中考物理专题训练---机械效率的计算题分类含答案解析

一、初中物理有用功额外功总功机械效率的计算问题

1．如图所示，用相同的滑轮安装成甲、乙两种装置，分别用FA、FB匀速提升相同物体升高到相同的高度，不计绳子重和摩擦。则拉力FA__________FB，甲、乙两个滑轮组的机械效率甲__________乙。（均选填“<”“>”或“=”）

【答案】> = 【解析】 【详解】

[1]由题意可知，两滑轮组中动滑轮的重力相等，提升物体的重力相等，由图可知，n甲=2，n乙=3，不计绳子重和摩擦，则所用的拉力分别为

F甲F乙所以，甲的拉力大于乙的拉力。

11(GG动)(GG动) n甲211(GG动)(GG动) n乙3[2]将同一物体在相同时间内匀速提升相同高度时，因不计绳子重和摩擦，拉力做的功等于克服物体重力和动滑轮重力所做的功，克服物体重力做的功为有用功，所以，拉力做的总功相等，所做的有用功相等，由W有W总100%可知，甲的效率等于乙的效率。

2．如图的装置中，物体B重为30N，每个滑轮重均为6N，不计绳重及滑轮的摩擦。现用水平力F=20N向右匀速拉动物体A，物体B也随滑轮匀速上升。则物体A受到的摩擦力为_________N，滑轮组的机械效率为_________%（百分号前保留2位小数）。

【答案】8 83.33 【解析】 【分析】

【详解】

[1]物体B重30N，动滑轮重6N，滑轮组需要提升的动滑轮与物体B总重为

30N+6N=36N

三段绳子与动滑轮接触，不考虑绳子重及摩擦，则需要对动滑轮右边的向上的绳子施加

36N312N

的力，物体才能匀速上升，以物体A为研究对象，其左边的绳子对其施加了向左的12N的拉力，它受到的向右的拉力为20N，物体A处于匀速直线运动状态，受到的力是平衡力，则其受到的向左的摩擦力为

20N－12N=8N

[2]滑轮组的机械效率为

W有F's'GBhGhG30NBB83.33%

W总FsFsF3h3F312N

3．如图所示，工人用250 N的力将重400 N的物体匀速提升2 m。若不计绳重及摩擦，绳子自由端移动的距离是____m，动滑轮的重力为____N，该滑轮组的机械效率是______。

【答案】4 100 80% 【解析】 【分析】 【详解】

[1]由图可知，动滑轮上绳子段数为2，则绳子自由端移动距离为

s=2h=2×2m=4m

[2]拉力为250N，物体中400N，则根据动滑轮上绳子段数为2，可求动滑轮重力为

G滑=2F-G物=2×250N-400N =100N

[3]机械效率为



W有G物h400N100%100%100%80% W总400N+100NGGh物滑4．如图所示，用滑轮组拉动重为200N的物体在水平桌面上匀速直线运动。已知F=20N，滑轮组的机械效率为85%，则物体与桌面的之间的摩擦力大小为__________N。

【答案】51 【解析】 【分析】 【详解】

由图可知，由3段绳子通过动滑轮，则sF=3s物，滑轮组的机械效率为85%，即

fs物ff85% η== ==

W总FsF3F320N解得

f=51N

即物体与桌面的之间的摩擦力为51N。

W有

5．如图所示的滑轮组（不计滑轮重、绳与滑轮的摩擦），在拉力 F的作用下，物体水平向左做匀速直线运动，弹簧测力计的示数为 6N， 则物体受到地面的摩擦力大小为_________N。一段时间内物体沿水平方 向移动了 5m，拉力 F 做功_____J。

【答案】12 60 【解析】 【分析】 【详解】

[1]由图可知，n=2，弹簧测力计的示数为6N，则拉力为6N，摩擦力

f=2×6N=12N

摩擦力为12N。 [2]拉力移动的距离

s′=2s=25m=10m

拉力做的功

W=Fs=6N×10m=60J

拉力做的功为60J。

6．如图所示，用F=50N的力通过滑轮组水平拉重为80N的物体使其向左匀速运动0.4m，在这个过程中拉力F做功为_____J，已知物体受到水平地面的摩擦力为60N，该滑轮组的机械效率为_____（忽略绳子和动滑轮的重力）

