1、1 机械效率计算题 1 用图 6 所示的滑轮组提升重物，已知物体重为 200N，人用 125N 的拉力向下拉动绳子， 5s 内可使物体匀速上升 2m 求： （ 1）拉力所做的功和拉力的功率； （ 2）滑轮组的机械效率 答案：（ 1） W=500J P=100W （ 2） 80% 2 如图所示为一款塔式起重机，工作电压为 380 伏。当起重机吊起 500千克重物以 1 米 /秒速度匀速上升 20 米时，工作电流是 18 安；当起重臂水平旋转，带动重物在 8 秒内移动 16 米时，工作电流是 5 安。 (1)如果起重臂加长，那么平衡块质量应该 _(填 “增加 ”或 “减小 ”)。 (2)请计算在整
2、个过程中，起重机钢绳对重物所做的功和起重机将电能转化成机械能的效率 (保留小数到 0.1 )。 答案：增加； 1 105J； 62.1% 3 如图所示，工人用滑轮组提升重 240N 的物体，所用的拉力为 150N， 物体在 5s 内匀速上升 lm求： (1)有用功； (2)滑轮组的机械效率； (3)拉力的功率 答案： 240J； 80%； 60W 4 随着社会的发展，人们生活水平的提高，人们的住房条件也得到了很大的改善小明家最近购置了一套新房，为了帮助爸爸将重 600N 的装修材料运送到 6m 高的楼上，小明利用物理课上学过的滑轮组，设计了如图 20 甲所示的材料搬运方案 (其中每个滑轮重 3
3、0N，绳子足够长，所能承受的最大拉力为 250N，不计绳重及摩擦 ) (1)计算说明绳子的拉力是否超过绳子的最大承受力 ? (2)小明爸爸观察了该装置后，他想如果将该装置的滑轮位置颠倒 (图 20 乙 )是否会更省力一些，请你按照小明爸爸的想法，用笔画线在乙图绕上绳子并说明小明爸爸的想法是否正确 (3)求两种方案的机械效率之比 ? 2 (4)综合分析评估两个方案，你认为哪个方案更好一些 ?说明理由 答案： 5. 如图 22 所示装置 ，绳重及摩擦不计。 装卸工人将重为 800N 的货物提至高处，人对绳的拉力 F1为 500N，货物在 1min 内匀速上升了 5m。 （ 1）请在图上画出绳子的绕
4、法； （ 2）求滑轮组的机械效率； （ 3）如果重物是 600N，要把重物提升 5m，求拉力做的功。 答案：（ 1）绕法如图 4 所示 2 分 图 20 3 （ 2） 总有WW 100% SFGh1 100% 10500 5800 100% 80% 2分 （ 3） G动 2 F1 G物 2 500 800 200N F2 (G动 G物 ) 2（ 600+200） 2 N 400N W 400 5 2 J 4000 J 2分 6 工人用如图所示的滑轮组提升重物，在 10s 内将 240N的物体匀速提升 2m，已知工人的拉力为 100N不计绳重与摩擦阻力，求： （ 1）工人做功的功率； （ 2）滑
5、轮组的机械效率； （ 3）如果用此滑轮组匀速提升 300N的重物，拉力应为多大？ 答案： 7、 2009 年入夏以来，我省滇西地区出现了百年不遇的特大旱灾，某校为保障师生的生活用水，紧急调来一台功率为 15kw 的抽水机，把水抽到距水面 10m 高的蓄水池中，抽水机30 分钟刚好将容积为 18m3 的蓄水池抽满，求： （ 1）抽水机对水做的功； （ 2）抽水机的效率； （ 3）同学们，水是生命之源，请你写出日常生活中的两项节水措施。 答案： 1.8 105J； 67%；随手关水龙头；一水多用等 4 8. 第 41 届世界博览会于 2010 年 5 月 1 日至 10 月 31 日在我国上海举行
