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12 小明的爸爸去超市购买大米，下列情景中他没有对大米做功的是 （
A.他将一袋大米从货柜水平拉出
B.然后将袋子从地上提起放肩上
C.接着扛着袋子水平走进电梯
D.最后扛着袋子随电梯一起上升
C
）A.他将一袋大米从货柜水平拉出
B.然后将袋子从地上提起放肩上
C.接着扛着袋子水平走进电梯
D.最后扛着袋子随电梯一起上升
答案
12. C
解析
【分析】
要判断是否对大米做功，需依据做功的两个必要因素：一是作用在物体上的力，二是物体在力的方向上通过的距离，二者缺一不可。接下来逐一分析选项：A选项中，拉力水平，大米在拉力方向（水平）移动了距离，满足做功条件；B选项中，提袋子的力向上，袋子向上移动了距离，满足做功条件；C选项中，扛袋子时力的方向向上，而移动距离是水平方向，力与距离方向垂直，未在力的方向移动距离，不满足做功条件；D选项中，电梯上升时，力向上，距离向上，满足做功条件。因此选C。
【解析】
做功的两个必要因素：①作用在物体上的力；②物体在力的方向上通过的距离，二者需同时满足才做功。
选项A：水平拉大米，拉力方向水平，大米沿水平方向移动了距离，力和距离方向一致，对大米做功；
选项B：将袋子从地上提起放肩上，拉力方向向上，袋子沿向上方向移动了距离，力和距离方向一致，对大米做功；
选项C：扛着袋子水平走进电梯，力的方向向上，移动距离方向水平，力与距离方向垂直，未在力的方向移动距离，对大米不做功；
选项D：扛着袋子随电梯上升，力的方向向上，袋子沿向上方向移动了距离，力和距离方向一致，对大米做功。
综上，答案为C。
【答案】
C
【知识点】
功的两个必要因素
【点评】
本题考查功的判断，核心是掌握做功的两个必要条件，易错点是混淆力与距离的方向，判断垂直时不做功的情况，属于基础概念题。
【难度系数】
0.6
要判断是否对大米做功，需依据做功的两个必要因素：一是作用在物体上的力，二是物体在力的方向上通过的距离，二者缺一不可。接下来逐一分析选项：A选项中，拉力水平，大米在拉力方向（水平）移动了距离，满足做功条件；B选项中，提袋子的力向上，袋子向上移动了距离，满足做功条件；C选项中，扛袋子时力的方向向上，而移动距离是水平方向，力与距离方向垂直，未在力的方向移动距离，不满足做功条件；D选项中，电梯上升时，力向上，距离向上，满足做功条件。因此选C。
【解析】
做功的两个必要因素：①作用在物体上的力；②物体在力的方向上通过的距离，二者需同时满足才做功。
选项A：水平拉大米，拉力方向水平，大米沿水平方向移动了距离，力和距离方向一致，对大米做功；
选项B：将袋子从地上提起放肩上，拉力方向向上，袋子沿向上方向移动了距离，力和距离方向一致，对大米做功；
选项C：扛着袋子水平走进电梯，力的方向向上，移动距离方向水平，力与距离方向垂直，未在力的方向移动距离，对大米不做功；
选项D：扛着袋子随电梯上升，力的方向向上，袋子沿向上方向移动了距离，力和距离方向一致，对大米做功。
综上，答案为C。
【答案】
C
【知识点】
功的两个必要因素
【点评】
本题考查功的判断，核心是掌握做功的两个必要条件，易错点是混淆力与距离的方向，判断垂直时不做功的情况，属于基础概念题。
【难度系数】
0.6
13 若汽车发动机在90 kW的额定功率下工作，此时汽车匀速直线行驶的速度大小为72 km/h，则汽车受到的阻力大小为 （
A.4.5 N
B.$1.25×10^{3}$ N
C.$4.5×10^{3}$ N
D.$1.8×10^{4}$ N
C
）A.4.5 N
B.$1.25×10^{3}$ N
C.$4.5×10^{3}$ N
D.$1.8×10^{4}$ N
答案
13. C
解析
【分析】
