2025年中考物理熱點(diǎn)題型歸納與變式演練（全國）專題05 機(jī)械效率問題（原卷版）

專題05機(jī)械效率問題有用功使用機(jī)械做功時，對人們有用的功叫有用功，用W有用表示。也就是人們不用機(jī)械而直接用手時必須做的功，也等于在理想情況下(即不考慮摩擦和機(jī)械本身的重力)人們所做的功，或者是機(jī)械對物體做的功。在提升物體時，W有用＝GH。在水平拉動物體時，W有用＝fL。額外功使用機(jī)械時，對人們沒有用但又不得不做的功叫額外功，用W額表示。額外功的來源主要有：a.提升物體時，克服機(jī)械自重、容器自重、繩重等所做的功；b.克服機(jī)械的摩擦所做的功?？偣θ藗冊谑褂脵C(jī)械做功的過程中實(shí)際所做的功叫總功，用W總表示。它等于有用功和額外功的總和，即W總＝W有用＋W額，或人對機(jī)械的動力為F，則W總＝FS。(4)機(jī)械效率①定義：有用功與總功的比值叫做機(jī)械效率。②公式：η＝w有/w總由于總是存在額外功，使得W有用＜W額，所以η總是＜1；影響機(jī)械效率的主要因素有摩擦和機(jī)械自重等。1．（2023?益陽）早在3000年前我們的祖先就設(shè)計了結(jié)構(gòu)很合理的轆轤，通常用于從井中提水。如圖所示是古代民間的提水設(shè)施轆轤，由轆轤頭、支架、井繩、水桶等部分構(gòu)成。某次取水時井繩拉著質(zhì)量為10kg的水緩慢上升了4m，水桶的質(zhì)量為1kg，在這一過程中，人做的總功為500J。g取10N/kg。求此次取水的過程中：（1）人做的有用功為多少？（2）轆轤的機(jī)械效率多大？（3）人克服井繩重力與摩擦阻力做的功是多少？2．（2023?安徽）如圖，一固定斜面頂端裝有定滑輪，為測量該裝置提升物體時的機(jī)械效率，用彈簧測力計連接細(xì)繩，跨過定滑輪將重為6N的物體沿斜面向上勻速拉動0.6m，物體上升的高度為0.3m，彈簧測力計的示數(shù)為4N。求此過程中。（1）做的有用功；（2）該裝置的機(jī)械效率。3．（2023?廣元）如圖所示，某工人利用滑輪組將一個工件沿水平地面勻速拉動到加工點(diǎn)。拉動過程中，工人對繩的拉力始終沿豎直方向，工人雙腳始終與水平地面接觸且接觸面積為300cm2，工人對地面的壓強(qiáng)為2.0×104Pa；此工人的質(zhì)量為70kg，兩個動滑輪的質(zhì)量共為10kg，繩重、繩與滑輪之間的摩擦均忽略不計，g取10N/kg。求：（1）工人的手對繩的拉力大小；（2）工件移動過程中，地面對工件摩擦力的大??；（3）滑輪組在此次工作中的機(jī)械效率。4．（2023?荊州）以“‘荊歌’鐵馬，奔向未來”為主題的2023荊州馬拉松3月26日在荊州體育中心鳴槍起跑。在開賽場地建設(shè)過程中，工人利用長度L＝3m的斜面把質(zhì)量為240kg的重物勻速推到h＝1m高處，如圖所示，工人所用推力F＝1000N。g取10N/kg。求：（1）推力做的有用功；（2）斜面的機(jī)械效率；（3）工人將另一質(zhì)量為300kg的重物勻速推到同一高度，為了省力，換用長度為5m的斜面，此時重物與斜面間的摩擦力與原來的摩擦力之比為6：5，共用時20s，工人推力做功的功率。5．（2023?江西）如圖所示，利用斜面將箱子推進(jìn)車廂，通常要比把箱子直接從地面搬進(jìn)車廂省力多了。某同學(xué)用100N的力沿斜面向上勻速推動箱子，已知箱子質(zhì)量為20kg，斜面長3m，斜面高1.2m，g＝10N/kg。求：（1）箱子受到的重力；（2）箱子受到的摩擦力；（3）斜面的機(jī)械效率；（4）使用斜面推箱子時有哪些更省力的方法。6．（2023?南充）某人始終雙腳站在地上，用滑輪組從水池底勻速提起實(shí)心圓柱體A，如示意圖甲。A從離開池底到剛要離開水面的過程中，其底面受到水的壓強(qiáng)與時間關(guān)系pA﹣t如圖乙。A從剛離開池底到拉出水面并繼續(xù)向上運(yùn)動的過程中，人對地面的壓強(qiáng)與時間關(guān)系p人﹣t如圖丙。