教科版八年级下学期物理 专题六 功、功率与机械效率的计算

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1、 教科版八下物理 专题六 功、功率与机械效率的计算 1. 在一次车辆故障处置过程中，拖车所用装置简化为如图所示的滑轮组。为了尽快疏通道路，交警指挥拖车只用了 30 s 时间，将水平路面上质量是 1.5 t 的故障车匀速拖离了现场。若故障车被拖离的速度是 5 m/s，绳子自由端的拉力 F 是 500 N，地面对故障车的摩擦力为车重力的 0.08 倍。求：（g 取 10 N/kg） (1) 拉力 F 的功率。 (2) 整个装置的机械效率。 2. 如图是工人利用滑轮组提升重为 810 N 物体的示意图，某段过程中物体匀速上升的速度为 0.1 m/s，工人拉力 F 的功率

2、为 90 W，物体上升 10 s 拉力 F 克服滑轮组的摩擦做的功是 60 J，不计绳重。求： (1) 工人拉绳子的速度。 (2) 滑轮组的机械效率。 (3) 滑轮组中的动滑轮的重力。 3. 质量为 60 kg 的工人用如图甲所示的滑轮组运送货物上楼，滑轮组的机械效率随货物重力变化的图象如图乙，机械中摩擦力及绳重忽略不计。（g 取 10 N/kg） (1) 影响滑轮组机械效率的因素之一是 。 (2) 若工人在 1 min 内将货物匀速向上提高了 6 m，作用在钢绳上的拉力为 400 N，求拉力的功率。 (3) 求动滑轮受到的重力。 4. 如图是

3、建筑工地上的起重机示意图，起重机的电动机功率为 3×103 W，当它把质量为 1 t 的重物匀速提起 24 m 时，用时 100 s。求：（g 取 10 N/kg） (1) 在这段时间内起重机提起重物做功的功率是多少？机械效率是多少？ (2) 若起重机 AB 长为 20 m，吊起重物时 B 端的配重质量为 4 t，为使起重机不翻倒，则 OB 长为多少？（不计摩擦和起重机自重） 5. 如图所示，斜面长 s=1.5 m，高 h=0.3 m。建筑工人将重 G=500 N 的货物箱，用绳子从地面匀速拉到顶端时，沿斜面向上的拉力 F=150 N。忽略绳子重力。求： (1) 该过

4、程拉力 F 做的功。 (2) 该装置的机械效率。（结果精确到 0.1%） (3) 货物箱在斜面上受到的摩擦力大小。 6. 小雨通过如图甲所示滑轮组将水中物体匀速提升至空中，他所用拉力 F 与绳子自由端移动的距离 s 的关系图象如图乙所示。其中物体在空中匀速上升过程中滑轮组的机械效率为 85%。每个滑轮等重，不计绳重、摩擦和水的阻力。求： (1) 物体在空中上升 1 m，小雨做的功是多少？ (2) 每个滑轮的重力是多少？ 答案 1. 【答案】 (1) 7500 W (2) 80% 【解析】 (1) 由图知 n=3，拉力端移动的速度：v绳=3v

5、车=3×5 m/s=15 m/s， 拉力 F 的功率：P=W总t=Fst=Fv绳=500 N×5 m/s=7500 W。 (2) 由 v=st 可得，故障车在 30 s 内通过的路程：s车=v车t=5 m/s×30 s=150 m，拉力端移动距离：s=3s车=3×150 m=450 m，拉力 F 在 30 s 内所做的功：W总=Fs=500 N×450 m=2.25×105 J，地面对故障车的摩擦力：f=0.08G=0.08mg=0.08×1.5×103 kg×10 N/kg=1200 N，滑轮组克服故障车的摩擦力做的有用功：W有用=fs车=1200 N×150 m=1.8×105 J，

