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1、 一、初中物理有用功额外功总功机械效率计算问题 1．如图所示，物体A在拉力作用下沿水平面匀速运动了一段距离s，试比较拉力F1、F2及拉力所做功W1、W2 大小（滑轮重、绳重及绳与滑轮之间摩擦不计）。下列判断对是 A．F1=2F2 W1=W2 B．F1=F2 W1=W2 C．F1=4F2 W1= W2 D．F1=F2 W1=W2 【答案】C 【解析】 【详解】 物体A在两种状况下摩擦力f相等，上图滑轮是动滑轮，下图滑轮轴固定不动，可以看做是特殊使用定滑轮。则： F1=2f F2=f 故： F1=4F2 根据功公式可知： W1=F1×s=
2、2f×s=fs W2=F2×2s=f×2s=fs 故：W1=W2，故选C。 2．如图装置中，物体B重为30N，每个滑轮重均为6N，不计绳重及滑轮摩擦。现用水平力F=20N向右匀速拉动物体A，物体B也随滑轮匀速上升。则物体A受到摩擦力为_________N，滑轮组机械效率为_________%（百分号前保留2位小数）。 【答案】8 83.33 【解析】 【分析】 【详解】 [1]物体B重30N，动滑轮重6N，滑轮组需要提高动滑轮与物体B总重为 30N+6N=36N 三段绳子与动滑轮接触，不考虑绳子重及摩擦，则需要对动滑轮右边向上绳子施加 力
3、物体才能匀速上升，以物体A为研究对象，其左边绳子对其施加了向左12N拉力，它受到向右拉力为20N，物体A处在匀速直线运动状态，受到力是平衡力，则其受到向左摩擦力为 20N－12N=8N [2]滑轮组机械效率为 3．如图在粗糙斜面上将一种重为16N物体匀速拉到高h处，沿斜面向上拉力为10N，斜面长、高。其中所做有用功为__J，物体受到摩擦力大小为__N，斜面机械效率为__。 【答案】16 2 80% 【解析】 【详解】 [1]所做有用功为： W有用； [2]拉力做总功为： W总， 所做额外功为： W额=W总-W有用=20J-16J=4
4、J； 摩擦力： 。 [3]斜面机械效率为： 。 4．质量为m工人用如图甲所示滑轮组将建筑材料运送到楼顶，滑轮组机械效率随建筑材料重力变化图像（如图乙），机械中摩擦及绳重忽视不计，影响滑轮组机械效率原因有_____（写出一点即可），动滑轮重力为_____，该工人竖直向下拉绳子自由端运送建筑材料时，此滑轮组机械效率最大值为_____。（后两空均用已知量符号表达） 【答案】物重（或动滑轮重） Gn ×100% 【解析】 【分析】 【详解】 [1]已知机械中摩擦力及绳重忽视不计，由 可知，影响滑轮组机械效率原因有物重、动滑轮重。 [2]由图乙可知
5、物重，滑轮组机械效率，因机械中摩擦力及绳重忽视不计，因此滑轮组机械效率 解得 [3]已知工人质量为m，则该工人竖直向下拉绳子自由端运送货物时，绳子最大拉力 由 可得提高最大物重 则滑轮组最大机械效率 5．如图所示，用8 N拉力F拉着物体A在水平面匀速运动了1 m。已知物体A重40 N，与水平面接触面积是100cm2，它在水平面运动时受到摩擦力是12N，则拉动时重物对地面压强是_______Pa，滑轮组机械效率是______。 【答案】4×103 75% 【解析】 【详解】 [1]重物对地面压强为： ； [2]由图可知，动滑