A未露出水面之前裝置的機(jī)械效率為η1，A離開水面后裝置的機(jī)械效率為η2。已知人的質(zhì)量為60kg，人雙腳站地時，與地面的接觸面積為500cm2，A的底面積為200cm2，η1：η2＝15：16，ρ水＝1.0×103kg/m3。不計摩擦和繩重及水的阻力，g＝10N/kg，A不吸且不溶于水，A底部與池底不密合，忽略液面高度變化，圖甲中①②③④段繩均豎直。（1）求池水深度和A的上升速度；（2）求A的高度和未露出水面受到的浮力；（3）求A未露出水面前人對繩的拉力和A全部露出水面后人對繩的拉力；（4）求動滑輪的重力。7．（2022?威海）為了建設(shè)精致城市，每到春天園林工人要在過街天橋上放置花草，為城市增添一抹綠色。如圖所示，工人用長木棒、滑輪、輕繩組裝提升裝置。木棒放置在天橋欄桿上始終保持水平，與欄桿M接觸點(diǎn)為O；用沙袋將木棒B端壓在欄桿N上，在木棒A端吊裝滑輪組。OA：OB＝1：2，每個沙袋重300N，每個滑輪重24N。（木棒和繩的重力、滑輪與軸的摩擦均忽略不計）（1）若A點(diǎn)受到豎直向下的拉力為1000N，為了保持木棒水平平衡，在B端至少需要放置幾個沙袋？（2）若某次工人利用滑輪組豎直向下拉繩子，將重為376N的花架勻速提升5m。求：①滑輪組的機(jī)械效率。②滑輪組對繩AC的拉力。8．（2022?遂寧）小超與同學(xué)到某工地參觀，看到工人操作電動機(jī)通過如圖所示滑輪組將正方體石料從水池底豎直勻速吊起。他們通過調(diào)查得知：石料的邊長為0.2m，密度為2.5×103kg/m3，石料上升時速度恒為0.4m/s，圓柱形水池的底面積為0.2m2，動滑輪重為30N。請根據(jù)他們的調(diào)查數(shù)據(jù)求（不計繩重和摩擦，ρ水＝1.0×103kg/m3，g取10N/kg）：（1）石料露出水面前受到的浮力；（2）石料的重力；（3）石料露出水面前滑輪組的機(jī)械效率；（4）石料從剛露出水面到完全露出水面所用的時間；并推導(dǎo)出該過程中電動機(jī)的輸出功率P（單位：W）與時間t（單位：s）的函數(shù)關(guān)系式。9．（2023?沈陽三模）如圖甲所示，鄰居大叔正吃力的把一重物送往高臺，放學(xué)回家的小明看見后急忙前去幫忙，他找來一塊木板，搭成如圖乙所示的斜面，結(jié)果輕松地把重物推到了高臺上。如圖乙所示，小明用10s沿斜面把一箱貨物從底端勻速推到頂端，推力為500N，斜面長3m、高1m，貨物質(zhì)量為120kg。（g取10N/kg）求：（1）推力的功率多大？（2）斜面的機(jī)械效率是多少？（3）重物受到斜面的摩擦力是多大？10．（2023?南皮縣校級模擬）小熊在課外實(shí)踐活動中，用如圖甲所示的滑輪組勻速拉動放在樹下一水平面上的不同物體，物體受到的摩擦力從100N開始逐漸增加，每次物體被拉動的距離均為1m。根據(jù)測量結(jié)果畫出了該滑輪組機(jī)械效率與物體受到摩擦力大小變化的關(guān)系圖象，如圖乙所示。若不計繩重和繩與滑輪間的摩擦，求：（1）由圖乙可知，當(dāng)物體受到的摩擦力為100N時，求：動滑輪的重力？（2）當(dāng)滑輪組的機(jī)械效率為75%，物體以0.1m/s的速度勻速運(yùn)動時，該滑輪組的有用功率是多大？（3）當(dāng)物體與地面的摩擦力為1500N時，體重為500N的小熊豎直向下拉繩，還能用此滑輪組拉動物體嗎？用計算結(jié)果說明。11．（2023?常州模擬）假期里小春同學(xué)去家里的米店幫忙，爸爸讓他把50kg一袋的米利用滑輪組提到3m高的二樓。小春同學(xué)體重600N，能提供的最大拉力為700N，他繞制了一個如圖甲所示的滑輪組，拼盡全力用時10s，一次剛好可以提4袋大米。請幫助小春同學(xué)思考以下問題：（全過程不考慮繩重和摩擦）（1）求動滑輪的重力。（2）求小春同學(xué)利用圖甲滑輪組提米的功率和該滑輪組的機(jī)械效率。