初中物理机械效率的计算试题

武都引水工程被誉为“第二个都江堰”，具有防洪、灌溉、生态环保、国土资源保护、工业生活供水、旅游以及发电等综合利用功能的大型骨干水利工程。作为武引一期工程的骨干屯水库 $--$沉抗水库位于绵阳市的游仙区沉抗镇境内，距离绵阳市区15公里，现已成为绵阳的著名旅游景点“仙海风景区”。作为二期工程内容的武都水库位于我市江油武都镇的涪江干流上。总库容5.72亿立方米，碾压混凝土大坝高120米，设计控灌面积228万亩。武都电站是依托武都水库兴建的坝后式电站，装有三台机组，总装机容量15万千瓦 $\left(g=10N/\mathit{kg},{\rho }_{水}=1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3\right)$。

①若电站实际年平均发电量为6.1亿 $\mathit{kW}\cdot h$，电力系统吸收的有效电量为5.745亿 $\mathit{kW}\cdot h$，其中电厂用电 $0.5\%$，出厂后专用输变电损失 $1\%$，按平均上网电价0.28元 $/\mathit{kW}\cdot h$计算，电站年收益多少亿元？（保留三位数）

②若电站水面落差（水面与发电机之间的高度差）为 $80m$，按装机容量满负荷发电，发电机机械能转化为电能的效率为 $75\%$，水的流量 $Q$为多少？（流量 $Q:$单位时间内流过截面积的体积）

③仙海中学兴趣小组在仙海湖面上做实验，用一机动船拖拉一无动力的木船以 $1.5m/s$匀速前进，机动船的质量为 $2\times {10}^3\mathit{kg}$，内燃机功率为 $170\mathit{kW}$，木船下部都可以视为长方体，底面面积为 $12m^2$，吃水深度 $0.4m$，两船受到的阻力都是船重的0.5倍，机动船的内燃机效率是多少？

如图所示，工人站在水平工作台D上使用滑轮组提升重物M，滑轮A、B的质量均为3kg，滑轮C的质量与A、B不同，工人的质量为57kg．该工人利用滑轮组匀速提升重物M时，对绳端的拉力为F₁，功率为P，滑轮A对工作台向下的拉力为F_A，工人对工作台的压强为p₁；若重物M浸没于水中，该工人利用滑轮组匀速提升水中的重物M，在M出水面之前，工人对工作台的压强为p₂，滑轮组的机械效率为η，重物M在水中上升的速度为0.5m／s．已知重物M的质量为120kg，密度为2×10³kg／m³，上升的速度始终为0.5m／s，p₁︰p₂＝16︰14．（不计绳重、滑轮轴摩擦及水的阻力，g取10N／kg）求：
（1）重物M浸没在水中时所受的浮力F_浮；
（2）重物M在空中被匀速提升时，滑轮A对工作台向下的拉力F_A和绳端拉力F₁的功率P；
（3）重物M在水中被匀速提升时，滑轮组的机械效率η．

利用水泵把5×10³kg的水送到10m高的水池，共消耗能量7.5×10⁵J，水泵做的有用功是 J，水泵的机械效率是 。（g取10N/kg）

两个实心正方体A、B由密度均为ρ的同种材料制成，它们的重力分别是G _A、G _B，将A、B均放置在水平桌面上时，如图甲所示，两物体对桌面的压强分别是p_A、p_B，且p_A:p_B=1:2；当用甲、乙两滑轮组分别匀速提升A、B两物体，如图乙所示，两动滑轮重均为G_动，此时两滑轮组的机械效率之比为33:40；若将A物体浸没在水中，用甲滑轮组匀速提升，如图丙所示，匀速提升过程A物体一直没露出水面，此时甲滑轮组的机械效率为75%。不计绳重和摩擦，ρ_水=1.0×10³kg/m³，求:

（1）A、B两物体的重力之比G _A:G _B是多少？
（2）滑轮组中的动滑轮重力G_动是A物体重力G _A的多少倍？
（3）A、B两个实心正方体的材料密度ρ是多少kg/m³？

如图，一卡车车厢距地面1.5m高，小明把一块长3m的钢板AB搭在车厢底板上构成一个斜面。他通过这个斜面用600N的力把一个大木箱由B处推倒A处，已知木箱重1000N。

（1）小明把木箱从B推到A用了30s的时间，求木箱的运动速度。
（2）小明推木箱做了多少功？
（3）小明推木箱做功的功率？
（4）这个过程中，斜面的机械效率是多少？（结果保留一位小数）

如图，某施工现场的一台起重机正将一箱箱设备吊装到3m高的施工台上。其中起重臂下的钢绳是绕在一个动滑轮上的。若每箱设备均重4000N，施工台距离地面的高度为3m。如果起重机沿竖直方向匀速提升一箱设备时，动滑轮上每段钢绳的拉力为2500N，在忽略钢绳重和摩擦的情况下。

