初中物理考点5功功率和机械效率的计算

世纪金榜圆您梦想页（共5页）山东世纪金榜科教文化股份有限公司微专题五功、功率和机械效率的计算一、利用滑轮组提升物体利用滑轮组提升物体，分三种情况：1．理想情况：不计动滑轮重力、不计绳重和绳与轮之间的摩擦，即W额＝0，F＝G物n，η＝1，Gh＝Fs。2．半理想情况：考虑动滑轮的重力，不计绳重和绳与滑轮之间的摩擦，即W额＝G动h，F＝（G物＋G动）n，η＝G物（G物＋G动）。3．实际情况：考虑动滑轮的重力、绳重和绳与滑轮之间的摩擦(题目没有说明，表明要考虑)，即η＝G物Fn，F＝G物nη。【例】(2013，荆州)用如图所示的滑轮组提升重物，当作用在绳子自由端的拉力为100N时，能匀速提起重力为240N的物体，不计绳重和摩擦，求：(1)动滑轮重力为多少？(2)若绕绳能承受的最大拉力为200N，则该滑轮组的最大机械效率为多大？【解析】(1)不计绳重和摩擦，知道拉力和物重的大小，利用F＝13(G物＋G动)求动滑轮的重力；(2)已知绕绳能承受的最大拉力，根据F＝13(G物＋G动)求出能承受的最大物重，再利用η＝W有用W总＝GhFs＝G3F求滑轮组的最大机械效率。【答案】(1)因为不计绳重和摩擦，所以F＝13(G物＋G动)即100N＝13(240N＋G动)，所以动滑轮的重力G动＝60N。(2)因为绕绳能承受的最大拉力为200N，世纪金榜圆您梦想页（共5页）山东世纪金榜科教文化股份有限公司所以F最大＝13(G最大＋G动)即200N＝13(G最大＋60N)G最大＝540N，则滑轮组的最大机械效率η＝W有用W总＝G最大3F最大＝540N3×200N＝90%。【对应练习】1．(2014，重庆)工人借助如图所示的装置，在20s时间内将重为700N的货物匀速提升了4m，已知他对绳子的拉力为500N。该过程中，工人所用装置的机械效率为70%，工人对绳子拉力的功率为200W。2．(2013，佛山)如图所示，物体A在大小为10N的拉力F作用下，以0.3m/s的速度向右匀速运动(不计滑轮与细绳的摩擦及重力)，若物体A与桌面间的摩擦力为1N，下列说法错误的是(D)A．拉力F做功的功率是3WB．物体B的质量是2.7kgC．物体B上升的速度是0.1m/sD．物体A运动1s，则物体B克服重力做功3J3．(2013，襄阳)用如图所示的滑轮组提升货物，已知动滑轮重30N，货物重360N，上升速度是0.3m/s，拉力F的功率是180W(不计绳重)。求：(1)滑轮组的机械效率η。(2)货物上升3m的过程中，克服摩擦力做的功。世纪金榜圆您梦想页（共5页）山东世纪金榜科教文化股份有限公司解：(1)1s内货物升高的高度h＝0.3m，W有＝Gh＝360N×0.3m＝108J，W总＝P总t＝180J，η＝W有W总＝108J180J＝60%(2)货物上升3m的时间t＝hv＝3m0.3m/s＝10s，W总＝P总t＝180W×10s＝1800J，W有＝Gh＝360N×3m＝1080J，提升动滑轮做的功W动＝G动h＝30N×3m＝90J，克服摩擦力做的功Wf＝W总－W有－W动＝630J二、利用滑轮组水平拉物体利用滑轮组水平拉物体，此时克服物体受到的摩擦力做的功为有用功，与物重、滑轮重无关；将上述公式中的G物换成f就行了。理想情况：W有＝fs，F＝fn；实际情况：η＝fFn，F＝fnη。【对应练习】4．(2014，德阳)如图所示，在20N的水平拉力F作用下，重200N的物体沿水平地面向左做匀速直线运动，物体与地面间的滑动摩擦力为48N，则滑轮组的机械效率为__80%__；若物体的速度为0.2m/s，则1min内拉力做的功为__720__J。5．(2014，泰安)一辆质量是3.5×103kg的汽车不慎陷入泥泞地面，汽车司机组织人们用如图所示的滑轮组将汽车拖出。已知整个过程中，水平拉力F是1×103N，汽车沿水平方向匀速移动了2m，滑轮组的机械效率为90%。求：(1)拉力F做的总功。(2)有用功为多大？世纪金榜圆您梦想页（共5页）山东世纪金榜科教文化股份有限公司(3)汽车受到的阻力大小。解：(1)当汽车沿水平方向匀速移动了2m时，绳子末端移动6m，根据W总＝Fs＝1×103N×6m＝6×103J(2)根据η＝W有用W总，W有用＝ηW总＝90%×6×103J＝5.4×103J(3)W有用＝F拉s车，F拉＝W有用s车＝2.7×103N，由于车匀速运动，所以车受到的阻力f＝F拉＝2.7×103N6．如图甲所示，重为16N的物体A在拉力F的作用下，5s内匀速运动了0.5m。拉力F做的功随时间变化的图象如图乙所示。己知动滑轮重0.5N，物体A在水平桌面上运动时受到的摩擦阻力f为物重G的0.25倍。求：甲乙(1)拉力F的功率。(2)拉力F的大小。(3)克服绳重及摩擦所做的额外功占总功的比例。解：(1)由图象可知，5s内拉力F做功2.5J，拉力做功的功率P＝Wt＝2.5J5s＝0.5W(2)由图象可知，s＝2h，绳末端移动速度v＝2v物＝2×s物t＝2×0.5m5s＝0.2m/s，做匀速运动时，由P＝Fv得F＝Pv＝0.5W0.2m/s＝2.5N(3)克服绳重及摩擦做的额外功W额＝W总－W有－W动，由于物体A做匀速运动，拉力F′＝f＝0.25G＝0.25×16N＝4N，则克服绳重及摩擦所做的额外功占总功的比例为W额外W总＝W总－W有－W动W总＝Fs绳－F′s物－G动s物Fs绳＝2.5N×2×0.5m－4N×0.5m－0.5N×0.5m2.5N×2×0.5m＝110三、利用斜面提升物体利用斜面提升物体分两种情况：1．理想情况：不考虑机械自重和摩擦，沿斜面拉上去所做的功Fs等于直接搬上去所做的功Gh，即Fs＝Gh。世纪金榜圆您梦想页（共5页）山东世纪金榜科教文化股份有限公司2．非理想情况：考虑机械自重及摩擦，W有＝Gh，W总＝Fs，W额＝fs，η＝W有W总＝GhFs。【对应练习】7．(2014，呼和浩特)已知斜面倾角为30°，斜面高为2m。小兵同学用绳子沿斜面将重为400N的木箱由斜面底端匀速拉到顶端。拉力大小为300N，绳重不计。求：(1)小兵对木箱做的有用功。(2)斜面的机械效率。(3)斜面对物体施加的摩擦力。解：(1)W有＝Gh＝400N×2m＝800J(2)η＝W有W总＝W有F·2h＝800J300N×2×2m＝66.7%(3)W额＝W总－W有＝1200J－800J＝400J，则f＝W额2h＝400J2×2m＝100N