【答案】40 60% 【解析】 【分析】

首先判断滑轮组有几段绳子受力，计算出拉力移动的距离，利用轮组所做的有用功为克服物体A受到摩擦力所做的功，根据率公式求出滑轮组的机械效率。 【详解】

[1]滑轮组有两段绳子与动滑轮接触，所以有2段绳子有效受力，则绳子自由端移动的距离

拉力做的总功；滑求出其大小，再根据效

拉力F所做的总功

[2]滑轮组克服摩擦所做有用功

滑轮组的机械效率

【点睛】

本题考查水平使用滑轮组拉力的计算，有两处关键的地方，一是滑轮组水平使用克服的是摩擦力，故题目已知物体重力是个干扰条件；二是对动滑轮上绳子段数n的判断。

7．如图所示，用相同的滑轮安装成甲、乙两种装置，分别用FA、FB匀速提升重力为GA、GB的A、B两物体，不计绳重和摩擦．若GA＞GB，则η甲_____η乙；若FA=FB，则GA_____GB．（选填“＞”、“＜”或“=”）

【答案】＞ ＜ 【解析】 【分析】 【详解】

不计绳重和摩擦，克服物体重力做的功为有用功，克服物体重力和动滑轮重力做的功为总功，则滑轮组的机械效率：η=

×100%=

×100%=

×100%=

×100%，因物体的重力G越大，

1+越小，越大，且动滑轮的重力相等，所以，GA＞GB时，η甲＞η乙；由图可

知，n甲=2，n乙=3，由F=（G+G动）可得，提升物体的重力：G=nF﹣G动，则FA=FB时，提升物体的重力关系为GA＜GB．

8．质量为m的工人用如图甲所示的滑轮组将建筑材料运送到楼顶，滑轮组的机械效率随建筑材料重力变化的图像（如图乙），机械中摩擦及绳重忽略不计，影响滑轮组机械效率的原因有_____（写出一点即可），动滑轮的重力为_____，该工人竖直向下拉绳子自由端运送建筑材料时，此滑轮组机械效率的最大值为_____。（后两空均用已知量符号表示）

【答案】物重（或动滑轮重） Gn 【解析】 【分析】 【详解】

3mgGn×100% 3mg[1]已知机械中摩擦力及绳重忽略不计，由

G100%

GG动可知，影响滑轮组机械效率的因素有物重、动滑轮重。

[2]由图乙可知，物重Gn，滑轮组的机械效率50%，因机械中摩擦力及绳重忽略不计，所以滑轮组的机械效率

解得

W有用GnhGn100%100%100%50% W总GnhG动hGnG动G动Gn

[3]已知工人的质量为m，则该工人竖直向下拉绳子自由端运送货物时，绳子的最大拉力

FmaxG人mg

由

F可得提升的最大物重

GG动 3Gmax3FmaxG动3FmaxGn3mgGn

则滑轮组的最大机械效率

max

Gmax3mgGn3mgGn100%100%100%

GmaxG动3mgGnGn3mg9．用如图甲所示的滑轮组运送货物上楼，每件货物重100N，每次运送的量不定，图乙是记录了在整个过程中滑轮组的机械效率随货物重力增加而变化的图像，则动滑轮重为_____________N，当某次运送3件货物时，绳子的拉力F是_______ N ，滑轮组的机械效率为_________；经过分析，发现使用同一滑轮组，_________ ，可以提高滑轮组的机械效率（不考虑绳重和摩擦） 。

【答案】100 200 75% 增加物重 【解析】 【详解】

[1]由图乙可知，运送一件货物的重力为100N时，滑轮组的机械效率是50%，不计绳重和摩擦时，滑轮组的机械效率

W有W有GhG100N==50% η=

W总W有W额GhG动hGG动100N+G动G动=100N

[2]由图可知，

n=2

则运送3件货物时绳子的拉力

11(G总+G动)= (3×100N+100N)=200N 22[3]不计绳重和摩擦，此时滑轮组的机械效率

F=

W有W有G总hG总3100N==75% η′=

W总W有W额G总hG动hG总G动3100N+100N[4]由以上计算可知，使用同一滑轮组，增加物重，可以提高滑轮组的机械效率。

10．用如图所示的滑轮组匀速提升质量为4kg 的物体，在重物上升1m的过程中，拉力F的功率为25W，此时滑轮组的机械效率为80%，则拉力做的有用功是_____J，重物上升的速度是_____m/s；若用此滑轮组匀速提升80N 的货物，所需拉力为________N。（不考虑绳重和摩擦）

