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第2课时　测量滑轮组的机械效率
A基础过关
考点一　测量滑轮组的机械效率
1.(原创题)物理兴趣小组在测量滑轮组机械效率实验中,利用如图所示的滑轮组进行了4次测量,测得数据如表所示。
(1)实验中应竖直向上 拉动弹簧测力计。
(2)第3次测量中,滑轮组做的有用功是 J,滑轮组做的额外功是 J。
次 数 钩码重 力G/N 钩码提升 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 0.7 0.3 47.6%
2 1 0.2 0.7 0.6 47.6%
3 2 0.1 1.1 0.3 60.6%
4 4 0.1 2.0 0.3
(3)第4次实验测得的机械效率为 %。
(4)比较 两次实验,小组同学发现:同一滑轮组的机械效率与重物被提升高度无关。
(5)比较第3、4次实验数据可知,同一滑轮组, 越大,机械效率越高。
(6)小组同学发现实验过程中边拉动边读数,测力计示数不稳定,应该静止读数,你认为他们的想法 (选填“正确”或“不正确”),因为他们没有考虑到 对滑轮组机械效率的影响。
(7)实验时,如果拉力方向与竖直方向有一定夹角,那么所测得滑轮组机械效率将会 (选填“变大”“变小”或“不变”)。
考点二　影响滑轮组机械效率的因素
2.(传统文化)《物原》记载:“史佚始作辘轳。”如图,人们借助辘轳从井中汲水时,转动摇把,使绳子在轴筒上不断叠绕,从而将水桶从井中提出。以下方法可以提高辘轳机械效率的是( )
A.增大水桶的重力 B.增大桶内的水量
C.增大转动的速度 D.使用更粗的绳子
3.(多选)(2023·柳州月考)如图用甲、乙两个滑轮组分别将同一物体匀速提升相同高度,拉力分别为F甲、F乙,不计绳重及摩擦,则以下说法正确的是(每个动滑轮的重力相同)(　　)
A.甲、乙做的有用功一样多
B.拉力F甲小于F乙
C.甲、乙的机械效率相等
D.甲的机械效率大于乙的机械效率
B能力提升
4.某同学通过如图所示实验来探究“影响滑轮组机械效率的因素”,并测算了各次实验装置的机械效率。关于他的实验过程,下列说法不正确的是( )
A.由①②可知:滑轮组的机械效率与绳子的绕法无关
B.由②③可知:同一滑轮组提起物重越大,机械效率越低
C.在实验①中,应匀速竖直向上拉动绳子
D.为使实验的结论更具可靠性,应换用不同的装置进行多次实验归纳得出普遍规律
5.(2024秋·桂林期中)同学们进行了“影响滑轮组机械效率因素”的实验探究,用到的装置如图所示,实验数据记录如表所示:
实验 序号 钩码 重G/N 钩码 上升 高度 h/m 绳端 拉力 F/N 绳端 移动 距离 s/m 机械 效率 η
1 2 0.1 1.2 0.3 55.6%
2 2 0.2 1.2 0.6
3 4 0.1 1.9 0.3 70.2%
4 4 0.1 1.3 0.5 61.5%
(1)实验中应沿竖直方向 拉动弹簧测力计,第2次实验的机械效率约为 (结果精确到0.1%);
(2)分析表中数据可知:第4次实验是用图 所示装置来完成的;
(3)通过比较1、2两次的实验数据可得出结论:使用同一滑轮组提升相同重物,滑轮组的机械效率与 无关;
(4)通过比较 两次实验数据可得出结论:同一滑轮组提升的物体越重,滑轮组机械效率越高;(填序号)
(5)通过比较3、4两次实验数据可得出结论:不同滑轮组提升相同重物,动滑轮越重,机械效率 ;
(6)根据以上结论和生活经验,不能提高滑轮组的机械效率的是 。
A.使用轻质动滑轮
B.增加所提物体重力
C.给机械加润滑油
D.增加重物上升高度
6.(2024·广西模拟)学习了机械效率知识后,同学们对“斜面的机械效率跟什么因素有关”这一课题提出了一些值得探究的猜想:
A.斜面的机械效率跟斜面的倾斜程度有关;
B.跟斜面的粗糙程度有关;
C.跟斜面的长度有关;
D.跟物体的重力有关。
小刚同学为了验证猜想是否正确,设计方案并进行了探究,如表反映了他的探究过程。
实验 次数 斜面 倾角 斜面 粗糙 程度 物重 G/N 斜面 高度 h/m 沿斜 面拉 力F/N 斜面 长s/ m 有用功 W有/J 总功 W总/J 机械 效率 η(%)
① 30° 粗糙 1 0.5 0.7 1 0.5 0.7
② 30° 稍光滑 1 0.5 0.6 1 0.5 0.6 83
③ 45° 粗糙 1 0.7 0.9 1 0.9 78
(1)请你替小刚在表中的空格处填上适当的数据(小数位数参照表中相关数据)。
(2)通过对比实验①②数据,可验证猜想 (填写字母)。
(3)通过对比实验①③数据,可以得出的探究结论是:当其他条件一定时,斜面倾斜程度越大,斜面的机械效率越 。
(4)若要验证猜想D,应控制斜面的长、斜面的倾斜程度和 不改变。
C创新挑战(冲A+)
7.小军用如图所示的装置探究杠杆的机械效率,每个钩码的质量为m,O为支点。
(1)第一次他将2个钩码悬挂在B点,在A点竖直向上匀速拉动弹簧测力计,拉力为F1,测得A、B两点上升的高度分别为h1、h2,则此次杠杆的机械效率为η= (用物理量的符号表示);
