頂端, . 橫梁端掛一底面積為 的配重, 橫梁端下掛著由質量相等的四個滑輪組成的滑輪組, 用此滑輪組多次提升不同的物體, 計算出滑輪組的機械效率, 并記入下面的表格.
物重 60 80 100 180
機械效率

現用滑輪組分別提升甲、乙兩個物體:在水面以上提升密度為的甲物體時, 繩自由端的拉力為, 做的功為, 配重對地面的壓強變化量為; 在水面以下提升密度為的乙物體時, 繩自由端的拉力為, 做的功為, 配重對地面的壓強變化量. 、所做的功隨時間變化的關系如圖(2)所示. 已知:甲、乙兩物體的體積關系為, 提升甲、乙兩物體時速度相同. (不計繩的質量、杠桿的質量、輪與軸的摩擦、水對物體的阻力. 取)求:
(1)配重對地面的壓強變化量的差;
(2)滑輪組提升浸沒在水中的乙物體時的機械效率. (保留百分號前面一位小數)


(1)= (2)
解析:因為不計繩的重力, 杠桿重力和摩擦, 所以通過表格和機械效率公式可求出:
=80% G動=20N；
通過、所做的功隨時間變化的圖(2),
可以知道:F1的功率: F2的功率:
因為提升物體速度相同, 所以由公式, 可以知道
由受力分析可以得到:
由, 可以得到V乙=10dm3, V甲=40dm3
可以求出G甲=300N, G乙=560N , F1=80N, F2=120N
通過受力分析, 可以求出杠桿上B點的拉力分別為:

根據杠桿平衡關系可以求出杠桿上A點的拉力分別為:

=(155N-105N)÷0.1m2=

(
模塊四:實驗專練
)
(
0
1
N
2
3
4
5
0
1
2
3
4
5
)
實驗裝置如圖所示, 其中彈簧測力計的量程為0~5N．另外還有質量均為100g的鉤碼六個(圖中未畫出)．要求利用上述實驗裝置和鉤碼設計一個實驗, 探究 “使用同一動滑輪提升物體時, 動滑輪機械效率與所提升的物體重力大小的關系”, 請寫出實驗步驟、畫出實驗數據記錄表．
(1)將彈簧測力計調零, 按示意圖組裝實驗器材．
(2)在動滑輪下依次掛1個、2個、3個、4個、5個、6個鉤碼, 用彈簧測力計拉住繩端, 依次豎直向上緩慢勻速拉動, 使鉤碼每次勻速上移一段距離, 分別記錄繩端移動距離S和鉤碼移動距離h, 并將每次所掛鉤碼的總質量m和彈簧測力計的示數F分別記錄在表格中．
(3)利用公式η=W有/W總=mgh/FS 計算出六次動滑輪的機械效 率η1、η2、η3、η4、η5、η6, 并將數據記錄在表格中．實驗數據記錄表:
探究動滑輪機械效率與所提升的物體重力大小的關系實驗數據記錄表

