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物理

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12.3《机械效率》同步测试  

2014-12-21 20:36:50|  分类: 同步测试 |  标签: |举报 |字号 订阅

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一、选择题

1.关于机械效率,下面说法正确的是(  )

A.功率越大的机械,机械效率越高

B.机械效率越高的机械越省力

C.机械效率越低的机械,做的功就越少

D.由于有用功总小于总功,机械效率总小于1

答案:D

解析:功率是单位时间内做的功,表示的是做功的快慢,机械效率是指有用功与总功的比值,两者没有必然的联系,故A说法不正确。机械效率高说明有用功与总功的比值大,与机械省不省力无关,故B说法不正确。机械效率是指有用功与总功的比值,机械效率越低,有用功与总功的比值小,不能说明做的功越少,故C说法不正确。使用任何机械,除了做有用功外,都不可避免地要做额外功,所以有用功总小于总功,机械效率是指有用功与总功的比值,所以机械效率总小于1,故D说法正确。

2.下列叙述中能够提高机械效率的是(  )

A.增加有用功

B.减小机械间的摩擦

C.减小总功

D.使用最省力的机械

答案:B

解析:只有在总功不变的情况下,增加有用功才会提高机械效率,只说增加有用功的说法不够严密,故A错;减小机械间的摩擦可以有效地减小额外功,是可行的办法,故B正确;在有用功不变的情况下,减小总功可以提高机械效率,但只说减小总功的说法不够严密,故C错;使用最省力的机械只能说明其省力,但不能说明其额外功的情况,有时甚至额外功会更大,故D错。

3.(2013年枣庄中考题)甲吊车比乙吊车的机械效率高,当它们分别把相同质量的物体匀速提升相同高度时,则(  )

A.甲吊车的电动机做的有用功较多 

B.乙吊车的电动机做的额外功较多

C.甲吊车的电动机做的总功较多   

D.甲、乙两吊车的电动机做的总功相同

答案:B

解析:甲吊车的机械效率比乙吊车的机械效率高,说明甲吊车所做的有用功在总功中占的比值比乙吊车大;把相同质量的物体提高相同的高度,根据公式W有用=Gh=mgh可知:两辆吊车所做的有用功相同;机械效率不同,是因为做的额外功不同,导致总功不同。

4.有一人用同一滑轮组分别将重1000N和2000N的物体匀速提升5m,动滑轮重200N,不计绳重和摩擦,则上述两种情况中错误的说法是(  )

A.滑轮组的机械效率不相等    

B.人做的额外功相等

C.人做的总功相等            

D.绳子自由端移动的距离相等

答案:C

解析:不计绳重和摩擦也就是说只考虑动滑轮的重,克服动滑轮的重力做的功就是额外功,用同一滑轮组说明两次所用的是一个动滑轮,所以两次做的额外功是相等的,拉2000N的物体时做的有用功当然多,有用功在总功所占的比例就越大,机械效率就高。同一个滑轮组,绳子股数是相同的,物体上升的高度都是5m,所以绳子自由端移动的距离都等于物体上升高度的n倍。

5.(2013年南通中考题)如图1所示,用手沿竖直方向匀速拉一个动滑轮,使挂在下面重为G的物体缓慢上升,动滑轮的重力不可忽略,现改变物体的重力G,则动滑轮的机械效率η与物体重力G的关系可能符合图2中的(  )

图1

A.

B.

C.

D.

 

图2

答案:B

解析:从题可知,动滑轮的重力不可忽略,则克服动滑轮的重力所做的功为额外功(绳重和摩擦产生的额外功较小,此处可不考虑)。机械效率公式可进一步推导:

可以看出,随着物体的重力G增大,机械效率公式中的分母越小,所以机械效率η增大。因为机械效率η与物体的重力G不是正比例函数关系,所以不可能是图A。

6.(2013年武汉中考题)如图3所示,利用轻质滑轮组匀速拉动水平地面上重为300N的物体,拉力F的大小为30N。若物体和地面之间的摩擦力大小为45N,则A处的拉力大小和滑轮组的机械效率分别为(  )