要解决本题，需明确两个核心要点：一是汽车匀速直线行驶时受力平衡，牵引力与阻力大小相等；二是功率公式 $ P=Fv $ 的应用，且计算前需统一单位，避免单位错误导致结果偏差。
【解析】
1. 单位换算：
额定功率 $ P = 90\ \mathrm{kW} = 90 × 10^3\ \mathrm{W} = 9 × 10^4\ \mathrm{W} $；
行驶速度 $ v = 72\ \mathrm{km/h} = \frac{72}{3.6}\ \mathrm{m/s} = 20\ \mathrm{m/s} $。
2. 受力分析：
汽车匀速直线行驶，处于平衡状态，牵引力 $ F $ 与阻力 $ f $ 是一对平衡力，故 $ f = F $。
3. 公式计算：
由功率公式 $ P=Fv $，变形得 $ F = \frac{P}{v} $，代入数值：
$ F = \frac{9 × 10^4\ \mathrm{W}}{20\ \mathrm{m/s}} = 4.5 × 10^3\ \mathrm{N} $，因此阻力 $ f = F = 4.5 × 10^3\ \mathrm{N} $。
【答案】
C
【知识点】
功率的计算、二力平衡
【点评】
本题是基础力学与功率结合的常规题，重点考察单位换算和公式应用，只要掌握匀速运动的受力特点及功率公式，即可轻松解答，需注意单位转换的准确性，避免低级错误。
【难度系数】
0.6
要解决本题，需明确两个核心要点：一是汽车匀速直线行驶时受力平衡，牵引力与阻力大小相等；二是功率公式 $ P=Fv $ 的应用，且计算前需统一单位，避免单位错误导致结果偏差。
【解析】
1. 单位换算：
额定功率 $ P = 90\ \mathrm{kW} = 90 × 10^3\ \mathrm{W} = 9 × 10^4\ \mathrm{W} $；
行驶速度 $ v = 72\ \mathrm{km/h} = \frac{72}{3.6}\ \mathrm{m/s} = 20\ \mathrm{m/s} $。
2. 受力分析：
汽车匀速直线行驶，处于平衡状态，牵引力 $ F $ 与阻力 $ f $ 是一对平衡力，故 $ f = F $。
3. 公式计算：
由功率公式 $ P=Fv $，变形得 $ F = \frac{P}{v} $，代入数值：
$ F = \frac{9 × 10^4\ \mathrm{W}}{20\ \mathrm{m/s}} = 4.5 × 10^3\ \mathrm{N} $，因此阻力 $ f = F = 4.5 × 10^3\ \mathrm{N} $。
【答案】
C
【知识点】
功率的计算、二力平衡
【点评】
本题是基础力学与功率结合的常规题，重点考察单位换算和公式应用，只要掌握匀速运动的受力特点及功率公式，即可轻松解答，需注意单位转换的准确性，避免低级错误。
【难度系数】
0.6
14 学校运动会上举行“双摇跳绳”比赛，“双摇跳绳”是指每次在双脚跳起后，绳连续绕身体两周的跳绳方法。比赛中，初三某同学1 min内摇轻绳240圈，则他在整个跳绳过程中的功率最接近于
（
A.150 W
B.500 W
C.1 000 W
D.1 500 W
（
A
）A.150 W
B.500 W
C.1 000 W
D.1 500 W
答案
14. A
解析
【分析】
要计算跳绳过程中的功率，需利用功率公式$P=\frac{W}{t}$，总功是克服重力做的功，需先确定跳绳次数、估算中学生质量和每次跳绳的跳起高度。双摇跳绳每次跳起后绳绕2周，因此跳绳次数为总圈数除以2；结合生活常识估算中学生质量、双摇跳绳的跳起高度，再计算总功和功率，对比选项得出结果。
【解析】
1. 确定跳绳次数：双摇跳绳每次跳起对应绳绕2周，1min内摇绳240圈，故跳绳次数$n=\frac{240}{2}=120$次；