6、轮上绳子段数为n=2，绳子自由端移动距离为： ； 克服摩擦力做有用功为： ； 总功为： ； 机械效率为： 。 6．用如图甲所示滑轮组在同一平面上均以0.2m/s速度匀速拉动不一样物体。根据测量成果画出了该滑轮组机械效率与物体受到摩擦力大小变化关系图像，如图乙所示。若不计绳重和绳与滑轮间摩擦，当物体向右运动0.3m，绳子自由端移动__________m；当滑轮组机械效率为60%时，拉力Fb功率是__________W。 【答案】0.9 50 【解析】 【分析】 【详解】 [1]有丙图可知，绳子股数，物体向右运动0.3m，则绳子自由端移动距离
7、[2]由丁图，当物体受到摩擦力是100N时，滑轮组机械效率为50%，不计绳重和绳与滑轮间摩擦，则 则 当滑轮组机械效率为60%时，不计绳重和绳与滑轮间摩擦，物体受到摩擦力大小 则 不计绳重和绳与滑轮间摩擦，由图知绳子股数，拉力Fb为 物体运动速度0.2m/s不变，则绳端移动速度 则拉力Fb功率，由 则 7．用如图甲所示装置将实心物体A从深井中吊出来，人对绳子施加拉力随时间变化如图乙所示， 已知动滑轮重力为60N，物体匀速上升速度一直为1m/s，（不计绳重、摩擦及阻力）。则当物体完全出 水之后，拉力功率为____W，物体浸没在水中时受到浮力为_
8、N；物体浸没在水中时滑轮组机 械效率为________。 【答案】 【解析】 【分析】 【详解】 [1]由乙图可知，物体完全出水后人对绳拉力大小为210N，绳自由端移动速度为物体上升速度2倍，此时拉力功率 [2]以动滑轮和下方吊起物体为整体进行受力分析：物体完全脱离水面后，整体在竖直向上方向上受到两股绳拉力，竖直向下方向上受到重力 被吊物体重力 物体在浸没状态时，整体在竖直向上方向上受到两股绳拉力和浮力，竖直向下方向上受到重力，由此可得 [3]物体在浸没状态时，绳对物体拉力 滑轮组机械效率 8．用如图甲所
9、示装置将实心物体A从深井中吊出来，拉力功率随时间变化如图乙所示，已知动滑轮重力为60N，物体匀速上升速度一直为1m/s（不计绳重、摩擦及阻力，ρ水=1×103kg/m3，g=10N/kg），则物体浸没在水中时受到浮力为_________N；物体浸没在水中时滑轮组机械效率为___________。 【答案】120 80% 【解析】 【分析】 由图甲可知，承担物重绳子股数n=2，则绳子自由端移动速度等于物体升高速度2倍；由图乙可知圆柱体A离开水面后拉力F功率，运用求绳子自由端拉力，而不计绳重、摩擦及阻力，拉力，据此求A重力；由图乙可知圆柱体A在水中拉力F功率，由得绳子自由
10、端拉力，不计绳重、摩擦及阻力，拉力，据此求浮力大小；不计绳重、摩擦及阻力，运用求物体浸没水中时机械效率。 【详解】 [1]由图甲可知，n=2，则拉力F拉绳速度 由图乙可知，圆柱体A离开水面后拉力F功率420W，由得，绳子自由端拉力 不计绳重、摩擦及阻力，拉力，A重力 由图乙可知，圆柱体A在水中拉力F功率300W，由得，绳子自由端拉力 不计绳重、摩擦及阻力，拉力，物体浸没在水中时受到浮力 [2]物体浸没在水中机械效率 9．起重机械在四川汶川救援过程中，发挥了重要作用；如图所示，吊臂上滑轮组，可用拉力将重为2.4×104 N吊板提起，假如吊板被匀速提高1
11、0 m，则拉力F做功_________J，滑轮组机械效率是__________。 【答案】3×105 80% 【解析】 【分析】 【详解】 [1]由题图知：与动滑轮相连绳子共有三段，则拉力F移动距离s与物体升高距离h之间关系为；拉力F做功是 [2]滑轮组做有用功是 滑轮组机械效率是 10．如图所示滑轮组，每个滑轮重2N，把一种重为12N物体在2s内匀速提高0.2m，不计绳重和摩擦，则（ ） A．绳子自由端拉力F为6N B．绳子自由端移动速度为0.1m/s C．F所做有用功为2.8J D．滑轮组机械效率约为85.7% 【答案】D 【
