1. 如图所示,甲、乙两人用不同的装置,在相同时间内把质量相等的货物匀速提升到同一平台,不计绳重及滑轮的摩擦。下列说法正确的是 ()

A.甲做的有用功多
B.乙做的总功多
C.甲做总功的功率大
D.乙所用装置的机械效率小
A.甲做的有用功多
B.乙做的总功多
C.甲做总功的功率大
D.乙所用装置的机械效率小
答案
C
解析
首先分析各选项:
1. 有用功:有用功是提升货物做的功,公式为$W_{有}=Gh=mgh$,两货物质量相等、提升高度相同,因此甲乙的有用功相等,A错误。
2. 总功:甲使用动滑轮,不计绳重及摩擦,需要克服动滑轮重力做额外功,总功$W_{总甲}=W_{有}+W_{额动}$;乙使用定滑轮,不计绳重及摩擦,没有额外功,总功$W_{总乙}=W_{有}$,因此甲的总功大于乙的总功,B错误。
3. 总功的功率:功率公式为$P=\frac{W_{总}}{t}$,甲乙做功时间相同,甲的总功更大,因此甲做总功的功率更大,C正确。
4. 机械效率:机械效率$\eta=\frac{W_{有}}{W_{总}}$,乙的总功等于有用功,机械效率为100%;甲的总功大于有用功,机械效率小于100%,因此乙所用装置的机械效率更大,D错误。
1. 有用功:有用功是提升货物做的功,公式为$W_{有}=Gh=mgh$,两货物质量相等、提升高度相同,因此甲乙的有用功相等,A错误。
2. 总功:甲使用动滑轮,不计绳重及摩擦,需要克服动滑轮重力做额外功,总功$W_{总甲}=W_{有}+W_{额动}$;乙使用定滑轮,不计绳重及摩擦,没有额外功,总功$W_{总乙}=W_{有}$,因此甲的总功大于乙的总功,B错误。
3. 总功的功率:功率公式为$P=\frac{W_{总}}{t}$,甲乙做功时间相同,甲的总功更大,因此甲做总功的功率更大,C正确。
4. 机械效率:机械效率$\eta=\frac{W_{有}}{W_{总}}$,乙的总功等于有用功,机械效率为100%;甲的总功大于有用功,机械效率小于100%,因此乙所用装置的机械效率更大,D错误。
2. 我国古代科学著作《天工开物》中记载有井上汲水装置——桔槔,如图甲所示,它相当于一个杠杆。图乙为小明根据其原理自制的模型装置,杠杆左端悬挂石块,右端悬挂水桶。下列有关说法正确的是
()

A.左端悬挂石块越重越好
B.右边水桶越重,提起水时有用功越多
C.当减轻桔槔(模型AB杆)的重时,提水时机械效率可达100%
D.汲水后,如图乙所示时,水桶总重比石块大
()
A.左端悬挂石块越重越好
B.右边水桶越重,提起水时有用功越多
C.当减轻桔槔(模型AB杆)的重时,提水时机械效率可达100%
D.汲水后,如图乙所示时,水桶总重比石块大
答案
D
解析
根据杠杆平衡条件和机械效率相关知识逐一分析选项:
1. 选项A:左端石块过重时,向下压水桶汲水需要的力很大,甚至无法将水桶放入井中,并非越重越好,A错误。
2. 选项B:提水时的有用功是克服水的重力做的功,水桶自身重力不属于有用功的范畴,水桶越重不代表对水做的有用功越多,B错误。
3. 选项C:使用该装置提水时,不可避免存在摩擦等额外功,机械效率永远小于100%,不可能达到100%,C错误。
4. 选项D:由图乙可知,石块的力臂OB大于水桶的力臂OA,根据杠杆平衡条件$G_{石}· OB = G_{桶}· OA$,可得$G_{桶}>G_{石}$,即水桶总重比石块大,D正确。
1. 选项A:左端石块过重时,向下压水桶汲水需要的力很大,甚至无法将水桶放入井中,并非越重越好,A错误。
2. 选项B:提水时的有用功是克服水的重力做的功,水桶自身重力不属于有用功的范畴,水桶越重不代表对水做的有用功越多,B错误。
3. 选项C:使用该装置提水时,不可避免存在摩擦等额外功,机械效率永远小于100%,不可能达到100%,C错误。
4. 选项D:由图乙可知,石块的力臂OB大于水桶的力臂OA,根据杠杆平衡条件$G_{石}· OB = G_{桶}· OA$,可得$G_{桶}>G_{石}$,即水桶总重比石块大,D正确。
3. 如图所示,工人利用动滑轮匀速提升重物,已知物重为400 N,施加在绳端竖直向上的拉力F为250 N,在100 s内将重物提升10 m,不计绳重与摩擦,此过程中动滑轮的机械效率为,绳端拉力做功的功率为W。

