2020年中考物理重点知识强化训练专题十一功、功率、机械效率的综合计算试题

考点一：功、功率综合计算

1.(2019惠阳)如图所示,某品牌太阳能汽车在景区接送游客。

(1)车轮与地面的总接触面积为2.0×10-2 m2,该汽车对水平地面的压强为2.5×105 Pa,求该汽车对地面的压力多大?

(2)某次运送游客时,该车以18 km/h的速度在水平路面上匀速行驶3.6 km,此时该车的输出功率为800 W。求:此过程中该车受到的阻力多大?牵引力所做的功多大?

2.(2019厦门)“塔吊”是修建高层建筑常见的起重设备,又名“塔式起重机”。某“塔吊”以恒定功率24 kW将质量2 t的重物从静止开始竖直向上提升45 s,全程v-t关系如图。g取10 N/kg。

(1)求t=30 s时重物所受的拉力。

(2)求整个过程重物的最大速度。

(3)若重物上升的总高度为60 m,则最后12 s拉力的平均功率为多大?

3.(2019宁波江北)外卖小哥的忙碌也体现了现代生活的节奏。若摩托车自身质量为150 kg,静止时总着地面积约为240 cm2,摩托车牵引力的功率为21 kW,某次订单他要把外卖从万达广场送到6 km远的西南大学附属小学,若始终以18 km/h的速度匀速行驶,求:(1)在这个过程中摩托车牵引力的大小;(2)在这个过程中摩托车的牵引力做的功。

考点二：功、机械效率综合计算

1.(2019德州)小强用如图所示装置在10 s内将重为450 N的货物匀速提升2 m,此过程中拉力F的功率为120 W。

求:(1)提升装置所做的有用功;(2)拉力F做的功;(3)该滑轮组的机械效率。

2.（2019襄阳）工人师傅用如图所示的滑轮组将重为600N的货物匀速提升了2m,做了1500J的功。求:

(1)滑轮组的机械效率；

(2)当他用400N的拉力匀速提升其它货物时,额外功占总功的15%,求提升货物的重。

3.(2019日照)在建设工地上,工人把重1 000 N的物体沿着长s=5 m、高h=1 m的斜面从底部匀速拉上斜面的顶端,沿斜面所用的拉力为250 N(不计空气阻力)。求:

(1)将物体从斜面底部匀速拉到斜面顶端的过程中,拉力做了多少功?(2)工人使用斜面做功的机械效率是多少?(3)物体和斜面之间的摩擦力是多大?

4.（2019赤峰）一木块重480N体积为0.08m3，用力F将木块沿斜面匀速拉到高处，如图甲所示。已知拉力F做的功W与木块沿斜面运动距离s的关系如图乙所示。整个过程的额外功是320J．（g＝10N/kg）

求：（1）木块的密度；（2）拉力F大小；

（3）斜面的机械效率。

5.(2019潍坊)一辆质量为1.5×103 kg的汽车陷入一泥泞路段,司机师傅利用滑轮组和周围条件,组装成了如图所示的拖车装置。已知汽车通过泥泞路段需移动8 m距离,汽车在泥泞路段受到的阻力为车重的0.1,滑轮组的机械效率为80%,g取10 N/kg。在将车匀速拖离泥泞路段过程中,求:

(1)做的有用功;

(2)作用在绳子自由端的拉力。

6.(2019安徽)如图所示,工人用滑轮组提升货物,每个滑轮所受的重力均为50 N。

(1)用滑轮组让重为750 N的货物以0.2 m/s的速度匀速竖直上升10 s,求工人做的有用功。

(2)若绳子能够承受的最大拉力为500 N,货物提升过程中绳子所受的重力和摩擦力对应的额外功始终占总功的10%,求滑轮组的最大机械效率。

7.(2019北部湾)如图,在水平地面上放着物体A, A与地面的接触面积为0.14 m2,对地面的压强为3 000 Pa。用滑轮组匀速提升物体A时,滑轮组的机械效率是84%(不计绳重和摩擦)。求:

(1)物体A的重力;(2)动滑轮的重力;