2. 估算物理量：中学生质量约$m=60kg$，重力$G=mg=60kg×10N/kg=600N$，双摇跳绳需跳得更高，每次跳起高度约$h=0.125m$；
3. 计算总功：每次跳绳克服重力做功$W_1=Gh=600N×0.125m=75J$，总功$W_{总}=nW_1=120×75J=9000J$；
4. 计算功率：时间$t=1min=60s$，功率$P=\frac{W_{总}}{t}=\frac{9000J}{60s}=150W$，对应选项A。
【答案】
A
【知识点】
功率的计算、功的计算、重力的估算
【点评】
本题为估算类功率计算题，需结合生活常识合理估算物理量，关键是明确双摇跳绳次数与绳圈数的关系，考查公式应用和估算能力，属于基础应用题型。
【难度系数】
0.6
要计算跳绳过程中的功率，需利用功率公式$P=\frac{W}{t}$，总功是克服重力做的功，需先确定跳绳次数、估算中学生质量和每次跳绳的跳起高度。双摇跳绳每次跳起后绳绕2周，因此跳绳次数为总圈数除以2；结合生活常识估算中学生质量、双摇跳绳的跳起高度，再计算总功和功率，对比选项得出结果。
【解析】
1. 确定跳绳次数：双摇跳绳每次跳起对应绳绕2周，1min内摇绳240圈，故跳绳次数$n=\frac{240}{2}=120$次；
2. 估算物理量：中学生质量约$m=60kg$，重力$G=mg=60kg×10N/kg=600N$，双摇跳绳需跳得更高，每次跳起高度约$h=0.125m$；
3. 计算总功：每次跳绳克服重力做功$W_1=Gh=600N×0.125m=75J$，总功$W_{总}=nW_1=120×75J=9000J$；
4. 计算功率：时间$t=1min=60s$，功率$P=\frac{W_{总}}{t}=\frac{9000J}{60s}=150W$，对应选项A。
【答案】
A
【知识点】
功率的计算、功的计算、重力的估算
【点评】
本题为估算类功率计算题，需结合生活常识合理估算物理量，关键是明确双摇跳绳次数与绳圈数的关系，考查公式应用和估算能力，属于基础应用题型。
【难度系数】
0.6
15(新情境)(2025南通海安模拟)某人将一箱书搬上楼,可以有两种方法:一是把所有的书一起搬上楼;二是先搬一部分上楼,再搬剩下的部分.假设他上楼的速度相同,第一种方法搬书的功率为$ P_1 $,效率为$ \eta_1 $,第二种方法搬书的功率为$ P_2 $,效率为$ \eta_2 $,用这两种方法搬书的有用功分别为$ W_1 $、$ W_2 $,则
(
A.$ W_1 = W_2 $,$ \eta_1 ＞ \eta_2 $
B.$ P_1 ＞ P_2 $,$ W_1 ＜ W_2 $
C.$ P_1 ＜ P_2 $,$ \eta_1 ＜ \eta_2 $
D.$ P_1 ＞ P_2 $,$ \eta_1 = \eta_2 $
(
A
)A.$ W_1 = W_2 $,$ \eta_1 ＞ \eta_2 $
B.$ P_1 ＞ P_2 $,$ W_1 ＜ W_2 $
C.$ P_1 ＜ P_2 $,$ \eta_1 ＜ \eta_2 $
D.$ P_1 ＞ P_2 $,$ \eta_1 = \eta_2 $
答案
15. A
解析
【分析】
首先明确各物理量的核心定义：有用功是对书做的功，总功是对书和人自身做的功，功率是单位时间内做的总功，机械效率是有用功与总功的比值。本题中两种方法搬同一箱书，书的总重力和楼的高度固定，需先比较有用功；再根据搬书次数判断人克服自身重力做的额外功，进而比较总功和机械效率；最后结合上楼速度与时间关系比较功率，即可推导结论。
【解析】
1. 比较有用功$ W_1 $、$ W_2 $
有用功是对书做的功，公式为$ W_{有用}=G_{书}h $。两种方法搬同一箱书，$ G_{书} $相同，楼的高度$ h $相同，因此$ W_1=G_{书}h $，$ W_2=G_{书}h $，即$ W_1=W_2 $。