6、，世博会的主题是“城市，让生活更美好” 在场馆和楼房建设工地上，“塔吊”是常见的一种起重设备，如图 19 所示是“塔吊”的示意图 .假设某塔吊配置的电动机铭牌上标有：额定电压 380V， 额定功率 38kW，线圈电阻 0.4在一次吊起重物时，电动机正常工作 20s，把重物吊起20m求： （ 1）该电动机在这次吊起重物的过程中消耗的电能 （ 2）电动机工作过程中，线圈产生的热量 （ 3）在该起重设备中，如果这次吊起重物的机械效率为 80%，则被吊重物的质量为多少 t？ 答案：解 :(1)由于电动机正常工作，消耗的功率等于额定功率，即P=38kW=3.8104W，工作时间 t=20s，所以电动机消
7、耗的电能为： W=Pt . (1 分 ) =3.8104W20s =7.6105J (1 分 ) (2) 电动机正常工作时的电流： I= PU = 43.8 10 W380W =100A . (1 分 ) 线圈产生的热量： Q=I2Rt=(100A)20.4 20s =8104J . (1 分 ) (3)电流产生热量消耗的电能 W1=Q =8104J，电能转化为机械能的总量为 W 总 =W-W1 =7.6105J-8104J =6.8105J . (1 分 ) 因为 = WW有 用总=WGh总. (1 分 ) 即 80%=5206.8 10 JGm解得 G 2.72104N . (1 分 )
8、所以，重物的质量为： m=Gg= 42.72 10 N10 /N kg=2.72103kg=2.72t . (1 分 ) 9.某学校为了给蓄水塔抽水，新买了一单相螺杆自吸泵，其铭牌上的部分参数如下表： (吸程是指水泵到水面的距离；扬程是指水能被抽到的最高点到水面的距离 ) (1)该铭牌中有一个参数是明显错误的，请你指出来，并通过计算加以说明 . (2)该水泵连续正常抽水 1h，把水抽高了 50m，水泵对水做了多少功？此时水泵的效率是多少？ (g 取 10N/kg) 型号 ZGD 扬程 50m 吸程 20m 电压 220V 频率 50Hz 功率 1.5kW 流量 8m3/h 绝缘 E 级 5 答
9、案： (1)错误的参数是：吸程 20m 一标准大气压能把水压上的高度 h= p水 g= 1.013105Pa1.0103kg/m310N/kg =10.13m 20m (2)水泵 1h 抽水体积 V=8m3 水泵 1h 抽水质量 m=V=1.0 103kg/m38m3=8103kg 水泵抽水 1h 对水做的功 W=Gh=mgh=8103kg10N/kg50m=4106J 水泵抽水 1h 消耗的电能 W=Pt=1.5103W3600s=5.4106J 水泵的效率 =WW 100%= 4106J5.4106J 100%74.1% 10 如图所示，小明同学用动滑轮提升 900N的木箱，木箱以 0 5
10、m s 的速 度匀速上升 2m，所用拉力 F 的大小为 500N(不计绳重和摩擦 ) (1)拉力 F 做功的功率是多少 ? (2)动滑轮的机械效率是多少 ? 答案： 500W； 90% 11 滑轮组在建筑中应用广泛，如图 15 所示为建筑工人自制的滑轮组。某工人用此滑轮组将质量为 90kg 的重物提高 5m，所用的拉力是 600N。求： （ 1）该重物受到的重力； （ 2）工人通过滑轮组所做的有用功； （ 3）工人做的总功； （ 4）滑轮组的机械效率。 答案： 9000N； 4500J； 6000J； 75% 12 如图所示，工人师傅用一个定滑轮和动滑轮组成滑轮组，把重为500N的箱子匀速提升
11、 5m，动滑轮的质量为 8kg，不计绳重和摩擦，取g=10N/kg (1)在图中用笔画线代替细绳组装滑轮组 (2)在向上提升箱子的过程中，人对绳子的拉力为多大 ? (3)在向上提升箱子的过程中，滑轮组的机械效率为多少 ? 答案：解： (1)滑轮组绕线如图所示 (2)人对绳子的拉力 )(21 动箱 GGF N2 9 0k g )/N10kg8N5 0 0(21 (3)提升过程的有用功 W 有 =Gh 总功 W 总 =Fs=F 2h 6 机械效率 %100总有WW %2.86%1 0 0m10N2 9 0 m5N5 0 0%1 0 0 FsGh (答 %2.86%1002N290 1N500%10