(3)用此滑轮组使物体A以0.2 m/s的速度匀速上升,在5 s的时间内,人拉力所做的功。

考点三：浮力、机械效率综合计算

1.（2019昆明）一人用桶从井里取水，己知桶的容积是6L，空桶的质量是1.5kg，忽略绳子的重力。（ρ水=1.0×103kg/m3，g=10N/kg）求：（1）装满水后水的质量；

（2）用绳子把桶放到井里，进入一些水后，桶仍然漂浮在水中，此时它排开水的体积是3×10-3m3，桶受到的浮力；

（3）将一满桶水从桶底刚好离开水面开始匀速提高5m，绳子的拉力做的功；（4）提水的效率。

2.(2019广西)北海、防城港、钦州是广西与东盟经济交流的重要港口城市,滑轮组在港口机械设备中有广泛的应用,机械设备在设计制造过程中需要进行静态模拟实验,某科研室用实心圆柱体A进行静态模拟实验,如图所示,已知A的体积为1.2×10-3 m3,质量为2.1 kg。整个打捞过程A被匀速提升,A浸没在水中时,滑轮组的机械效率为60%。忽略绳重及滑轮摩擦,不考虑水的阻力,求: (ρ水=1.0×103 kg/m3,g取10 N/kg)

(1)A受到的重力;

(2)A浸没在水中时受到的浮力;

(3)A完全离开水面后,绳子自由端的拉力F;

(4)A完全离开水面后,滑轮组的机械效率。(机械效率精确到0.1%)

3.(2019巴中)如图所示,某施工队利用滑轮组从水中提取物体,上升过程中物体始终不接触水底。已知物体质量为4 t,体积为1 m3。(ρ水=1.0×103 kg/m3,g取10 N/kg)

(1)物体浸没在水中时,求物体所受浮力的大小;

(2)物体下表面与水面距离为3 m时,求物体下表面所受水的压强;

(3)若不计动滑轮的自重、绳重和摩擦以及水对物体的阻力,当浸没在水中的物体被匀速提升时,求电动机对绳子的拉力;

(4)物体离开水面后,在电动机作用下匀速上升,若电动机的功率为9 kW,电动机对绳子的拉力为1.5×104 N,求物体上升的速度和滑轮组的机械效率(机械效率精确到0.1%)。

4.（2019齐齐哈尔）图甲是某起重船的示意图，A处为卷扬机，吊臂前端滑轮组如图乙所示。

在一次吊装施工中，当起重船从运输船上吊起重物时，起重船浸入海水中的体积增加了18m3，重物在空中匀速竖直上升了3m，所用时间为30s。已知动滑轮总重为2×104N，不计钢丝绳重及摩擦。（ρ海水＝1.0×103kg/m3）（1）求该重物的重力是多少？

（2）求钢丝绳拉力F做功的功率是多少？

（3）求该重物在空中匀速上升过程中滑轮组的机械效率。

备战2020中考物理重点知识强化训练

——专题十一：功、功率、机械效率的综合计算参考答案

考点一：功、功率综合计算

1.(2019惠阳)如图所示,某品牌太阳能汽车在景区接送游客。

(1)车轮与地面的总接触面积为2.0×10-2 m2,该汽车对水平地面的压强为2.5×105 Pa,求该汽车对地面的压力多大?

(2)某次运送游客时,该车以18 km/h的速度在水平路面上匀速行驶3.6 km,此时该车的输出功率为800 W。求:此过程中该车受到的阻力多大?牵引力所做的功多大?【答案】(1)5×103 N　(2)160 N　5.76×105 J

【解析】(1)汽车对地面的压力F=pS=2.5×105 Pa×2.0×10-2 m2=5×103 N;

1

(2)汽车速度v=18 km/h=18×3.6 m/s=5 m/s,

WFs

P800 W

由P=t=t=Fv得牵引力F=v=5 m/s=160 N;因为车匀速运动,所以受到的阻力f=F=160 N;牵引力做功W=Fs=160 N×3 600 m=5.76×105 J。