（3）小春同學(xué)又設(shè)計了如圖乙所示的滑輪組，通過計算說明小春同學(xué)利用圖乙的新方案提米的時候，一次最多可以提起幾袋米。12．（2023?市北區(qū)校級模擬）如圖所示，某考古隊用滑輪組將體積為100dm3的文物打撈出水，定滑輪重100N?；喗M上共有三根繩子a、b和c，其中a是懸掛定滑輪，b繞在定滑輪和動滑輪上，c懸掛文物，整個打撈過程始終緩慢勻速提升文物，勻速提升文物0.5m（文物一直完全浸沒在水中）時滑輪組所做的有用功為1.9×103J，滑輪組的機(jī)械效率為95%（g＝10N/kg，繩重、滑輪與軸的摩擦以及水的阻力均忽略不計）。請解答下列問題：（1）文物浸沒在水中時受到的浮力是多大？（2）動滑輪的重力是多大？（3）在整個打撈過程中，a、b、c三根繩中哪根繩承受的拉力最大？該繩至少要承受多大的拉力？13．（2023?石家莊一模）如圖甲用一輛汽車打撈深井中的物體。汽車始終以2m/s的速度沿水平路面向右勻速直線運(yùn)動，直到剛好把物體完全打撈出井口。汽車牽引力的功率P與時間t的關(guān)系圖象如圖乙所示，t＝0s時繩子剛好拉緊（忽略物體出水時對井中水面高度的影響，不計水的阻力、繩重和滑輪軸處摩擦）。已知汽車受到地面的摩擦阻力為1000N，動滑輪重為1000N，g取10N/kg。求：（1）物體的重力；（2）從提出水面到剛好到井口的過程中，利用滑輪組提升物體所做的有用功；（3）在前10s提升物體的過程中，滑輪組的機(jī)械效率。14．（2023?湖北三模）如圖所示，某建筑工地用起重機(jī)將重為1.2×103kg的貨箱10s內(nèi)提升了4m，吊臂上的滑輪組如圖所示，若忽略繩重和摩擦，該滑輪組的機(jī)械效率為80%。（g取10N/kg）求：（1）吊臂上電動機(jī)拉力F的大??；（2）吊臂上電動機(jī)拉力F做功的功率；（3）若用此機(jī)械提升重力為2.7×104N的貨箱，該滑輪組的機(jī)械效率。15．（2023?肇東市校級模擬）如圖所示，工人站在水平臺面上用滑輪組提貨物。工人第一次豎直向上用200N的力拉繩子時，貨物未離開水平地面；第二次豎直向上拉動繩子，使貨物以0.09m/s的速度勻速上升。已知工人體重為600N，貨物重為900N，貨物與地面的接觸面積為0.1m2，動滑輪重為100N。不計滑輪組的繩重和摩擦。（1）求第一次拉繩子時，工人對水平臺面的壓力。（2）求第一次拉繩子時，貨物對地面的壓強(qiáng)。（3）求第二次拉繩子的過程中，該滑輪組的機(jī)械效率。（4）求第二次拉繩子的過程中，工人拉力的功率。16．（2023?德慶縣二模）如圖甲是一種用于建筑工地、道路、橋梁的爬梯式混凝土攪拌機(jī)。工作時，攪拌機(jī)將原料加工成混凝土后自動倒入運(yùn)料斗，運(yùn)料斗能通過爬梯頂端的滑輪沿爬梯上升到一定高度，然后將混凝土傾倒卸下，其原理簡圖如圖乙。某次運(yùn)送混凝土?xí)r，提升電機(jī)將裝有300kg混凝土的運(yùn)料斗勻速提升6m，用時20s，提升部分鋼絲繩拉力為2000N（不計繩重及摩擦，g取10N/kg）。求：（1）每次運(yùn)送，克服混凝土重力做了多少功？（2）拉力的功率是多少？（3）此裝置運(yùn)送混凝土的機(jī)械效率。17．（2023?泰山區(qū)二模）圖甲是建造大橋時所用的起吊裝置示意圖，使用電動機(jī)和滑輪組（圖中未畫出）將實(shí)心長方體A從江底豎直方向勻速吊起，圖乙是鋼纜繩對A的拉力F1隨時間t變化的圖象。A完全離開水面后，電動機(jī)對繩的拉力F大小為8×103N，滑輪組的機(jī)械效率為75%，已知A的重力為2.4×104N，A上升的速度始終為0.1m/s。不計鋼纜繩與滑輪間的摩擦及繩重，不考慮風(fēng)浪、水流等因素的影響。求：（1）長方體A未露出水面時受到的浮力；（2）長方體A的體積和密度；（3）把長方體A打撈出后放在水平地面上，如圖丙所示，它對地面的壓強(qiáng)。18．（2023?市南區(qū)二模）如圖甲所示是液壓汽車起重機(jī)從水中打撈重物的示意圖。A是動滑輪，B是定滑輪，C是卷揚(yáng)機(jī)