2023届中考物理一轮复习——17 测量滑轮组的机械效率

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2023届中考物理一轮复习——17 测量滑轮组的机械效率

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实验17 测量滑轮组的机械效率
探究课题:测量滑轮组的机械效率
实验装置
实验方法 控制变量法,转换法
实验原理
探究过程 1.按照图甲组装实验器材;2.将钩码挂在滑轮组下方,记录下所挂钩码的重力,用弹簧测力计竖直拉住绳子自由端;3.用弹簧测力计匀速拉动绳子自由端,使物体匀速上升一段距离,记录弹簧测力计的读数,并记录物体上升后所达到的末位置以及绳子自由端上升到的末位置;4.根据测量数据,分别计算出钩码上升的距离h和绳子自由端移动的距离s,然后根据W有用=Gh和W总=Fs计算出有用功和总功, 计算该滑轮组的机械效率;5.改变所挂钩码的重力,重复以上实验步骤;6.钩码重力不变,改变动滑轮个数重复上述实验步骤;
记录表格 次数钩码重/N钩码上升高度/cm滑轮组有用功/J弹簧测力计示数/N弹簧测力计移动距离/cm滑轮组总功/J机械效率%单滑轮组14101.63026102.630双滑轮组14101.15026101.450
实验结论 1、滑轮组机械效率与物体重力和动滑轮的个数有关;2、同一滑轮组,提起的物重越重,滑轮组的机械效率越高;3、不同的滑轮组机械效率不同,且在物重相同时,动滑轮越重,滑轮组的机械效率越低
满分归纳——考点方向
器材作用 弹簧测力计的作用?
注意事项 1.必须 使钩码升高,目的: 2.影响滑轮组机械效率高低的主要因素有: 3.数进行多次实验的目的是什么: 4.同一滑轮组: 和 滑轮机械效率。
1.在“测量滑轮组机械效率”的实验中,某组同学选择了如图所示的两种滑轮组进行多次实验,记录的实验数据如下表:
实验次数 钩码重G/N 钩码上升高度H/cm 拉力F/N 绳端移动距离S/cm 机械效率
1 0.5 10 30
2 1.5 10 0.8 30 62.5%
3 0.5 10 0.5 40 25.0%
4 1.5 10 0.7 40 53.6%
(1)根据表中数据可以判断出第一次实验所选择的是   (选填“甲”或“乙“)滑轮组。
(2)在第一次实验中,当   拉动滑轮组时,弹簧测力计示数如图丙所示,拉力F为   N;该次实验滑轮组的机械效率是   (计算结果精确到0.1%)。
(3)机械效率是机械性能好坏的重要标志结合生产生活实际,分析实验数据可知,下列提高机械效率的措施不可行的是   (选填符号)
A.增加所提物重 B.减轻机械自重C.机械加润滑油 D.增加重物上升高度
【答案】(1)甲;(2)竖直向上匀速;0.4;41.7%;(3)D
【解析】(1)由表中第一次实验数据可知,钩码上升的高度h=10cm,绳端移动的距离s=30cm,
由s=nh可得,绳子的有效股数n===3,
由图可知,甲滑轮组绳子的有效股数为3,乙滑轮组绳子的有效股数为4,
所以,第一次实验所选择的是甲滑轮组;
(2)实验时要竖直向上匀速拉动弹簧测力计的,这样示数才会稳定,所读出的数值才等于拉力的大小;
由图丙可知,弹簧测力计的分度值为0.2N,拉力F=0.4N,
该次实验滑轮组的机械效率η==×100%=×100%≈41.7%;
(3)A.由1、2或3、4两组数据可知,用相同的装置提升物体的重力越大,滑轮组的机械效率越大,故A可行;
B.由1、3或2、4两组数据可知,用不同的状态提升相同的物体上升相同的高度时,机械自重越小,滑轮组机械效率越大,故B可行;
C.机械加润滑油,提升重物时减小了额外功,根据η=×100%=×100%可知,滑轮组的机械效率越大,故C可行;
D.由η====×100%可知,滑轮组机械效率与物体提升的高度无关,故D不可行。
【分析】(1)根据表中第一次实验数据可知钩码上升的高度和绳端移动的距离,根据s=nh求出绳子的有效股数,然后与甲乙装置绳子的有效股数相比较得出答案;
(2)实验中要匀速拉动弹簧测力计,这样示数才与拉力相同,并有利于准确读数;根据弹簧测力计的分度值读出拉力的大小,利用η==×100%求出该次实验滑轮组的机械效率;
(3)分析表格数据得出影响滑轮组的因素和利用η=×100%=×100%η====×100%,得出提高滑轮组机械效率的方法。
2.小明在做测量滑轮组的机械效率的实验中,用同一滑轮组进行了3次实验,如图所示,实验数据记录如表。
次数 钩码重/N 购码上升距离/cm 弹簧测力计示数/N 弹簧测力计上升距离/cm 机械效率
1 2 10 0.8 30 83.8%
2 4 10 1.5 30 ?