2.(2019厦门)“塔吊”是修建高层建筑常见的起重设备,又名“塔式起重机”。某“塔吊”以恒定功率24 kW将质量2 t的重物从静止开始竖直向上提升45 s,全程v-t关系如图。g取10 N/kg。

(1)求t=30 s时重物所受的拉力。(2)求整个过程重物的最大速度。

(3)若重物上升的总高度为60 m,则最后12 s拉力的平均功率为多大?【答案】(1)2×104 N　(2)1.2 m/s　(3)1×104 W

【解析】(1)由图象可知,在15~45 s阶段重物竖直向上做匀速直线运动,根据二力平衡条件可知,拉力与重力是一对平衡力,大小相等,所以t=30 s时,重物所受的拉力F=G=mg=2×103 kg×10 N/kg=2×104 N。

WFs

(2)由题意知,0~45 s内,拉力的功率恒定不变,P=24 kW=2.4×104 W,由P=t=t=Fv得,整个

P2.4×10W

过程重物的最大速度(即匀速运动时的速度)vm=F=2×10N=1.2 m/s。(3)由题知,整个过程中重物上升的总高度为60 N×60 m=1.2×106 J,

前45 s“塔吊”对重物做的功:W1=Pt1=2.4×104 W×45 s=1.08×106 J,最后12 s拉力做的功:

W2=W-W1=1.2×106 J-1.08×106 J=1.2×105 J,则最后12 s拉力的平均功率:W2P'=

t2=1.2×1012 s

5

44

m,则全程塔吊对重物做功W=Gh=2×104

=1×104 W。

3.(2019宁波江北)外卖小哥的忙碌也体现了现代生活的节奏。若摩托车自身质量为150 kg,静止时总着地面积约为240 cm2,摩托车牵引力的功率为21 kW,某次订单他要把外卖从万达广场送到6 km远的西南大学附属小学,若始终以18 km/h的速度匀速行驶,求:(1)在这个过程中摩托车牵引力的大小;(2)在这个过程中摩托车的牵引力做的功。

【答案】(1)4 200 N　(2)2.52×107 J

【解析】(1)摩托车的速度v=18 km/h=5 m/s,摩托车牵引力的功率为P=21 kW=2.1×104 W,

P2.1×10W

在这个过程中摩托车牵引力的大小F=v=

s

s

6 km

5 m/s1

=4 200 N;

4

(2)由v=t得,摩托车行驶的时间t=v=18 km/h=3 h=1 200 s,则摩托车的牵引力做的功:W=Pt=2.1×104 W×1 200 s=2.52×107 J。考点二：功、机械效率综合计算

1.(2019德州)小强用如图所示装置在10 s内将重为450 N的货物匀速提升2 m,此过程中拉力F的功率为120 W。

求:(1)提升装置所做的有用功;(2)拉力F做的功;(3)该滑轮组的机械效率。

【答案】(1)900 J　(2)1 200 J　(3)75%【解析】(1)提升装置所做的有用功:W有用=Gh=450 N×2 m=900 J;

W

(2)根据P=t可得拉力F做的功:W总=Pt=120 W×10 s=1 200 J;

W有用

(3)滑轮组的机械效率η=

900 J

W总1 200 J

=×100%=75%。

2.（2019襄阳）工人师傅用如图所示的滑轮组将重为600N的货物匀速提升了2m,做了

1500J的功。求:

(1)滑轮组的机械效率；

(2)当他用400N的拉力匀速提升其它货物时,额外功占总功的15%,求提升货物的重。解：（1）所做的有用功：

，由题知，工人做了1500J的功，

即W总=1500J，滑轮组的机械效率：

；

（2）当他用400N的拉力匀速提升其它货物时，额外功占总功的15%，则有用功占总功的

为85%，即η′=85%，由图知，n=3，滑轮组的机械效率此时提升的物重：

。

，所以，

3.(2019日照)在建设工地上,工人把重1 000 N的物体沿着长s=5 m、高h=1 m的斜面从底部匀速拉上斜面的顶端,沿斜面所用的拉力为250 N(不计空气阻力)。求:

(1)将物体从斜面底部匀速拉到斜面顶端的过程中,拉力做了多少功?(2)工人使用斜面做功的机械效率是多少?(3)物体和斜面之间的摩擦力是多大?【答案】(1)1 250 J　(2)80%　(3)50 N

【解析】(1)将物体从斜面底部匀速拉到斜面顶端的过程中,拉力做的功W总=Fs=250 N×5 m=1 250 J;

(2)工人做的有用功W有=Gh=1 000 N×1 m=1 000 J,工人使用斜面做功的机械效率

W有η=

1 000 J

W总

×100%=1 250 J×100%=80%;

(3)克服摩擦力做的额外功W额=W总-W有=1 250 J-1 000 J=250 J,由W额=fs可得,

W额250 J

物体和斜面之间的摩擦力f=s=5 m=50 N。

4.（2019赤峰）一木块重480N体积为0.08m3，用力F将木块沿斜面匀速拉到高处，如图甲所示。已知拉力F做的功W与木块沿斜面运动距离s的关系如图乙所示。整个过程的额外功是320J．（g＝10N/kg）

求：（1）木块的密度；（2）拉力F大小；（3）斜面的机械效率。解：（1）木块的质量：m＝＝

＝48kg

木块的密度：ρ＝＝＝0.6×103kg/m3

（2）由图象知，拉力做总功800J，木块移动的距离是4m，W＝Fs得，拉力为：F＝＝

＝200N

（3）木块上升过程中有用功为：W有＝W﹣W额＝800J﹣320J＝480J

斜面的机械效率：η＝×100%＝×100%＝60%

答：（1）木块的密度是0.6×103kg/m3；（2）拉力F大小是200N；（3）斜面的机械效率是60%。

5.(2019潍坊)一辆质量为1.5×103 kg的汽车陷入一泥泞路段,司机师傅利用滑轮组和周围条件,组装成了如图所示的拖车装置。已知汽车通过泥泞路段需移动8 m距离,汽车在泥泞路段受到的阻力为车重的0.1,滑轮组的机械效率为80%,g取10 N/kg。在将车匀速拖离

泥泞路段过程中,求:

(1)做的有用功;

(2)作用在绳子自由端的拉力。【答案】(1)1.2×104 J　(2)625 N【解析】(1)汽车在泥泞路段受到的阻力:

f=0.1mg=0.1×1.5×103 kg×10 N/kg=1.5×103 N;

将车匀速拖离,由二力平衡条件可得,滑轮组对车的拉力:F拉=f=1.5×103 N;所做有用功W有=F拉s车=1.5×103 N×8 m=1.2×104 J;(2)由图可知n=3,则绳子自由端移动的距离:s绳=3s车=3×8 m=24 m,

W有

由η=

W有1.2×104J

80%

=1.5×104 J;

4

W总

可得总功:W总=η=

W总

1.5×10J24 m

=625 N。

作用在绳子自由端的拉力:F=

s绳

=

6.(2019安徽)如图所示,工人用滑轮组提升货物,每个滑轮所受的重力均为50 N。

(1)用滑轮组让重为750 N的货物以0.2 m/s的速度匀速竖直上升10 s,求工人做的有用功。

(2)若绳子能够承受的最大拉力为500 N,货物提升过程中绳子所受的重力和摩擦力对应的额外功始终占总功的10%,求滑轮组的最大机械效率。【答案】(1)1 500 J　(2)85%

s

【解析】(1)由v=t可得货物升高的高度:h=vt=0.2 m/s×10 s=2 m,

工人做的有用功W有用=Gh=750 N×2 m=1 500 J;

(2)由题知,货物提升过程中绳子所受的重力和摩擦力对应的额外功始终占总功的10%,当以绳子能够承受的最大拉力提升货物时,拉力做的总功为Fs,则有:Fs=G物h+G动h+10%Fs,由图可知n=2,则s=2h,可得:

1.8F=G物+G动,即提升货物的最大重力G物=1.8F-G动=1.8×500 N-50 N=850 N,则滑轮组的

G物hG物hG物

850 N

最大机械效率η=Fs=2Fh=2F×100%=2×500×100%=85%。

7.(2019北部湾)如图,在水平地面上放着物体A, A与地面的接触面积为0.14 m2,对地面的压强为3 000 Pa。用滑轮组匀速提升物体A时,滑轮组的机械效率是84%(不计绳重和摩擦)。求:

(1)物体A的重力;(2)动滑轮的重力;

(3)用此滑轮组使物体A以0.2 m/s的速度匀速上升,在5 s的时间内,人拉力所做的功。【答案】(1)420 N　(2)80 N　(3)500 J

F

【解析】(1)由p=S可得,A对地面的压力:F压=pS=3 000 Pa×0.14 m2=420 N,因为物体A在水平地面上,所以物体A的重力 GA=F压=420 N;

W有用

(2)用滑轮组匀速提升物体A时,不计绳重和摩擦,则滑轮组的机械效率η=

GAh

GA

420 N

W总

=

GAh+G轮hGA+G轮420 N+G轮

===84%,解得动滑轮重力G轮=80 N;

(3)用此滑轮组使物体A以0.2 m/s的速度匀速上升5 s,则物体A上升的高度h=vt=0.2 m/s×5 s=1 m,由图可知n=2,则拉力端移动距离s=2h=2×1 m=2 m,不计绳重和摩擦,则绳端

1

1

的拉力F=2(GA+G轮)=2(420 N+80 N)=250 N,人拉力做的功W总=Fs=250 N×2 m=500 J。考点三：浮力、机械效率综合计算

1.（2019昆明）一人用桶从井里取水，己知桶的容积是6L，空桶的质量是1.5kg，忽略绳子的重力。（ρ水=1.0×103kg/m3，g=10N/kg）求：（1）装满水后水的质量；

（2）用绳子把桶放到井里，进入一些水后，桶仍然漂浮在水中，此时它排开水的体积是3×10-3m3，桶受到的浮力；

（3）将一满桶水从桶底刚好离开水面开始匀速提高5m，绳子的拉力做的功；（4）提水的效率。

解：（1） 由

mV 可得，装满水后水的质量：

m=ρV=1.0×103kg/m3×6×10-3m3=6kg；

（2）．桶受到的浮力；

F浮=ρ液gV排=1.0×103kg/m3×10N/kg×3×10-3m3=30N；

（3）．绳子的拉力做的功：

W=G总h=（m桶+m）gh=（1.5kg+6kg）×10N/kg×5m=375J；

（4）．提水的效率：

W有m水gh6kg10N/kg5m=100%=80%WW375J2.(2019广西)北海、防城港、钦州是广西与东盟经济交流的重要港口城市,滑轮组在港口机械设备中有广泛的应用,机械设备在设计制造过程中需要进行静态模拟实验,某科研室用实心圆柱体A进行静态模拟实验,如图所示,已知A的体积为1.2×10-3 m3,质量为2.1 kg。整个打捞过程A被匀速提升,A浸没在水中时,滑轮组的机械效率为60%。忽略绳重及滑轮摩擦,不考虑水的阻力,求: (ρ水=1.0×103 kg/m3,g取10 N/kg)

(1)A受到的重力;

(2)A浸没在水中时受到的浮力;

(3)A完全离开水面后,绳子自由端的拉力F;

(4)A完全离开水面后,滑轮组的机械效率。(机械效率精确到0.1%)【答案】(1)21 N　(2)12 N　(3)9 N　(4)77.8%【解析】(1)物体A所受重力:GA=mg=2.1 kg×10 N/kg=21 N;

(2)A浸没在水中时受到的浮力:F浮=ρ水gV排=1.0×103 kg/m3×10 N/kg×1.2×10-3 m3=12 N;

(3)A浸没在水中时,η=60%,则:

W有=(GA-F浮)·h,W总=(GA-F浮)·h+G动·h,

W有

由η=

(GA-F浮)h

W总(GA-F浮)h+G动h

得,=60%,

(21 N-12 N)h即

(21 N-12 N)h+G动h

=60%,解得G动=6 N,

1

1

由图知,滑轮组由3段绳子承担物重,A完全出水后,绳子拉力F=n(GA+G动)=3(21 N+6 N)=9 N;

