《2025年综合应用创新题典中点九年级物理上册苏科版》

1. [2024·无锡]如图所示,用滑轮组匀速提升重为200N的物体,拉力F为125N,物体升高的高度为4m,不计绳重和摩擦,则在此过程中,下列说法中正确的是(D)

A.总功为800J
B.动滑轮重为5N
C.绳端移动的距离为4m
D.滑轮组的机械效率为80%
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答案： D 【点拨】有用功$W_{有用}=Gh=200\ \text{N}×4\ \text{m}=800\ \text{J}$,由图可知,$n=2$,绳子自由端移动的距离$s=nh=2×4\ \text{m}=8\ \text{m}$,总功$W_{总}=Fs=125\ \text{N}×8\ \text{m}=1000\ \text{J}$,滑轮组的机械效率$\eta=\frac{W_{有用}}{W_{总}}×100\%=\frac{800\ \text{J}}{1000\ \text{J}}×100\% =80\%$,不计绳重和摩擦,动滑轮重$G_{动}=2F-G=2×125\ \text{N}-200\ \text{N}=50\ \text{N}$。

2.(科学思维 科学推理)在小区改造工程中,工人师傅用滑轮组提升建筑材料,如图所示。滑轮组挂在固定的钢架上,每个滑轮的重力为150N。绳子自由端受到的拉力F为500N,材料在30s内匀速上升了3m,不计绳重和轮与轴间摩擦,下列说法正确的是(C)
A.绳子自由端的速度为0.1m/s
B.拉力F的功率为50W
C.滑轮组的机械效率为90%
D.钢架受到的拉力为1500N

答案： C 【点拨】建筑材料上升的速度$v=\frac{h}{t}=\frac{3\ \text{m}}{30\ \text{s}}=0.1\ \text{m/s}$。由图可知,$n=3$,绳子自由端移动的速度$v'=nv=3×0.1\ \text{m/s}=0.3\ \text{m/s}$。拉力所做的总功$W_{总}=Fs=F× nh=500\ \text{N}×3×3\ \text{m}=4500\ \text{J}$,拉力的功率$P=\frac{W_{总}}{t}=\frac{4500\ \text{J}}{30\ \text{s}}=150\ \text{W}$。不计绳重和轮与轴间摩擦,作用在绳子自由端的力$F=\frac{G+G_{动}}{3}$,则建筑材料受到的重力$G=3F-G_{动}=3×500\ \text{N}-150\ \text{N}=1350\ \text{N}$。拉力所做的有用功$W_{有用}=Gh=1350\ \text{N}×3\ \text{m}=4050\ \text{J}$,滑轮组的机械效率$\eta=\frac{W_{有用}}{W_{总}}×100\%=\frac{4050\ \text{J}}{4500\ \text{J}}×100\% =90\%$。定滑轮受到两端绳子竖直向下的拉力、竖直向下的重力和钢架竖直向上的拉力,则钢架竖直向上的拉力$F_{拉}=2F+G_{定}=2×500\ \text{N}+150\ \text{N}=1150\ \text{N}$,由于物体间力的作用是相互的,所以钢架受到的拉力为$1150\ \text{N}$。

3. [2024·眉山]如图是小龙“测量斜面机械效率”的实验装置,斜面粗糙程度相同。他用平行于斜面向上的恒定拉力F,将重6N的物体以1m/s的速度匀速拉到斜面顶端,测得斜面的机械效率为75%。则下列说法正确的是(D)