12、解析】 【分析】 【详解】 由图可知绳子承担重物段数n为2。 A．绳子自由端拉力 故A错误； B．物体移动速度 则绳子自由端移动速度 故B错误； C．拉力F做功为总功 物体克服重力做功为有用功 故C错误； D．物体克服重力为有用功 则滑轮组机械效率 故D对。 故选D。 11．用如图所示滑轮组竖直匀速提高质量为 m 物体，绳子拉力大小为 F，在时间 t 内物体上升高度为 h，滑轮组机械效率为 η，每个滑轮重力大小均为 G，下列说法对是 （ ） A．若将物体质量增大到 5m，则拉力大小增大到5F B．G=3F-mg C．匀
13、速提高物体高度增长，机械效率 η 不变 D．t 时间内，额外功为 或 【答案】CD 【解析】 【分析】 【详解】 A．据W总=W有+W额得 Fs=mgh+W额 即 物体质量增大到5m时，克服动滑轮重力所做额外功不变，虽然克服摩擦所做额外功增大，但总额外功不会增大到5W额，那么拉力大小不会增大到5F，故A错误； B．若不计摩擦，据滑轮组特点有 即 G=3F-mg 但题目并不阐明摩擦可以忽视，故B错误； C．用滑轮组多次匀速提高物体至不一样高度，其机械效率不变，由于有用功和总功都不变，故C对； D．根据机械效率公式有 即 或者 滑轮组提高物体做有
14、用功和总功分别为 W有=mgh，W总=Fs=F⋅3h=3Fh 那么额外功 W=W总-W有=3Fh-mgh=h(3F-mg) 故D对。 故选CD。 12．如图所示，竖直固定测力计下端挂一种滑轮组，已知每个滑轮重均为50N，滑轮组下端挂有物体B，滑轮组绳末端通过定滑轮沿水平方向与物体A相连，此时物体A在绳水平拉力作用下向右做匀速直线运动，测力计示数为550N；在物体B下加挂重为90N物体C后，同步用水平向左力F拉动物体A使其沿水平桌面向左做匀速直线运动此时物体B上升速度大小为5cm/s。若不计绳重及滑轮摩擦，g取10N/kg，则下列说法中对是（ ） A．物体A所受滑动摩擦力
15、大小为275N B．B重力为500N C．F做功功率为42W D．F大小为530N 【答案】D 【解析】 【详解】 A．设物体A所受摩擦力大小为f，则弹簧测力计下滑轮有两段绳子，则有 2f+50N=550N 解得f=250N，故A错误； B．对于物体B，有 3f=GB+G滑 即 250N×3=GB+50N 因此GB=700N，故B错误； CD．加挂物体C后，有 3（F—f）=GB+GC+G滑 即 3（F-250N）=700N+90N+50N 解得F=530N，物体B上升速度为5cm/s，则拉力F端移动速度 v=3×5cm/s=0.15m/s 拉力F功率
16、 P=Fv=530N×0.15m/s=79.5W 故C错误，D对。 故选D。 13．如图所示，用完全相似滑轮和细绳构成甲、乙两个滑轮组，在各自自由端施加大小分别为F1和F2拉力，将重物G1和G2分别缓慢提高相似高度（不计绳重和一切摩擦）．下列说法中不对是 A．若物重相等，则拉力F1不不小于F2 B．若物重相等，则甲、乙两滑轮组机械效率相似 C．若F1、F2大小相等，则拉力F1 做功较多 D．若F1、F2大小相等，则甲、乙两滑轮组机械效率相似 【答案】D 【解析】 A．由图可知，，不计绳重和一切摩擦，由可得，绳子拉力：， 若物重相等，即G1=G2，则F1＜
