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2019浙教版中考第二轮复习物理——4、功、功率和机械


(
模块一:功与功率
)
(
1.基础回顾
)

如图所示, 用大小相等的拉力、、使同一个物体分别沿着水平面、斜面和竖直方向移动相同的距离, 拉力、、所做的功分别是、、．下列正确的是( )







A． B． C． D．
A

如图甲所示, 水平地面上的一物体, 受到方向不变的水平推力F的作用, F的大小与时间t的关系和物体速度v与时间t的关系如图乙所示, 则第2秒末时, 物体处于__________状态, 第6秒末到第9秒末, 推力F做功是_________焦耳




静止 24

(
机械中的功与功率
)
竖直滑轮组的热身:
用如图所示的滑轮组提升重物, 不计绳重和滑轮轴处摩擦.当重物A以0 .1m/s的速度匀速上升时, 拉力F的功率为9W；当在A的下方加挂一个重为90N的物体B匀速提升时, 滑轮组的机械效率是90%, 则只提升重物A时滑轮组的机械效率为 .
80%

如图是利用滑轮组匀速提升水中圆柱体M的示意图. 滑轮组固定在钢架上, 两个滑轮质量相等, 绕在滑轮组上的绳子能承受的最大拉力为900N, 连接圆柱体的绳子能承受的最大拉力为3000N. 圆柱体高为3m, 底面积为0.02m?, 密度为4.5×10?kg/m?. 在绳端拉力F的作用下, 圆柱体从下表面到水面距离15m处匀速上升到上表面与水面相平的过程用时3min. 在这个过程中, 拉力的功率为160W, 滑轮组的机械效率为η, 钢架对滑轮的拉力为T. 圆柱体缓慢出水的过程中, 下表面受到水的压强为p. 不计绳子重力、摩擦及水的阻力.g取10N/kg.下列选项正确的是( )
A、压强p的最小值为15000Pa B、拉力T的大小为2700N
C、拉力F的大小为640N D、滑轮组的机械效率为90％
A
解析:首先可以求出物体的体积V=3m×0.02m?=0.06m3,
物体的质量是: m=4.5×10?kg/m?×0.06m3=270kg, G=2700N;
物体在水中受到的浮力大小:F浮=1.0×10?kg/m?×0.06m3×10N/kg=600N
物体在水中上升的速度:v=12m÷180s=,
绳子上升的速度:v’=()×3=; 绳子的拉力大小为:F=160w÷=800N
通过受力分析可以得到:3F= G动+ G+F浮, G动=800N×3－(2700N－600N) =300N;
滑轮组的机械效率:η=; 拉力T=800N×2+300N=1900N;
当压强p最小, 液体对物体底面的压力最小, 此时物体受到浮力最小,绳子的拉力最大, 通过题目可以判断出来此时滑轮组上绳子的拉力为900N时.
F浮= G－ (900N×3－300N) =2700N－2400N=300N
所以可以知道p=300N÷0.02m?=15000Pa
水平滑轮组:
如图甲所示, 带有滑轮的物体A放置在粗糙水平地面上, 质量为m的电动机固定在物体A上, 通过滑轮水平匀速拉动物体A, 物体A移动速度为v甲, 移动距离为s甲, 电动机做功为W1, 电动机的功率为P1, 对绳的拉力为T1, 电动机收绳速度为v1；如图乙所示, 将电动机固定在地面上, 使电动机通过滑轮水平匀速拉动物体A, 物体A移动速度为v乙,移动距离为s乙, 电动机做功为W2, 电动机的功率为P2, 对绳的拉力为T2, 电动机收绳速度为v2.已知地面粗糙程度相同, s甲=s乙 , P1=P2, 不计绳重及滑轮与轴的摩擦.则下列判断正确的是
A．T1 W2 C．v1>v2 D．v甲





【答案】BD

如图所示, 湖水中有两艘小船, 绳子的一端拴在甲船上, 乙船上固定着滑轮, 绳子绕过滑轮, 站在甲船上的人用100N的力拉绳子的自由端．如果在20s内甲船向右匀速移动了10m, 同时乙船向左匀速移动了4m, 则人对绳子的力做功的功率是(　　)
A．50W B．140W C．30W D．70W
B