A.拉力做功为3J
B.物体受到的摩擦力为1.5N
C.在匀速拉动过程中,物体的机械能不变
D.若以2m/s的速度匀速拉动物体,斜面机械效率仍为75%

答案： D 【点拨】有用功$W_{有用}=Gh=6\ \text{N}×0.5\ \text{m}=3\ \text{J}$,拉力做的总功$W_{总}=\frac{W_{有用}}{\eta}=\frac{3\ \text{J}}{75\%}=4\ \text{J}$,A错误;斜面的夹角为$30^\circ$,高为$0.5\ \text{m}$,所以斜面的长度$l=1\ \text{m}$,拉力做的额外功$W_{额外}=W_{总}-W_{有用}=4\ \text{J}-3\ \text{J}=1\ \text{J}$,物体所受的摩擦力$f=\frac{W_{额外}}{l}=\frac{1\ \text{J}}{1\ \text{m}}=1\ \text{N}$,B错误;在匀速拉动过程中,物体的质量不变,动能不变,高度变大,重力势能变大,物体的机械能变大,C错误;若以$2\ \text{m/s}$的速度匀速拉动物体,此过程中摩擦力大小不变,则额外功不变,有用功也不变,总功也不变,因此斜面机械效率仍为$75\%$,D正确。⚡点方法 利用斜面提升物体,克服物体受到的重力做的功为有用功,即$W_{有用}=Gh$;拉力做的功为总功,即$W_{总}=Fs$;克服物体受到的摩擦力做的功为额外功,即额外功$W_{额外}=fs$。虽然物体在斜面上做匀速直线运动,受平衡力作用,但由于重力与支持力不是一对平衡力,所以拉力与摩擦力也不是一对平衡力,大小不相等。

4. 如图所示是安装在某种塔式起重机吊臂一侧的滑轮组,某次匀速吊起600kg的物体时,上升5m,用时15s,滑轮组的机械效率是80%,则所做有用功是$3×10^{4}$J,总功是$3.75×10^{4}$J,拉力F的功率是$2.5×10^{3}$W。(g取10N/kg)

答案： $3×10^{4}$;$3.75×10^{4}$;$2.5×10^{3}$ 【点拨】物体受到的重力$G=mg=600\ \text{kg}×10\ \text{N/kg}=6000\ \text{N}$,有用功$W_{有用}=Gh=6000\ \text{N}×5\ \text{m}=3×10^{4}\ \text{J}$。由$\eta=\frac{W_{有用}}{W_{总}}$得,总功$W_{总}=\frac{W_{有用}}{\eta}=\frac{3×10^{4}\ \text{J}}{80\%}=3.75×10^{4}\ \text{J}$,拉力$F$的功率$P=\frac{W_{总}}{t}=\frac{3.75×10^{4}\ \text{J}}{15\ \text{s}}=2.5×10^{3}\ \text{W}$。

5. 如图所示,小明用大小为100N、竖直向上的拉力F在2s内将重力为160N的木箱匀速提升1m。提升过程中,以小明为参照物,木箱是运动的。不计绳重和轮与轴间摩擦,拉力F的功率为100W,动滑轮的机械效率为80%,动滑轮受到的重力为40N。

答案： 运动;100;80%;40 【点拨】木箱相对于小明的位置不断发生变化,以小明为参照物,木箱是运动的。有用功$W_{有用}=Gh=160\ \text{N}×1\ \text{m}=160\ \text{J}$,由图可知,$n=2$,绳子自由端移动的距离$s=nh=2×1\ \text{m}=2\ \text{m}$,拉力做的总功$W_{总}=Fs=100\ \text{N}×2\ \text{m}=200\ \text{J}$,拉力做功的功率$P=\frac{W_{总}}{t}=\frac{200\ \text{J}}{2\ \text{s}}=100\ \text{W}$,动滑轮的机械效率$\eta=\frac{W_{有用}}{W_{总}}=\frac{160\ \text{J}}{200\ \text{J}}×100\% =80\%$。由$F=\frac{1}{2}(G+G_{动})$得,动滑轮受到的重力$G_{动}=2F-G=2×100\ \text{N}-160\ \text{N}=40\ \text{N}$。

6.(新趋势 真实情境)如图是某电梯的工作原理图,A、B为滑轮,F为电动机对滑轮组施加的拉力。其中滑轮A(填“A”或“B”)能省力。某次电梯以1m/s的速度将60kg的人匀速提升,电动机输出功率为1960W,则此次电梯的机械效率为30.6%。(g取10N/kg,计算结果保留至0.1%)

答案： A;30.6%