17、F2，故A对； B．若物重相等，且提高相似高度时，因不计绳重和一切摩擦时，有用功为克服物体重力做功，总功为克服动滑轮重力和物体重力做功，因此，由可知两滑轮做有用功相等，由可知两滑轮总功相等，由可知，甲、乙两滑轮组机械效率相似，故B对； C．由图可知，n甲=3，n乙=2，由可知，两物体提高相似高度时，甲滑轮组绳端移动距离较大，由可知，若F1、F2大小相等，则拉力F1做功较多，故C对； D．将重物G1和G2分别缓慢提高相似高度时有用功相似，若F1、F2大小相等时，拉力F1做总功较多，由 可知，甲机械效率不不小于乙机械效率，故D错误． 故选D． 【点睛】本题考察了滑轮组绳子拉力公式和做功公
18、式、机械效率公式应用，明确滑轮组有用功和总功是关键． 14．如图所示，小型牵引车通过滑轮组匀速打捞起深井中均质物体，物体上升速度保持 1m/s 不变，已知物体重 1.2×N，密度为1.6×kg/。测得物体在出水面前、后牵引车作用在绳子上拉力之比为 l∶2，若不计摩擦、绳重及水阻力，g取10N/kg，下列成果错误是（ ） A．物体出水前牵引车拉力功率为500W B．物体浸没在水中受到浮力为750N C．物体在出水面前，牵引车拉力为250N D．物体在出水面前，滑轮组效率是60% 【答案】A 【解析】 【分析】 【详解】 物体质量为 物体体积 物体浸没水
19、中时，排开液体体积等于物体体积，所受浮力为 在出水面前、后牵引车作用于绳子上拉力之比为l∶2，即 则 可得 物体在出水面拉力为 物体上升速度保持1m/s不变，则牵引车速度为3m/s，故物体出水前牵引车拉力功率为 物体出水前滑轮组效率是 A．物体出水前牵引车拉力功率为750W，A错误，故A项符合题意； B．物体浸没在水中受到浮力为750N，B对，故B项不符合题意； C．物体在出水面前，牵引车拉力为250N，C对，故C项不符合题意； D．物体在出水面前，滑轮组效率是60%，D对，故D项不符合题意。 故选A。 15．用图所示装置将重为为800N
20、正方体石料A从水中提高出来。在卷扬机对绳子拉力作用下，使A经历了三个过程∶过程I为A浸没在水中竖直匀速上升过程，过程Ⅱ为A上表面刚露出水面到下表面刚离开水面竖直匀速上升过程，过程Ⅲ为A在空中竖直匀速上升过程。过程I中卷扬机对绳子拉力大小为F=500N。若不计绳重和轮与轴间摩擦，不计水中提高时水对A阻力，不计A被提出水面所带水质量，下列判断中对是（ ） A．若过程I和过程Ⅱ中提高A高度相似，则两过程中动滑轮所做有用功相似 B．过程I和过程II中卷扬机对绳子拉力大小相似 C．过程Ⅲ中提高A机械效率η一定不不小于80% D．此装置中动滑轮重力不小于200N 【答案】CD 【解析】
21、 【分析】 【详解】 A．过程I、Ⅱ中动滑轮提供拉力等于A重力减A受到浮力，但过程Ⅱ中物块排开水体积变小，则浮力不停变小，拉力增大，提高相似高度，由可知过程I中动滑轮所做有用功与过程Ⅱ中动滑轮所做有用功不相等，故错误； B．过程I和过程II中动滑轮提供拉力大小不一样，由 可知卷扬机对绳子拉力大小不一样，故错误； CD．过程I中 过程Ⅲ中 又由于 则 故CD对。 故选CD。 16．体重为800N工人用图甲所示装置提高重物，AOB是轻质杠杆，O为支点，OA∶OB=1∶2，动滑轮机械效率随提高物体重力变化图像如图乙，若提高重物过程中绳子一直是竖直，不
22、计绳重与摩擦，g取。则下列说法对是（ ） A．动滑轮重力是400N B．用该装置匀速提起N物体，人对地面压力是600N C．若工人在2s内将重物匀速提高了0.4m，人对绳子拉力为300N，则拉力功率240W D．该装置机械效率为68%时，提高重物重力是800N 【答案】AC 【解析】 【分析】 【详解】 A．由图乙可知，当提高重物G=600N时，动滑轮机械效率为60%，不计绳重与摩擦，滑轮组机械效率 解得 G动=400N 故A对； B．由图知n=2，用该装置匀速提起N物体，杠杆A端施加拉力 由杠杆平衡条件可得FA×OA=FB×OB，杠杆B端施加力