2. 比较机械效率$ \eta_1 $、$ \eta_2 $
总功是克服书和人自身重力做的功，设人的重力为$ G_{人} $：
第一种方法（一次搬）：总功$ W_{总1}=G_{书}h + G_{人}h $；
第二种方法（分两次搬）：总功$ W_{总2}=G_{书}h + 2G_{人}h $；
显然$ W_{总1}＜W_{总2} $。
机械效率公式为$ \eta=\frac{W_{有用}}{W_{总}} $，因$ W_{有用} $相同，总功越小效率越高，故$ \eta_1＞\eta_2 $。
3. 比较功率$ P_1 $、$ P_2 $
上楼速度$ v $相同，楼高度$ h $，则时间$ t_1=\frac{h}{v} $，$ t_2=\frac{2h}{v} $，即$ t_1＜t_2 $。
功率公式为$ P=\frac{W_{总}}{t} $：
$ P_1=\frac{W_{总1}}{t_1}=\frac{(G_{书}+G_{人})h}{\frac{h}{v}}=v(G_{书}+G_{人}) $；
$ P_2=\frac{W_{总2}}{t_2}=\frac{(G_{书}+2G_{人})h}{\frac{2h}{v}}=\frac{v(G_{书}+2G_{人})}{2} $；
计算得$ P_1-P_2=\frac{vG_{书}}{2}＞0 $，故$ P_1＞P_2 $。
综上，$ W_1=W_2 $，$ \eta_1＞\eta_2 $，对应选项A。
【答案】
A
【知识点】
功、功率、机械效率
【点评】
本题结合实际搬书情境，考查功、功率、机械效率的综合应用，核心是区分有用功和额外功（克服人自身重力做的功为额外功，随搬书次数变化），需熟练运用相关公式推导，属于中等难度的概念应用题。
【难度系数】
0.5
首先明确各物理量的核心定义：有用功是对书做的功，总功是对书和人自身做的功，功率是单位时间内做的总功，机械效率是有用功与总功的比值。本题中两种方法搬同一箱书，书的总重力和楼的高度固定，需先比较有用功；再根据搬书次数判断人克服自身重力做的额外功，进而比较总功和机械效率；最后结合上楼速度与时间关系比较功率，即可推导结论。
【解析】
1. 比较有用功$ W_1 $、$ W_2 $
有用功是对书做的功，公式为$ W_{有用}=G_{书}h $。两种方法搬同一箱书，$ G_{书} $相同，楼的高度$ h $相同，因此$ W_1=G_{书}h $，$ W_2=G_{书}h $，即$ W_1=W_2 $。
2. 比较机械效率$ \eta_1 $、$ \eta_2 $
总功是克服书和人自身重力做的功，设人的重力为$ G_{人} $：
第一种方法（一次搬）：总功$ W_{总1}=G_{书}h + G_{人}h $；
第二种方法（分两次搬）：总功$ W_{总2}=G_{书}h + 2G_{人}h $；
显然$ W_{总1}＜W_{总2} $。
机械效率公式为$ \eta=\frac{W_{有用}}{W_{总}} $，因$ W_{有用} $相同，总功越小效率越高，故$ \eta_1＞\eta_2 $。
3. 比较功率$ P_1 $、$ P_2 $
上楼速度$ v $相同，楼高度$ h $，则时间$ t_1=\frac{h}{v} $，$ t_2=\frac{2h}{v} $，即$ t_1＜t_2 $。
功率公式为$ P=\frac{W_{总}}{t} $：
$ P_1=\frac{W_{总1}}{t_1}=\frac{(G_{书}+G_{人})h}{\frac{h}{v}}=v(G_{书}+G_{人}) $；
$ P_2=\frac{W_{总2}}{t_2}=\frac{(G_{书}+2G_{人})h}{\frac{2h}{v}}=\frac{v(G_{书}+2G_{人})}{2} $；
