初中物理机械效率的计算解答题

如图所示，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。已知 $A$的体积为 $1m^3$，密度为 $0.5\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$．动滑轮重为 $1\times {10}^{3}N$，电动机工作时拉绳子的功率为 $1.2\times {10}^{3}W$且保持不变，不计绳重、摩擦和水的阻力，求：

（1） $A$的重力；

（2） $A$浸没在水中受到的浮力；

（3） $A$向下运动的最小速度；

（4） $A$向下运动过程中，滑轮组机械效率的最大值。

如图所示是打捞物体的模拟装置。现电动机带动钢丝绳自由端以 $0.5m/s$的速度匀速拉动滑轮组，经过 $5\mathit{min}$将体积为 $0.1m^3$的物体由海底提升到海面，物体离开海面后钢丝绳自由端的速度变为 $0.49m/s$，此时电动机的输出功率比物体在海水中时增大了 $12\%$（不计物体的高度、绳重和摩擦， ${\rho }_{物}=7.6\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$， $g$取 $10N/\mathit{kg}$， ${\rho }_{\mathit{海水}}$取 $1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3)$。求：

（1）物体浸没在海水中受到的浮力；

（2）物体在海底时的深度；

（3）物体在海底时受到海水的压强；

（4）物体在海面下匀速上升过程中，该滑轮组的机械效率（不计动滑轮体积）

小红和爸爸散步时，看见小区内的一种健身器械坐拉器，如图甲所示，为了对它进行研究，小红简化了它的结构，画出了它的模型图，如图乙所示。她发现坐在坐拉器座椅上的人，用力向下拉动手柄A时，操作杆AB会绕着转轴O转动，连杆BD拉动杆OC绕转轴0转动，将座椅向上抬起，（g取10N/kg）

（1）小红让爸爸静止坐在坐拉器的座椅上，小红竖直向下拉动手柄，将爸爸抬起经过测量，手柄竖直向下移动30cm，座椅竖直升高9cm，用时5s

①小红利用坐拉器抬起爸爸时，以下说法正确的是 　　

A．可以省功

B．一定定费力

C．爸爸越重，坐拉器的机械效率越高

D．爸爸被抬得越高，坐拉器的机械效率越高

②若爸爸的质量为60kg，利用坐拉器抬起爸爸的机械效率为90%，则小红抬起爸爸所做功的功率为多少？

（2）小红想通过图乙的模型，估算自己坐在坐拉器上抬起自己的拉力。图乙中OA：OB＝6：1，O′C：O'D＝2：1，此时AB杆处于水平位置，BD杆垂直于杆AB和O′C，BD杆对AB和OC杆的拉力均沿着BD，且大小相等。若手臂对手柄A的拉力方向和人的重力方向视作同一直线，物体间相互作用力的大小相等、方向相反，忽略坐拉器的自重、转动时的摩擦和座椅的尺度，若小红的质量为40kg，则此时小红让自己保持图乙的状态，需要对手柄A施加竖直向下的拉力为多大？

用如图所示器材测滑轮组的机械效率。

（1）在图上画出滑轮组最省力的绕线方式。

（2）安装好实验器材后，记下钩码和拴住弹簧测力计的线端原先的位置，

（3）某同学正确测得钩码上升的高度为 $0.2m$，钩码重 $1.5N$，其他被测和计算的数据如下表：

拉力 $F/N$	拉弹簧测力计的线端通过距离 $S/m$	有用功 $W_{\mathit{有用}}/J$	总功 $W_{总}/J$
0.6	0.4	0.3	0.24

上表中肯定错误的数据是　0.4　和　　。

（4）若用上述装置提起重 $1.5N$的钩码，机械效率为 ${\eta }_1$；提起重 $3N$的钩码，机械效率为 ${\eta }_2$，则 ${\eta }_1$　　 ${\eta }_2$（填“ $>$”、“ $<$”或“ $=$” $)$。

在修建天水市体育中心的施工过程中，起重机在 $4s$内将质量为 $5\times {10}^3\mathit{kg}$的钢材沿竖直方向匀速提升了 $2m$，而它的电动机做的功是 $2\times {10}^{5}J$． $(g$取 $10N/\mathit{kg})$求：

（1）钢材上升过程中的速度。

（2）起重机对钢材所做的有用功。

（3）起重机的机械效率。

据苏州日报报道，张家港近日启动了新能源汽车充电站、充电桩的规划编制，第一批新能源汽车充电桩在港城建成投运。若每个充电桩对新能源小汽车的充电功率为 $7000W$，充电 $1h$可使质量为 $1t$、额定输出功率为 $12\mathit{kW}$的新能源小汽车匀速直线行驶 $36\mathit{km}$。设汽车行驶过程中受到的阻力是车重的0.06倍， $g$取 $10N/\mathit{kg}$。

（1）小汽车静止在水平地面上，轮胎与地面的接触总面积为 $0.08m^2$时，汽车对地面的压强多大？

（2）该小汽车以额定输出功率，在平直公路上匀速行驶时速度多大？

（3）该小汽车将电能转化为机械能的效率多大？（结果保留一位小数）

如图是一台两栖履带起重机，它可以在陆地和水深不超过2.5米的滩涂路面行驶工作。

（1）起重机安装宽大履带的目的是减小起重机对地面的　　；

（2）当起重机吊起 $4.8\times {10}^{5}N$的货物时，货物匀速升高 $15m$用时 $40s$，若滑轮组的机械效率为 $75\%$，滑轮组上绳子自由端的拉力及拉力的功率各是多少？

