中考机械效率的计算.doc

　 机械效率综合计算
一、滑轮组机械效率计算
1．先分清必备一些物理量与相关公式：
(1)物体重力：G物，物体移动距离：h，物体移动速度：v物＝h/t，克制物体自重做功：W有＝G物h，有用功率：P有＝W有/t＝Gv物．
(2)绳子末端拉力：F，动力作用点(或绳子末端)移动距离：s＝nh，绳子移动速度：v绳＝s/t＝nv物，动力对机械做功：W总＝Fs，总功率：P总＝W总/t＝Fv绳．
(3)承当动滑轮与物体总重绳子段数：n，W总＝W有＋W额．
2．利用滑轮组提升物体
在竖直方向上用简单机械提升物体时，目是用机械对重物做功，因此机械对物体做功叫做有用功，但提升重物时，不可防止要对机械本身做功与克制摩擦做功，这局部功是没有用，叫额外功，而额外功与有用功总与叫总功(即绳子自由端拉力做功)．
3．利用滑轮组水平拉物体
在水平方向上用滑轮组拉动物体时，克制物体与地面摩擦所做功是有用功，自由端拉力所做功是总功，额外功是绳子与滑轮摩擦做功．
①实际情况：W有用＝fs1，W总＝Fs2(s1为物体移动距离，s2为拉力移动距离)，其机械效率表达式为：
η＝＝＝＝.
②理想情况：W有＝Fs，f＝F/n.
利用滑轮组水平拉物体，此时克制物体受到摩擦做功为有用功，与物重、轮重无关；将上述公式中G物换成F就行了．
【提示】　与常规情况比照，滑轮组动滑轮处中间轴绳子承当什么力就相当于吊着多重物体，上述公式中有G物地方就换成谁．如图：
二、斜面机械效率计算
斜面机械效率公式为：η＝W有/W总，h为斜面竖直高度，F为拉力大小，s为斜面长度．
值得注意是：(1)在其他条件一定时，斜面倾斜程度越大，机械效率越高；(2)在其他条件一定时，斜面外表粗糙程度越大，机械效率越低；(3)斜面机械效率与物体斜面之间接触面大小无关，与物体所受重力无关．
类型1　计算滑轮组机械效率
　如下图， m2，高为2 m，×103 kg/m3圆柱形实心物体从水下匀速提升1 m，当物体未露出水面时(g取10 N/kg)，求：
(1)此时，物体受到浮力．
(2)假设不计绳与滑轮间摩擦及滑轮自重，工人对绳拉力大小是多少N
(3)假设工人对绳拉力为400 N，使物体匀速上升，求此装置机械效率？
类型2　斜面机械效率计算
在探究斜面机械效率实验中，如下图，是某同学用一块长木板，一端垫高成倾角为 m斜面，现将重5 N木块用弹簧测力计匀速拉到斜面顶端h高位置．此过程中弹簧测力计示数恒为3 N，所用时间为12 s．求：
(1)木块从底端运动到顶端过程中速度．
(2)木块从底端运动到顶端过程中，拉力做功功率．
(3)此斜面机械效率．
1．在一次河道清理中用一滑轮组把沉入河道多年一物体从水中匀速拉起，装置如图．被拉物体质量50 kg，体积10 dm3，从水面下5 m拉出水面，动滑轮重为20 N(不计绳重及滑轮轴之间摩擦及水对物体阻力，可近似认为物体离开水面前浮力大小是不变，g取10 N/kg)，求：
(1)当物体浸没在水中5 m深时，它受到水压强是多少？
(2)当物体浸没在水中时，它受到浮力是多少？
(3)物体上升5 m用时1 min，求此过程拉力功率是多少？
2．如下图是某建筑工地上使用一种提升重物装置．物体A质量为60 kg， m3，物体A在拉力F作用下，10 s内匀速上升10 m( 滑轮重、绳重及所有摩擦均不计．g＝10 N/kg)，求：
(1)物体A密度；
(2)物体A匀速上升速度；
(3)拉力F做功．
3．小明用如下图滑轮组将一个放在水平地面上物体匀速拉动，物体移动了3 m，物体重为2 000 N， m2，运动过程中物体受到摩擦力为450 N，绳自由端受到拉力F为200 N，求：
(1)物体对地面压强；
(2)拉力F做功；
(3)该装置机械效率．
4．)如下图，工人利用滑轮组将重为600 N沙子，从地面匀速提升到6 m高三楼，拉力F大小为400 N，求：
(1)滑轮组提升重物时所做有用功；
(2)滑轮组机械效率．
5．如下图，是一辆汽车通过滑轮组将深井中物体拉至井口装置图．井深12 m，物体重G＝6×103 N，汽车重G车＝3×104 N，×103 N，．求：
(1)将物体从井底拉至井口过程中，汽车拉绳子拉力对滑轮组做了多少功？
(2)滑轮组机械效率为多少？(保存一位小数)
(3)假设汽车运动速度为3 m/s，那么将物体由井底拉至井口需要多长时间？
(4)汽车牵引力为多少？牵引力功率为多少？
6．一名体重为500 m2学生站在水平地面上，要用滑轮组在20 s内将600 N重物匀速提升1 m.
