一、初中物理有用功额外功总功机械效率的计算问题1．如图所示，竖直固定的测力计下端挂一个滑轮组，己知每个滑轮重均为50N，滑轮组下端挂有物体B，滑轮组绳的末端通过定滑轮沿水平方向与物体A相连，此时物体A在绳的水平拉力作用下向右做匀速直线运动，测力计的示数为550N；在物体B下加挂重为90N 的物体C后，同时用水平向左的力F拉动物体A使其沿水平桌面向左做匀速直线运动此时物体B上升的速度大小为5cm/s。

若不计绳重及滑轮的摩擦，g取10N/kg，则下列说法中正确的是（）A．物体A所受滑动摩擦力大小为275NB．B的重力为500NC．F做功的功率为42WD．F的大小为530N【答案】D【解析】【详解】A．设物体A所受摩擦力大小为f，则弹簧测力计下滑轮有两段绳子，则有2f+50N=550N解得f=250N，故A错误；B．对于物体B，有3f=G B+G滑即250N×3=G B+50N所以G B=700N，故B错误；CD．加挂物体C后，有3（F—f）=G B+G C+G滑即3（F-250N）=700N+90N+50N解得F=530N，物体B上升的速度为5cm/s，则拉力F端移动的速度v=3×5cm/s=0.15m/s拉力F的功率P=Fv=530N×0.15m/s=79.5W故C错误，D正确。

故选D 。

2．工人用图甲所示的滑轮组运送建材上楼，每次运送量不定，滑轮组的机械效率随建材重力变化的图像如图乙所示，滑轮和绳的摩擦力及绳重忽略不计。

则：（1）若某次运送建材的质量为40kg ，滑轮组的机械效率是_______。

动滑轮的重力是_______N 。

（2）若工人在1min 内将建材匀速竖直向上提升12m ，作用在绳上的拉力为500N 时，拉力的功率是_______W ，运送建材的重力是_______N ，此时的机械效率是_______。

【答案】50% 400 200 600 60%. 【解析】 【分析】 【详解】(1)[1]建材质量为40kg ，其重力为=40kg 10N/kg=400N G mg =⨯由图乙得，当建材重力为400N 时，滑轮组机械效率为50%。

[2]此时机械效率400===50%400+G G G G η+动动解得G 动=400N 。

(2)[3]滑轮组由一个动滑轮和一个定滑轮组成，与动滑轮相连的绳子有两段，则该滑轮组可以省一半的力，建材向上提升了12m ，则绳子段移动的距离为24m ，拉力功率500N 24m ==200W 60sW Fs P t t ⨯== [4]滑轮组省一半的力，所以+=2G G F 动材解得=600N G 材。

[5]此时的机械效率为600===60%600+400G G G η+材动材3．在如图所示的滑轮组中，用大小为5N 的拉力F 拉动绳端，使物体水平向左匀速滑动1m ，不计绳重、滑轮重及绳子与滑轮之间的摩擦，此时滑轮组的机械效率为90%，则物体与地面之间的摩擦力为_______N 。

【答案】9 【解析】 【分析】 【详解】由图知，n =2，拉力端移动距离s =2s 物=2×1m=2m拉力做功W 总=Fs =5N×2m=10J有用功为=90%10J =9J W W η=⨯有总则物体与地面之间的摩擦力为'9J=9N 1mW f s ==有4．如图是某型号电动轮椅工作原理示意图。

开关S 1和S 2由绝缘操纵杆控制，能同时接“1”或接“2”，向前推操纵杆时轮椅前进且能调速，向后拉操纵杆时轮椅以恒定速度后退。

已知蓄电池的电压为24V 保持不变，R 2的阻值为10Ω，电动机的额定功率为100W ，额定电压为24V 。

请解答下列问题：（1）当开关S 1和S 2同时接_______时，电动轮椅前进；电动轮椅既能前进又能后退，是通过改变电动机线圈中的_________实现的；（2）当电动轮椅后退时，电流表示数为1A ，此时电动机的实际功率是_____W ； （3） 当电动机以额定功率工作时，电动轮椅在水平路面上匀速前进的速度为2m/s ，若此时电动机消耗的电能有80%转化为电动轮椅前进的机械能，此时电动轮椅受到的阻力是___N 。

【答案】1 电流方向 14 40 【解析】 【分析】 【详解】(1)[1]电动机前进且能调速，这说明电路中的电流可以变化，电阻大小可变，这样只有滑动变阻器R 1接入电路时才有这个功能，观察电路图，当开关S 1和S 2同时接1时，R 1、电动机、电流表才串联接入电路，这样符合条件，电动轮椅前进。

[2]磁场对通电导线的作用力方向跟电流方向有关，只改变电流方向时，受力方向也会变化；所以电动轮椅既能前进又能后退，是通过改变电动机线圈中的电流方向实现的。

(2)[3]由上述可知，当电动轮椅后退时，开关S 1和S 2同时接2，R 2、电动机、电流表串联接在电路中，电路中的总电阻24V24Ω1AR ==总 电动机的电阻M 2-24Ω-10Ω14ΩR R R ===总此时电动机的实际功率()22M M M 1A 14Ω14W P I R ==⨯=此时电动机的实际功率是14W 。

(3)[4]设此时电动轮椅受到的阻力是f ，电动轮椅在水平路面上匀速前进，牵引力F f =，由题意可知，电动轮椅的机械效率2m/s 80%100W F ttη⋅⋅==⋅解得40N F =，此时电动轮椅受到的阻力是40N 。

