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1、 机械效率综合计算一、滑轮组机械效率计算1先分清必备的一些物理量和相关公式：(1)物体的重力：G物，物体移动的距离：h，物体移动的速度：v物h/t，克服物体自重做功：W有G物h，有用功率：P有W有/tGv物(2)绳子末端的拉力：F，动力作用点(或绳子末端)移动的距离：snh，绳子移动的速度：v绳s/tnv物，动力对机械做功：W总Fs，总功率：P总W总/tFv绳(3)承担动滑轮和物体总重的绳子段数：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，目的是用机械对重物做功，因此机械对物体做的功叫做有用功，但提升重物时，不可避免的要对机械本身做功和克服摩擦做功，这部分的功是没有用
2、的，叫额外功，而额外功和有用功的总和叫总功(即绳子自由端拉力做的功)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，克服物体与地面的摩擦所做的功是有用功，自由端拉力所做的功是总功，额外功是绳子与滑轮的摩擦做的功实际情况：W有用fs1，W总Fs2(s1为物体移动的距离，s2为拉力移动的距离)，其机械效率的表达式为：.理想情况：W有Fs，fF/n.利用滑轮组水平拉物体，此时克服物体受到的摩擦做的功为有用功，与物重、轮重无关；将上述公式中的G物换成F就行了【提示】与常规情况对比，滑轮组动滑轮处中间轴的绳子承担什么力就相当于吊着多重的物体，上述公式中有G物的地方就换成谁如图：二、斜面机械效率计算
3、斜面机械效率公式为：W有/W总Gh/Fs.G为物体所受重力，h为斜面竖直高度，F为拉力大小，s为斜面长度值得注意的是：(1)在其他条件一定时，斜面的倾斜程度越大，机械效率越高；(2)在其他条件一定时，斜面表面粗糙程度越大，机械效率越低；(3)斜面的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计算滑轮组的机械效率如图所示，工人将一底面积为0.06 m2，高为2 m，密度为2.0103 kg/m3的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，物体受到的浮力(2)若不计绳与滑轮间摩擦及滑轮自重，工人对绳的拉力大小是多少N?(3)若工
4、人对绳的拉力为400 N，使物体匀速上升，求此装置的机械效率？类型2斜面的机械效率计算在探究斜面机械效率的实验中，如图所示，是某同学用一块长木板，一端垫高成倾角为30、高h为0.3 m的斜面，现将重5 N的木块用弹簧测力计匀速拉到斜面顶端h高的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的速度(2)木块从底端运动到顶端过程中，拉力做功的功率(3)此斜面的机械效率.1在一次河道清理中用一滑轮组把沉入河道多年的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的摩擦
5、及水对物体的阻力，可近似认为物体离开水面前浮力大小是不变的，g取10 N/kg)，求：(1)当物体浸没在水中5 m深时，它受到的水的压强是多少？(2)当物体浸没在水中时，它受到的浮力是多少？(3)物体上升5 m用时1 min，求此过程拉力的功率是多少？2如图所示是某建筑工地上使用的一种提升重物的装置物体A的质量为60 kg，体积为0.04 m3，物体A在拉力F的作用下，10 s内匀速上升10 m( 滑轮重、绳重及所有摩擦均不计g10 N/kg)，求：(1)物体A的密度；(2)物体A匀速上升的速度；(3)拉力F做的功3小明用如图所示滑轮组将一个放在水平地面上的物体匀速拉动，物体移动了3 m，物体
6、重为2 000 N，与地面的接触面积为0.5 m2，运动过程中物体受到的摩擦力为450 N，绳自由端受到的拉力F为200 N，求：(1)物体对地面的压强；(2)拉力F做的功；(3)该装置的机械效率4)如图所示，工人利用滑轮组将重为600 N的沙子，从地面匀速提升到6 m高的三楼，已知拉力F的大小为400 N，求：(1)滑轮组提升重物时所做的有用功；(2)滑轮组的机械效率5如图所示，是一辆汽车通过滑轮组将深井中的物体拉至井口的装置图已知井深12 m，物体重G6103 N，汽车重G车3104 N，汽车匀速拉绳子时的拉力F2.2103 N，汽车受到的阻力为车重的0.1倍求：(1)将物体从井底拉至井口
7、的过程中，汽车拉绳子的拉力对滑轮组做了多少功？(2)滑轮组的机械效率为多少？(保留一位小数)(3)若汽车运动的速度为3 m/s，则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？牵引力的功率为多少？6一名体重为500 N、双脚与地面接触面积为0.04 m2的学生站在水平地面上，要用滑轮组在20 s内将600 N的重物匀速提升1 m.(1)他站在地面上时对地面的压强多大？(2)画出滑轮组的绕线方式(3)若匀速提升过程中滑轮组的机械效率是75%，拉力F多大？拉力的功率多大？7用如图所示的滑轮组在5 s内将静止在水平面上质量m40 kg、底面积S1 m2的物体匀速竖直提升3 m，所用拉力F