3 6 10 ? 30 90.9%
(1)第2次实验中滑轮组的机械效率为   (结果保留一位小数)。
(2)如图丙所示,第3次实验中弹簧测力计的示数为   N。
(3)分析表格中的数据得出结论同一滑轮组,   。
(4)在第2次实验时,如果拉力方向与竖直方向有一定夹角,那么所测得的滑轮组的机械效率将会   (填“变大”、“变小”或“不变”)。
3.小明实验小组做“测量滑轮组的机械效率”的实验,实验装置如图甲、乙所示。
(1)按照甲图装置实验,小明应竖直向上   拉动弹簧测力计,使钩码从A处升高到A′处。由图可知拉力为   N,钩码上升的高度为   cm。
(2)小明实验小组又用图乙的实验装置进行实验,实验数据记录在表中。
实验次数 钩码重力G/N 钩码上升高度h/m 拉力F/N 绳端移动的距离s/m 机械效率η
1 2.0 0.02     0.04 83%
2 4.0 0.03 2.2 0.06    
①根据表格中的数据,请在图乙中画出实验时绳子的绕法(要求向下拉绳子的自由端使钩码升高)。
②由表格数据可知,第一次实验时的拉力是   N(结果精确到0.1N);第二次实验时滑轮组的机械效率是   (结果精确到1%)。
③由两次实验可知,用同一滑轮组提升重物时,物体越重,滑轮组的机械效率越   (选填“高”或“低”)。
4.小明在“测量滑轮组的机械效率”的实验中,利用如图所示的滑轮组进行了4次测量,测得数据如下表所示:
次数 钩码所受的重力G/N 钩码提升的高度h/m 拉力F/N 绳端移动的距离s/m 机械效率η
1 1.0 0.1 0.8 0.4 31.25%
2 1.0 0.2 0.8 0.8 31.25%
3 2.0 0.1 1.2 0.4 41.67%
4 3.0 0.1 1.5
(1)根据表中的数据计算得出第4次实验时绳端移动的距离s=   m,机械效率η=   。
(2)通过比较1、3和4三次实验数据得出:同一滑轮组,物重越大,滑轮组的机械效率   。
(3)在忽略摩擦力和绳重的前提下,通过第1次数据可算出动滑轮的重力为
   N。
(4)以下选项中不影响滑轮组机械效率的因素是   
A.动滑轮的重力
B.绳子与滑轮之间的摩擦
C.物体上升的高度
5.在日常生活和工农业生产中,提高机械效率有着重要的意义。提高机械效率,要从研究影响机械效率的因素出发,寻求办法。
(1)为了探究影响机械效率的因素,小明选取了大小相同的滑轮,利用图甲和图乙装置进行实验,并把数据整理记录在下表中。
实验次数 滑轮材质 钩码重G/N 提升的高度h/m 有用功W有用/J 拉力F/N 绳端移动的距离s/m 总功W总/J 机械效率。η
1 铝 1 0.1 0.1 0.6 0.3 0.18 56%
2 铝 2 0.1 0.2 1.0 0.3 0.3 67%
3 铝 2 0.2 0.4 1.0 0.6 0.6 67%
4 塑料 2 0.2 0.4 0.8 0.6 0.48 83%
5 塑料 2 0.2 0.4 2.1 0.2 0.42 95%
①比较1和2两次实验发现:在所用滑轮组一定时,提升的钩码   ,机械效率越高。
②比较3和4两次实验发现:滑轮组的机械效率还与   有关。
③比较   两次实验发现:在所用滑轮组一定时,机械效率与提升钩码的高度无关。
④第5次实验室利用了图   的装置完成的,判断依据是   。
⑤利用图甲的装置,把重4N的物体用2.5N的拉力迅速拉起,滑轮组的机械效率为   。可见如果没有刻度尺,只有测力计,也可以测量出滑轮组的机械效率。
(2)小明利用图丙装置实验发现:斜面的机械效率与斜面的倾斜程度和摩擦有关,与物重无关。保持斜面倾斜程度不变,可以采用   的方法减小摩擦,从而提高斜面的机械效率。
(3)实验表明:额外功越小,总功越接近有用功:进一步推理得出:假设没有额外功,总功等于有用功;可见使用任何机械都   。下列物理规律的得出运用了这种研究方法的是   。
A、焦耳定律
B、牛顿第一定律
C、阿基米德原理
D、欧姆定律
6.如图是智慧小组“测滑轮组的机械效率”的实验装置。测得的实验数据如表。
实验次数 物重G/N 物体上升高度h/m 拉力F/N 绳端移动距离s/m 机械效率η
1 1 0.1 0.6 0.3 55.6%
2 2 0.1 1.0 0.3 66.7%
3 4 0.1 1.8 0.3
(1)实验过程中,应竖直向上   拉动弹簧测力计。
(2)第三次实验中滑轮组的机械效率是   。
(3)分析表中实验数据可知,同一滑轮组,物重   ,滑轮组的机械效率越高。
(4)若在第三次实验中,物体上升的速度为0.1m/s,则拉力F的功率为   W
(5)创新小组也利用重为1N、2N、4N的物体进行了三次实验,每次测得的机械效率均大于智慧小组的测量值,则创新小组测量值偏大的原因可能是   。(填字母)
A.测拉力时,弹簧测力计未调零,指针指在零刻度线下方
B.弹簧测力计每次拉动物体时均加速上升
C.所使用的动滑轮的重力小于智慧小组
7.某物理兴趣小组在测量滑轮组的机械效率,实验过程如下:
①用弹簧测力计测量沙和袋所受总重力G并填入表格。
②按图安装滑轮组,分别记下沙袋和绳端的位置。
③匀速拉动弹簧测力计,使沙袋升高,读出拉力F的值,用刻度尺测出沙袋上升的高度h和绳端移动的距离s,将这三个量填入表格。
④算出有用功W有,总功W总,机械效率η。
⑤改变沙袋中沙子的重量,重复上面的实验。
次数 沙和袋所受的总重力G/N 提升高度h/m 有用功W有/J 拉力F/N 绳端移动的距离s/m 总功W总/J 机械效率η
1 0.6 0.2 0.12 0.3 0.18 66.7%
2 0.9 0.2 0.18 0.4 0.6 0.24
3 1.2 0.2 0.24 0.5 0.6 0.30 80%
请根据实验过程和实验记录,思考并回答:
(1)在第一次实验中,粗心的小冬同学忘记在表格中填写绳端移动的距离s,你认为s应该为   m。
(2)根据表中数据,可计算得出第二次实验的机械效率为   。
(3)根据表中数据,分析得出所用动滑轮的重为   N.(绳重和摩擦忽略不计)
(4)分析三次实验中的数据,可以发现用同一个滑轮组提升重物,物重越大,滑轮组的机械效率
   。(选填“越大”、“越小”或“不变”)
8.探究小组为探究影响滑轮组的机械效率的因素,实验装置如图所示,数据如表所示。
次数 钩码重力(N) 提升高度(cm) 有用功(J) 拉力(N) 总功(J) 机械效率
1 1.0 40 0.4 1.1 0.88 45%
2 1.5 40 0.6 1.4 1.12 54%
3 2.0 30     1.7        
4 2.5 40 1.0 2.0 1.60 63%
(1)请把表格中三个未完成的空补充完整。
(2)甲同学根据表格数据可以得出钩码重力逐渐增大,滑轮组机械效率   (选填“增大”、“减小”或“不变”)。请你解释出现这种现象的原因   。
(3)乙同学进一步研究,测出动滑轮的质量为100g,根据表格中的数据得出:总功总是大于有用功与克服动滑轮重力的功之和,即:W总>W有+W轮,他猜测还有
   因素影响机械效率。(答一种因素即可)
(4)丙同学计算出每一组总功与有用功和克服动滑轮重力的功的差值△W=W总﹣W有﹣W轮,通过比较第1、2和   组的数据,发现重物的重力越大,差值△W
   (选“越大”、“越小”或“不变”),请你利用所学知识对此作出解释   。
9.下面是小聪和小明做“测滑轮组的机械效率”的实验。
物理量 试验1 试验2 试验3
钩码重G/N 4 4 6
钩码上升的高度h/m 0.1 0.1 0.1
绳端拉力F/N 2.0 1.4 2.8
绳端移动距离s/m 0.3 0.5 0.3
机械效率η 67%
(1)小聪和小明两人用弹簧测力计测钩码重量时的情形分别如图甲、乙所示,你认为   是正确的(选填“甲”或“乙”)
(2)他们正确进行实验后,测出如下表中的数据,实验装置如图丙、丁所示。
①通过表中数据可分析出实验1是用   图所示的装置做的实验,实验2是用
   图所示的装置做的实验,实验2的机械效率为   ,实验3的机械效率为   。
②通过实验1和实验2的数据分析可得出结论:使用不同的滑轮组,提升相同的重物时,动滑轮的个数越多,滑轮组的机械效率   。
③比较实验1和试验3可得正确结论:使用同一滑轮组,   可以提高滑轮组的机械效率。
10.为了探究斜面的机械效率与斜面倾斜程度之间的关系,探究小组的同学利用木板、刻度尺、弹簧测力计、木块等器材设计了如图所示的实验装置。实验测得的数据如下表:
实验次数 斜面倾斜程度 木块重力G/N 斜面高度h/m 沿斜面拉力F/N 斜面长度S/m 机械效率
1 较缓 3 0.2 1.6 1 37.5%
2 较陡 3 0.3 1.8 1
3 最陡 3 0.4 2.0 1 60%
请你根据表中的数据解答下列问题:
(1)实验中要求用沿斜面向上的力拉着木块在斜面上做   运动,该过程中木块的机械能   (选填“变大”、“不变”或“变小”)。
(2)第2次实验中,斜面的机械效率为   ,斜面对木块的摩擦力为   N。
(3)斜面的机械效率与斜面的倾斜程度之间的关系是:   。
(4)试列举出生活中利用斜面的一个实例:   。
11.小明同学用如图所示的斜面来探究斜面的省力情况、斜面的机械效率与斜面的倾斜程度之间的关系,他首先测出木块重,然后用弹簧测力计沿斜面拉动木块,调节斜面倾斜角度的大小多次测量,得到下表所示的数据:
斜面倾角θ 木块重G/N 斜面高h/m 斜面长s/m 拉力F/N 有用功W有/J 总功W总/J 机械效率η
15° 10 0.1 0.4 3.6
30° 10 0.2 0.4
(1)实验中,小明测拉力时要用弹簧测力计平行于斜面拉着木块做   运动,并读出弹簧测力计的示数。
(2)当斜面倾斜角为30度时,弹簧测力计的示数如图所示,则此时拉力F=   N。
(3)分析表中的数据,可以得出的探究结论是:斜面倾斜角度越   (选填“大”或“小”),斜面越省力,斜面的机械效率越   (选填“高”或“低”)。
(4)若想探究斜面的机械效率与物重的关系,则要保持   不变,斜面的光滑程不变,只改变物重。
(拓展)实验完成后,小明没有进行其他操作,根据表中数据计算出当斜面倾斜角为30度时,木块与斜面间的滑动摩擦力f=   N。
12.实验小组的同学用如图甲所示装置探究“斜面的机械效率与哪些因素有关”改变斜面倾角(斜面与水平面的夹角)和木块的重力,用弹簧测力计沿斜面向上匀速拉动木块,记录的部分实验数据如表所示。
实验次数 斜面倾角 斜面高度h/m 斜面长度s/m 木块重力G/N 沿斜面拉力F/N 机械效率η
1 30° 0.6 1.2 5.0 4.2 60%
2 30° 0.6 1.2 3.0 2.5
3 45° 0.8 1.2 3.0 2.8 71%
(1)试验中调整斜面的倾斜程度时,要使斜面倾角由30°变为45°应将垫块向
   (选填“左”或“右”)移动。
(2)第2次试验中,斜面的机械效率为   %;木块和斜面的内能增加了约
   J。
(3)第1、2次试验是为了探究斜面的机械效率与   的关系;分析2次实验的数据,可知在其他条件一定时,   。
(4)如果对原实验装置做如图乙所示的改进,与原实验装置相比,用带滑轮的斜面做实验的好处是   。
13.学习了简单机械后,小明了解到斜面也是一种机械,于是他想探究这种机械的特点。
(1)小明先用弹簧测力计测物体的重力,如图a所示,测量时应让物体保持   状态,并依据二力平衡的条件得出物体重力的大小等于弹簧测力计的示数。