W有

(4)由η=GA

GhGhG

W总FsFnhnF

===得,A完全离开水面后,滑轮组的机械效率

21 N

η=nF×100%=3×9 N×100%≈77.8%。

3.(2019巴中)如图所示,某施工队利用滑轮组从水中提取物体,上升过程中物体始终不接触水底。已知物体质量为4 t,体积为1 m3。(ρ水=1.0×103 kg/m3,g取10 N/kg)

(1)物体浸没在水中时,求物体所受浮力的大小;

(2)物体下表面与水面距离为3 m时,求物体下表面所受水的压强;

(3)若不计动滑轮的自重、绳重和摩擦以及水对物体的阻力,当浸没在水中的物体被匀速提升时,求电动机对绳子的拉力;

(4)物体离开水面后,在电动机作用下匀速上升,若电动机的功率为9 kW,电动机对绳子的拉力为1.5×104 N,求物体上升的速度和滑轮组的机械效率(机械效率精确到0.1%)。【答案】(1)1×104 N　(2)3×104 Pa　(3)1×104 N(4)0.2 m/s　88.9%

【解析】(1)物体受到的浮力F浮=G排=ρ水V排 g=ρ水V物 g=1.0×103 kg/m3×1 m3×10 N/kg=1×104 N;

(2)物体下表面所受水的压强p=ρ水gh=1.0×103 kg/m3×10 N/kg×3 m=3×104 Pa;

(3)物体的质量 m=4 t=4×103 kg,

物体所受的重力G=mg=4×103 kg×10 N/kg=4×104 N;当物体浸没在水中,滑轮组对物体的拉力:

F拉=G-F浮=4×104 N-1×104 N=3×104 N,不计动滑轮的自重、绳重、绳与滑轮的摩擦以及

1

1

水对物体的阻力,n=3,电动机对绳子的拉力F'=3F拉=3×3×104 N=1×104 N;

WFs

P

9 000 W

4

(4)由P=t=t=Fv得,电动机拉动绳子的速度vF=F=1.5×10N=0.6 m/s,

1

1

物体上升的速度v物=3vF=3×0.6 m/s=0.2 m/s,

W有用

滑轮组的机械效率η=

W总

GhGhG

4×10N

44

=Fs=3Fh=3F=3×1.5×10N×100%≈88.9%。

4.（2019齐齐哈尔）图甲是某起重船的示意图，A处为卷扬机，吊臂前端滑轮组如图乙所示。

在一次吊装施工中，当起重船从运输船上吊起重物时，起重船浸入海水中的体积增加了18m3，重物在空中匀速竖直上升了3m，所用时间为30s。已知动滑轮总重为2×104N，不计钢丝绳重及摩擦。（ρ海水＝1.0×103kg/m3）（1）求该重物的重力是多少？

（2）求钢丝绳拉力F做功的功率是多少？

（3）求该重物在空中匀速上升过程中滑轮组的机械效率。

解：

（1）起重船增大的浮力：

△F浮＝ρ水g△V排＝1×103kg/m3×10N/kg×18 m3＝1.8×105N，

因为起重船始终漂浮，所以该重物的重力：G＝△F浮＝1.8×105N；

（2）由图知，n＝4，不计钢丝绳重及摩擦，钢丝绳的拉力：F＝（G+G动）＝×（1.8×105N+2×104N）＝5×104N；拉力端移动距离s＝4h＝4×3m＝12m，拉力做的总功：

W总＝Fs＝5×104N×12m＝6×105J，拉力做功的功率：

P＝＝＝2×104W；

（3）拉力做的有用功：

W有用＝Gh＝1.8×105N×3m＝5.4×105J，滑轮组的机械效率：

η＝＝×100%＝90%。

答：（1）该重物的重力是1.8×105N；（2）钢丝绳拉力F做功的功率是2×104W；

（3）该重物在空中匀速上升过程中滑轮组的机械效率为90%。