初中物理机械效率的计算试题

港珠澳大桥海底隧道是世界上最长的公路沉管隧道，全长 $5.6\mathit{km}$，由33节沉管和“最终接头”组成。33节沉管已经全部成功安装，只剩 $E29$和 $E30$之间留有十多米的空隙，这就是“最终接头”的位置。“最终接头”质量约为 $6.0\times {10}^6\mathit{kg}$，虽然和之前的沉管相比小了很多倍，但入水后受洋流、浮动等因素影响，姿态会发生变化，安全平稳地把接头吊装到约 $30m$深的海底是十分艰难的过程，记者在现场看到，“最终接头”由“振华30号”吊装船吊装（如图），通过系列平衡调整，从9时整，“最终接头”从距离水面 $20m$高处匀速下放，9时12分，开始入水，完全入水后，吊钩对“最终接头”拉力为 $2.0\times {10}^{7}N$左右，12时，“最终接头”下沉到位，吊装起重机的机械效率约为 $80\%$． $(g$取 $10N/\mathit{kg}$， ${\rho }_{\mathit{海水}}$取 $1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3)$求：

（1）“最终接头”下沉到位后下表面所受水的压强；

（2）“最终接头”的平均密度；

（3）吊装起重机最大输出功率。

如图所示，工人准备用一根最多能承受 $400N$力的绳子（若超过绳子将断裂）绕成的滑轮组先后打捞水中材料相同、体积不同的实心物体 $A$和 $B$．完全露出水面的物体 $A$被此装置匀速提起时绳子达到最大拉力。已知动滑轮的质量为 $20\mathit{kg}$（绳的质量、绳与滑轮的摩擦、滑轮与轴的摩擦以及水的阻力均不计，连接动滑轮与物体间的钢绳

不会断裂， $g=10N/\mathit{kg})$。求：

（1）物体 $A$完全露出水面后以 $0.5m/s$的速度匀速上升时，物体 $A$的重力和工人拉力的功率分别是多少。

（2）在物体 $A$浸没在水中匀速上升的过程中，滑轮组的机械效率为 $75\%$，物体 $A$的密度是多少。

（3）若用该滑轮组打捞体积为 $50d{m}^3$的物体 $B$时，物体 $B$最多露出多少体积时绳子将断裂。

把一棱长为 $10\mathit{cm}$，质量为 $8\mathit{kg}$的正方体实心金属块，放入水平放置装水的平底圆柱形容器中。如图甲所示，金属块下沉后静止在容器底部（金属块与容器底部并未紧密接触），水的密度是 $1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$， $g$取 $10N/\mathit{kg}$。求：

（1）金属块的密度；

（2）金属块受到的浮力；

（3）金属块对容器底部的压强；

（4）若用图乙所示的滑轮组，把金属块在水中匀速提升 $30\mathit{cm}$（金属块未露出水面，忽略水对物体的阻力），此过程滑轮组的机械效率为 $70\%$，那么绳子自由端的拉力 $F$大小是多少？

在斜面上将一个质量为 $5\mathit{kg}$ 的物体匀速拉到高处，如图所示，沿斜面向上的拉力为 $40N$，斜面长 $2m$、高 $1m$。把重物直接提升 $h$所做的功作有用功 $(g$取 $10N/\mathit{kg})$。下列说法正确的是 $($　　 $)$

A．物体只受重力、拉力和摩擦力三个力的作用

B．做的有用功是 $50J$

C．此斜面的机械效率为 $62.5\%$

D．物体受到的摩擦力大小为 $10N$

如图所示，电动起重机是通过电动机拉动绳子 $b$带动滑轮组工作的装置（滑轮组的连接方式未画出）。质量为 $360\mathit{kg}$的货箱放在水平地面上，与地面的接触面积是 $0.25m^2$．求：

（1）当绳子 $a$对货箱的拉力 $F_a$为 $600N$时，货箱未离开地面，此时货箱对地面的压强是多大？ $(g$取 $10N/\mathit{kg})$

（2）在匀速拉起货箱的过程中，电动机把绳子 $b$匀速收起了 $12m$，绳子 $b$的拉力 $F_b$做了 $2.4\times {10}^{4}J$的功，拉力 $F_b$是多大？

（3）在上述匀速拉起货箱的过程中，使用滑轮组所做的额外功是 $9.6\times {10}^{3}J$，滑轮组的机械效率是多大？

热敏电阻是一种新型的半导体材料，被广泛应用于电热设备中，该材料温度越高，电阻越大。小明买了一个应用了该材料的养生壶，已知该材料电阻 $R_T$不小于 $24\Omega$，温度为 ${50}^{°}\text{C}$时， $R_T=40.5\Omega$，壶内另一定值电且 $R_0=20\Omega$．养生壶加热过程中的平均功率等于 ${50}^{°}\text{C}$时电路的总功率。

（1）小明试着设计了养生壶的两种电路图，如图甲、乙所示，已知小明家的电路允许通过的最大电流为 $10A$，请你帮他选择出正确的电路图，是甲乙中的哪个？（不用书写验证过程）

（2）该养生壶烧水时的平均功率为多大？

（3）若该养生壶烧水时消耗电能的 $84\%$转化为水的内能， $5\mathit{min}$能将多少千克的水从 ${20}^{°}\text{C}$加热至 ${100}^{°}\text{C}$？ $[c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)$