计算得$ P_1-P_2=\frac{vG_{书}}{2}＞0 $，故$ P_1＞P_2 $。
综上，$ W_1=W_2 $，$ \eta_1＞\eta_2 $，对应选项A。
【答案】
A
【知识点】
功、功率、机械效率
【点评】
本题结合实际搬书情境，考查功、功率、机械效率的综合应用，核心是区分有用功和额外功（克服人自身重力做的功为额外功，随搬书次数变化），需熟练运用相关公式推导，属于中等难度的概念应用题。
【难度系数】
0.5
16（2024泰州姜堰期末）如图a所示，用甲、乙两个滑轮组分别将同一物体在相同时间内匀速提升相同高度，拉力分别为$F_甲$、$F_乙$，此过程相关数据如图b所示。下列说法正确的是 （
A.$F_甲$的功率等于$F_乙$的功率
B.两滑轮组的机械效率相等
C.两滑轮组的有用功相等
D.两滑轮组绳子自由端移动距离相等
C
）A.$F_甲$的功率等于$F_乙$的功率
B.两滑轮组的机械效率相等
C.两滑轮组的有用功相等
D.两滑轮组绳子自由端移动距离相等
答案
16. C
解析
【分析】
要解决本题，需先明确滑轮组中有用功、总功、额外功的关系，结合柱状图数据计算相关物理量，再逐一分析选项。首先，同一物体提升相同高度时，有用功$W_{有}=Gh$；总功$W_{总}=W_{有}+W_{额}$，可从图b读取甲、乙滑轮组的总功和额外功，算出有用功；再根据功率、机械效率、绳子自由端移动距离的公式，判断各选项正误。
【解析】
1. 计算有用功：
由图b可知，甲滑轮组总功$W_{总甲}=1200J$，额外功$W_{额甲}=600J$，则甲的有用功$W_{有甲}=W_{总甲}-W_{额甲}=1200J-600J=600J$；
乙滑轮组总功$W_{总乙}=800J$，额外功$W_{额乙}=200J$，则乙的有用功$W_{有乙}=W_{总乙}-W_{额乙}=800J-200J=600J$；
因提升同一物体、高度相同，$W_{有}=Gh$，故两滑轮组有用功相等，C选项正确。
2. 分析A选项：功率$P=\frac{W_{总}}{t}$，相同时间$t$内，$W_{总甲}=1200J＞W_{总乙}=800J$，则$P_{甲}＞P_{乙}$，A错误。
3. 分析B选项：机械效率$\eta=\frac{W_{有}}{W_{总}}$，甲的$\eta_{甲}=\frac{600J}{1200J}=50\%$，乙的$\eta_{乙}=\frac{600J}{800J}=75\%$，两者不相等，B错误。
4. 分析D选项：绳子自由端移动距离$s=nh$，甲滑轮组动滑轮上绳子段数$n_{甲}=3$，乙的$n_{乙}=2$，提升高度$h$相同，故$s_{甲}=3h$，$s_{乙}=2h$，不相等，D错误。
【答案】
C
【知识点】
滑轮组有用功、机械效率、功率
【点评】
本题考查滑轮组相关物理量的计算，需熟练掌握有用功与总功的关系，以及机械效率、功率、绳子移动距离的公式，通过读取柱状图数据分析即可，难度适中。
【难度系数】
0.7
要解决本题，需先明确滑轮组中有用功、总功、额外功的关系，结合柱状图数据计算相关物理量，再逐一分析选项。首先，同一物体提升相同高度时，有用功$W_{有}=Gh$；总功$W_{总}=W_{有}+W_{额}$，可从图b读取甲、乙滑轮组的总功和额外功，算出有用功；再根据功率、机械效率、绳子自由端移动距离的公式，判断各选项正误。
【解析】
1. 计算有用功：
由图b可知，甲滑轮组总功$W_{总甲}=1200J$，额外功$W_{额甲}=600J$，则甲的有用功$W_{有甲}=W_{总甲}-W_{额甲}=1200J-600J=600J$；
乙滑轮组总功$W_{总乙}=800J$，额外功$W_{额乙}=200J$，则乙的有用功$W_{有乙}=W_{总乙}-W_{额乙}=800J-200J=600J$；