实验次数 斜面倾角/度 斜面材料(斜面的粗糙程度) 物体的重力G/N 斜面高度h/m 沿斜面拉力F/N 斜面的长度s/m 机械效率η/%
1 15 毛巾 2.7 11.5 1.2 65 39.81
2 15 玻璃 2.7 11.5 0.9 65 53.08
3 15 木板 2.7 11.5 1 65 47.77
4 30 木板 2.7 19.5 1.4 65 57.86
5 60 木板 2.7 33.5 1.6 65 86.97
(2)他将物体放在如图b所示的斜面上,并用弹簧测力计沿斜面匀速向上拉物体,收集到上表中的实验数据:①比较表中物体重力G和拉力F的大小得出:使用斜面时   (选填“能”或“不能”)省力;②分析比较实验1、2、3,可知斜面的机械效率与   有关,③分析比较   (填实验次数的序号)可知:提升同一重物,当斜面粗糙程度和斜面的长度相同时,斜面越倾斜,斜面的机械效率   (选填“越高”或“越低”)。
(3)实验时,可以通过移动木块A来改变斜面的倾斜程度,要减小斜面的倾斜程度,木块A要向   (选填“左”或“右”)移。
(4)下列实例中没有运用到斜面的是   
A.镊子 B.盘山公路 C.残疾人通道实验17 测量滑轮组的机械效率
探究课题:测量滑轮组的机械效率
实验装置
实验方法 控制变量法,转换法
实验原理
探究过程 1.按照图甲组装实验器材;2.将钩码挂在滑轮组下方,记录下所挂钩码的重力,用弹簧测力计竖直拉住绳子自由端;3.用弹簧测力计匀速拉动绳子自由端,使物体匀速上升一段距离,记录弹簧测力计的读数,并记录物体上升后所达到的末位置以及绳子自由端上升到的末位置;4.根据测量数据,分别计算出钩码上升的距离h和绳子自由端移动的距离s,然后根据W有用=Gh和W总=Fs计算出有用功和总功, 计算该滑轮组的机械效率;5.改变所挂钩码的重力,重复以上实验步骤;6.钩码重力不变,改变动滑轮个数重复上述实验步骤;
记录表格 次数钩码重/N钩码上升高度/cm滑轮组有用功/J弹簧测力计示数/N弹簧测力计移动距离/cm滑轮组总功/J机械效率%单滑轮组14101.63026102.630双滑轮组14101.15026101.450
实验结论 1、滑轮组机械效率与物体重力和动滑轮的个数有关;2、同一滑轮组,提起的物重越重,滑轮组的机械效率越高;3、不同的滑轮组机械效率不同,且在物重相同时,动滑轮越重,滑轮组的机械效率越低
满分归纳——考点方向
器材作用 弹簧测力计的作用?通过弹簧测力计测出钩码重力及绳子的拉力大小
注意事项 1.必须竖直向上匀速拉动弹簧测力计使钩码升高,目的:保证测力计示数大小不变2.影响滑轮组机械效率高低的主要因素有:A动滑轮越重,个数越多则额外功相对就多。B提升重物越重,做的有用功相对就多。C 摩擦,若各种摩擦越大做的额外功就多。3.数进行多次实验的目的是什么:一次实验具有偶然性,不能反映普遍规律。4.同一滑轮组: 绕线方法和重物提升高度不影响滑轮机械效率。
1.在“测量滑轮组机械效率”的实验中,某组同学选择了如图所示的两种滑轮组进行多次实验,记录的实验数据如下表:
实验次数 钩码重G/N 钩码上升高度H/cm 拉力F/N 绳端移动距离S/cm 机械效率
1 0.5 10 30
2 1.5 10 0.8 30 62.5%
3 0.5 10 0.5 40 25.0%
4 1.5 10 0.7 40 53.6%
(1)根据表中数据可以判断出第一次实验所选择的是   (选填“甲”或“乙“)滑轮组。
(2)在第一次实验中,当   拉动滑轮组时,弹簧测力计示数如图丙所示,拉力F为   N;该次实验滑轮组的机械效率是   (计算结果精确到0.1%)。
(3)机械效率是机械性能好坏的重要标志结合生产生活实际,分析实验数据可知,下列提高机械效率的措施不可行的是   (选填符号)
A.增加所提物重 B.减轻机械自重C.机械加润滑油 D.增加重物上升高度
【答案】(1)甲;(2)竖直向上匀速;0.4;41.7%;(3)D
【解析】(1)由表中第一次实验数据可知,钩码上升的高度h=10cm,绳端移动的距离s=30cm,
由s=nh可得,绳子的有效股数n===3,
由图可知,甲滑轮组绳子的有效股数为3,乙滑轮组绳子的有效股数为4,
所以,第一次实验所选择的是甲滑轮组;
(2)实验时要竖直向上匀速拉动弹簧测力计的,这样示数才会稳定,所读出的数值才等于拉力的大小;
由图丙可知,弹簧测力计的分度值为0.2N,拉力F=0.4N,
该次实验滑轮组的机械效率η==×100%=×100%≈41.7%;
(3)A.由1、2或3、4两组数据可知,用相同的装置提升物体的重力越大,滑轮组的机械效率越大,故A可行;
B.由1、3或2、4两组数据可知,用不同的状态提升相同的物体上升相同的高度时,机械自重越小,滑轮组机械效率越大,故B可行;
C.机械加润滑油,提升重物时减小了额外功,根据η=×100%=×100%可知,滑轮组的机械效率越大,故C可行;
D.由η====×100%可知,滑轮组机械效率与物体提升的高度无关,故D不可行。
【分析】(1)根据表中第一次实验数据可知钩码上升的高度和绳端移动的距离,根据s=nh求出绳子的有效股数,然后与甲乙装置绳子的有效股数相比较得出答案;
(2)实验中要匀速拉动弹簧测力计,这样示数才与拉力相同,并有利于准确读数;根据弹簧测力计的分度值读出拉力的大小,利用η==×100%求出该次实验滑轮组的机械效率;
(3)分析表格数据得出影响滑轮组的因素和利用η=×100%=×100%η====×100%,得出提高滑轮组机械效率的方法。
2.小明在做测量滑轮组的机械效率的实验中,用同一滑轮组进行了3次实验,如图所示,实验数据记录如表。
次数 钩码重/N 购码上升距离/cm 弹簧测力计示数/N 弹簧测力计上升距离/cm 机械效率
1 2 10 0.8 30 83.8%
2 4 10 1.5 30 ?