【答案】40J 0.5m/s 45N 【解析】 【分析】 【详解】 [1]有用功为

W有=G物hmgh4kg10N/kg1m40J

[2]拉力做的总功为

W总=做功所需的时间为

W有=40J50J 80%t所以重物上升的速度为

W总50J=2s P25Ws1m=0.5m/s t2sv[3]上问中拉力为

F动滑轮重力为

W总50J25N s1m2G动=nF-G物=225N-40N=10N

所以用此滑轮组匀速提升80N 的货物，所需拉力为

F11G+G=80N+10N=45N 物动n2

11．如图所示，用完全相同的四个滑轮和两根相同的细绳组成甲乙两个滑轮组，在各自的自由端均施加大小相等的拉力F，将A、B两个不同的物块匀速提升相同的高度（不计绳重和摩擦）已知A、B两物块重分别为GA、GB，动滑轮重为G0，下列说法正确的是（ ）

A．甲、乙两滑轮组的机械效率相等 B．物块A的重力小于物块B的重力

C．若G0=GB，则甲、乙滑轮组一定都是省力机械 D．甲滑轮组的机械效率为【答案】BD 【解析】 【分析】 【详解】

A．甲、乙两滑轮组提升两块物体的质量不同，提升相同高度所做有用功不同，动滑轮质量相同，不计绳重和摩擦，则滑轮组做额外功相同，它们的机械效率不同，故A项错误； B．在各自的自由端均施加大小相等的拉力F，则

GA 2FGA2FG动，GB3FG动

所以GA＜GＢ，故B项正确； C．若G0=GB，则甲滑轮组绳子端拉力为

F甲即

GA＋G动GA＋GＢ2GA＝＞ ２２２F甲＞GA

所以甲滑轮组是费力机械， 乙滑轮组绳子端拉力为

F乙GB＋G动GB＋GＢ2GB＝= 333所以乙滑轮组是省力机械，故C项错误； D．甲滑轮组的机械效率为

故D项正确。 故选BD。

W有用GAhGA= W总Fs2F

12．如图所示，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，在此过程中，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，杠杆的机械效率为75%，则测力计的示数F=______N，使用该杠杆做额外功的一个原因是______。

【答案】3 由于使用杠杆时需要克服杠杆自重（克服摩擦力）等做功 【解析】 【分析】

本题考查机械效率的应用。 【详解】

[1]杠杆在使用过程中，所做的有用功

W有=Gh=1.5N×0.3m=0.45J

根据W有得 W总W总=W有=0.45J0.6J 75%而W总=Fs，所以

FW总0.6J=3N s0.2m[2]杠杆本身有重力、支点与杠杆之间有摩擦，使用杠杆过程需克服这些做功，于是便出现了额外功。

13．在“再探动滑轮”的实验中，小明用动滑轮将重3N的钩码匀速向上提升，拉力为

2N，2s内钩码上升0.2m。此过程中有用功为_____J，拉力做功的功率为_____W，动滑轮的机械效率为_____%。

【答案】0.6 0.4 75％ 【解析】 【分析】 【详解】

[1]拉动的过程中做的有用功就是克服钩码重力所做的功，即为

W有G物s物=3N0.2m=0.6J

[2]绳子移动的距离为

s绳ns物=20.2m=0.4m

拉力所做的功为

W总Fs绳=2N0.4m=0.8J

拉力的功率为

P[3]动滑轮的机械效率为

W总0.8J==0.4W t2s

W有W总=0.6J=75% 0.8J14．用如图甲所示的装置将实心物体A从深井中吊出来，拉力的功率随时间的变化如图乙所示，已知动滑轮的重力为60N，物体匀速上升的速度始终为1m/s（不计绳重、摩擦及阻力，ρ水=1×103kg/m3，g=10N/kg），则物体浸没在水中时受到的浮力为_________N；物体浸没在水中时滑轮组的机械效率为___________。