A.45N、50%   B.45N、75%      C.60N、50%      D.60N、75%

图3

答案:B

解析:①物体在水平地面上做匀速运动,则此时A处绳子的拉力与物体与地面之间的摩擦力是一对平衡力,即A处的拉力大小为FA=f=45N。②本题中,拉力F所做的功为总功,克服物体摩擦力所做的功为有用功。从图可知,有2段绳子与动滑轮相连,则绳子自由端移动距离S=2S物,滑轮组的机械效率为

7.如图4所示,用相同的滑轮不同的绕法提起相同的重物,摩擦力可以忽略不计,在物体匀速上升的过程中(  )

A.甲图省力,机械效率甲图大    B.甲图省力,机械效率一样大

C.乙图省力,机械效率乙图大    D.乙图省力,机械效率一样大

图4

答案:B

解析:(1)分析左图滑轮组的结构,得出承担物重的绳子股数n=3。分析右图可知承担物重的绳子股数n=2。因摩擦力可以忽略不计,根据,所以甲图省力。(2)假设两种情况下把物体提示相同的高度,则两种情况下有用功相同,根据W总=W有用+W额外,要比较二者的机械效率,只要比较额外功即可。在摩擦力忽略不计时,额外功就等于提升动滑轮做的功。由于动滑轮和提升高度相同,所以额外功相同,故机械效率相同。

二、填空和计算题

8.如图5所示,在测定杠杆机械效率的实验中,竖直向上匀速拉动弹簧测力计,使挂在杠杆OB下面的物块缓慢上升至虚线位置,测力计的示数F为     N,测力计上升的高度s为0.2m.物块重G为1.5N,物块上升的高度h为0.3m,则杠杆的机械效率为        %,使用该杠杆做额外功的一个原因是                  。

答案:2.5   90%   使用该杠杆做额外功的一个原因是克服杠杆转动时的摩擦做功(或克服杠杆自重做功)。

解析:(1)对弹簧测力计进行读数时,需看清弹簧测力计的分度值,然后根据指针位置进行读数,弹簧测力计的分度值是0.1N,读数是:2.5N。(2)在实验中,弹簧测力计向上拉力做的功是总功,克服钩码重力做的功是有用功。因为杠杆自身有重力,提升物体的同时也要提升杠杆,即克服杠杆自重做功,就有了额外功。同时杠杆绕支点转动时也要克服摩擦力做功。

(3)使用该杠杆做额外功的一个原因是克服杠杆转动时的摩擦做功(或克服杠杆自重做功)。

9.建筑工地上,工人用如图6所示的装置将重为230N的建材从地面匀速送到6m 高处,所用拉力为125N,时间为20s。求:(1)工人做的有用功;(2)工人做的总功;(3)此过程中该装置的机械效率;(4)工人做功的功率。

答案:(1)

(2)

(3)

(4)

解析:(1)工人做的有用功就是滑轮组克服重物重力做的功;(2)工人做的总功等于所用拉力与绳端移动距离的乘积,注意绳子自由端移动的距离是物体升高距离的2倍;(3)装置的机械效率可以直接利用公式计算;(4)工人做功的功率应该是工人做的总功的功率。

10.如图7,小王站在高3m、长6m的斜面上,将重200N的木箱沿斜面匀速从底端拉上顶端,拉力大小恒为120N,所花时间是10s。求:(1)木箱沿斜面方向的运动速度。(2)小王对木箱做功的功率。(3)斜面的机械效率。

答案:(1)

(2)

(3)

解析:(1)木箱沿斜面方向的运动速度可以直接利用速度公式计算。(2)小王对木箱做功的功率应该是总功的功率,而不是有用功。(3)先计算有用功,再计算斜面的机械效率就容易了。

11.某型号挖掘机的质量3000kg,两履带与地面接触的总面积1.5m2。挖掘机在6s内将装满铲斗质量为0.75t的泥石送到岸边,挖掘深度h=2m。(如图8乙所示)(取g=10N/kg)求:(1)挖掘机静止在水平地面上不工作时对地面的压强多大?(2)挖掘机每挖一次泥土并水平移送到岸边,对泥土做功多少?(3)若发动机的总功率是20kW,挖泥土过程中挖掘机的机械效率多大?。

答案:

(1)

(2)

(3)

解析:(1)挖掘机静止时对地面的压力等于其重力,对地面的压强利用计算;(2)挖掘机挖土时,只有将土升高对土做功,水平移送到岸边时,因力与距离垂直不做功;(3)挖泥土过程中挖掘机的总功等于发动机的总功率与时间的乘积,再利用就可以计算机械效率。