(
满分冲刺
)
为了将放置在水平地面上、重G=100N的重物提升到高处. 小明同学设计了图甲所示的滑轮组装置. 当用图乙所示随时间变化的竖直向下拉力F拉绳时, 重物的速度υ和上升的高度h随时间t变化的关系图像分别如图丙和丁所示. 若重物与地面的接触面积S=5×10-2m2, 不计绳重和摩擦, 绳对滑轮的拉力方向均可看成在竖直方向.则下列选项正确的是( )
A.在2～3s内, 拉力F的功率P为150W
B.在0～1s内, 重物对地面的压强p为600Pa
C.在1～2s内, 拉力F做的功W为375J
D.在2～3s内, 滑轮组的机械效率η保留两位有效数字后为53%

(
甲
)


B
(
模块二:机械效率
)
(多选)用滑轮组把一个物体从地面匀速提升h高度, 机械效率为. 对滑轮组进行处理后, 还将该物体从地面匀速提升h高度, 机械效率为, 发现. 则对滑轮组的处理方式是( )
A．把动滑轮换轻一些的 B．换粗一点的绳子拉
C．在绳和轮之间加润滑油 D．在轮与轴之间加润滑油
AD
绳与轮之间的摩擦属于静摩擦, 不影响机械效率；而轮与轴之间的摩擦会影响机械效率

如图所示, 物重G=100N, F=10N, 物体与水平面间的摩擦力是f=25N, 使物体匀速前进S=3m, 则拉力做的有用功是 J; 拉力做的总功是 J, 机械效率是
75 90 83.3%


如图所示, 质量为70kg的小刚站在高台上通过滑轮组匀速提升货物, 提升货物的质量为100kg. 已知滑轮A、B的质量均为4kg, 滑轮C的质量为8kg, 绳重及滑轮的摩擦均可忽略不计, g取10N/kg. 关于小刚提升货物过程中. 滑轮组的机械效率约为
83.3%
方法一:根据已知条件可以求出人对绳子的拉力为200N, 则


方法二:


(
满分冲刺
)
某工地施工时, 用固定在水平工作台上的卷扬机(其内部有电动机提供动力)通过滑轮组提升货物如图甲所示为监测卷扬机的工作情况, 将固定卷扬机的工作台置于水平轻质杠杆的A端, 地面上的重为800N配重C与杠杆B端相连接, 杠杆AB可绕转轴O在竖直平面内自由转动.当卷扬机提升货物G1以0.2米/秒的速度υ1匀速上升时, 卷扬机的拉力为F1, 配重C对地面的压强p1为300pa, 滑轮组的机械效率为η1; 当卷扬机提升2750N的G2物体为速度v2匀速上升时, 卷扬机的拉力为F2, 配重C对地面的压强p2为200pa, 滑轮组的机械效率为η2；卷扬机的拉力F1做功随时间变化的图像分别如图乙所示. 已知:配重的底面积是1m2,υ1:υ2=2: 3, OA:OB=2:5.忽略所有连接绳索的质量及各处摩擦.g取10N/kg.求:
(1)工作台和卷扬机的总重力；(2)拉力F2做功的功率；(3)η1与η2的比值.
(
卷扬机
工作台
乙
②
4
10
2
6
8
500
W/
J
1500
2000
2500
0
t/
s
1000
甲
B
O
A
C
货物
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时, 分别以重物和动滑轮、卷扬机及工作平台、杠杆、
配重C为研究对象, 受力分析示意图依序为答图4、5、6、7所示.
提升重物G2时, 受力分析示意图分为答图8、9、10、11所示.

