【備考2022】2021高考數學真題分類匯編-機械能-滑車架的機械效率實驗、計算題（含答案11一．實驗探究題（共1小題）1．（2021?成都）涪江六橋建筑工地上豎立的塔機，是用電動機來推動滑車架提高重物的設備。怎么提升滑車架機械效率，節省電能呢？因此朋友們進行了“影響滑車架機械效率誘因”的實驗探究，用到的裝置如圖，實驗數據記錄如下表所示：實驗次鉤碼上升高度h/m繩端拉力繩端聯通距離s/m機械效0.11.20.355.6%0.21.20.655.6%0.11.90.370.2%0.11.30.561.5%（1）實驗中應沿豎直方向帶動彈簧測力計。（2）剖析表中數據可知：第4次實驗是用圖所示裝置來完成的。（3）通過比較1、2兩次實驗數據可得出：使用同一滑車架提高相同重物，滑車架的機械效率與重物上升高度無關。（4）通過比較兩次實驗數據可得出：同一滑車架提高的物體越重，滑車架機械效率越高（填實驗次數的序號）。（5）通過比較3、4兩次實驗數據可得出：不同滑車架提高相同重物，動滑輪越重機械效率越小。（6）為提升滑車架機械效率節省電能，按照以上推論和生活經驗，你建議可采取的舉措有（多選）A.減少動滑輪重B.降低所提物體重C.機械加潤滑油D.降低重物上升高度二．估算題（共10小題）2．（2021?樂山）隨著疫情防治形勢的好轉，人民群眾的生產生活秩序逐漸恢復正常，各地的基礎設施項目正在火箭朝天的復工建設。
如圖所示，某建筑工地上，工人通過固定在斜面頂端的滑車架把型腔勻速拉上斜面。已知斜面高h＝6m，長L＝10m，工人施加的拉力F＝600N，輥子的質量m＝250kg，螺孔沿斜面上升的速率v＝0.5m/s；若不計錐面和滑車架寬度，忽視繩和動滑輪重量及繩與滑輪間、滑輪與車鉤間的磨擦，g取10N/kg。（1）拉力F做功的功率P；（2）整個裝置的機械效率η；（3）型腔所受斜面的磨擦力f。3．（2021?日照）甲、乙、丙五人用如圖所示裝置打撈水底重物。端點為A、B的木棍中點的木棍中點為E；兩根木棍玉質均勻，均為圓錐體，重力均為150N；重物的容積為0.01m、重力為1200N；A、B、H是兩人對木棍施力的作用點，C之間、E與重物之間均通過輕繩相連。打撈過程中兩根輕繩仍然繃緊，兩人用豎直向下的力使兩根木棍一直以相同的速率同步勻速提高重物測滑輪組機械效率實驗，最終將重物打撈出水。（不計輕繩的質量及水的阻力，g＝10N/kg，ρ水＝1.010（1）重物浸入在水底時遭到的壓強大小為多少？（2）重物浸入在水底時，打撈過程中輕繩對D點的拉力大小為多少？（3）若重物浸入在水底時，被提高的高度為1m，請估算整個裝置在此過程中的機械效4．（2021?西寧）建筑工地上，工人們須要將一堆建材運到10m高處。
小董設計安裝了如圖所示的裝置。裝置中每位滑輪重100N。工人借助該裝置每次勻速提高一塊重900N的建材，建材上升的速率是0.6m/s，在施工過程中，求：（1）若不計繩重和磨擦，該裝置的有用功率和機械效率；（2）若不計繩重，繩子自由端拉力為520N時，每次提高克服磨擦做功。5．（2021?根河）建筑工人用如圖甲所示的滑車架勻速提高建材，每次運送量不定，滑車架的機械效率η隨物重G的變化圖像如圖乙所示。忽視繩重、吊籃重及磨擦。求：（1）動滑輪的自重；（2）當滑車架的機械效率為75%時，提高的物重是多少？6．（2021?昆山）將重為16N的重物用圖示動滑輪勻速提高2m，所用拉力F＝10N，不計車鉤處磨擦及繩重，求：（1）該過程中的有用功。（2）動滑輪的機械效率。（3）動滑輪的重力。7．（2021?揚州）如圖所示，工人用300N的拉力，把一重為500N的貨物G用滑車架提高了3m（忽視磨擦及繩重）。求：（1）工人做的有用功；（2）滑車架的機械效率（結果保留一位小數）；（3）動滑輪重。8．（2021?新鄉）如圖所示，工人師父用150N的拉力，使重為1000N的物體以0.2m/s速率在地面上沿水平方向做勻速直線運動，已知物體在運動時遭到地面的磨擦力為物重的0.2倍。
不計繩重及繩與滑輪、滑輪與軸之間的磨擦。求：（1）工人師父拉力的功率；（2）動滑輪的重；（3）若物重減小到2000N，則滑車架的機械效率是多少？9．（2021?成都）如圖甲、乙所示，物體M先后浸入在水和濃鹽水中（ρ鹽水＞ρ水），用同一滑車架從兩種液體上將物體M勻速提出海面，拉力F和F′隨時間t變化的圖象如圖丙所示。不計繩重、摩擦及水的阻力，物體M不吸水、不沾水，g＝10N/kg。“B”）曲線表示拉力F隨時間t變化的圖象。（2）求物體M浸入在水底遭到的壓強。（3）假如物體浸入在水底滑車架的機械效率為η1，完全拉出水面滑車架的機械效率為η0，浸入在濃鹽水中滑車架的機械效率為η2，已知η0：η1＝25：24，η0：η2＝20：19，求物體M浸入在鹽水中的壓強。10．（2021?新鄉）測算如圖所示滑車架的機械效率時，實驗中得到一組數據如表。鉤碼上升高度h/m拉力F/N彈簧測力計上升距離0.50.10.30.3請依照以上信息，求：（1）拉力所做的功；（2）滑車架的機械效率。11．（2021?山東）如圖所示，甲工人用水平推力F甲推進重為750N的貨物，在水平橋面上勻速聯通2m至庫房旁邊A處，用時10s，此過程中甲工人做功的功率P甲＝30W；乙工人接著使用滑車架帶動該貨物在同樣的橋面上勻速聯通3m抵達指定位置B，拉力F（2）該滑車架的機械效率。