23、 人对地面压力 故B错误； C．该装置使用了动滑轮、省力杠杆，两者都是动力臂等于二倍阻力臂杠杆，拉力端移动距离等于物体升高距离4倍，拉力端移动速度等于物体升高速度4倍，则拉力端移动速度 拉力做功功率 故C对； D．该装置使用了动滑轮、省力杠杆，不计绳重与摩擦，AOB是轻质杠杆、质量不计；因此使用该装置做额外功W额=G动h，该装置机械效率 解得 G=975N 故D错误。 故选AC。 17．某工地运用如图所示滑轮组，将重 180 N 物体竖直向上匀速提起 2 m，用时 5 s。卷扬机拉力 F 为 80 N（不计绳重和摩擦）。如下有关计算对是（ ）
24、 A．有用功是 400 J B．动滑轮重力为 60 N C．拉力 F 功率为 72 W D．动滑轮机械效率为 75% 【答案】BD 【解析】 【分析】 【详解】 A．有用功为 故A错误； B．因不计绳重和摩擦，则动滑轮重力为 故B对； C．绳子移动距离为 拉力F做功为 拉力F功率为 故C错误； D．滑轮组机械效率为 故D对。 故选BD。 18．高台上电动车通过如图滑轮组将重力为G物体匀速提至高台上（不计绳重和滑轮间摩擦），用时为t，已知整个过程中电动车速度为v，受到水平地面摩擦力为Ff，滑轮组机械效率为η。则下列说法中对是（
25、 ） A．电动车牵引力等于水平地面摩擦阻力Ff B．此过程中物体克服重力做功Gvt C．绳对车拉力为 D．电动车牵引力功率（+Ff）v 【答案】CD 【解析】 【分析】 【详解】 A．电动车匀速提高物体，处在平衡态，受平衡力作用，故电动车水平向左牵引力等于向右水平地面摩擦阻力Ff与绳子拉力之和，A选项错误； B．由图可知动滑轮缠绕绳子股数n=2，则物体竖直方向上移动速度为 物体竖直方向上移动高度为 克服重力做功 B选项错误； C．由滑轮组效率 得绳对车拉力为 C选项对； D．由平衡力关系得电动车牵引力为 电动车牵引力功率
26、 D选项对。 故选CD。 19．如图所示，分别用甲、乙两个滑轮组提起重力G1=G2重物至相似高度h，若所用拉力F1=F2，已知甲机械效率50%，则（不计绳重及摩擦）（ ） A．乙机械效率75% B．乙机械效率80% C．拉力F1做功与拉力F2做功之比3：2 D．甲、乙两个滑轮组中动滑轮重力之比3：1 【答案】ACD 【解析】 【分析】 【详解】 AB．已知甲、乙两个滑轮组将同一物体匀速提高至相似高度，由公式可知，甲、乙两个滑轮组所做有用功相似；甲图滑轮组绳子股数n=3，故S甲=3h，乙图滑轮组绳子股数n=2，故S乙=2h，而拉力F1=F2，则甲、乙两个滑轮组所
27、做总功为 因此甲机械效率为 乙机械效率为 由于，，因此 故A对，B错误； C．拉力F1做功与拉力F2做功之比为 故C对； D．由于 化简得，由 解得，因此 G动1：G动2=G：=3:1 故D对。 故选ACD。 20．如图所示，物体重G=200N，滑轮重G′=100 N，若用力F竖直向上匀速拉动滑轮，则此时该滑轮机械效率为____（不计绳重和滑轮转轴处摩擦）。 【答案】80% 【解析】 【分析】 【详解】 不计绳重和滑轮转轴处摩擦，竖直向上匀速拉动滑轮，由力平衡条件可得拉力 F=2G＋G′=2×200N＋100N=500N 由图知，动力作用在动滑轮轴上，此时动滑轮费力、但省二分之一距离，即 因此物体上升高度 h＝2s 该滑轮机械效率
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