初中物理有用功和额外功计算题

十八世纪，瓦特发明的冷凝器蒸汽机，推动了人类第一次工业革命。如图为利用瓦特蒸汽机提升物体的工作示意图，蒸汽机的工作原理为：打开阀门 $A$、关闭阀门 $B$，高压蒸汽进入汽缸，推动活塞上行。当活塞到达汽缸顶部时，关闭阀门 $A$、打开阀门 $B$，蒸汽进入冷凝器，汽缸内压强减小，活塞下降。如此循环往复。

（1）蒸汽推动活塞上行过程中，能量转化是　　。

（2）蒸汽机活塞上行过程与汽油机的　　冲程相似。

（3）蒸汽机工作时，汽缸内部压强为 $1.1\times {10}^6$帕，若活塞面积为0.1米 ${}^2$，则活塞受到蒸气的压力是多少？

（4）蒸汽机活塞往复运动，通过杠杆和定滑轮对重物做功。若物体质量为200千克，活塞每次上升高度为0.6米，则活塞上升一次蒸汽机对物体做了多少有用功？假设活塞每分钟向上运动100次，该蒸汽机对物体做有用功的功率为多少？

如图所示，不计绳重及绳与滑轮的摩擦，铁块重 $79N$，被匀速提升 $2m$，拉力 $F$做功 $200J({\rho }_{铁}=7.9\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$， $g=10N/\mathit{kg})$，求：

（1）此时滑轮组的机械效率？

（2）若该铁块 $G$浸没在水中时，铁块所受到的浮力是多少？

（3）将铁块浸没在足够深的水中时，用此滑轮组把铁块从水中匀速向上提升，当绳自由端的拉力做功为 $135J$时，铁块被提升了多少米（不计水的阻力）？

小华到商厦看到载货电梯后，对其结构和工作原理产生了浓厚的兴趣，他通过查阅资料了解到，电梯是通过电动机带动钢丝绳，利用滑轮组来提升货物，其机械部分结构如图甲所示，某次工作电梯在25s内将质量为500kg的重物匀速提升15m，电动机对钢丝绳的拉力为F＝3×10³N，为了安全，电梯设置有超载自动报警系统，其控制电路工作原理如图乙所示，已知电源电压U＝8V，保护电阻R₁＝100Ω，电阻式压力传感器（压敏电阻）R₂的阻值随压力F大小变化如图丙所示，求：

（1）提升物体的有用功率；

（2）滑轮组的机械效率；

（3）当电流表示数达到20mA时，电梯会发出超载警报声，该电梯承载的物重应小于多少N？

如图所示，斜面长5m，高3 m，小明用绳子沿斜面将重为300N的木块由斜面底端匀速拉到顶端，拉力大小为240N，绳重不计。求：

（1）小明做的有用功；
（2）斜面的机械效率。
（3）木块与斜面间的摩擦力

在农村常有家庭挖井取水。小明同学用如图甲所示的滑轮组提土，他用20s的时间把重为120N的土从井中匀速提升5m，拉力做的功W随时间t的变化图像如图乙所示。不计绳重和摩擦，求：

⑴有用功；
⑵滑轮组的机械效率；
⑶拉力的大小；
⑷动滑轮的重。

（内蒙古呼和浩特）已知斜面倾角为30°，斜面高为2m．小兵同学用绳子沿斜面将重为400N的木箱由斜面底端匀速拉到顶端．拉力大小为300N，绳重不计．求：
（1）小兵对木箱做的有用功；
（2）斜面的机械效率；
（3）斜面对物体施加的摩擦力．

工人用杠杆将重为 $180N$的物体匀速提升 $0.5m$，做了 $100J$的功。求：

（1）提升物体做的有用功；

（2）杠杆的机械效率。

工人用如图所示的滑轮组提升建材，工人的重力是700N，双脚与地面的接触面积是500cm²．他将540N的建材匀速提升了3m，滑轮组的机械效率是90%．试求：

（1）提升建材所做的有用功是多少？

（2）工人对绳子的拉力是多少？

（3）提升建材时，工人对地面的压强是多少？

如图所示，利用动滑轮提升货物在竖直向上大小为 $250N$的拉力 $F$作用下，重为 $400N$的货物在 $20s$的时间内匀速上升 $5m$求：

（1）有用功 $W_{有}$；

（2）拉力 $F$的功率 $P$；

（3）此过程中动滑轮的机械效率 $\eta$。

如图所示，斜面长s＝8m，高h＝3m。用平行于斜面F＝50N的拉力，将重力为G＝100N的物体，由斜面的底端匀速拉到顶端，用时t＝10s。求：

（1）有用功W _有；

（2）拉力做功的功率P；

（3）物体受到的摩擦力f；

（4）该斜面的机械效率η。

陆羽公园矗立着由汉白玉制成的“茶圣”陆羽的雕像，其质量为5.4t，吊装时用如图所示的滑轮组将雕像匀速吊上3m的高台。已知提升雕像时，拉力F的功率为6×10³W，绳子自由端移动速度为0.3m/s。（g＝10N/kg）求：

（1）滑轮组将雕像吊上3m高台需要的时间t为多少秒？

（2）滑轮组对雕像做的有用功是多少？

（3）提升雕像的过程中滑轮组的机械效率是多少？

工人师傅要将质量 $100\mathit{kg}$的木箱搬到 $1.5m$高的车厢里，他将一块 $5m$长的长板搁在地面与车厢之间构成斜面，然后站在车上用 $400N$的拉力在 $10s$内将物体从斜面底端匀速拉到车厢里，如图所示， $(g=10N/\mathit{kg})$求：

（1）工人所做的有用功；

（2）工人做功的功率；

（3）斜面的机械效率。

陆羽公园矗立着由汉白玉制成的“茶圣”陆羽的雕像，其质量为5.4t，吊装时用如图所示的滑轮组将雕像匀速吊上3m的高台。已知提升雕像时，拉力F的功率为6×10³W，绳子自由端移动速度为0.3m/s。（g＝10N/kg）求：

（1）滑轮组将雕像吊上3m高台需要的时间t为多少秒？

（2）滑轮组对雕像做的有用功是多少？

（3）提升雕像的过程中滑轮组的机械效率是多少？

如图是用动滑轮提升货物 $A$的示意图。用 $300N$竖直向上的拉力 $F$使重 $500N$的货物 $A$在 $10s$的时间内匀速竖直上升了 $2m$。求：

（1）提升货物所做的有用功 $W_{有}$；

（2）拉力通过的距离及拉力的功率 $P$；

（3）动滑轮的机械效率 $\eta$。

在翻建长春东大桥的施工中，起重机将质量为 $4.5\times {10}^3\mathit{kg}$ 的钢材沿竖直方向匀速提升了 $2m$ ，而它的电动机所做的功是 $2\times {10}^{5}J$ ． $(g$ 取 $10N/\mathit{kg})$ 求：

（1）起重机对钢材所做的有用功。

（2）起重机的机械效率。