【备考2022】2021高考数学真题分类汇编-机械能-滑车架的机械效率实验、计算题（含答案11一．实验探究题（共1小题）1．（2021•成都）涪江六桥建筑工地上竖立的塔机，是用电动机来推动滑车架提高重物的设备。怎么提升滑车架机械效率，节省电能呢？因此朋友们进行了“影响滑车架机械效率诱因”的实验探究，用到的装置如图，实验数据记录如下表所示：实验次钩码上升高度h/m绳端拉力绳端联通距离s/m机械效0.11.20.355.6%0.21.20.655.6%0.11.90.370.2%0.11.30.561.5%（1）实验中应沿竖直方向带动弹簧测力计。（2）剖析表中数据可知：第4次实验是用图所示装置来完成的。（3）通过比较1、2两次实验数据可得出：使用同一滑车架提高相同重物，滑车架的机械效率与重物上升高度无关。（4）通过比较两次实验数据可得出：同一滑车架提高的物体越重，滑车架机械效率越高（填实验次数的序号）。（5）通过比较3、4两次实验数据可得出：不同滑车架提高相同重物，动滑轮越重机械效率越小。（6）为提升滑车架机械效率节省电能，按照以上推论和生活经验，你建议可采取的举措有（多选）A.减少动滑轮重B.降低所提物体重C.机械加润滑油D.降低重物上升高度二．估算题（共10小题）2．（2021•乐山）随着疫情防治形势的好转，人民群众的生产生活秩序逐渐恢复正常，各地的基础设施项目正在火箭朝天的复工建设。
如图所示，某建筑工地上，工人通过固定在斜面顶端的滑车架把型腔匀速拉上斜面。已知斜面高h＝6m，长L＝10m，工人施加的拉力F＝600N，辊子的质量m＝250kg，螺孔沿斜面上升的速率v＝0.5m/s；若不计锥面和滑车架宽度，忽视绳和动滑轮重量及绳与滑轮间、滑轮与车钩间的磨擦，g取10N/kg。（1）拉力F做功的功率P；（2）整个装置的机械效率η；（3）型腔所受斜面的磨擦力f。3．（2021•日照）甲、乙、丙五人用如图所示装置打捞水底重物。端点为A、B的木棍中点的木棍中点为E；两根木棍玉质均匀，均为圆锥体，重力均为150N；重物的容积为0.01m、重力为1200N；A、B、H是两人对木棍施力的作用点，C之间、E与重物之间均通过轻绳相连。打捞过程中两根轻绳仍然绷紧，两人用竖直向下的力使两根木棍一直以相同的速率同步匀速提高重物测滑轮组机械效率实验，最终将重物打捞出水。（不计轻绳的质量及水的阻力，g＝10N/kg，ρ水＝1.010（1）重物浸入在水底时遭到的压强大小为多少？（2）重物浸入在水底时，打捞过程中轻绳对D点的拉力大小为多少？（3）若重物浸入在水底时，被提高的高度为1m，请估算整个装置在此过程中的机械效4．（2021•西宁）建筑工地上，工人们须要将一堆建材运到10m高处。
小董设计安装了如图所示的装置。装置中每位滑轮重100N。工人借助该装置每次匀速提高一块重900N的建材，建材上升的速率是0.6m/s，在施工过程中，求：（1）若不计绳重和磨擦，该装置的有用功率和机械效率；（2）若不计绳重，绳子自由端拉力为520N时，每次提高克服磨擦做功。5．（2021•根河）建筑工人用如图甲所示的滑车架匀速提高建材，每次运送量不定，滑车架的机械效率η随物重G的变化图像如图乙所示。忽视绳重、吊篮重及磨擦。求：（1）动滑轮的自重；（2）当滑车架的机械效率为75%时，提高的物重是多少？6．（2021•昆山）将重为16N的重物用图示动滑轮匀速提高2m，所用拉力F＝10N，不计车钩处磨擦及绳重，求：（1）该过程中的有用功。（2）动滑轮的机械效率。（3）动滑轮的重力。7．（2021•扬州）如图所示，工人用300N的拉力，把一重为500N的货物G用滑车架提高了3m（忽视磨擦及绳重）。求：（1）工人做的有用功；（2）滑车架的机械效率（结果保留一位小数）；（3）动滑轮重。8．（2021•新乡）如图所示，工人师父用150N的拉力，使重为1000N的物体以0.2m/s速率在地面上沿水平方向做匀速直线运动，已知物体在运动时遭到地面的磨擦力为物重的0.2倍。
不计绳重及绳与滑轮、滑轮与轴之间的磨擦。求：（1）工人师父拉力的功率；（2）动滑轮的重；（3）若物重减小到2000N，则滑车架的机械效率是多少？9．（2021•成都）如图甲、乙所示，物体M先后浸入在水和浓盐水中（ρ盐水＞ρ水），用同一滑车架从两种液体上将物体M匀速提出海面，拉力F和F′随时间t变化的图象如图丙所示。不计绳重、摩擦及水的阻力，物体M不吸水、不沾水，g＝10N/kg。“B”）曲线表示拉力F随时间t变化的图象。（2）求物体M浸入在水底遭到的压强。（3）假如物体浸入在水底滑车架的机械效率为η1，完全拉出水面滑车架的机械效率为η0，浸入在浓盐水中滑车架的机械效率为η2，已知η0：η1＝25：24，η0：η2＝20：19，求物体M浸入在盐水中的压强。10．（2021•新乡）测算如图所示滑车架的机械效率时，实验中得到一组数据如表。钩码上升高度h/m拉力F/N弹簧测力计上升距离0.50.10.30.3请依照以上信息，求：（1）拉力所做的功；（2）滑车架的机械效率。11．（2021•山东）如图所示，甲工人用水平推力F甲推进重为750N的货物，在水平桥面上匀速联通2m至库房旁边A处，用时10s，此过程中甲工人做功的功率P甲＝30W；乙工人接着使用滑车架带动该货物在同样的桥面上匀速联通3m抵达指定位置B，拉力F（2）该滑车架的机械效率。