12、0 FsGh ，同样给分 ) 13 如图所示，斜面长 S=10m，高 h=4m用沿斜面方向的推力 F，将一个重为 100N 的物体由斜面底端 A 匀速推到顶端 B运动过程中物体克服摩擦力做了 100J 的功求： (1)运动过程中克服物体的重力做的功； (2)斜面的机械效率； (3)推力 F 的大小 答案： (1)400J (2)80 (3)50N 14 湛江港一装卸工人用如图 1l 所示的滑轮组匀速提升质量为 80 kg 的货物，所用的拉力 F 为 500N，绳子自由端在 50s 内被匀速拉下 4m，求： (g 取 10N kg)(1)提升前货物静止在地面上，与地面的接触面积为 0 04m2，
13、求货物对地面的压强 (2)提升时绳子自由端的速度 (3)拉力 F 的功率 (4)此滑轮组的机械效率 答案： (1)货物对地面的压强 P=F/S=mg/S=80kg 10N/kg/0.04m2=2 104Pa (2)提升时绳子自由端的速度 v=s/t=4m/50s=0.08m/s (3)拉力 F 的功率 P=Fv=500N 0.08m/s=40W (4)此滑轮组的机械效率 =W 有用 /W 总 =mg/2F=80kg 10N/kg/2 500N=80% 15. 2009 年秋季以来，我国西南部分地区遭遇严重旱灾，不少地方不得不靠打深井取水。如图 11 所示，小明同学正利用滑轮组和金属水桶从深井中
14、提水，若水桶的材料密度为 8g/cm3,水桶质量为 4Kg，水桶容积为 20L。当盛满水的桶从水中慢慢提升（桶始终未出水面）时，小明对绳的拉力为 F=25N。不计绳子重量和摩擦，水的密度是 1.0 103 Kg/m3，g 取 10N/Kg.试求： （ 1）动滑轮有多重？ （ 2）水桶露出水面前，滑轮组的机械效率有多大？ （ 3）水桶被提离井中水面后，以 0.2m/s 的速度匀速竖直上升，小明对绳子自由端拉力的功率多大？ 答案：（略） 16 (用如图所示的滑轮组去拉物体 A，已知 A物质的密度是 2 103kg m3，底面积是 0 3m3，重力为 600N。物体 A 在 F=100N 的拉力作用
15、下，沿水平方向匀速前进了 2m。 (g 取 10N kg)求： (1)物体 A 对水平地面的压强是多少 ? 7 (2)物体 A 的体积是多大 ? (3)若该装置的机械效率为 80，物体 A 在水平方向上受到的阻力是多少 解： (1)物体 A 在水平地面， F=G=600N (1 分 ) 1 7、如图 10 所示，要把一个质量是 450kg 的贵重物品 A 沿水平地面移动 1 00m，为保护该物品，工人把它放在一个质量是 50kg 的木板 B 上，然后用了 F=400N 的水平拉力将木板 B 沿直线匀速拉动，直至终点。 (提示：滑动摩擦力的大小与压力的大小成正比 ) (1)在匀速拉动 B 的过程
16、中， A、 B 之间的摩擦力是多少 ? (2)计算拉力 F 做的总功是多少焦耳 ? (3)在拉力 F 做功的过程中，机械效率是多少 ? (1)0 (1 分 ) (2)W 总 =FS=400 100=4 104(J) (2 分 ) (3)滑动摩擦力的火小与压力的人小成正比， FG有 有总 总，即 910GF F FG有 总 总有 总 (1 分 ) 9010FSFS 有总 9 (1 分 ) 18.建筑工地上，工人们需要将一堆建材运到 10m 高处。姜荣同学设计安装了如图所示的装置 .装置中每个滑轮重 l00N。工人利用该装置每次提升一块重 900N 的建材，该工人拉绳子的速度是 0.8m s，在施