5．如图所示，用8 N 的拉力F 拉着物体A 在水平面匀速运动了1 m 。

已知物体A 重40 N ，与水平面的接触面积是100cm 2，它在水平面运动时受到的摩擦力是12N ，则拉动时重物对地面的压强是_______Pa ，滑轮组的机械效率是______。

【答案】4×103 75%【解析】 【详解】[1]重物对地面的压强为：34240N 410Pa 10010mF G P S S -====⨯⨯； [2]由图可知，动滑轮上绳子的段数为n=2，绳子自由端移动的距离为：=21m=2m s ⨯绳；克服摩擦力做的有用功为：=12N 1m=12J W fs =⨯有；总功为：=8N 2m=16J W F s =⨯绳总拉；机械效率为：12J=100%=100%=75%16JW W η⨯⨯有总。

6．如图所示，物体重G =200N ，滑轮重G′=100 N ，若用力F 竖直向上匀速拉动滑轮，则此时该滑轮的机械效率为____（不计绳重和滑轮转轴处的摩擦）。

【答案】80% 【解析】 【分析】 【详解】不计绳重和滑轮转轴处的摩擦，竖直向上匀速拉动滑轮，由力的平衡条件可得拉力F =2G ＋G′=2×200N ＋100N=500N由图知，动力作用在动滑轮的轴上，此时动滑轮费力、但省一半的距离，即12s h = 所以物体上升的高度h ＝2s该滑轮的机械效率22200N 100%100%100%0%500NW Gh G W Fs F η⨯=⨯=⨯=⨯=⨯有用总100%＝87．用如图所示的滑轮组将重85N 的物体匀速提升2m ，用时10s ，已知动滑轮重为10N ，机械效率为85%。

此过程中有用功为_____J ，额外功为_____J ，拉力F 的大小为_____N 。

拉力F 做功的功率为_____W 。

当该滑轮组的机械效率低于_____时，使用它将不再省力。

【答案】170 30 50 20 50% 【解析】 【详解】 [1]拉力做的有用功W 有用＝Gh ＝85N×2m ＝170J[2]由100%=85%W W η=⨯有用总得拉力做的总功 170J=200J 85%W W η==有用总 则额外功为W 额外＝W 总−W 有用＝200J−170J ＝30J[3]由图知，n ＝2，拉力端移动距离s ＝2h ＝2×2m ＝4m由W 总＝Fs 得拉力大小200J 50N 4mW F s ===总[4]拉力做功的功率200J 20W 10sW P t ===总 [5]不省力，说明拉力至少等于物重，当F ＝G ＝85N 时，此时的机械效率85N100%=100%=100%=100%=100%=50%22285NW Gh Gh G W Fs F h F η=⨯⨯⨯⨯⨯⨯有用总 当该滑轮组的机械效率低于50%时，使用它将不再省力。

8．如图甲所示，实心物体A 漂浮在水面上，现利用电动机通过滑轮组拉动A ，使A 向下运动（运动过程中始终未碰到定滑轮）。

此过程中，电动机拉力F 做的功W 随时间t 的变化图象如图乙所示。

已知A 的体积为0.1m 3，密度为0.4×103kg/m 3，动滑轮重为300N 。

不计绳重、摩擦和水的阻力，g 取10N/kg 。

下列说法中正确的是（ ）A ．物体A 向下运动过程中，电动机拉着绳子的力逐渐变大B ．物体A 受到的最大浮力为400NC ．物体A 向下运动的最小速度为0.2m/sD ．物体A 向下运动过程中，滑轮组机械效率的最大值为82.4% 【答案】C 【解析】 【分析】 【详解】A ．由图可知，承担物重的绳子段数3n =，电动机拉着绳子的力A 1()F G F G n =+-动浮 物体A 向下运动过程中，浮力先变大、后不变，所以电动机拉着绳子的力先变大，后不变，故A 错误；B ．物体A 完全浸没在水中时受到的最大浮力，为333110kg/m 10N/kg 0.1m 1000N F gV ρ==⨯⨯⨯=浮液排故B 错误； C ．由mVρ=得，A 的质量 333A A A 0.410kg/m 0.1m 40kg m V ρ==⨯⨯=A 的重力A A 40kg 10N/kg 400N G m g ==⨯=当A 完全浸没时绳子对物体A 的拉力最大，电动机对绳子的拉力也最大，不计绳重、摩擦和水的阻力，则电动机对绳子的最大拉力()()A 111000N 400N 300N 300N 33F FG G =⨯-+=⨯-+=浮动由图乙可知，电动机工作时拉绳子的功率且保持不变，为180J180W 1sW P t === 由W FsP Fv t t===可知，绳子自由端运动的最小速度180W 0.6m/s 300NP v F ===绳 则物体向下运动的最小速度110.6m/s 0.2m/s 33v v ==⨯=绳故C 正确；D ．当A 完全浸没后，滑轮组受到的拉力最大，此时滑轮组的机械效率最大，有用功()A W F G h =-浮有用总功()()A A 133W Fs F G G h F G G h ==-+⨯=-+总浮动浮动 滑轮组机械效率的最大值()()A A A A 1000N 400N100%66.7%1000N 400N 300N F G hW F G W F G G F G G h η---====⨯≈-+-+-+浮有用浮总浮动浮动故D 错误。