答案
解:
动滑轮承担物重的绳子段数$n=2$,
有用功:$W_{\mathrm{有}} = Gh = 400\ \mathrm{N} × 10\ \mathrm{m} = 4000\ \mathrm{J}$,
绳端移动的距离:$s = 2h = 2 × 10\ \mathrm{m} = 20\ \mathrm{m}$,
拉力做的总功:$W_{\mathrm{总}} = Fs = 250\ \mathrm{N} × 20\ \mathrm{m} = 5000\ \mathrm{J}$,
动滑轮的机械效率:$\eta = \frac{W_{\mathrm{有}}}{W_{\mathrm{总}}} × 100\% = \frac{4000\ \mathrm{J}}{5000\ \mathrm{J}} × 100\% = 80\%$,
绳端拉力做功的功率:$P = \frac{W_{\mathrm{总}}}{t} = \frac{5000\ \mathrm{J}}{100\ \mathrm{s}} = 50\ \mathrm{W}$。
动滑轮承担物重的绳子段数$n=2$,
有用功:$W_{\mathrm{有}} = Gh = 400\ \mathrm{N} × 10\ \mathrm{m} = 4000\ \mathrm{J}$,
绳端移动的距离:$s = 2h = 2 × 10\ \mathrm{m} = 20\ \mathrm{m}$,
拉力做的总功:$W_{\mathrm{总}} = Fs = 250\ \mathrm{N} × 20\ \mathrm{m} = 5000\ \mathrm{J}$,
动滑轮的机械效率:$\eta = \frac{W_{\mathrm{有}}}{W_{\mathrm{总}}} × 100\% = \frac{4000\ \mathrm{J}}{5000\ \mathrm{J}} × 100\% = 80\%$,
绳端拉力做功的功率:$P = \frac{W_{\mathrm{总}}}{t} = \frac{5000\ \mathrm{J}}{100\ \mathrm{s}} = 50\ \mathrm{W}$。
4. 如图所示,为方便残疾人上下台阶,一些公共场所设计了专用通道(斜面)。沿通道上台阶和直接上台阶比较,可以(选填“省力”“省距离”或“省功”);若将重700 N的小车沿8 m长的斜面推上1.2 m高的平台,沿斜面所用的推力为150 N,在此过程中斜面的机械效率为。
答案
省力;70%
解析
解:
斜面属于省力机械,沿通道上台阶和直接上台阶比较,可以省力。
计算有用功:
$W_{\mathrm{有}} = Gh = 700\ \mathrm{N} × 1.2\ \mathrm{m} = 840\ \mathrm{J}$
计算总功:
$W_{\mathrm{总}} = Fs = 150\ \mathrm{N} × 8\ \mathrm{m} = 1200\ \mathrm{J}$
计算斜面的机械效率:
$\eta = \frac{W_{\mathrm{有}}}{W_{\mathrm{总}}} × 100\% = \frac{840\ \mathrm{J}}{1200\ \mathrm{J}} × 100\% = 70\%$
斜面属于省力机械,沿通道上台阶和直接上台阶比较,可以省力。
计算有用功:
$W_{\mathrm{有}} = Gh = 700\ \mathrm{N} × 1.2\ \mathrm{m} = 840\ \mathrm{J}$
计算总功:
$W_{\mathrm{总}} = Fs = 150\ \mathrm{N} × 8\ \mathrm{m} = 1200\ \mathrm{J}$
计算斜面的机械效率:
$\eta = \frac{W_{\mathrm{有}}}{W_{\mathrm{总}}} × 100\% = \frac{840\ \mathrm{J}}{1200\ \mathrm{J}} × 100\% = 70\%$
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