(1)他站在地面上时对地面压强多大？
(2)画出滑轮组绕线方式．
(3)假设匀速提升过程中滑轮组机械效率是75%，拉力F多大？拉力功率多大？
7．用如下图滑轮组在5 s内将静止在水平面上质量m＝40 kg、底面积S＝1 m2物体匀速竖直提升3 m，所用拉力F＝250 N．求：
(1)提升前，物体静止在水平地面上时对地面压强多大？(g＝10 N/kg)
(2)滑轮组提升物体过程中做有用功是多少？
(3)拉力F功率是多少？
(4)滑轮组机械效率是多少？
8．建筑工人要向楼上运送货物，为了省力，他在一个斜面上安装了一个滑轮组，做成如下图机械装置，斜面倾角为30°且固定在水平面上，工人用400 N力拉绳子，重为500 N货物沿斜面匀速向上运动6 m所用时间为20 s，在此过程中，求：
(1)重物沿斜面匀速运动速度大小；
(2)工人提升重物做有用功；
(3)该装置机械效率．
9．为了模拟水中物体被打捞情境，同学们课外做如下探究：如图，用滑轮组将重200 N物体从底面积为400 cm2圆柱形容器中提起，容器中水面由90 cm降到70 N(不计绳重、水阻力及滑轮与中心轴间摩擦)．求：
(1)所提起物体密度；(g取10 N/kg)
(2)物体完全出水后继续上升过程中，滑轮组机械效率．
10．如图1所示，工人沿斜面把一箱货物从底端拉进车厢．货物移动距离s与时间t关系如图2所示．在此期间，工人拉这箱货物沿斜面匀速运动时拉力为594 N，此斜面长为5 m，高为1 m，这箱货物重为1 500 N.
(1)0～5 s内，这箱货物处于________状态，工人所做功为________J.
(2)5～30 s内，这箱货物运动速度是多少？拉力做功功率是多大？
(3)该斜面机械效率是多少？
参考答案
归类例析
例1　(1)当物体未露出水面时，V排 m2×2 m3，那么F浮＝ρ水gV排×103 kg/m3×10 N/kg× m3×103 N；
(2)由ρ＝得：G＝mg＝ρ物×103 kg/m3× m3×10 ×103 N；物体未露出水面时，物体对滑轮组拉力为G′＝G－F浮×103 ×103 ×103 N，由图可知绳子股数n＝4，假设不计绳与轮间摩擦及滑轮自重，那么拉力F＝G′＝××103 N＝300 N；
(3)假设工人对绳拉力为400 N，由η＝＝＝得：η＝＝＝75%.
例2　(1)由题意可知， m， m/12 m/s；
(2)拉力做功为W＝Fs＝3 N× J/12 W；
(3)由(2)知W总 J，W有＝Gh＝5 N× J，η＝W有/W总×100%＝( J)×100%＝83.3%.