3 6 10 ? 30 90.9%
(1)第2次实验中滑轮组的机械效率为   (结果保留一位小数)。
(2)如图丙所示,第3次实验中弹簧测力计的示数为   N。
(3)分析表格中的数据得出结论同一滑轮组,   。
(4)在第2次实验时,如果拉力方向与竖直方向有一定夹角,那么所测得的滑轮组的机械效率将会   (填“变大”、“变小”或“不变”)。
【答案】(1)88.9%;(2)2.2;(3)提升物体的重力越大,机械效率越高;(4)变小
【解析】(1)第2次实验中滑轮组的机械效率为:
η===≈88.9%;
(2)如图丙所示,第3次实验中弹簧测力计的分度值为0.2N,示数为2.2N;
(3)纵向分析表格中的数据得出结论:同一滑轮组,提升物体的重力越大,机械效率越高;
(4)弹簧测力计拉动方向偏离了竖直方向,拉力F变大,拉下的距离s不变,总功变大,有用功不变,则滑轮组效率变小。
3.小明实验小组做“测量滑轮组的机械效率”的实验,实验装置如图甲、乙所示。
(1)按照甲图装置实验,小明应竖直向上   拉动弹簧测力计,使钩码从A处升高到A′处。由图可知拉力为   N,钩码上升的高度为   cm。
(2)小明实验小组又用图乙的实验装置进行实验,实验数据记录在表中。
实验次数 钩码重力G/N 钩码上升高度h/m 拉力F/N 绳端移动的距离s/m 机械效率η
1 2.0 0.02     0.04 83%
2 4.0 0.03 2.2 0.06    
①根据表格中的数据,请在图乙中画出实验时绳子的绕法(要求向下拉绳子的自由端使钩码升高)。
②由表格数据可知,第一次实验时的拉力是   N(结果精确到0.1N);第二次实验时滑轮组的机械效率是   (结果精确到1%)。
③由两次实验可知,用同一滑轮组提升重物时,物体越重,滑轮组的机械效率越   (选填“高”或“低”)。
【答案】(1)匀速;0.8;5cm;(2)①如上图;②1.2;91%;③高
【解析】(1)实验时要竖直向上匀速拉动弹簧测力。
弹簧测力计每一个大格代表1N,每一个小格代表0.2N,示数为0.8N。
钩码上升的高度为5cm;
(2)①由1、2中数据知,绳自由端移动距离s为钩码上升高度h的2倍,所以由2段绳子承担物重,如下图所示:
②由表格数据可知,根据η==可得第一次实验时的拉力是:F===1.2N;
第二次实验时滑轮组的机械效率是:η===×100%≈91%;
③对同一滑轮组来说,当额外功一定,所挂重物越重,做的有用功越多,有用功占总功的百分比越大,即机械效率越高。
4.小明在“测量滑轮组的机械效率”的实验中,利用如图所示的滑轮组进行了4次测量,测得数据如下表所示:
次数 钩码所受的重力G/N 钩码提升的高度h/m 拉力F/N 绳端移动的距离s/m 机械效率η
1 1.0 0.1 0.8 0.4 31.25%
2 1.0 0.2 0.8 0.8 31.25%
3 2.0 0.1 1.2 0.4 41.67%
4 3.0 0.1 1.5
(1)根据表中的数据计算得出第4次实验时绳端移动的距离s=   m,机械效率η=   。
(2)通过比较1、3和4三次实验数据得出:同一滑轮组,物重越大,滑轮组的机械效率   。
(3)在忽略摩擦力和绳重的前提下,通过第1次数据可算出动滑轮的重力为
   N。
(4)以下选项中不影响滑轮组机械效率的因素是   
A.动滑轮的重力
B.绳子与滑轮之间的摩擦
C.物体上升的高度
【答案】(1)0.4;50%;(2)越高;(3)2.2;(4)C
【解析】(1)由图知实验中由四段绳子承担物重,所以第4次实验中绳子移动的距离:s=4h=4×0.1m=0.4m,
第4次实验测得机械效率为:
η==×100%=×100%=50%;
(2)通过比较1、3和4三次实验数据知,物体提升的高度和绳子移动的距离相同,物体的重力不同,且物体的重力越大,机械效率越高,所以可以得出:同一滑轮组,物重越大,滑轮组的机械效率高;
(3)如果不考虑绳子与滑轮之间的摩擦,动滑轮和重物由几股绳子承担,拉力为重物和动滑轮总重的几分之一。即:F=(G物+G动),
所以动滑轮的重力:G动=4F﹣G物=4×0.8N﹣1N=2.2N。
(4)滑轮组的机械效率跟动滑轮的重、绳重、摩擦、提起物体的重有关,跟滑轮组的绕法、物体升高的距离等都没有关,所以AB不符合题意,C符合题意。
5.在日常生活和工农业生产中,提高机械效率有着重要的意义。提高机械效率,要从研究影响机械效率的因素出发,寻求办法。
(1)为了探究影响机械效率的因素,小明选取了大小相同的滑轮,利用图甲和图乙装置进行实验,并把数据整理记录在下表中。
实验次数 滑轮材质 钩码重G/N 提升的高度h/m 有用功W有用/J 拉力F/N 绳端移动的距离s/m 总功W总/J 机械效率。η
1 铝 1 0.1 0.1 0.6 0.3 0.18 56%
2 铝 2 0.1 0.2 1.0 0.3 0.3 67%
3 铝 2 0.2 0.4 1.0 0.6 0.6 67%
4 塑料 2 0.2 0.4 0.8 0.6 0.48 83%
5 塑料 2 0.2 0.4 2.1 0.2 0.42 95%
①比较1和2两次实验发现:在所用滑轮组一定时,提升的钩码   ,机械效率越高。
②比较3和4两次实验发现:滑轮组的机械效率还与   有关。
③比较   两次实验发现:在所用滑轮组一定时,机械效率与提升钩码的高度无关。
④第5次实验室利用了图   的装置完成的,判断依据是   。
⑤利用图甲的装置,把重4N的物体用2.5N的拉力迅速拉起,滑轮组的机械效率为   。可见如果没有刻度尺,只有测力计,也可以测量出滑轮组的机械效率。
(2)小明利用图丙装置实验发现:斜面的机械效率与斜面的倾斜程度和摩擦有关,与物重无关。保持斜面倾斜程度不变,可以采用   的方法减小摩擦,从而提高斜面的机械效率。
(3)实验表明:额外功越小,总功越接近有用功:进一步推理得出:假设没有额外功,总功等于有用功;可见使用任何机械都   。下列物理规律的得出运用了这种研究方法的是   。
A、焦耳定律
B、牛顿第一定律
C、阿基米德原理
D、欧姆定律