【答案】120 80%

【解析】 【分析】

由图甲可知，承担物重的绳子股数n=2，则绳子自由端移动的速度等于物体升高速度的2倍；由图乙可知圆柱体A离开水面后拉力F的功率，利用PFv求绳子自由端的拉力，而不计绳重、摩擦及阻力，拉力F1(GAG轮)，据此求A的重力；由图乙可知圆柱体2A在水中拉力F的功率，由PFv得绳子自由端的拉力，不计绳重、摩擦及阻力，拉力

1F(GAF浮G轮)，据此求浮力大小；不计绳重、摩擦及阻力，利用

2W有GAF浮求物体浸没水中时的机械效率。 W总GAG轮F浮【详解】

[1]由图甲可知，n=2，则拉力F拉绳的速度

v2vA21m/s2m/s

由图乙可知，圆柱体A离开水面后拉力F的功率420W，由PFv得，绳子自由端的拉力

F不计绳重、摩擦及阻力，拉力FP420W210N v2m/s1(GAG轮)，A的重力 2GA2FG轮2210N60N360N

由图乙可知，圆柱体A在水中拉力F的功率300W，由PFv得，绳子自由端的拉力

F不计绳重、摩擦及阻力，拉力FP300W150N v2m/s1(GAF浮G轮)，物体浸没在水中时受到的浮力 2F浮GAG轮2F360N60N2150N120N

[2]物体浸没在水中的机械效率

GAF浮hW有360N120N100%100%100%80%

W总360N120N60NGFGhA浮轮

15．如图所示，拉力 F 为 5N，物体 A 以 0.1m/s 的速度在物体 B 表面向左做匀速直线运动（B 表面足够长）；物体 B 静止在地面上，受到地面对它的水平向左 4 N 的摩擦力，弹簧测力计示数为 12N。下列说法正确的是（ ）

A．物体A 受到的摩擦力为 10N

B．拉力 F 的功率为 1.5W

C．滑轮组的机械效率为 80% 动 【答案】C 【解析】 【分析】 【详解】

D．拉力 F 增大到 15N 时，物体 B 开始向左运

A．物体B静止在地面上，所以受力平衡；水平方向上物体B受到向右的弹簧拉力、地面对它向左的摩擦力和物体A对它向左的摩擦力，所以两个摩擦力之和为12N，即

fAB4N12N

则fAB8N；根据相互作用力的知识可知，物体A受到的摩擦力为

ffAB8N

故A错误；

B．由图知，水平使用滑轮组，n=2，拉力端移动速度

v2v物20.1m/s0.2m/s

则拉力做功的功率

P故B错误； C．滑轮组的机械效率

WFsFv5N0.2m/s1W tt故C正确；

W有f8N100%=100%100%80% W总nF25ND．若拉力F增大到15N时，A在运动过程中，A对B的压力不变、接触面的粗糙程度不变，则A和B之间的摩擦力不变，所以物体B的运动状态不会改变，即物体B仍然静止，不会向左运动，故D错误。 故选C。

16．某工地利用如图所示的滑轮组，将重 180 N 的物体竖直向上匀速提起 2 m，用时 5 s。卷扬机的拉力 F 为 80 N（不计绳重和摩擦）。以下相关计算正确的是（ ）