参考答案与试卷解析一．实验探究题（共1小题）1．【解答】解：（1）为了确切测出滑车架的机械效率，应使弹簧测力计沿竖直方向做匀速直线运动；（2）在第四次实验中，s＝0.5m，h＝0.1m，由s＝nh可得n＝5，即承当物重的绳子股两次实验，s＝0.3m，h＝0.1m，由s＝nh可得n＝3，使用同样的滑车架，即使用的甲、乙两图，通过得出的实验数据可知提高的物体重力越大，滑车架的机械效率越高，得出推论：同一滑车架提高的物体越重，滑车架机械效率越高；（6）要提升滑车架的机械效率，可以：A、减轻动滑轮重力，在提高相同重物、提升相同高度时，减少额内功，而有用功不变，总功减少，有用功与总功的比值减小，增强了滑车架的机械效率；故A正确；B、由实验得出的推论可知，减小提高的物体重力，可以提升滑车架的机械效率，故正确；C、机械加润滑油，在提高相同重物、提升相同高度时，减少额内功，而有用功不变，总功减少，有用功与总功的比值减小，增强了滑车架的机械效率；故C正确；D、滑车架的机械效率η=，可见滑车架的机械效率与提高物体的高度无关，所以，降低重物上升高度，不能提升滑车架的机械效率；故D错误。故答案为：（1）匀速；（2）丙；（4）1、3；（6）ABC。
二．估算题（共10小题）2．【解答】解：（1）由图可知n＝3，绳子自由端联通的速率：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做的总功：W总＝Pt＝＝1.810型腔的重力：G＝mg＝/kg＝2500N，则有用功：W有＝Gh＝＝1.510100%=1.510100%83.3%；（3）额外功：W额＝W总W有＝1.810J＝3000J，由于不计锥面和滑车架宽度，忽视绳和动滑轮重量及绳与滑轮间、滑轮与车钩间的磨擦，所以克服斜面的磨擦力做的功为额外功，由W额＝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为900W；（2）整个装置的机械效率η为83.3%；（3）型腔所受斜面的磨擦力f为300N。3．【解答】解：（1）重物浸入在水底时遭到的压强：F浮＝ρ水gV排＝1.01010N/kg0.01m＝100N；（2）物体浸入在水底时，遭到竖直向上的重力、竖直向下的压强和拉力的作用处于平衡状态，则作用在E点下方绳子上的拉力：FE＝G浮＝＝1100N，作用在杠杆上E点的阻力：F阻力＝FE+G木棍＝1100N+150N＝1250N，点为支点，由杠杆平衡条件可知，FDLDH＝F阻力LEH1250N＝625N；（3）有用功：W有＝FEs＝＝1100J，额外功：W额＝2G木棍h＝＝300J，总功：W总＝W有+W额＝1100J+300J＝1400J，整个装置在此过程中的机械效率：η=100%=11001400100%＝78.57%。
答：（1）重物浸入在水底时遭到的压强大小为100N；（2）重物浸入在水底时，打捞过程中轻绳对D点的拉力大小为625N；（3）整个装置在此过程中的机械效率为78.57%。4．【解答】解：（1）该装置的有用功功率：P=Gv物＝900N0.6m/s＝540W，由于不计绳重和磨擦，所以该装置的机械效率：η=+100=90%；（2）由图可知n＝2，绳子自由端联通的距离s＝nh＝210m＝20m，则总功：W总＝Fs＝＝，有用功：W有＝Gh＝＝9000J，克服动滑轮重力做的额外功：W动＝G动h＝＝1000J，所以每次提高克服磨擦做功：Wf＝W总W有W动＝＝400J。答：（1）若不计绳重和磨擦，该装置的有用功率为540W测滑轮组机械效率实验，机械效率为90%；（2）若不计绳重，绳子自由端拉力为520N时，每次提高克服磨擦做的功为400J。5．【解答】解：（1）忽视绳重、吊篮重及磨擦，则滑车架的机械效率：100%，由图像可知，当提起的建材重G＝150N时，机械效率η＝60%，则60%=150150+动＝100N；（2）当滑车架的机械效率为75%时，则有75%=解得：G′＝300N。
答：（1）动滑轮的自重为100N；（2）当滑车架的机械效率为75%时，提高的物重是300N。6．【解答】解：（1）使用动滑轮做的有用功：W有＝Gh＝16N2m＝32J；（2）由图知，n＝2，绳子自由端被拉下的距离：s＝2h＝22m＝4m，拉力做的总功：W总＝Fs＝10N4m＝40J，滑车架的机械效率：100%=3240100%＝80%；（3）不计车钩间磨擦及绳重时，拉力F=则动滑轮重力：G动＝2FG＝＝4N。