小段用如图所示装置，使用一根杠杆 $\mathit{AB}$和滑轮的组合将一合金块从水中提起，滑环 $C$可在光滑的滑杆上自由滑动。已知合金密度 $\rho =1.1\times {10}^4\mathit{kg}/m^3$：所用拉力 $F$为 $500N$，且始终竖直向下： $O$为支点，且 $\mathit{AO}=4\mathit{OB}$：动滑轮的机械效率为 $75\%$．若杠杆质量、杠杆与攴点间摩擦不计，整个过程中合金块始终未露出水面。求：

（1）当拉力 $F$向下移动距离为 $1.2m$时，拉力 $F$对杠杆所做的功？此时绳子对杠杆 $B$点的拉力？

（2）合金块的体积？

我国从今年4月15日起，正式实施电动自行车新国标。李强购置了一辆符合新国标的电动车，其整车质量为 $50\mathit{kg}$，最高速度为 $25\mathit{km}/h$。 $g$取 $10N/\mathit{kg}$。试问：

（1）对蓄电池充电时，电能转化为　 　能；行驶时，电动机提供动力，其工作原理是　　。

（2）当蓄电池的电全部耗完后，若充电功率为 $100W$，充满电需要 $5h$，不计能量损失，则充满电后蓄电池储存的电能为多少？

（3）蓄电池充满电后，其储存电能的 $75\%$用于车克服阻力做功，当质量为 $70\mathit{kg}$的李强在水平路面上骑着车，以最高速度匀速电动行驶时，所受阻力为总重的 $\frac{1}{40}$，则车最多能行驶多少小时？

（4）新国标对电动车的整车质量、最高速度都进行了限制，这样做主要是为了防止车的　　较大，以减小行车危险。

某服务区水泵房每天需要将重为 $3\times {10}^{6}N$的水送到 $36m$高的蓄水池里。若用电动机带动一台效率为 $60\%$的水泵工作 $5h$来完成蓄水工作。问：

（1）水泵对这些水做了多少功？

（2）带动水泵的电动机的功率至少为多大？

一台起重机在 $10s$内将重为 $3600N$的货物匀速提高了 $4m$，起重机做的有用功是　 $1.44\times {10}^{4}J$　。若起重机做的额外功是 $9600J$，则机械效率是　　，起重机的总功率是　　 $W$。

图示为某种型号的剪叉式高空作业平台。这台机器利用起升电机升降作业平台，方便工人高空作业。该机器的部分数据如表所示。

整机质量（空载）	3200
安全工作载荷	200
起升电机额定电压	24
起升电机额定功率	4.0
轮胎接地总面积	0.08

（1）这台机器空载且静止时，对水平地面的压强是多大？取

（2）起升电机以额定功率工作时，将总重为的人和作业工具以的速度举高。该机器做的有用功是多少？机械效率是多少？

（3）此类机器机械效率一般较低的主要原因是：　　。

在更换家用轿车的轮胎时，剪式千斤顶是一种常用工具。图甲是某型号剪式千斤顶的结构示意图。使用时，将底部支撑台置于水平地面，保持千斤顶竖直，将顶升置于汽车车身下，用手摇动扳手使扳手绕 $O$点不断旋转，带动丝杆转动，通过丝杆水平拉动左端铰链，使支架向内收缩，顶升升高，从而将汽车车身顶起。丝杆上刻有梯形扣，图乙是梯形的实物图。

（1）该型号的剪式千斤顶是由一些简单机械组合而成的。在顶起车身的过程中，丝杆上的梯形扣属于下列哪一种简单机械？　　。

$A$．滑轮 $B$．滑轮组   $C$．杠杆   $D$．斜面

（2）现使用该剪式千斤顶更换轮胎，顶起汽车车身后，若顶升受到车身竖直向下的压力大小始终为 $10000N$，且等于顶升对车身的支持力，千斤顶自身重量忽略不计。

①若底部支撑台与地面接触面积为 $0.04m^2$，顶起汽车车身后手不再用力，则千斤顶对地面产生的压强是多大？

②顶起汽车车身后，为了方便更换轮胎，需要继续摇动扳手，使顶升继续升高一段距离。若人摇动扳手使顶升在 $1\mathit{min}$内升高 $12\mathit{cm}$，用千斤顶顶起车身时的机械效率为 $80\%$，则人做功的功率是多大？

有一台电动起重机，电动机的电功率是 $2.5\times {10}^{3}W$，它在30秒内将质量为 $1.5t$的大石头沿竖直方向匀速提升 $2m$。

（1）大石头的重力是多少 $N$？ $(g$取 $10N/\mathit{kg})$

（2）起重机提升大石头消耗的电能是多少？

（3）起重机提升大石头的效率是多少？

（4）写出一条提高起重机效率的合理建议：　              　。

水平地面上放着重为200N、边长为0.2m的正方体物块现用斜面将其由底端匀速

拉到顶端，如图所示已知平行于斜面的拉力为120N，物体移动的距离为2m，升高1m。求：

（1）物块放在水平地面上时对地面的压强；

（2）斜面的机械效率；

（3）物块沿斜面向上滑动时所受的摩擦力大小。