A．有用功是 400 J C．拉力 F 的功率为 72 W 【答案】BD

B．动滑轮的重力为 60 N D．动滑轮的机械效率为 75%

【解析】 【分析】 【详解】 A．有用功为

W有G物s物=180N2m=360J

故A错误；

B．因不计绳重和摩擦，则动滑轮的重力为

G动nF-G物=380N-180N=60N

故B正确； C．绳子移动的距离为

s绳ns物=32m=6m

拉力F做的功为

W总Fs绳=80N6m=480J

拉力F的功率为

P故C错误；

D．滑轮组的机械效率为

W总480J==96W t5s故D正确。 故选BD。

W有W总=360J=75% 480J

17．如图所示，在时间t内，将重为G的货物匀速提升了h，工人对绳子竖直向下的拉力恒为F，下列说法正确的是（ ）

A．拉力做的额外功是4F-Gh B．有用功为Gh C．拉力F的功率为

3Fh tD．滑轮组的机械效率随h的增大而增大

【答案】BC 【解析】 【分析】 【详解】

AB．由题意可知，滑轮组做的有用功是W有用Gh；三段绳子托着动滑轮，货物上升高度是h，那么绳子自由端移动的距离是s3h，拉力做的总功是

W总Fs3Fh

拉力做的额外功是

W额W总-W有用3Fh-Gh3F-Gh

A错误、B正确；

C．由上述可知，在时间t内，绳子自由端移动的速度是

v那么根据PFv可知，拉力F的功率是

s3h ttPFvFC正确；

D．由上述可知，滑轮组的机械效率是

3h3Fh ttW有用W总GhG 3Fh3F从上式可看到，滑轮组的机械效率与h无关，D错误。 故选BC。

18．高台上的电动车通过如图滑轮组将重力为G的物体匀速提至高台上（不计绳重和滑轮间摩擦），用时为t，已知整个过程中电动车的速度为v，受到水平地面的摩擦力为Ff，滑轮组的机械效率为η。则下列说法中正确的是（ ）

A．电动车的牵引力等于水平地面的摩擦阻力Ff B．此过程中物体克服重力做功Gvt C．绳对车的拉力为

G+Ff）v 2D．电动车牵引力的功率（

【答案】CD 【解析】 【分析】 【详解】

A．电动车匀速提升物体，处于平衡态，受平衡力作用，故电动车水平向左的牵引力等于向右的水平地面的摩擦阻力Ff与绳子拉力之和，A选项错误；

B．由图可知动滑轮缠绕的绳子股数n=2，则物体竖直方向上移动的速度为

v物物体竖直方向上移动的高度为

v绳v n2hv物t克服重力做功

vt2

WGhB选项错误； C．由滑轮组效率

Gvt2

得绳对车的拉力为

W有GhG100100100 W总FsnFGG n2FC选项正确；

D．由平衡力关系得电动车的牵引力为

F牵FFf

电动车牵引力的功率

PD选项正确。 故选CD。

FsGW牵F牵vFFfvFfv tt2

19．为运送物体搭制的斜面如图所示，斜面长为s，高为h，用沿斜面向上的力F把一个重为G的物体由斜面底端以速度v匀速拉到顶端。下列说法中正确的是（ ）

A．整个过程中拉力F所做的有用功W有Gh B．整个过程中拉力F所做的总功W总GhFs C．若斜面的机械效率为η，则拉力FGh sD．若斜面的机械效率为η，则物体与斜面间的摩擦力f【答案】ACD 【解析】 【分析】 【详解】

Gh1- sA．使用斜面的目的是提升重物，因此克服物体重力所做的功是有用功，即W有Gh，A正确；

B．使用斜面时，所做的额外功就是克服物体与斜面间的摩擦力做的功，即W额fs；根据总功、额外功和有用功的关系可得，总功

W总W有W额Ghfs

B错误；

C．斜面所做的总功是W总Fs，若斜面的机械效率是η，那么

变换可得

W有W总100%Gh100% FsFC正确； D．由上述可知

GhGh100% ssW总Ghfs

即

变换可得物体与斜面间的摩擦力是

Gh100%

GhfsfGh1- sD正确。 故选ACD。

20．小徐用如图所示的装置将重为600N的木箱A，以0.5m/s的速度从斜面底端匀速拉到顶端。拉力F=150N，斜面长L=5m，高h=2m，滑轮重、绳重、滑轮与绳之间的摩擦均不计，此装置的机械效率是_________，拉力F的功率是_________W，木箱A与斜面间的摩擦力是______N。

【答案】80% 150 60 【解析】 【分析】 【详解】

[1]将木箱拉到顶端所做的有用功

W有Gh600N2m1200J

而动滑轮绳子端的拉力F=150N，滑轮重、绳重、滑轮与绳之间的摩擦均不计,那么木箱受到的拉力

F1=2F=2×150N=300N

通过斜面所做的总功

W总=F1s=300N×5m=1500J

所以此装置的机械效率

W有1200J80% W总1500Jv=2×0.5m/s=1m/s

[2]由题意知，木箱的速度为0.5m/s，则绳子端的速度 那么拉力F的功率

P=Fv=150N×1m/s=150W

[3]在斜面上克服摩擦力做的额外功为

W额=W总-W有=1500J-1200J=300J

木箱所受的摩擦力

f=

W额L300J=60N 5m