【答案】(1)①重力越大;②动滑轮的重力;③2、3;④乙;绳子的效段数为1;⑤53.3%;(2)减小接触面粗糙程度;(3)不省功;B
【解析】(1)①比较1和2两次实验发现:在所用滑轮组相同,提升物体的重力越大,机械效率越高,即所用滑轮组一定时,提升的钩码重力越大,机械效率越高;
②比较3和4两次实验知,提升物体的重力相同,两滑轮的材质不同,而体积相同,根据G=mg=ρVg,两滑轮的重力不同,发现:滑轮组的机械效率还与动滑轮的重力有关;
③比较 2、3两次实验发现:在所用滑轮组一定时,机械效率与提升钩码的高度无关。
④第5次实验室利用了图乙的装置完成的,判断依据是n===1,绳子的效段数为1;
⑤利用图甲的装置,把重4N的物体用2.5N的拉力迅速拉起,滑轮组的机械效率为:
η=====×100%≈53.3%;
可见如果没有刻度尺,只有测力计,也可以测量出滑轮组的机械效率。
(2)小明利用图丙装置实验发现:斜面的机械效率与斜面的倾斜程度和摩擦有关,与物重无关。保持斜面倾斜程度不变,可以采用 减小接触面粗糙程度的方法减小摩擦,从而提高斜面的机械效率。
(3)实验表明:额外功越小,总功越接近有用功:进一步推理得出:假设没有额外功,总功等于有用功;可见使用任何机械不省功(采用了理想化推理法):
ACD、焦耳定律、阿基米德原理、欧姆定律可通过实验直接验证,
B、而牛顿第一定律不能用实验直接验证,是在实验的基础下推理得出的,
故选B。
6.如图是智慧小组“测滑轮组的机械效率”的实验装置。测得的实验数据如表。
实验次数 物重G/N 物体上升高度h/m 拉力F/N 绳端移动距离s/m 机械效率η
1 1 0.1 0.6 0.3 55.6%
2 2 0.1 1.0 0.3 66.7%
3 4 0.1 1.8 0.3
(1)实验过程中,应竖直向上   拉动弹簧测力计。
(2)第三次实验中滑轮组的机械效率是   。
(3)分析表中实验数据可知,同一滑轮组,物重   ,滑轮组的机械效率越高。
(4)若在第三次实验中,物体上升的速度为0.1m/s,则拉力F的功率为   W
(5)创新小组也利用重为1N、2N、4N的物体进行了三次实验,每次测得的机械效率均大于智慧小组的测量值,则创新小组测量值偏大的原因可能是   。(填字母)
A.测拉力时,弹簧测力计未调零,指针指在零刻度线下方
B.弹簧测力计每次拉动物体时均加速上升
C.所使用的动滑轮的重力小于智慧小组
【答案】(1)匀速缓慢;(2)74.1%;(3)越大;(4)0.54;(5)C
【解析】(1)实验过程中,应竖直向上匀速拉动弹簧测力计,系统处于平衡状态,拉力等于测力计示数;
(2)第三次实验中滑轮组的机械效率是:
η===≈74.1%;
(3)纵向分析表中实验数据可知,同一滑轮组,物重越大,滑轮组的机械效率越高;
(4)若在第三次实验中,F=1.8N,物体上升的速度为0.1m/s,则绳子自由端的速度:
v=3×0.1m/s=0.3m/s,
则拉力F的功率为:
P===Fv=1.8N×0.3m/s=0.54W;
(5)A.测拉力时,弹簧测力计未调零,指针指在零刻度线下方,拉力测量大了,机械效率变小,不符合题意;
B.弹簧测力计每次拉动钩码时均加速上升,拉力变大,机械效率变小,不符合题意;
C.使用的动滑轮的重力小于智慧小组,克服动滑轮做的功减小,额外功减小,机械效率变大,符合题意;故选C。
7.某物理兴趣小组在测量滑轮组的机械效率,实验过程如下:
①用弹簧测力计测量沙和袋所受总重力G并填入表格。
②按图安装滑轮组,分别记下沙袋和绳端的位置。
③匀速拉动弹簧测力计,使沙袋升高,读出拉力F的值,用刻度尺测出沙袋上升的高度h和绳端移动的距离s,将这三个量填入表格。
④算出有用功W有,总功W总,机械效率η。
⑤改变沙袋中沙子的重量,重复上面的实验。
次数 沙和袋所受的总重力G/N 提升高度h/m 有用功W有/J 拉力F/N 绳端移动的距离s/m 总功W总/J 机械效率η
1 0.6 0.2 0.12 0.3 0.18 66.7%
2 0.9 0.2 0.18 0.4 0.6 0.24
3 1.2 0.2 0.24 0.5 0.6 0.30 80%
请根据实验过程和实验记录,思考并回答:
(1)在第一次实验中,粗心的小冬同学忘记在表格中填写绳端移动的距离s,你认为s应该为   m。
(2)根据表中数据,可计算得出第二次实验的机械效率为   。
(3)根据表中数据,分析得出所用动滑轮的重为   N.(绳重和摩擦忽略不计)
(4)分析三次实验中的数据,可以发现用同一个滑轮组提升重物,物重越大,滑轮组的机械效率
   。(选填“越大”、“越小”或“不变”)
【答案】(1)0.6;(2)75%;(3)0.3;(4)越大
【解析】(1)绳子的有效段数为3,根据s=nh,在第一次实验中,绳端移动的距离s=3×0.2m=0.6m;
(2)根据表中数据,可计算得出第二次实验的机械效率为:
η2==×100%=75%;
(3)不计绳重和摩擦,绳子自由端的拉力:F=,
结合第一次实验的数据可得,所用动滑轮的重:G动=3F﹣G=3×0.3N﹣0.6N=0.3N;
(4)纵向分析三次实验中的数据,可以发现用同一个滑轮组提升重物,物重越大,滑轮组的机械效率越大。
8.探究小组为探究影响滑轮组的机械效率的因素,实验装置如图所示,数据如表所示。
次数 钩码重力(N) 提升高度(cm) 有用功(J) 拉力(N) 总功(J) 机械效率
1 1.0 40 0.4 1.1 0.88 45%
2 1.5 40 0.6 1.4 1.12 54%
3 2.0 30     1.7        
4 2.5 40 1.0 2.0 1.60 63%
(1)请把表格中三个未完成的空补充完整。
(2)甲同学根据表格数据可以得出钩码重力逐渐增大,滑轮组机械效率   (选填“增大”、“减小”或“不变”)。请你解释出现这种现象的原因   。
(3)乙同学进一步研究,测出动滑轮的质量为100g,根据表格中的数据得出:总功总是大于有用功与克服动滑轮重力的功之和,即:W总>W有+W轮,他猜测还有   因素影响机械效率。(答一种因素即可)