m/kg
mg/N
F/N
S/m
h/m
W總/J
W有用/J
η













實驗臺上有如下實驗器材:一個帶支架杠桿、一個量程為0～5N的彈簧測力計、七個質量均為100g的鉤碼和兩段細繩. 請利用上述實驗器材設計一個實驗, 證明“在杠桿平衡時, 如果動力臂和阻力臂保持不變, 則動力的變化量跟阻力的變化量成正比”.
(1)在圖所示的杠桿中, 點A表示鉤碼懸掛在杠桿上的位置, 請在合適的位置標出彈簧測力計施加拉力的作用點, 用B表示.
(2)寫出主要實驗步驟, 畫出記錄實驗數據的表格.
(1)如圖所示(其它方法正確均可得分)
(2)實驗步驟:
①用細繩做一個繩套, 拴牢在杠桿的B位置, 調節杠桿使其水平平衡, 把動力臂L動、阻力臂L阻記錄在表格中. 將彈簧測力計的指針調節到零刻度線位置. ………………(組裝與調零)
②在A位置處掛1個鉤碼, 在B位置處豎直向上拉彈簧測力計, 使杠桿水平平衡, 將所掛鉤碼的質量m0、彈簧測力計示數F動0記錄在表格中. ……………………………(實驗準備)
③在A點處加掛1一個鉤碼, 在B點處豎直向上拉彈簧測力計, 使杠桿水平平衡, 將所掛鉤碼的總質量m1、彈簧測力計示數F動1記錄在表格中. ………………………(第一次變化量描述)
④仿照步驟③, 重復5次, 每次在A點處加掛1個鉤碼, 在B位置處豎直向上拉彈簧測力計, 使杠桿水平平衡, 將各次所掛鉤碼的總質量m2~m6、彈簧測力計示數F動2~F動6記錄在表格中. ………………………………………………………………(“做一仿五”, 注意讀數記錄)
⑤跟據F阻=G碼=m碼g, 分別算出每次施加在A位置的阻力大小F阻0～F阻6；分別算出實驗中動力變化量△F動1(F動1—F動0)～△F動6(F動6—F動0)；分別算出與動力變化量對應的阻力變化量△F動1(F動1—F動0)～△F動6(F動6—F動0)；將以上數據記錄在表格中. …………………………………………………………(利用公式計算并填入表格)
實驗數據記錄表格:
實驗次數 1 2 3 4 5 6 7
動力臂L動/cm
阻力臂L阻/cm
砝碼質量m/g
動力F動/N
阻力F阻/N
動力變化量△F動/N
阻力變化量△F阻/N



如圖所示, A是一個重為G的活塞, B是一個粗細均勻、豎直固定放置的圓筒.用豎直向下的力F1推活塞A, 使其恰能以速度為勻速向下運動(如圖甲), 活塞從金屬筒上端移動到下端的過程中, 所用的時間為, F1做的功為W1 , 功率P1；若對活塞A施以豎直向上的力F2, 使其恰能以速度為勻速向上運動(如圖乙)活塞從金屬筒下端移動到上端的過程中, 所用的時間為, F2做的功為W2 , 功率P2.已知F1=G, P1= P2. 則下列判斷正確的( )
A. B. C. D.

D

如圖所示, 用一動滑輪拉一物體A以0.5m/s的速度在水平面勻速運動, 物體A重為20N, 受到的摩擦力是物重的0.2倍, 水平拉力F為2.5N, 則在2s內拉力做的功是 .J, 滑輪的機械效率是 (不計滑輪重力).

5 80%




如圖所示是提升路面磚的裝置. 質量為70 kg的工人與地面的接觸面積為500 cm2, 吊箱重200N, 每塊磚重100N, 滑輪的摩擦和繩重均可忽略不計. 工人用拉力F在4s內勻速提升10塊磚, 升高2m, 此裝置的機械效率為80%.(取g =10N/kg)則( )
A．工人做的額外功是2000J
B．拉力F的功率是500W
C．工人對地面的壓強是1500Pa
D．此裝置的機械效率最高可達85%

C

(多選)如圖甲所示, 重為80Ｎ的物體在大小為30Ｎ、水平向左的拉力F1作用下, 在水平面上以0.4m/s的速度做勻速運動, 滑輪與繩子質量及滑輪軸處摩擦均不計. 改用如圖乙所示滑輪組后, 該物體在水平向右的拉力F2作用下, 在相同的水平面上向右勻速運動0.5m, 下說法正確的是( )
A．物體與地面之間的摩擦力為15Ｎ
B．拉力F1的功率為24Ｗ
C．拉力F2的大小為90Ｎ
D．拉力F2做的功是30Ｊ
(
甲 乙
)
BCD

為了將放置在水平地面上、重為90N的重物提升到高處. 小明同學設計了圖(甲)所示的滑輪組裝置. 當小明所用的拉力F隨時間變化的圖像如圖(乙)所示, 重物的速度υ和上升的高度h隨時間t變化的圖像分別如圖(丙)和(丁)所示. 不計摩擦和繩重, 繩對滑輪的拉力方向均可看成在豎直方向. 則在2~3s內, 滑輪組的機械效率η = ________.
(
F
甲
G
)
(
t
/s
1
3
0
2
F
/N
乙
10
50
30
20
40
t
/s
1
3
0
2
υ
/
(
m/s
)
丙
1
．
25
2
．
50
2
．
50
t
/s
1
3
0
2
h
/m
丁
1
．
25
3
．
75
)