因提升同一物体、高度相同，$W_{有}=Gh$，故两滑轮组有用功相等，C选项正确。
2. 分析A选项：功率$P=\frac{W_{总}}{t}$，相同时间$t$内，$W_{总甲}=1200J＞W_{总乙}=800J$，则$P_{甲}＞P_{乙}$，A错误。
3. 分析B选项：机械效率$\eta=\frac{W_{有}}{W_{总}}$，甲的$\eta_{甲}=\frac{600J}{1200J}=50\%$，乙的$\eta_{乙}=\frac{600J}{800J}=75\%$，两者不相等，B错误。
4. 分析D选项：绳子自由端移动距离$s=nh$，甲滑轮组动滑轮上绳子段数$n_{甲}=3$，乙的$n_{乙}=2$，提升高度$h$相同，故$s_{甲}=3h$，$s_{乙}=2h$，不相等，D错误。
【答案】
C
【知识点】
滑轮组有用功、机械效率、功率
【点评】
本题考查滑轮组相关物理量的计算，需熟练掌握有用功与总功的关系，以及机械效率、功率、绳子移动距离的公式，通过读取柱状图数据分析即可，难度适中。
【难度系数】
0.7
17（2025南京建邺期中）如图所示，工人用200 N的拉力（方向不变）将木箱匀速提升5 m，木箱重300 N，动滑轮重40 N.求此过程中：
（1）拉力做的功；
（2）机械效率；
（3）若绳子能承受的最大拉力为500 N，当拉力最大时，克服绳重和摩擦所做的功占总功的5％，求该动滑轮的最大机械效率.
（1）拉力做的功；
（2）机械效率；
（3）若绳子能承受的最大拉力为500 N，当拉力最大时，克服绳重和摩擦所做的功占总功的5％，求该动滑轮的最大机械效率.
答案
17. （1）动滑轮绳子股数为2,拉力做的功为
$W_{总}=Fs=Fnh=200\ \mathrm{N}×2×5\ \mathrm{m}=2\ 000\ \mathrm{J}.$
（2）拉力做的有用功为
$W_{有}=Gh=300\ \mathrm{N}×5\ \mathrm{m}=1\ 500\ \mathrm{J},$
机械效率为
$\eta=\frac{W_{有}}{W_{总}}×100\%=\frac{1\ 500\ \mathrm{J}}{2\ 000\ \mathrm{J}}×100\%=75\%.$
（3）在其他条件相同时,提升的物体重力越大,滑轮组的机械效率越大;当施加最大拉力时,提升的物重最大,滑轮组的机械效率最高;
若绳子能承受的最大拉力为500 N,即$F_{最大}=500\ \mathrm{N},$
若物体上升的高度仍为5 m,此时拉力做的总功
$W'_{总}=F_{最大}s=F_{最大}nh=500\ \mathrm{N}×2×5\ \mathrm{m}=5\ 000\ \mathrm{J},$
因为绳重和摩擦对应的额外功始终占总功的5%,
所以绳重和摩擦对应的额外功
$W_{f}=5\%W'_{总}=5\%×5\ 000\ \mathrm{J}=250\ \mathrm{J},$
克服动滑轮的重力做的额外功
$W_{动}=G_{动}h=40\ \mathrm{N}×5\ \mathrm{m}=200\ \mathrm{J},$
因此总的额外功
$W'_{额}=W_{f}+W_{动}=250\ \mathrm{J}+200\ \mathrm{J}=450\ \mathrm{J},$
则有用功
$W'_{有}=W'_{总}-W'_{额}=5\ 000\ \mathrm{J}-450\ \mathrm{J}=4\ 550\ \mathrm{J},$
此滑轮组最高的机械效率
$\eta_{最大}=\frac{W'_{有}}{W'_{总}}×100\%=\frac{4\ 550\ \mathrm{J}}{5\ 000\ \mathrm{J}}×100\%=91\%.$