有轨电车是大连城市发展历史的一个标志，它利用电动机提供动力，是一种清洁环保的交通工具，如图所示，有轨电车电动机的耗电功率为 $6\times {10}^{4}W$．电能转化为机械能的效率为 $75\%$，一辆有轨电车以 $18\mathit{km}/h$的速度在平直轨道上匀速行驶了 $100s$，试求：

（1）有轨电车在平直轨道上匀速行驶的路程是多少？

（2）这段路程中电动机消耗的电能是多少？

（3）有轨电车在平直轨道上匀速行驶时受到的阻力是多少？

某手机电池容量为4200 mAh,，电池电压为3.7 V。用一个标有“输出5 V 4 A”的快速充电器,将手机电池从零电量充满.充电效率为84% ,需要 min。快充充电线比普通手机充电线要粗一些,这是因为正常工作时,通过快充充电线的 较大。

人类从刀耕火种，经过几次工业革命，走向了科技大发展的今天。简单机械和内燃机的使用，为我们的生活带来了极大便利。下列几种简单机械和内燃机，其机械效率大于百分之七十的是 $($　　 $)$

A．用滑轮匀速拉一个重为 $5N$的物体到高处（不计绳重，摩擦）

B．利用斜面，用平行于斜面的大小为 $2N$拉力，将一个重为 $5N$的物体匀速拉到高处，斜面高 $1.2m$，斜面长 $5m$

C．用滑轮组拉一个重为 $5N$的物体到高处，重物在拉力 $F$作用下匀速上升，动滑轮质量 $100g$（不计绳重，摩擦）

D．四冲程四缸内燃机，气缸内汽油燃烧产生高温高压燃气推动活塞向下运动，若燃气对活塞平均推力为 $400N$，活塞向下运动距离为 $30\mathit{cm}$，内燃机转速为 $600r/\mathit{min}$，内燃机每一个循环完成四个冲程，每分钟需要消耗热值为 $4.6\times {10}^{7}J/\mathit{kg}$的汽油 $5.2g$

救援车工作原理如图所示，当车载电机对钢绳施加的拉力 $F$大小为 $2.5\times {10}^{3}N$时，小车 $A$恰能匀速缓慢地沿斜面上升。已知小车 $A$的质量为 $1t$，斜面高为 $2m$，斜面长为 $5m$（不计车长、钢绳重、动滑轮重、钢绳与滑轮间的摩擦和滑轮与轴间的摩擦， $g=10N/\mathit{kg})$在小车 $A$由水平路面被拖上救援车的过程中，钢绳所做的有用功为　　 $J$，整个装置的机械效率为　　，小车 $A$与斜面间的摩擦力大小为　　 $N$。

为响应国家“低碳环保，节能减排”的号召，我市新上线一批以天然气为燃料的新型公交汽车，其参数如图所示某次行驶过程中，汽车搭载人员及物品共 $3000\mathit{kg}$所受阻力为总重力的0.01倍。在 $40s$时间内匀速直线行驶 $400m$，共消耗天然气 $0.025\mathit{kg}$（天然气完全燃烧，其热值为 $6.4\times {10}^{7}J/\mathit{kg}$， $g=10N/\mathit{kg})$。针对此次行驶过程，求：

（1）汽车对地面的压强；

（2）汽车的功率；

（3）汽车发动机的效率。

如图所示是利用 $5G$网络实现远程驾驶的汽车，其质量为 $1.5t$，车轮与地面接触的总面积为 $750c{m}^2$，该车在水平路面上匀速直线行驶 $13.8\mathit{km}$，用时 $10\mathit{min}$，消耗汽油 $2\mathit{kg}$，这一过程中汽车发动机的输出功率为 $46\mathit{kW}$．求：（汽油热值为 $q_{汽}=4.6\times {10}^{7}J/\mathit{kg}$， $g$取 $10N/\mathit{kg})$

（1）汽车静止在水平地面上时，对地面的压强。

（2）在这一过程中汽车受到的阻力。

（3）在这一过程中汽车发动机的效率。

美丽乡村建设中，工人用起吊装置提升建筑材料，如图。某次把质量为 $200\mathit{kg}$的材料匀速提升 $6m$，用时 $15s$，消耗电能 $1.5\times {10}^{4}J$． $g$取 $10N/\mathit{kg}$。求这次匀速提升材料过程中：（不计绳与滑轮之间的摩擦）

（1）材料所受拉力 $F$的大小；

（2）拉力 $F$对材料做功的功率；

（3）该装置的效率。

如图所示，斜面长为 $s=2m$，高为 $h=1m$。装卸工人用沿斜面向上的拉力 $F$将重 $1000N$的货物从斜面底端匀速拉到顶端，用时 $10s$，不计空气阻力，斜面的机械效率为 $80\%$，则工人拉力 $F$的功率为　　 $W$，货物在运动过程中受到斜面的摩擦力为　　 $N$。

如图所示，湖面上有一艘小船，站在岸上的人通过滑轮用100N的力拉绳子的自由端，在10s内小船向岸边匀速移动了5m，船在水平方向受到的阻力为160N．下列说法正确的是（　　）

A．	人对船做的有用功为500J
B．	人做的总功为800J
C．	人做的有用功的功率为50W
D．	滑轮的机械效率为80%