8、250 N求：(1)提升前，物体静止在水平地面上时对地面的压强多大？(g10 N/kg)(2)滑轮组提升物体的过程中做的有用功是多少？(3)拉力F的功率是多少？(4)滑轮组的机械效率是多少？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，做成如图所示的机械装置，斜面的倾角为30且固定在水平面上，工人用400 N的力拉绳子，重为500 N的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的速度大小；(2)工人提升重物做的有用功；(3)该装置的机械效率9为了模拟水中物体被打捞的情境，同学们课外做如下探究：如图，用滑轮组将重200 N的物
9、体从底面积为400 cm2的圆柱形容器中提起，容器中水面由90 cm降到70 cm.已知每个滑轮重均为20 N(不计绳重、水的阻力及滑轮与中心轴间的摩擦)求：(1)所提起物体的密度；(g取10 N/kg)(2)物体完全出水后继续上升的过程中，滑轮组的机械效率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的距离s与时间t的关系如图2所示在此期间，工人拉这箱货物沿斜面匀速运动时的拉力为594 N，此斜面的长为5 m，高为1 m，这箱货物重为1 500 N.(1)05 s内，这箱货物处于_状态，工人所做的功为_J.(2)530 s内，这箱货物运动的速度是多少？拉力做功的功率是多大？(3)
10、该斜面的机械效率是多少？参考答案归类例析例1(1)当物体未露出水面时，V排VSh0.06 m22 m0.12 m3，则F浮水gV排1.0103 kg/m310 N/kg0.12 m31.2103 N；(2)由得：Gmg物Vg2.0103 kg/m30.12 m310 N/kg2.4103 N；物体未露出水面时，物体对滑轮组的拉力为GGF浮2.4103 N1.2103 N1.2103 N，由图可知绳子的股数n4，若不计绳与轮间摩擦及滑轮自重，则拉力FG1.2103 N300 N；(3)若工人对绳的拉力为400 N，由得：75%.例2(1)由题意可知，斜面长0.6 m，则vs/t0.6 m/12
11、s0.05 m/s；(2)拉力做的功为WFs3 N0.6 m1.8 J拉力的功率为PW/t1.8 J/12 s0.15 W；(3)由(2)知W总W1.8 J，W有Gh5 N0.3 m1.5 J，W有/W总100%(1.5 J/1.8 J)100%83.3%.专题精练1(1)由公式pgh得，受到的水压强是pgh1103 kg/m310 N/kg5 m5104 Pa；(2)因为完全浸没，所以有：V浮V10 dm3102 m3，所以它受到的浮力是：F浮水gV浮1103 kg/m310 N/kg102 m3100 N；(3)G物mg50 kg10 N/kg500 N，对动滑轮和物体受力分析有：3FF浮
12、G物G滑，所以有：F(G物G滑F浮)/3(500 N20 N100 N)/3140 N，拉力做功为：WFsF3h140 N35 m2 100 J，拉力的功率为：P35 W.2(1)物体A的密度为：1.5103 kg/m3； (2)物体A匀速上升的速度为：v1 m/s； (3)拉力F做的功为：WGhmgh60 kg10 N/kg10 m6 000 J.3(1)物体对地面的压强p4 000 Pa； (2)拉力F做的功WFs200 N9 m1 800 J； (3)机械效率100%100%75%.4(1)W有Gh600 N6 m3 600 J；(2)100%100%75%.5(1)n3，s3h312
13、m36 m，汽车拉绳子的拉力对滑轮组做的功：WFs2.2103 N36 m7.92104 J；(2)滑轮组的机械效率：100%100%100%100%100%90.9%；(3)v物v3 m/s1 m/s，由v得，将物体由井底拉至井口需要的时间：t物12 s；(4)牵引力：F牵FfF0.1G车2.2103 N0.13104 N5.2103 N，牵引力做功功率：PF牵v汽5.2103 N3 m/s1.56104 W.6(1)他站在地面上时对地面的压力：FG500 N，对地面的压强：pF/S1.25104 Pa；(2)因为滑轮组要求站在地面上提升重物，所以，最终的绳子自由端方向向下，则绳子的起始端应
14、在动滑轮上，如图(3)由图可知，n2，则绳端移动的距离：snh21 m2 m，拉力做的有用功：W有Gh600 N1 m600 J，由100%可得，拉力做的总功：W总800 J，由WFs可得，拉力的大小：F拉400 N，拉力的功率：P40 W.7解：(1)提升前，物体静止在水平地面上时对地面的压强p400 Pa；(2)滑轮组提升物体的过程中做的有用功是W有Gh400 N3 m1 200 J；(3)拉力F的功率是P300 W；(4)滑轮组的机械效率是80%.8(1)重物沿斜面匀速运动的速度为v0.3 m/s；(2)由题意可知，重物上升的高度为斜面长的一半，即h3 m，工人提升重物做的有用功为W有G
15、h500 N3 m1 500 J；(3)工人做的总功为：W总Fs400 N12 m4 800 J，该装置的机械效率为：100%100%31.25%.9(1)物体的质量：m20 kg2104 g，物体的体积：VSh400 cm2(90 cm70 cm)8 000 cm3，物体的密度：2.5 g/cm32.5103 kg/m3；(2)100%100%100%100%90.9%.10(1)静止(2)这箱货物运动的速度v0.2 m/s，拉力做的功WFs594 N5 m2 970 J，拉力做功的功率P118.8 W；(3)对这箱货做的功是有用功W有用Gh1 500 N1 m1 500 J，拉力做的功是总功W总W2 970 J，斜面的机械效率100%100%50.5%.