$W_{总}=Fs=Fnh=200\ \mathrm{N}×2×5\ \mathrm{m}=2\ 000\ \mathrm{J}.$
（2）拉力做的有用功为
$W_{有}=Gh=300\ \mathrm{N}×5\ \mathrm{m}=1\ 500\ \mathrm{J},$
机械效率为
$\eta=\frac{W_{有}}{W_{总}}×100\%=\frac{1\ 500\ \mathrm{J}}{2\ 000\ \mathrm{J}}×100\%=75\%.$
（3）在其他条件相同时,提升的物体重力越大,滑轮组的机械效率越大;当施加最大拉力时,提升的物重最大,滑轮组的机械效率最高;
若绳子能承受的最大拉力为500 N,即$F_{最大}=500\ \mathrm{N},$
若物体上升的高度仍为5 m,此时拉力做的总功
$W'_{总}=F_{最大}s=F_{最大}nh=500\ \mathrm{N}×2×5\ \mathrm{m}=5\ 000\ \mathrm{J},$
因为绳重和摩擦对应的额外功始终占总功的5%,
所以绳重和摩擦对应的额外功
$W_{f}=5\%W'_{总}=5\%×5\ 000\ \mathrm{J}=250\ \mathrm{J},$
克服动滑轮的重力做的额外功
$W_{动}=G_{动}h=40\ \mathrm{N}×5\ \mathrm{m}=200\ \mathrm{J},$
因此总的额外功
$W'_{额}=W_{f}+W_{动}=250\ \mathrm{J}+200\ \mathrm{J}=450\ \mathrm{J},$
则有用功
$W'_{有}=W'_{总}-W'_{额}=5\ 000\ \mathrm{J}-450\ \mathrm{J}=4\ 550\ \mathrm{J},$
此滑轮组最高的机械效率
$\eta_{最大}=\frac{W'_{有}}{W'_{总}}×100\%=\frac{4\ 550\ \mathrm{J}}{5\ 000\ \mathrm{J}}×100\%=91\%.$
解析
【分析】
本题是滑轮组的功与机械效率的综合计算题，解题思路如下：① 先确定滑轮组承担物重的绳子段数n，由图可知n=2，因此绳子自由端移动距离s=nh；② 总功为拉力做的功，利用公式W总=Fs计算；有用功是提升木箱做的功，用W有=Gh计算，机械效率η=W有/W总×100%；③ 第三问中，当拉力最大时，先计算总功，再明确额外功由两部分组成：克服动滑轮重力的额外功和克服绳重及摩擦的额外功（后者占总功的5%），据此算出有用功，进而求出最大机械效率。
【解析】
（1）确定滑轮组绳子段数n=2，绳子自由端移动距离s=nh=2×5m=10m，拉力做的总功：
$W_{总}=Fs=200\ \mathrm{N}×10\ \mathrm{m}=2000\ \mathrm{J}$；
（2）拉力做的有用功：
$W_{有}=Gh=300\ \mathrm{N}×5\ \mathrm{m}=1500\ \mathrm{J}$，
机械效率：
$\eta=\frac{W_{有}}{W_{总}}×100\%=\frac{1500\ \mathrm{J}}{2000\ \mathrm{J}}×100\%=75\%$；
（3）当拉力最大为500N时，绳子自由端移动距离仍为s=nh=2×5m=10m，此时总功：
$W'_{总}=F_{最大}s=500\ \mathrm{N}×10\ \mathrm{m}=5000\ \mathrm{J}$，
克服绳重和摩擦的额外功：
$W_{f}=5\%W'_{总}=5\%×5000\ \mathrm{J}=250\ \mathrm{J}$，
克服动滑轮重力的额外功：
$W_{动}=G_{动}h=40\ \mathrm{N}×5\ \mathrm{m}=200\ \mathrm{J}$，