17、工过程中： (1)该工人提升建材时的有用功率是多少 ? (2)该装置的机械效率是多少 ?(不计绳重和摩擦 ) (3)孙萍同学想用电动机做动力替代人工作，将该装置改造成简易的起重机 (吊起物体的速度限定在 0.4m s)。她到仓库找到了两台电动机，铭牌上的部分数据如下表所示，她要选用其中的一台。请你帮助选择，就你所选的电动机，说明如何使用该装置才能型号 额定电压 额定功率 DJ 220V 0.8kW DJ 220V 3.0kW 8 做到合理配置。 19如图 14 所示是小型建筑工地上使用的“罐笼式”提升机，用它能将放在罐笼 A 中的建筑材料提升到高处。已知被提升的建筑材料的质量为 280kg，拉
18、力 F 将它以 0.5m/s 的速度匀速提升到 10m 的高度，拉力 F 的功率为 2kW。不计摩擦及钢丝绳、动滑轮的重。求： （ 1）拉力 F 对所提升的建筑材料做的功是多少？ （ 2）罐笼 A 的重力是多少？ （ 3）提升机在提升建筑材料时的机械效率是多少？ 23（ 1） G 材 =m 材 g=280kg10N/kg=2.8103N （ 1 分） W=G 材 h=2800N10m=2.8104J （ 1 分） （ 2） P=Fv F= Pv= 32 10W2 0.5m/s=2 103N （ 1 分） GA=2F G 材 =2 2 103N 2.8103N =1.2 103N （ 1 分）
19、（ 3） W 总 =FS=2 103N 20m=4 104J （ 1 分） = 442.8 10 J4 10 J有W70% 20 2010 年 5 月 18 日国际博物馆日，广东南澳海域的“南澳 I 号”水下考古发掘现场，成为了本处度由国家文物局主办的“文化遗产博览月“开幕地点，如图为打捞沉船里一货箱的模拟图片，问： A F 图 14 W 总 绳 9 用声呐探测到沉船的回声时间是 0。 04s,沉船在水下的深度为多少？ （声音在海水中的传播速度 1450m/s） 海水对沉船的压强为多少？（不计沉船的高，海水的密度约为） 己知动滑轮及附属部件的总重为 3000N，将一重为 4000N 的货箱匀速
20、打捞水面时，每根钢绳的拉力 F 为多大？ 若每只货箱重力相同且不可分割，钢绳的最大拉力为 5000N，则在货箱离开水面被匀速拉起的过程中，该滑轮组的机械效率最大可达多少？（不计摩擦和钢绳重） 21.打桩机是利用冲击力将桩打入地层的桩工机械 .图甲是落锤式打桩机实物图 .桩锤由卷扬机用吊钩提升，释放后自由下落而打桩 .其原理示意图如图乙所示 .已知桩锤的质量 M=400Kg，桩锤底面积 S1=0.1m2，桩的顶面积 S2=0.04 m2.g取 10N/ Kg. （ 1）若桩锤自由下落打在桩上的瞬时压力位F=2.0103N，求此时桩锤对桩的压强 . （ 2）若卷扬机把桩锤匀速提升 1.8m.，所用
21、时间为 2s，在此提升过程中卷扬机的效率为 60 ，求卷扬机的功率 . 解： 10 32如图所示，工人师傅用一个定滑轮和动滑轮组成滑轮组，把重为 500N的箱子匀速提升 5m，动滑轮的质量为 8kg，不计绳重和摩擦，取g=10N/kg (1)在图中用笔画线代替细绳组装滑轮组 (2)在向上提升箱子的过程中，人对绳子的拉力为多大 ? (3)在向上提升箱子的过程中，滑轮组的机械效率为多少 ? 解： (1)滑轮组绕线如图所示 (2 分 ) (2)人对绳子的拉力 )(21 动箱 GGF (2 分 ) N2 9 0k g )/N10kg8N5 0 0(21 (1 分 ) (3)提升过程的有用功 W 有 =Gh (1 分 ) 总功 W 总 =Fs=F 2h (1 分 ) 机械效率 %100总有WW %2.86%1 0 0m10N2 9 0 m5N5 0 0%1 0 0 FsGh (1 分 ) (答 %2.86%1002N290 1N500%100 FsGh ，同样给分 ) 22如图所示，斜面长 S=10m，高 h=4m用沿斜面方向的推力 F，将一个重为 100N 的物体由斜面底端 A 匀速推到顶端 B运动过程中物体克服摩擦力 做了 100J 的功求： (1)运动过程中克服物体的重力做的功； (2)斜面的机械效率； (3)推力 F 的大小 (1)400J (2)80 (3)50N