6、整个装置的机械效率：η=W有用W总×100%=1.8×105 J2.25×105 J×100%=80%。 2. 【答案】 (1) 0.3 m/s (2) 90% (3) 30 N 【解析】 (1) 由图可知：n=3，绳端移动的速度：v绳=mv物=3×0.1 m/s=0.3 m/s。 (2) 根据 P=Wt=Fst=Fv 可得，工人的拉力：F=Pv绳=90 W0.3 m/s=300 N， 滑轮组的机械效率：η=W有用W总×100%=GhFs×100%=GnF×100%=810 N3×300 N×100%=90%。 (3) 重物上升的高度：h=v物t

7、=0.1 m/s×10 s=1 m， 拉力做的有用功：W有用=Gh=810 N×1 m=810 J， 拉力做的总功：W总=Fs=Fnh=300 N×3×1 m=900 J， 提升动滑轮做的额外功：W轮=W总−W有用−Wf=900 J−810 J−60 J=30 J， 由 W=Gh 可得，滑轮组中动滑轮的重力：G轮=W轮h=30 J1 m=30 N。 3. 【答案】 (1) 物重（或动滑轮重） (2) 120 W (3) 200 N 【解析】 (2) 由图可知，n=3，则绳端移动的距离：s=nh=3×6 m=18 m，拉力做的功：W=Fs=400 N×1

8、8 m=7200 J，拉力的功率：P=Wt=7200 J60 s=120 W。 (3) 由图乙可知，物重 G=300 N 时，滑轮组的机械效率 η=60%，因机械中摩擦力及绳重忽略不计，克服物重做的功为有用功，克服动滑轮重力和物重做的功为总功，所以滑轮组的机械效率：η=W有用W总×100%=Gh(G+G动)h×100%=G(G+G动)×100%=300 N300 N+G动×100%=60%，解得：G动=200 N。 4. 【答案】 (1) 2.4×103 W；80% (2) 4 m 【解析】 (1) 起重机对重物的拉力：F=G=mg=1×103 kg×10 N

9、/kg=1×104 N，对重物做的功：W机械=Fs=1×104 N×24 m=2.4×105 J，提起重物做功的功率：P=Wt=2.4×105 J100 s=2.4×103 W；起重机的电动机做的功：W电=P电t=3×103 W×100 s=3×105 J，起重机的机械效率：η=W机械W电×100%=2.4×105 J3×105 J×100%=80%。 (2) 物体的质量：m物=1 t=1×103 kg，配重的质量：m配重=4 t=4×103 kg，由杠杆平衡条件得：m物g×(AB−OB)=m配重g×OB，将数据代入得 1×103 kg×10 N/kg×(20 m−OB)=4×103 kg

10、×10 N/kg×OB，解得：OB=4 m。 5. 【答案】 (1) 225 J (2) 66.7% (3) 50 N 【解析】 (1) 该过程拉力 F 做的功：W总=Fs=150 N×1.5 m=225 J； (2) 有用功：W有用=Gh=500 N×0.3 m=150 J， 该装置的机械效率：η=W有用W总×100%=150 J225 J×100%≈66.7%； (3) 额外功：W额=W总−W有用=225 J−150 J=75 J，由 W=fs 可得，货物箱在斜面上受到的摩擦力大小：f=W额s=75 J1.5 m=50 N。 6. 【

11、答案】 (1) 800 J (2) 60 N 【解析】 (1) 绳子自由端移动的距离为 0∼4 m 时，拉力为 100 N 不变，此时物体没有露出水面，4∼6 m 时，物体开始逐渐露出水面，拉力不断增大，6∼8 m 时拉力为 200 N 不变，此时物体完全离开水面，故物体在空中匀速上升过程中受到的拉力 F=200 N，由图可知，n=4，所以绳子自由端移动的距离：s=nh=4×1 m=4 m，小雨做的功：W=Fs=200 N×4 m=800 J。 (2) 根据 η=W有用W总×100% 可得，物体在空中上升 1 m 做的有用功：W有用=ηW总=85%×800 J=680 J，根据 W=Gh 可得，物体的重力：G=W有用h=680 J1 m=680 N，根据 F=1n(G+G动) 可得，G动=4F−G=4×200 N−680 N=120 N，所以每个滑轮的重力为 G滑轮=12G动=120 N2=60 N。