专题精练
1．(1)由公式p＝ρgh得，受到水压强是p＝ρgh＝1×103 kg/m3×10 N/kg×5 m＝5×104 Pa；
(2)因为完全浸没，所以有：V浮＝V＝10 dm3＝10－2 m3，所以它受到浮力是：F浮＝ρ水gV浮＝1×103 kg/m3×10 N/kg×10－2 m3＝100 N；
(3)G物＝mg＝50 kg×10 N/kg＝500 N，对动滑轮与物体受力分析有：3F＋F浮＝G物＋G滑，所以有：F＝(G物＋G滑－F浮)/3＝(500 N＋20 N－100 N)/3＝140 N，拉力做功为：W＝Fs＝F×3h＝140 N×3×5 m＝2 100 J，拉力功率为：P＝＝＝35 W.
2．(1)物体A密度为：ρ＝＝×103 kg/m3； (2)物体A匀速上升速度为：v＝＝＝1 m/s； (3)拉力F做功为：W＝Gh＝mgh＝60 kg×10 N/kg×10 m＝6 000 J.
3．(1)物体对地面压强p＝＝＝＝4 000 Pa； (2)拉力F做功W＝Fs＝200 N×9 m＝1 800 J； (3)机械效率η＝×100%＝×100%＝75%.
4．(1)W有＝Gh＝600 N×6 m＝3 600 J；(2)η＝×100%＝×100%＝75%.
5．(1)n＝3，s＝3h＝3×12 m＝36 m，×103 N×36 ×104 J；
(2)滑轮组机械效率：η＝×100%＝×100%＝×100%＝×100%＝×100%≈90.9%；
(3)v物＝v＝×3 m/s＝1 m/s，由v＝得，将物体由井底拉至井口需要时间：t物＝＝＝12 s；(4)牵引力：F牵车×103 ×3×104 ×103 N，牵引力做功功率：P＝F牵v汽×103 N×3 ×104 W.
6．(1)他站在地面上时对地面压力：F＝G＝500 N，对地面压强：p＝F/S＝×104 Pa；(2)因为滑轮组要求站在地面上提升重物，所以，最终绳子自由端方向向下，那么绳子起始端应在动滑轮上，如图
(3)由图可知，n＝2，那么绳端移动距离：s＝nh＝2×1 m＝2 m，拉力做有用功：W有＝Gh＝600 N×1 m＝600 J，由η＝×100%可得，拉力做总功：W总＝＝＝800 J，由W＝Fs可得，拉力大小：F拉＝＝＝400 N，拉力功率：P＝＝＝40 W.
7．解：(1)提升前，物体静止在水平地面上时对地面压强p＝＝＝＝＝400 Pa；(2)滑轮组提升物体过程中做有用功是W有＝Gh＝400 N×3 m＝1 200 J；
(3)拉力F功率是P＝＝＝＝300 W；
(4)滑轮组机械效率是η＝＝＝＝80%.
8．(1)重物沿斜面匀速运动速度为v＝＝ m/s；(2)由题意可知，重物上升高度为斜面长一半，即h＝3 m，工人提升重物做有用功为W有＝Gh＝500 N×3 m＝1 500 J；(3)工人做总功为：W总＝Fs＝400 N×12 m＝4 800 J，该装置机械效率为：η＝×100%＝×100%＝31.25%.
9．(1)物体质量：m＝＝＝20 kg＝2×104 g，物体体积：V＝Sh＝400 cm2×(90 cm－70 cm)＝8 000 cm3，物体密度：ρ＝＝ g/cm3×103 kg/m3；
(2)η＝×100%＝×100%＝×100%＝×100%≈90.9%.
10．(1)静止　(2)这箱货物运动速度v＝＝ m/s，拉力做功W＝Fs＝594 N×5 m＝2 970 J，拉力做功功率P＝＝ W；
(3)对这箱货做功是有用功W有用＝Gh＝1 500 N×1 m＝1 500 J，拉力做功是总功W总＝W＝2 970 J，斜面机械效率η＝×100%＝×100%＝50.5%.
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