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












(
模块三:综合演练
)
(
计算
)
废弃空矿井的底部固定一减震弹簧, 弹簧上端与装有监控仪器的长方体空心铁盒A相连, A放在弹簧上平衡时, 弹簧被压缩了10cm. 当在井中注满水的过程中, A缓慢上升20cm后就不再升高. 此时将另一个体积形状与A相同的有磁性的盒子B用绳子系住释放到水下, B碰到A的上表面后二者在磁力作用下吸在一起. 与此同时, A与弹簧脱开, 绳子的另一端与如图1所示的滑轮组相连, 工人站在水平地面上, 将A和B一起完全拉出水面, 此过程中滑轮组的机械效率η随时间t变化的图像如图2所示, 已知铁盒A的高度l为30cm, 减震弹簧的弹力大小F弹随注水时A上升的高度h变化的图像如图3所示, 不计绳重, 滑轮轴处的摩擦和水的阻力, g=10N/kg.
求:(1)铁盒A的体积.
(2)动滑轮的总重.
(3)假设人拉绳的速度保持恒定, 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在弹簧上平衡时受力分析如答图1甲GA=F弹,
由F弹-h图象知上升高度h=0时, F弹=200N∴GA=200N………………1分
当A上升了20cm后不再升高, 说明此时A全部浸没在水中, 受力分析如答图5乙,
此时有F浮=GA+F弹, , 由图象知上升高度h=20cm时, F弹=200N, F浮=400N, ………………1分
(
答图 1
甲
乙
F
弹
’
`
F
浮
G
A
F
弹
G
A
答图 2
答图 3
2
F
浮
+
T
1
G
A
+
G
B
T
2
G
A
+
G
B
)






(2)由η-t图象可知t1=4s时, η1= 40%, 对应B的上表面刚到达水面的状态, A、B的受力分析如答图2, 绳的拉力,
, 代入数据有①
由η-t图象可知t2=7s时, η2= 80%, 对应A的下表面刚离开水面的状态, A、B的受力分析如答图3, 绳的拉力,
, 代入数据有②…………1分
①②联立解得, ………………1分
(3)由η-t图象可知t1=4s到t2=7s是A、B出水的过程, 这段时间内上升的距离为2l=0.6m, 所以人拉绳的速度, ………………1分
出水前人的拉力,
功率80W………………1分


用如图(1)所示的装置提升重物,水平横梁固定在支架顶端, . 横梁端挂一底面积为 的配重, 横梁端下挂着由质量相等的四个滑轮组成的滑轮组, 用此滑轮组多次提升不同的物体, 计算出滑轮组的机械效率, 并记入下面的表格.
物重 60 80 100 180
机械效率

现用滑轮组分别提升甲、乙两个物体:在水面以上提升密度为的甲物体时, 绳自由端的拉力为, 做的功为, 配重对地面的压强变化量为; 在水面以下提升密度为的乙物体时, 绳自由端的拉力为, 做的功为, 配重对地面的压强变化量. 、所做的功随时间变化的关系如图(2)所示. 已知:甲、乙两物体的体积关系为, 提升甲、乙两物体时速度相同. (不计绳的质量、杠杆的质量、轮与轴的摩擦、水对物体的阻力. 取)求:
(1)配重对地面的压强变化量的差;
(2)滑轮组提升浸没在水中的乙物体时的机械效率. (保留百分号前面一位小数)


(1)= (2)
解析:因为不计绳的重力, 杠杆重力和摩擦, 所以通过表格和机械效率公式可求出:
=80% G动=20N；
通过、所做的功随时间变化的图(2),
可以知道:F1的功率: F2的功率:
因为提升物体速度相同, 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
通过受力分析, 可以求出杠杆上B点的拉力分别为:

根据杠杆平衡关系可以求出杠杆上A点的拉力分别为:

=(155N-105N)÷0.1m2=

(
模块四:实验专练
)
(
0
1
N
2
3
4
5
0
1
2
3
4
5
)
实验装置如图所示, 其中弹簧测力计的量程为0~5N．另外还有质量均为100g的钩码六个(图中未画出)．要求利用上述实验装置和钩码设计一个实验, 探究 “使用同一动滑轮提升物体时, 动滑轮机械效率与所提升的物体重力大小的关系”, 请写出实验步骤、画出实验数据记录表．
(1)将弹簧测力计调零, 按示意图组装实验器材．
(2)在动滑轮下依次挂1个、2个、3个、4个、5个、6个钩码, 用弹簧测力计拉住绳端, 依次竖直向上缓慢匀速拉动, 使钩码每次匀速上移一段距离, 分别记录绳端移动距离S和钩码移动距离h, 并将每次所挂钩码的总质量m和弹簧测力计的示数F分别记录在表格中．
(3)利用公式η=W有/W总=mgh/FS 计算出六次动滑轮的机械效 率η1、η2、η3、η4、η5、η6, 并将数据记录在表格中．实验数据记录表:
探究动滑轮机械效率与所提升的物体重力大小的关系实验数据记录表

m/kg
mg/N
F/N
S/m
h/m
W总/J
W有用/J
η













实验台上有如下实验器材:一个带支架杠杆、一个量程为0～5N的弹簧测力计、七个质量均为100g的钩码和两段细绳. 请利用上述实验器材设计一个实验, 证明“在杠杆平衡时, 如果动力臂和阻力臂保持不变, 则动力的变化量跟阻力的变化量成正比”.
(1)在图所示的杠杆中, 点A表示钩码悬挂在杠杆上的位置, 请在合适的位置标出弹簧测力计施加拉力的作用点, 用B表示.
(2)写出主要实验步骤, 画出记录实验数据的表格.
(1)如图所示(其它方法正确均可得分)
(2)实验步骤:
①用细绳做一个绳套, 拴牢在杠杆的B位置, 调节杠杆使其水平平衡, 把动力臂L动、阻力臂L阻记录在表格中. 将弹簧测力计的指针调节到零刻度线位置. ………………(组装与调零)
②在A位置处挂1个钩码, 在B位置处竖直向上拉弹簧测力计, 使杠杆水平平衡, 将所挂钩码的质量m0、弹簧测力计示数F动0记录在表格中. ……………………………(实验准备)
③在A点处加挂1一个钩码, 在B点处竖直向上拉弹簧测力计, 使杠杆水平平衡, 将所挂钩码的总质量m1、弹簧测力计示数F动1记录在表格中. ………………………(第一次变化量描述)
④仿照步骤③, 重复5次, 每次在A点处加挂1个钩码, 在B位置处竖直向上拉弹簧测力计, 使杠杆水平平衡, 将各次所挂钩码的总质量m2~m6、弹簧测力计示数F动2~F动6记录在表格中. ………………………………………………………………(“做一仿五”, 注意读数记录)
⑤跟据F阻=G码=m码g, 分别算出每次施加在A位置的阻力大小F阻0～F阻6；分别算出实验中动力变化量△F动1(F动1—F动0)～△F动6(F动6—F动0)；分别算出与动力变化量对应的阻力变化量△F动1(F动1—F动0)～△F动6(F动6—F动0)；将以上数据记录在表格中. …………………………………………………………(利用公式计算并填入表格)
实验数据记录表格:
实验次数 1 2 3 4 5 6 7
动力臂L动/cm
阻力臂L阻/cm
砝码质量m/g
动力F动/N
阻力F阻/N
动力变化量△F动/N
阻力变化量△F阻/N



如图所示, A是一个重为G的活塞, B是一个粗细均匀、竖直固定放置的圆筒.用竖直向下的力F1推活塞A, 使其恰能以速度为匀速向下运动(如图甲), 活塞从金属筒上端移动到下端的过程中, 所用的时间为, F1做的功为W1 , 功率P1；若对活塞A施以竖直向上的力F2, 使其恰能以速度为匀速向上运动(如图乙)活塞从金属筒下端移动到上端的过程中, 所用的时间为, F2做的功为W2 , 功率P2.已知F1=G, P1= P2. 则下列判断正确的( )
A. B. C. D.

D

如图所示, 用一动滑轮拉一物体A以0.5m/s的速度在水平面匀速运动, 物体A重为20N, 受到的摩擦力是物重的0.2倍, 水平拉力F为2.5N, 则在2s内拉力做的功是 .J, 滑轮的机械效率是 (不计滑轮重力).