（1）起重机提升一箱设备时，对箱子做的有用功是多少？
（2）动滑轮在提升这箱设备时的机械效率是多大？
（3）在安全操作的前提下，为了节省时间，加快施工进度，起重机同时将两箱设备以0.1m/s的速度匀速提升到施工台。求这种情况下，动滑轮上钢绳自由端拉力的功率为多大？

小明携带质量为 $10\mathit{kg}$ 的行李箱从太原到运城，选择了尾气零排放的动车组 $D2503$ 次列车出行。经查询， $D2503$ 次列车时刻表如下。若该动车组列车全程匀速行驶在平直的轨道上，牵引力恒为 $2.8\times {10}^{5}N$ ，供电电路输入动车组列车的电功率恒为 $2\times {10}^{7}W$ ．

站次	站名	到达时间	开车时间	运行里程
1	太原南	$-$	$8:25$	0
2	运城北	$10:10$	$10:12$	$360\mathit{km}$
3	西安北	$11:22$	$-$	$556\mathit{km}$

请你根据以上信息，解决下列问题：

问题一：若小明的行李箱底部与列车行李架的接触面积约为 $0.2m^2$ ，求此行李箱对水平行李架的压强。 $(g$ 取 $10N/\mathit{kg})$

问题二：求该动车组列车从太原南站到运城北站牵引力所做的功。

问题三：求该动车组列车从太原南站到运城北站将电能转化为机械能的效率。

问题四：若大型客运燃油汽车运行中做的功与该动车组列车从太原南站至运城北站牵引力所做的功相等，求该燃油汽车排放气态污染物的质量。（大型客运燃油汽车每做1焦耳的功排放气态污染物 $5\times {10}^{-6}g)$

图甲所示为一种搬运建筑材料的机械装置，AB是个杠杆，O为支点，杠杆平衡时，B端受到的向下的拉力 A端受到的向下拉力（选填“大于”、“小于”或“等于”）；用于装载货物的小车自重为500N，若搬运2000N的货物，电动卷扬机拉钢丝绳的力F_甲＝1600N，该滑轮组的效率η_甲＝ ；若用同样的滑轮按乙图组装，匀速提升相同的货物，电动卷扬机拉钢丝绳的力为F_乙，乙滑轮组的效率为η_乙，考虑实际情况，则F_甲 F_乙，η_甲 η_乙（选填“>”、“<”或“＝”）。

图是液压汽车起重机从水中打捞重物的示意图。A是动滑轮，B是定滑轮，C是卷扬机，D是油缸，E是柱塞。卷扬机转动使钢丝绳带动动滑轮上升，同时提升重物。被打捞的重物体积是，若在本次打捞前，起重机对地面的压强 p₀＝2.0×10⁷Pa，当物体在水中匀速上升时起重机对地面的压强p₁＝2.375×10⁷Pa，物体全部出水面后起重机对地面的压强p₂＝2.5×10⁷Pa，假设起重时柱塞沿竖直方向，物体出水前、后柱塞对吊臂的支撑力分别为N₁和N₂，N₁与N₂之比为19：24。重物出水后上升的速度，吊臂、定滑轮、钢丝绳的重以及轮与绳的摩擦不计。（g取10N/kg）求：

（1）被打捞物体的密度；
（2）若被打捞物体在水中匀速上升时滑轮组AB 的机械效率为，物体全部露出水面在空气中匀速上升时，滑轮组AB 的机械效率为，求
（3）重物出水后，卷扬机牵引力的功率。

江汉平原，雨量充沛。甲地有一小型水电站，每分钟有 $60m^3$的水从高处流下冲击水轮机的叶轮，带动发电机发电，供乙地使用，水轮机与上游水位的落差为 $20m$。甲、乙两地相距 $20\mathit{km}$，两地间沿直线架设了两条输电线，已知每条输电线每千米的电阻为 $0.2\Omega$．为预防灾情发生，工作人员用简易无人机（只能水平或竖直飞行）进行实时监测。该机有 $A$、 $B$两个电动机，它们消耗的电能都由锂电池提供。其中 $A$电动机带动顶部的螺旋桨工作，提供升力； $B$电动机带动尾部的螺旋桨工作，提供水平推力。无人机飞行时的阻力 $f$与飞行速度 $v$的关系为 $f=0.2v^2$．该机的部分参数见表格。

质量 $\left(\mathit{kg}\right)$	1.25
锂电池的电压 $\left(V\right)$	29.4
锂电池的容量 $(\mathit{mA}·h)$	$1.0\times {10}^4$
最大飞行速度 $(m/s)$	5
$A$电动机消耗的最大功率 $\left(W\right)$	80
$B$电动机消耗的最大功率 $\left(W\right)$	40

（1）若水的机械能有 $70\%$转化为电能，求水电站的发电功率。

（2）现输电线在某处发生短路，为确定短路位置，检修员在甲地利用如图所示的电路进行测量。当电压表的示数为 $1.5V$时，电流表的示数为 $0.5A$．短路位置离甲地的距离是多少米？