12.某科技小组设计的提升重物的设备如图9甲所示。图中水平杆CD与竖直杆EH、DI组合成支架固定在水平地面上。小亮站在地面上通过滑轮组提升重物,滑轮组由动滑轮Q和安装在水平杆CD上的两个定滑轮组成。小亮以拉力F1匀速竖直提升物体A的过程中,物体A的速度为υ1,滑轮组的机械效率为ηA。小亮以拉力F2匀速竖直提升物体B的过程中,物体B的速度为υ2,滑轮组的机械效率为ηB。拉力F1、F2做的功随时间变化的图像分别如图9乙中①、②所示。已知:υ1=3υ2,物体A的体积为VA,物体B的体积为VB,且3VA=2VB,物体A的密度为ρA,物体B的密度为ρB,且8ρA=7ρB。(不计绳的质量,不计滑轮与轴的摩擦)

求:机械效率ηB与ηA之差。

答案:设物体A受的重力为GA,物体B受的重力为GB,动滑轮受的重力为G动。则,          

所以  =                                  (1)  

由题中W-t图像可知:P1==90W   P2==45W

=,υ1=3υ2 ,解得:=                (2)  

由(1)、(2)解得:=                     (3)            

由G=ρgV ,3VA=2VB,8ρA=7ρB ,解得:=      (4)

由(3)、(4)解得:

G动=GA        G动=GB                               

ηA ====70%               

ηB ===80%                          

ηB-ηA=80%-70%=10%                              

解析:试题以滑轮组的效率为载体,综合考查了运动、力、质量、密度、重力、功、功率、机械效率等知识,试题对学生运用图像解决问题的能力进行了考查,对学生运用数学解决物理问题的能力要求较高。题目头绪较多,解题可以从这么几个角度入手。

从滑轮组中拉力与物重关系入手,在不计绳的质量,不计滑轮与轴的摩擦时,拉力.所以  =

从图像入手,由题中W-t图像可知:P1==90W ,P2==45W,

=及υ1=3υ2,解得:=  。

从质量、密度、重力关系入手,由G=mg=ρgV 、3VA=2VB、8ρA=7ρB   解得:=

从滑轮组的机械效率入手:

由上面几个式子,经过数学运算,即可求出结果。

三、实验题

13.在做“测滑轮组机械效率”的实验中,小强和同学们组装了如图10所示的甲、乙两个滑轮组(每只滑轮重都相同,不计摩擦和绳重)。

(1)对于甲图所示的滑轮组,如果没有刻度尺,只要测出钩码重G,然后竖直向上匀速拉动弹簧秤使钩码升高,从弹簧秤上读出拉力值F,即可算出该滑轮组的机械效率η=          。

(2)比较甲、乙两滑轮组的机械效率,可知η甲      η乙(选填:>、<或=)。

(3)实验后小强猜想,对于同一滑轮组(例如图乙),它的机械效率也可能不是固定的,于是他用实验进行了探究,并证明自己的猜想是正确的。你认为小强应采用的正确方法是什么?答:                                                               。

答案:(1)η=

(2)>

(3)在保证滑轮个数、绳子绕法不变的前提下,改变钩码数量或提升的高度、提升的速度等因素,看滑轮组的机械效率是否改变。

解析:(1)根据η=×100%= ,所以,没有刻度尺也能计算出机械效率。

(2)比较甲、乙两滑轮组,可看出提升的钩码重相同,但乙的动滑轮重些,假设重物提升的高度相同,则有用功相同,而乙的额外功大些,所以乙的机械效率低。

(3)探究“同一滑轮组,它的机械效率也可能不是固定的”这一猜想时,要注意控制变量的思想。即在保证滑轮个数、绳子绕法不变的前提下,改变钩码数量或提升的高度、提升的速度等因素,看滑轮组的机械效率是否改变。

14.小华看到工人利用斜面把货物推到车上,联想到上物理课时老师讲过的知识,小华想探究斜面的机械效率可能与哪些因素有关?小华提出了以下的猜想:

A.斜面的机械效率可能与物体的重力有关

B.斜面的机械效率可能与斜面的倾斜程度有关

小华同学为了证实自己的猜想是否正确,于是他用同一块木板组成如图11所示的装置进行了实验探究,记录的实验数据如下表:


实验

次数

斜面倾角θ

物块重量

G/N

斜面高度

h/m

沿斜面拉力F/N

斜面长

S/m

有用功

W有/J

总 功

W总/J

斜面的机械效率

1

30°

5.0

0.6

4.2

1.2

3.0

5.0

 

2

30°

3.0

0.6

2.5

1.2

1.8

 

60%

3

45°

3.0

0.8

2.8

1.2

2.4

3.4

71%


(1)在实验操作过程中,应沿斜面向上________拉动木块;实验时要使木板的倾斜角变大,应该把木板下面的木块向_________移动(填“左”或“右”)。

(2)根据表格中数据,第①次实验斜面的机械效率为_______%,第②次实验中总功为______J。

(3)通过对比实验①、②数据,可验证小华的猜想_________(填写字母);通过对比实验②、③数据,可以得出的探究结论是:__________________________。

(4)除了小华的猜想以外,请你猜想斜面的机械效率还可能与______(写出一个)有关。

答案:(1)匀速    左;(2)60    3.0;(3)A     在其他条件相同时,斜面的倾斜程度越大,斜面的机械效率越高(或大);或在其他条件相同时,斜面的机械效率与斜面的倾斜程度有关;(4)物体或斜面的粗糙程度。

解析:(1)必须使物体做匀速直线运动,物体受力才是平衡力,拉力才是一个确定的数值。实验时要使木板的倾斜角变大,应该把木板下面的木块向左移动。

(2)根据机械效率的公式,容易计算第①次实验斜面的机械效率为60%,

(3)对比实验①、②,可以看出其他条件相同,只改变了物体的重力;再看数据,发现斜面的机械效率相同。条件变了,而结果不变,说明结果与改变的条件无关,即斜面的机械效率与物体的重力无关.对比实验②、③,看出其他条件相同,只改变了斜面倾角;再看数据,发现斜面的机械效率不同,这说明结果与改变的条件有关,即斜面的机械效率与斜面倾角有关,而且斜面倾角越大,效率越高。

(4)造成使用斜面存在额外功的原因是物体与斜面间有摩擦力,接触面的粗糙程度影响摩擦力。

15.某实验小组利用图12示装置研究杠杆的机械效率,实验的主要步骤如下:

①用轻绳悬挂杠杆一端的O点作为支点,在A点用轻绳悬挂总重为G的钩码,在B点用轻绳竖直悬挂一个弹簧测力计,使杠杆保持水平;

②竖直向上拉动弹簧测力计缓慢匀速上升(保持0点位置不变),在此过程中弹簧测力计的读数为F,利用刻度尺分别测出A、B两点上升的高度为h1、h2

回答下列问题:

(1)杠杆机械效率的表达式为η=____________。(用已知或测量的物理量符号表示)

(2)本次实验中,若提升的钩码重一定,则影响杠杆机械效率的主要因素是:___________

(3)若只将钩码的悬挂点由A移至C,O、B位置不变,仍将钩码提升相同的高度,则杠杆的机械效率将_________(选填“变大”、“变小”或“不变”)。

答案:(1)  (2)杠杆自身的重力  (3)变大

解析:(1)杠杆的机械效率:

(2)如果没有额外功,则机械的效率为100%。所以在有用功一定时,额外功的大小决定了机械效率大小。本题中,提升的钩码的同时,我们不得不提升杠杆,提升杠杆做的功就是额外功,因此杠杆自身的重力是影响杠杆机械效率的主要因素。

(3)由题意知,将钩码提升相同的高度,做的有用功不变。O、B位置不变,只将钩码的悬挂点由A移至C,将使拉力变大,同时拉力上升的距离将变小(由于C比A离支点O远,所以将钩码提升相同的高度,拉力上升的高度将变小),这样无法判断总功的变化,因而无法判断杠杆机械效率的变化。我们换一种思路:总功等于有用功与额外功之和,有用功不变,只要判断额外功的变化即可。题目中告诉我们,O、B位置不变,由于C比A离支点O远,所以将钩码提升相同的高度,杠杆重心升高的高度将变小,即额外功变小,由公式可知,在一定时,W额外越小,机械效率越大。



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