总额外功：
$W'_{额}=W_{f}+W_{动}=250\ \mathrm{J}+200\ \mathrm{J}=450\ \mathrm{J}$，
有用功：
$W'_{有}=W'_{总}-W'_{额}=5000\ \mathrm{J}-450\ \mathrm{J}=4550\ \mathrm{J}$，
最大机械效率：
$\eta_{最大}=\frac{W'_{有}}{W'_{总}}×100\%=\frac{4550\ \mathrm{J}}{5000\ \mathrm{J}}×100\%=91\%$；
【答案】
（1）2000 J；（2）75%；（3）91%
【知识点】
滑轮组的功计算、机械效率计算、额外功拆分
【点评】
本题考查滑轮组的功与机械效率的综合应用，需明确滑轮组绳子段数的判断，区分有用功、总功及额外功的来源，第三问需注意额外功分为动滑轮重力和绳重摩擦两部分，对学生的综合分析能力有一定要求，是期中常考题型。
【难度系数】
0.5
本题是滑轮组的功与机械效率的综合计算题，解题思路如下：① 先确定滑轮组承担物重的绳子段数n，由图可知n=2，因此绳子自由端移动距离s=nh；② 总功为拉力做的功，利用公式W总=Fs计算；有用功是提升木箱做的功，用W有=Gh计算，机械效率η=W有/W总×100%；③ 第三问中，当拉力最大时，先计算总功，再明确额外功由两部分组成：克服动滑轮重力的额外功和克服绳重及摩擦的额外功（后者占总功的5%），据此算出有用功，进而求出最大机械效率。
【解析】
（1）确定滑轮组绳子段数n=2，绳子自由端移动距离s=nh=2×5m=10m，拉力做的总功：
$W_{总}=Fs=200\ \mathrm{N}×10\ \mathrm{m}=2000\ \mathrm{J}$；
（2）拉力做的有用功：
$W_{有}=Gh=300\ \mathrm{N}×5\ \mathrm{m}=1500\ \mathrm{J}$，
机械效率：
$\eta=\frac{W_{有}}{W_{总}}×100\%=\frac{1500\ \mathrm{J}}{2000\ \mathrm{J}}×100\%=75\%$；
（3）当拉力最大为500N时，绳子自由端移动距离仍为s=nh=2×5m=10m，此时总功：
$W'_{总}=F_{最大}s=500\ \mathrm{N}×10\ \mathrm{m}=5000\ \mathrm{J}$，
克服绳重和摩擦的额外功：
$W_{f}=5\%W'_{总}=5\%×5000\ \mathrm{J}=250\ \mathrm{J}$，
克服动滑轮重力的额外功：
$W_{动}=G_{动}h=40\ \mathrm{N}×5\ \mathrm{m}=200\ \mathrm{J}$，
总额外功：
$W'_{额}=W_{f}+W_{动}=250\ \mathrm{J}+200\ \mathrm{J}=450\ \mathrm{J}$，
有用功：
$W'_{有}=W'_{总}-W'_{额}=5000\ \mathrm{J}-450\ \mathrm{J}=4550\ \mathrm{J}$，
最大机械效率：
$\eta_{最大}=\frac{W'_{有}}{W'_{总}}×100\%=\frac{4550\ \mathrm{J}}{5000\ \mathrm{J}}×100\%=91\%$；
【答案】
（1）2000 J；（2）75%；（3）91%
【知识点】
滑轮组的功计算、机械效率计算、额外功拆分
【点评】
本题考查滑轮组的功与机械效率的综合应用，需明确滑轮组绳子段数的判断，区分有用功、总功及额外功的来源，第三问需注意额外功分为动滑轮重力和绳重摩擦两部分，对学生的综合分析能力有一定要求，是期中常考题型。
【难度系数】
0.5