5 80%




如图所示是提升路面砖的装置. 质量为70 kg的工人与地面的接触面积为500 cm2, 吊箱重200N, 每块砖重100N, 滑轮的摩擦和绳重均可忽略不计. 工人用拉力F在4s内匀速提升10块砖, 升高2m, 此装置的机械效率为80%.(取g =10N/kg)则( )
A．工人做的额外功是2000J
B．拉力F的功率是500W
C．工人对地面的压强是1500Pa
D．此装置的机械效率最高可达85%

C

(多选)如图甲所示, 重为80Ｎ的物体在大小为30Ｎ、水平向左的拉力F1作用下, 在水平面上以0.4m/s的速度做匀速运动, 滑轮与绳子质量及滑轮轴处摩擦均不计. 改用如图乙所示滑轮组后, 该物体在水平向右的拉力F2作用下, 在相同的水平面上向右匀速运动0.5m, 下说法正确的是( )
A．物体与地面之间的摩擦力为15Ｎ
B．拉力F1的功率为24Ｗ
C．拉力F2的大小为90Ｎ
D．拉力F2做的功是30Ｊ
(
甲 乙
)
BCD

为了将放置在水平地面上、重为90N的重物提升到高处. 小明同学设计了图(甲)所示的滑轮组装置. 当小明所用的拉力F随时间变化的图像如图(乙)所示, 重物的速度υ和上升的高度h随时间t变化的图像分别如图(丙)和(丁)所示. 不计摩擦和绳重, 绳对滑轮的拉力方向均可看成在竖直方向. 则在2~3s内, 滑轮组的机械效率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%








如图所示装置, 物体B放在水平桌面上, 物体A通过滑轮组拉住物体B, 此时物体B保持静止. 小明用竖直向下大小为2N的力F1拉重为1N物体A时, 物体B以0.06m/s的速度水平匀速向右运动；小明只用水平向左的拉力F2拉物体B时, 物体A以0.3m/s的速度匀速上升. 不计轮重、绳重和轴摩擦, 则下列判断正确的是( )
A．物体B受到的滑动摩擦力大小为6N
B．水平向左拉物体B时, 拉力F2功率为1.2W
C．水平向左拉物体B时, 拉力F2的大小为10N
D．用力F1竖直向下拉物体A时, 物体A重力的功率为0.02W
B

(
A
)
工人用滑轮组提升水中物体A, 如图所示.当物体A完全在水面下被匀速提升的过程中, 工人对绳子竖直向下的拉力为F1, 水平地面对工人的支持力为N1；滑轮组的机械效率η1为60%. 当物体A完全打捞出水面后被匀速提升的过程中, 滑轮组的机械效率为η2, 工人对绳子竖直向下的拉力为F2, 水平地面对工人的支持力为N2. 已知工人所受重力为500N, N1∶N2=7∶2；物体A所受重力为1000N.不计绳重、滑轮与轴的摩擦以及水的阻力, g取10N/kg.求:
(1)动滑轮所受重力G动；
(2)物体A的密度ρA；
(3)滑轮组的机械效率η2；
(
G
人
F
1
′
N
1
F
2
′
N
2
G
人
图1
甲
乙
)(4) 当物体A完全在水面下时, 以0.1m/s的速度被匀提升时, 人拉绳的功率P1.

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

(1)以工人为研究对象, 进行受力分析如图1甲、乙所示.
工人处于静止状态, 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、乙受力分析图或方程正确得1分)

当物体A浸没在水中时, 动滑轮与物体A的受力情况如图2(A)所示.
(
3
F
1
3
F
2
A
A
A
A
图2
)当物体A完全露出水面时, 动滑轮与物体A的受力情况如图2(B)所示.
由(A)图: 3F1=GA+G动－F浮----③
由(B)图: 3F2=GA+G动----④
-----((A)、(B)受力分析图或方程正确得1分)

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

(2)由⑥式得:60%=(GA－F浮) / (GA+G动－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′总
=GA/ (GA+G动)
=1000N/(1000N+250N) [来源:学_科_网Z_X_X_K]
=80% ------------(1分)

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

(
1
)

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