參考答案與試卷解析一．實驗探究題（共1小題）1．【解答】解：（1）為了確切測出滑車架的機械效率，應使彈簧測力計沿豎直方向做勻速直線運動；（2）在第四次實驗中，s＝0.5m，h＝0.1m，由s＝nh可得n＝5，即承當物重的繩子股兩次實驗，s＝0.3m，h＝0.1m，由s＝nh可得n＝3，使用同樣的滑車架，即使用的甲、乙兩圖，通過得出的實驗數據可知提高的物體重力越大，滑車架的機械效率越高，得出推論：同一滑車架提高的物體越重，滑車架機械效率越高；（6）要提升滑車架的機械效率，可以：A、減輕動滑輪重力，在提高相同重物、提升相同高度時，減少額內功，而有用功不變，總功減少，有用功與總功的比值減小，增強了滑車架的機械效率；故A正確；B、由實驗得出的推論可知，減小提高的物體重力，可以提升滑車架的機械效率，故正確；C、機械加潤滑油，在提高相同重物、提升相同高度時，減少額內功，而有用功不變，總功減少，有用功與總功的比值減小，增強了滑車架的機械效率；故C正確；D、滑車架的機械效率η=，可見滑車架的機械效率與提高物體的高度無關，所以，降低重物上升高度，不能提升滑車架的機械效率；故D錯誤。故答案為：（1）勻速；（2）丙；（4）1、3；（6）ABC。
二．估算題（共10小題）2．【解答】解：（1）由圖可知n＝3，繩子自由端聯通的速率：v＝nv物＝30.5m/s＝1.5m/s，拉力F做功的功率：P=100.5/=20s，可知，拉力F做的總功：W總＝Pt＝＝1.810型腔的重力：G＝mg＝/kg＝2500N，則有用功：W有＝Gh＝＝1.510100%=1.510100%83.3%；（3）額外功：W額＝W總W有＝1.810J＝3000J，由于不計錐面和滑車架寬度，忽視繩和動滑輪重量及繩與滑輪間、滑輪與車鉤間的磨擦，所以克服斜面的磨擦力做的功為額外功，由W額＝fL可知，螺孔所受斜面的磨擦力：f==300N。答：（1）拉力F做功的功率P為900W；（2）整個裝置的機械效率η為83.3%；（3）型腔所受斜面的磨擦力f為300N。3．【解答】解：（1）重物浸入在水底時遭到的壓強：F浮＝ρ水gV排＝1.01010N/kg0.01m＝100N；（2）物體浸入在水底時，遭到豎直向上的重力、豎直向下的壓強和拉力的作用處于平衡狀態，則作用在E點下方繩子上的拉力：FE＝G浮＝＝1100N，作用在杠桿上E點的阻力：F阻力＝FE+G木棍＝1100N+150N＝1250N，點為支點，由杠桿平衡條件可知，FDLDH＝F阻力LEH1250N＝625N；（3）有用功：W有＝FEs＝＝1100J，額外功：W額＝2G木棍h＝＝300J，總功：W總＝W有+W額＝1100J+300J＝1400J，整個裝置在此過程中的機械效率：η=100%=11001400100%＝78.57%。
答：（1）重物浸入在水底時遭到的壓強大小為100N；（2）重物浸入在水底時，打撈過程中輕繩對D點的拉力大小為625N；（3）整個裝置在此過程中的機械效率為78.57%。4．【解答】解：（1）該裝置的有用功功率：P=Gv物＝900N0.6m/s＝540W，由于不計繩重和磨擦，所以該裝置的機械效率：η=+100=90%；（2）由圖可知n＝2，繩子自由端聯通的距離s＝nh＝210m＝20m，則總功：W總＝Fs＝＝，有用功：W有＝Gh＝＝9000J，克服動滑輪重力做的額外功：W動＝G動h＝＝1000J，所以每次提高克服磨擦做功：Wf＝W總W有W動＝＝400J。答：（1）若不計繩重和磨擦，該裝置的有用功率為540W測滑輪組機械效率實驗，機械效率為90%；（2）若不計繩重，繩子自由端拉力為520N時，每次提高克服磨擦做的功為400J。5．【解答】解：（1）忽視繩重、吊籃重及磨擦，則滑車架的機械效率：100%，由圖像可知，當提起的建材重G＝150N時，機械效率η＝60%，則60%=150150+動＝100N；（2）當滑車架的機械效率為75%時，則有75%=解得：G′＝300N。
答：（1）動滑輪的自重為100N；（2）當滑車架的機械效率為75%時，提高的物重是300N。6．【解答】解：（1）使用動滑輪做的有用功：W有＝Gh＝16N2m＝32J；（2）由圖知，n＝2，繩子自由端被拉下的距離：s＝2h＝22m＝4m，拉力做的總功：W總＝Fs＝10N4m＝40J，滑車架的機械效率：100%=3240100%＝80%；（3）不計車鉤間磨擦及繩重時，拉力F=則動滑輪重力：G動＝2FG＝＝4N。