(4)丙同学计算出每一组总功与有用功和克服动滑轮重力的功的差值△W=W总﹣W有﹣W轮,通过比较第1、2和   组的数据,发现重物的重力越大,差值△W   (选“越大”、“越小”或“不变”),请你利用所学知识对此作出解释   。
【答案】(1)如上表所示;
(2)增大;动滑轮重力不变,随着钩码重力增大,有用功在总功中所占的比例增大,机械效率变大;
(3)绳重、各种摩擦;
(4)4;越大,所挂钩码增多,摩擦力增大,额外功增多
【解析】(1)由表中数据,第3次实验的有用功:W有=Gh=2N×0.3m=0.6J;
绳子有效段数为2,根据s=nh,绳子自由端移动的距离s=2h=2×0.3m=0.6m,
总功:W总=Fs=1.7N×0.6m=1.02J;
机械效率:η==≈59%;
次数 钩码重力(N) 提升高度(cm) 有用功(J) 拉力(N) 总功(J) 机械效率
1 1.0 40 0.4 1.1 0.88 45%
2 1.5 40 0.6 1.4 1.12 54%
3 2.0 30 0.6 1.7 1.02 59%
4 2.5 40 1.0 2.0 1.60 63%
(2)纵向比较表中数据,钩码重力逐渐增大,滑轮组的机械效率增大;
原因:动滑轮重力不变,随着钩码重力增大,有用功在总功中所占的比例增大,机械效率变大。
(3)实验中,额外功为克服动滑轮重力做的功与克服绳重、各种摩擦做的功之和,即绳重、各种摩擦也会影响机械效率;
(4)在计算出每一组总功与有用功和克服动滑轮重力的功的差值△W=W总﹣W有﹣W轮,即克服绳重和绳子与轮之间的摩擦做的功时,要控制物体提升的高度相同,故应通过比较第1、2和4组的数据;
△W1=W总1﹣W有1﹣W轮=0.88J﹣0.4J﹣G轮h=0.48J﹣G轮h;
△W2=W总2﹣W有2﹣W轮=1.12J﹣0.6J﹣G轮h=0.52J﹣G轮h;
△W3=W总3﹣W有3﹣W轮=1.60J﹣1.0J﹣G轮h=0.6J﹣G轮h;
故重物的重力越大,差值△W越大,原因是:所挂钩码增多,摩擦力增大,额外功增多。
9.下面是小聪和小明做“测滑轮组的机械效率”的实验。
物理量 试验1 试验2 试验3
钩码重G/N 4 4 6
钩码上升的高度h/m 0.1 0.1 0.1
绳端拉力F/N 2.0 1.4 2.8
绳端移动距离s/m 0.3 0.5 0.3
机械效率η 67%
(1)小聪和小明两人用弹簧测力计测钩码重量时的情形分别如图甲、乙所示,你认为   是正确的(选填“甲”或“乙”)
(2)他们正确进行实验后,测出如下表中的数据,实验装置如图丙、丁所示。
①通过表中数据可分析出实验1是用   图所示的装置做的实验,实验2是用
   图所示的装置做的实验,实验2的机械效率为   ,实验3的机械效率为   。
②通过实验1和实验2的数据分析可得出结论:使用不同的滑轮组,提升相同的重物时,动滑轮的个数越多,滑轮组的机械效率   。
③比较实验1和试验3可得正确结论:使用同一滑轮组,   可以提高滑轮组的机械效率。
【答案】(1)甲;(2)①丙;丁;57%;71%;②越低;③增大提升的物重
【解析】(1)弹簧测力计在测重力时应竖直方向使用,故选甲。
(2)①在实验1中,h1=0.1m,s1=0.3m,根据s=nh,所以n1===3,
故实验1是用丙图所示的装置进行的实验;
实验2中,h2=0.1m,s2=0.5m,
所以n2===5,
故实验2是用丁图所示的装置进行的实验,
实验3中,h3=0.1m,s3=0.3m,所以n3===3,
故实验3是用丙图所示的装置进行的实验,
第2次实验的机械效率:
η2===×100%≈57%;
第3次实验的机械效率:
η3===×100%≈71%;
②实验1和2中,提升重物相同,提升物体的距离相同,动滑轮的个数不同,实验2的机械效率低于实验1,因此可得出:使用不同的滑轮组,提升相同的重物时,动滑轮的个数越多,滑轮组的机械效率越低;
③实验1和3中,滑轮组相同,实验3提升的重物大于实验1,机械效率也更高,说明:使用同一滑轮组,提升的物体越重,滑轮组的机械效率越高。
故答案为:
10.为了探究斜面的机械效率与斜面倾斜程度之间的关系,探究小组的同学利用木板、刻度尺、弹簧测力计、木块等器材设计了如图所示的实验装置。实验测得的数据如下表:
实验次数 斜面倾斜程度 木块重力G/N 斜面高度h/m 沿斜面拉力F/N 斜面长度S/m 机械效率
1 较缓 3 0.2 1.6 1 37.5%
2 较陡 3 0.3 1.8 1
3 最陡 3 0.4 2.0 1 60%
请你根据表中的数据解答下列问题:
(1)实验中要求用沿斜面向上的力拉着木块在斜面上做   运动,该过程中木块的机械能   (选填“变大”、“不变”或“变小”)。
(2)第2次实验中,斜面的机械效率为   ,斜面对木块的摩擦力为   N。
(3)斜面的机械效率与斜面的倾斜程度之间的关系是:   。
(4)试列举出生活中利用斜面的一个实例:   。
【答案】(1)匀速直线;变大;(2)50%;0.9;(3)斜面越陡,其机械效率越高;(4)盘山公路
【解析】(1)实验中要求用沿斜面向上的力拉着木块在斜面上做匀速直线运动,动能不变,因木块高度变大,重力势能变大,该过程中木块的机械能变大;
(2)第2次实验中,斜面的机械效率:η===×100%=50%。
在第2次实验中,有用功W有=Gh=3N×0.3m=0.9J,总功W总=Fs=1.8N×1m=1.8J,
额外功:W额=W总﹣W有=1.8J﹣0.9J=0.9J,
根据W额=fs可得摩擦力:
f===0.9N;
(3)由表中数据可知:斜面越陡,其机械效率越高;
(4)生活中利用斜面的实例:盘山公路。
11.小明同学用如图所示的斜面来探究斜面的省力情况、斜面的机械效率与斜面的倾斜程度之间的关系,他首先测出木块重,然后用弹簧测力计沿斜面拉动木块,调节斜面倾斜角度的大小多次测量,得到下表所示的数据:
斜面倾角θ 木块重G/N 斜面高h/m 斜面长s/m 拉力F/N 有用功W有/J 总功W总/J 机械效率η
15° 10 0.1 0.4 3.6