75%








如圖所示裝置, 物體B放在水平桌面上, 物體A通過滑輪組拉住物體B, 此時物體B保持靜止. 小明用豎直向下大小為2N的力F1拉重為1N物體A時, 物體B以0.06m/s的速度水平勻速向右運動；小明只用水平向左的拉力F2拉物體B時, 物體A以0.3m/s的速度勻速上升. 不計輪重、繩重和軸摩擦, 則下列判斷正確的是( )
A．物體B受到的滑動摩擦力大小為6N
B．水平向左拉物體B時, 拉力F2功率為1.2W
C．水平向左拉物體B時, 拉力F2的大小為10N
D．用力F1豎直向下拉物體A時, 物體A重力的功率為0.02W
B

(
A
)
工人用滑輪組提升水中物體A, 如圖所示.當物體A完全在水面下被勻速提升的過程中, 工人對繩子豎直向下的拉力為F1, 水平地面對工人的支持力為N1；滑輪組的機械效率η1為60%. 當物體A完全打撈出水面后被勻速提升的過程中, 滑輪組的機械效率為η2, 工人對繩子豎直向下的拉力為F2, 水平地面對工人的支持力為N2. 已知工人所受重力為500N, N1∶N2=7∶2；物體A所受重力為1000N.不計繩重、滑輪與軸的摩擦以及水的阻力, g取10N/kg.求:
(1)動滑輪所受重力G動；
(2)物體A的密度ρA；
(3)滑輪組的機械效率η2；
(
G
人
F
1
′
N
1
F
2
′
N
2
G
人
圖1
甲
乙
)(4) 當物體A完全在水面下時, 以0.1m/s的速度被勻提升時, 人拉繩的功率P1.

(1)250N； (2)1.6×103kg/m3
(3)80% (4)62.5w

(1)以工人為研究對象, 進行受力分析如圖1甲、乙所示.
工人處于靜止狀態, 所以有:
G人=F′1+N1 即:N1=G人－F′1----①
G人=F′2+N2 N2=G人－F′2----②
-----------------(甲、乙受力分析圖或方程正確得1分)

當物體A浸沒在水中時, 動滑輪與物體A的受力情況如圖2(A)所示.
(
3
F
1
3
F
2
A
A
A
A
圖2
)當物體A完全露出水面時, 動滑輪與物體A的受力情況如圖2(B)所示.
由(A)圖: 3F1=GA+G動－F浮----③
由(B)圖: 3F2=GA+G動----④
-----((A)、(B)受力分析圖或方程正確得1分)

∵F1=F1, F2=F2
∴N1/N2＝(G人－F1)/(G人－F2)＝7/2 ----⑤
又∵η1=W有/W總=(GA－F浮)/ 3F1=60% ----⑥
將③、④式代入⑤、⑥式, 將G人=500N, GA=1000N代入,
解得:G動=250N-----------------------------(1分)

(2)由⑥式得:60%=(GA－F浮) / (GA+G動－F浮)
=(1000N－F浮) / (1000N+250N－F浮)
解得:F浮=625N ---------------(1分)
∵F浮=ρ水gVA∴VA=F浮/ρ水g
∴ρA= m/VA = GA/gVA=(GA /F浮)·ρ水
=(1000N /625N) ×1.0×103kg/m3
=1.6×103kg/m3 -----------(1分)

(3)∵η2=W′有/W′總
=GA/ (GA+G動)
=1000N/(1000N+250N) [來源:學_科_網Z_X_X_K]
=80% ------------(1分)

(4) ∵P1=F1· v1
=( GA+G動－F浮) /3 × 3 vA
= (1000N+250N－625N )×0.1m/s
=62.5W-----------------------(1分)

(
1
)

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