（3）当无人机保持一定高度以最大速度沿直线飞行时， $B$电动机消耗的功率最大。求此时 $B$电动机的效率。（不计电动机到螺旋桨传动过程中的能量损耗）

图是某科研小组设计的在岸边打捞水中物品的装置示意图。O为杠杆BC的支点，CO:OB=1:4。配重E通过绳子竖直拉着杠杆C端，其质量m_E=644kg。定滑轮和动滑轮的质量均为m₀。人拉动绳子，通过滑轮组提升浸没在水中的物品。当物体A在水面下，小明以拉力F₁匀速竖直拉动绳子，滑轮组的机械效率为η₁，配重E对地面的压力为N₁；当物体A完全离开水面，小明以拉力F₂匀速竖直拉动绳子，滑轮组的机械效率为η₂，配重E对地面的压力为N₂。已知：G_A=950N，η₂=95%，N₁:N₂=6:1，绳和杠杆的质量、滑轮与轴及杠杆支点处的摩擦、水对物体A的阻力均可忽略不计，g取10N/kg。求：

(1)物体在水面下受到的浮力；
(2)F₁:F₂的值
(3) η₁的大小。

图是液压汽车起重机从水中打捞重物的示意图。C是卷扬机，E是液压机的柱塞，能够竖直向上支撑起重臂OMB。在起重臂的两端分别固定有定滑轮，图中虚线框内是悬挂在起重臂B端的滑轮组（未画完整，其中A是定滑轮），卷扬机经O点和B点的定滑轮拉动滑轮组的钢丝绳自由端K，使重物始终以恒定的速度匀速上升。当重物完全浸没在水中上升的过程中，地面对起重机的支持力N₁为1.225×10⁵N，柱塞E对起重臂的支撑力为F₁，卷扬机对钢丝绳自由端K的拉力T₁为6.25×10³N，滑轮组的机械效率为η；重物被完全拉出水面后上升的过程中，地面对起重机的支持力N₂为1.375×10⁵N，柱塞E对起重臂的支撑力为F₂，卷扬机的输出功率P₂为5kW，对钢丝绳自由端K的拉力为T₂。已知定滑轮A的质量m_A为200kg，虚线框内动滑轮的总质量m_D为250kg，F₁：F₂=9：14。若不计起重臂、钢丝绳的质量及滑轮组的摩擦，g取10N/kg，求：

（1）被打捞的重物浸没在水中时受到的浮力F_浮；
（2）滑轮组的机械效率η；
（3）卷扬机拉动钢丝绳的速度v。

我国自主研制的第三代常规动力潜艇（如图所示），它具备先进的通讯设备、武器系统、导航系统、水声对抗、隐蔽性强，噪声低、安全可靠等优异性能，主要技术参数如表：

排水量	水上2250吨，水下3000吨	最大潜深度	300m
最航速	水上30km/h，水下36km/h	最大输出功率（水下）	3000kW

求：（海水的密度近似为1.0×10 ³kg/m ³，g＝10N/kg）

（1）因训练任务需要潜艇在水上航行，此时露出水面的体积为多大？

（2）潜艇下潜到200m深处时，潜艇上一个面积是400cm ²的观察窗口受到海水的压力为多大？

（3）潜艇在水下执行巡航任务，以最大航速匀速行驶5h的路程为多少？若潜艇发动机以最大输出功率工作时螺旋桨推进器效率为80%，潜艇以最大航行驶时受到水的平均阻力f为多大？

随着人们网上购物量的剧增，一种充电机器人当起了快件投递员。已知机器人携带快件满载时总重G＝13500N，以10m/s的速度匀速直线行驶时，所受平均阻力f为0.03G。

（1）求机器人匀速直线行驶过程中的功率；

（2）假设给机器人提供1度的电能，可供其匀速直线行驶8km，求机器人工作时的效率；

（3）机器人靠摄像头来识别道路，为防止镜头上雾，需贴一张电热膜，电路如图所示。已知电热膜的额定电压22V，额定功率4.84W．为满足不同季节使用的需要，还可以通过调节滑动变阻器R，使电热膜的功率在额定功率的25%～100%之间变化，请求出R的最大阻值。

用如图甲所示的滑轮组提升浸没在水中的实心圆柱形物体，已知物体的高度为 $1m$，底面积为 $0.12m^2$，质量为 $200\mathit{kg}$，物体始终以 $0.5m/s$的速度匀速上升，物体浸没在水中匀速上升时，作用在绳端的拉力 $F$所做的功随时间的变化关系如图乙所示。（不计绳重、摩擦及水的阻力。 $\rho =1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$， $g=10N/\mathit{kg})$求：

（1）当物体的上表面刚好与水面相平时，其底部受到水的压强；

（2）物体浸没在水中时受到的浮力；

（3）物体浸没在水中匀速上升时绳端受到的拉力；

（4）物体浸没在水中匀速上升时，滑轮组的机械效率；

（5）物体出水后绳端拉力的功率。