30° 10 0.2 0.4
(1)实验中,小明测拉力时要用弹簧测力计平行于斜面拉着木块做   运动,并读出弹簧测力计的示数。
(2)当斜面倾斜角为30度时,弹簧测力计的示数如图所示,则此时拉力F=   N。
(3)分析表中的数据,可以得出的探究结论是:斜面倾斜角度越   (选填“大”或“小”),斜面越省力,斜面的机械效率越   (选填“高”或“低”)。
(4)若想探究斜面的机械效率与物重的关系,则要保持   不变,斜面的光滑程不变,只改变物重。
(拓展)实验完成后,小明没有进行其他操作,根据表中数据计算出当斜面倾斜角为30度时,木块与斜面间的滑动摩擦力f=   N。
【答案】(1)匀速直线;(2)6;(3)小; 低;(4)斜面的倾角(高度);
(拓展) 1
【解析】(1)小明测拉力时要用弹簧测力计平行于斜面拉着木块做匀速直线运动,并读出弹簧测力计的示数;
(2)当斜面倾斜角为30度时,弹簧测力计的示数如图所示,分度值为0.2N,则此时拉力F=6N;
(3)纵向分析表中的数据,可以得出的探究结论是:斜面倾斜角度越小,拉力越小,即斜面越省力,
由表中数据,两次实验的机械效率为:
η1==×100%≈69.4%,
η2==×100%≈83.3%,故得出斜面越省力,斜面的机械效率越低;
(4)若想探究斜面的机械效率与物重的关系,则要保持斜面的倾角(高度)不变,斜面的光滑程不变,只改变物重。
(拓展)
若斜面光滑,由功的原理,沿斜面将物体拉上的力:
F′===5N,
故木块与斜面间的滑动摩擦力:
f=F′﹣F=6N﹣5N=1N。
12.实验小组的同学用如图甲所示装置探究“斜面的机械效率与哪些因素有关”改变斜面倾角(斜面与水平面的夹角)和木块的重力,用弹簧测力计沿斜面向上匀速拉动木块,记录的部分实验数据如表所示。
实验次数 斜面倾角 斜面高度h/m 斜面长度s/m 木块重力G/N 沿斜面拉力F/N 机械效率η
1 30° 0.6 1.2 5.0 4.2 60%
2 30° 0.6 1.2 3.0 2.5
3 45° 0.8 1.2 3.0 2.8 71%
(1)试验中调整斜面的倾斜程度时,要使斜面倾角由30°变为45°应将垫块向
   (选填“左”或“右”)移动。
(2)第2次试验中,斜面的机械效率为   %;木块和斜面的内能增加了约
   J。
(3)第1、2次试验是为了探究斜面的机械效率与   的关系;分析2次实验的数据,可知在其他条件一定时,   。
(4)如果对原实验装置做如图乙所示的改进,与原实验装置相比,用带滑轮的斜面做实验的好处是   。
【答案】(1)左;(2)60;1.2;(3)物体重力;物体重力越大,斜面的倾斜程度越大,斜面的机械效率越高;(4)能使木块所受拉力的方向与斜面平行
【解析】(1)斜面的倾角靠长木板下面的木块左右移动来改变,木块向左移动倾角变大,木块向右移动倾角变小;
(2)第2次实验斜面的机械效率:
η===×100%=60%;
物块和斜面增加的内能,即额外功W额=W总﹣W有=Fs﹣Gh=2.5N×1.2m﹣3.0N×0.6m=1.2J;
(3)对比实验1、2数据,控制的是斜面的倾斜程度(斜面倾角),改变的是物体的重力,因此是研究斜面机械效率与物体重力的关系;
对比3次实验数据,可以得出的结论是在其它条件相同时,物体重力越大,斜面的倾斜程度越大,斜面的机械效率越高(或大);
(4)利用滑轮改变了一下绳子的方向,使木块所受拉力的方向与木板的方向始终平行,使示数更加准确稳定,读数时也更方便。
13.学习了简单机械后,小明了解到斜面也是一种机械,于是他想探究这种机械的特点。
(1)小明先用弹簧测力计测物体的重力,如图a所示,测量时应让物体保持   状态,并依据二力平衡的条件得出物体重力的大小等于弹簧测力计的示数。
实验次数 斜面倾角/度 斜面材料(斜面的粗糙程度) 物体的重力G/N 斜面高度h/m 沿斜面拉力F/N 斜面的长度s/m 机械效率η/%
1 15 毛巾 2.7 11.5 1.2 65 39.81
2 15 玻璃 2.7 11.5 0.9 65 53.08
3 15 木板 2.7 11.5 1 65 47.77
4 30 木板 2.7 19.5 1.4 65 57.86
5 60 木板 2.7 33.5 1.6 65 86.97
(2)他将物体放在如图b所示的斜面上,并用弹簧测力计沿斜面匀速向上拉物体,收集到上表中的实验数据:①比较表中物体重力G和拉力F的大小得出:使用斜面时   (选填“能”或“不能”)省力;②分析比较实验1、2、3,可知斜面的机械效率与   有关,③分析比较   (填实验次数的序号)可知:提升同一重物,当斜面粗糙程度和斜面的长度相同时,斜面越倾斜,斜面的机械效率   (选填“越高”或“越低”)。
(3)实验时,可以通过移动木块A来改变斜面的倾斜程度,要减小斜面的倾斜程度,木块A要向   (选填“左”或“右”)移。
(4)下列实例中没有运用到斜面的是   
A.镊子 B.盘山公路 C.残疾人通道
【答案】(1)静止;(2)能;斜面材料(或斜面的粗糙程度); 3、4、5; 越高;(3)右;(4)A
【解析】(1)小明用弹簧测力计测木块的重力时,应让木块保持静止状态,此时木块受到重力和拉力是一对平衡力,因此根据二力平衡条件得出木块重力的大小等于弹簧测力计的示数;
(2)①比较表中物体重力G和拉力F的大小可知,拉力F是小于G的,故可以得出使用斜面时能省力;
②分析比较实验1、2、3可知,斜面的倾斜程度相同、物体的重力相同、斜面高度相同,斜面的粗糙程度不同,机械效率不同,即斜面的机械效率与斜面的斜面材料(或斜面的粗糙程度)有关;
③探究斜面的机械效率与倾斜程度有关时,应改变倾斜程度,其他条件不变,故应选择实验数据3、4、5,由数据可知,斜面越倾斜,斜面的机械效率越高;
(3)要减小斜面的倾斜程度,木块A应向右移动;
(4)镊子利用的是杠杆的原理,属于费力杠杆,盘山公路和残疾人通道利用了斜面的原理,故A符合题意。

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