(2)第二次他将2个钩码悬挂在C点,在A点竖直向上匀速拉动弹簧测力计,使C点上升高度为h2,则弹簧测力计的示数将 F1,此次弹簧测力计做的功将 第一次做的功;(均选填“大于”“等于”或“小于”)
(3)第三次他将3个钩码悬挂在C点,在A点竖直向上匀速拉动弹簧测力计,使C点上升高度仍为h2,则第三次杠杆的机械效率与前两次相比 (选填“最大”“最小”或“三次相等”)。
【点思路】判断总功大小的变化,可以从额外功的变化入手(即克服杠杆自身重力所做的功W额=G杆h杆)。11.3　机械效率
第1课时　机械效率
A基础过关
考点一　有用功、额外功与总功
1.铁桶里装着沙子,小龙提着铁桶将沙子送到楼上,他对沙子所做的功叫 ,对铁桶做的功叫 。如果目的是送桶到楼上,则小龙对桶内残留的沙子做的功叫 。
2.(多选)(2024春·南宁期末)水桶掉进井里,打捞时桶里带了些水,下列关于该过程做功的说法中正确的是(　)
A.对桶所做的功是有用功
B.对桶所做的功是额外功
C.对水所做的功是有用功
D.对水所做的功是额外功
3.分别用杠杆、动滑轮和滑轮组将同一物体提升到相同高度,做的有用功( )
A.杠杆最多 B.动滑轮最多
C.滑轮组最多 D. 一样多
考点二　机械效率
4.(2023·桂林一模)关于某滑轮组的机械效率,其中合理的是( )
A.0 % B.0.07 %
C.82 % D.120 %
5.(2023春·百色期末)甲、乙两机械的机械效率分别是80 %和65 %,则下列说法正确的是( )
A.使用甲机械,省力
B.使用甲机械,做功快
C.使用甲机械,做的有用功多
D.使用乙机械,额外功在总功中占的比例大
6.一台起重机将重3 600 N的货物提高4 m,如果该起重机的机械效率是60%,则起重机做的有用功是 J;总功是 J;额外功是 J。
7.(教材改编)小明利用如图所示的滑轮组提起一个重2 400 N的重物,所用的拉力是500 N,绳子自由端被拉下4 m。求:
(1)小明做的总功;
(2)小明提重物过程中所做的有用功;
(3)滑轮组的机械效率。
易错点　对功、功率、机械效率意义混淆
8.下列关于机械效率的说法正确的是( )
A.越省力的机械,机械效率越高
B.做功越少的机械,机械效率越低
C.功率越低的机械,机械效率越低
D.总功相同,有用功越大的机械,机械效率越高
纠错:功率表示做功的快慢,机械效率表示有用功占总功的比例,机械效率与功率之间没有决定关系。
B能力提升
9.功率为10 kW的起重机在1 min内,将重9×104 N的物体升高2 m,水平移动4 m,则下列数据正确的是( )
A.总功为1.8×103 J
B.有用功为1.8×103 J
C.总功为6×103 J
D.机械效率为30%
10.(多选)(2024·烟台中考)如图所示,小明用20 N的拉力F将重为20 N的物体匀速提高了10 m,用时5 s,忽略绳重和摩擦,在这个过程中,下列说法正确的是
(　　)
A.绳子自由端移动的速度为6 m/s
B.动滑轮所受的重力为20 N
C.小明所做的额外功为200 J
D.滑轮组的机械效率为75 %
11.(2023·深圳中考)如图甲,A、B是两个完全相同的物体,琴琴同学分别将A、B两物体拉到斜面顶端,对物体做功情况如图乙所示,则对物体A做的有用功是 J,对物体B做的额外功是 J。
12.如图所示,在测定杠杆机械效率的实验中,竖直向上匀速拉动弹簧测力计,使挂在杠杆OB下面的物块缓慢上升至虚线位置,在此过程中,弹簧测力计上升的高度s为0.2 m,物块重力G为1.5 N,物块上升的高度h为0.3 m,杠杆的机械效率为75 %,则弹簧测力计的示数F= N,对物块做的有用功是 J。
13.如图所示,工人用400 N的推力沿斜面将重为840 N 的箱子匀速推到车上。已知箱子沿斜面移动的距离为3 m,斜面的机械效率为70 %,在这过程中,推力所做的功为 J,有用功为 J。
14.(2024秋·南宁期中)一建筑工人,使用了如图所示的装置将建筑材料拉到高处,已知建筑材料的质量为80 kg,工人对绳的拉力为500 N,建筑材料在拉力的作用下60 s匀速上升了5 m,绳重和摩擦不计,g取10 N/kg,求:
(1)工人在60 s内做的有用功;
(2)滑轮组的机械效率。
C创新挑战(冲A+)
15.在一次处置故障车过程中,拖车所用装置简化为如图所示。为了尽快疏通道路,交警只用了30 s的时间,指挥拖车在水平路面上将质量是1.5 t的故障车匀速拖离了现场。若故障车速度是6 m/s,绳子自由端的拉力F是500 N,装置机械效率是80%。求:
(1)故障车在30 s内通过的路程;
(2)拉力F在30 s内所做的功;
(3)故障车在被拖离过程中受到的阻力。
【点思路】水平拉动滑轮组时,物体重力不做功,直接拉车的绳子拉力做有用功,根据二力平衡,这个力等于地面对车的摩擦力,所以用W=Fs来计算有用功。第2课时　测量滑轮组的机械效率
A基础过关
考点一　测量滑轮组的机械效率
1.(原创题)物理兴趣小组在测量滑轮组机械效率实验中,利用如图所示的滑轮组进行了4次测量,测得数据如表所示。
(1)实验中应竖直向上　匀速　拉动弹簧测力计。
(2)第3次测量中,滑轮组做的有用功是　0.2　J,滑轮组做的额外功是　0.13　J。
次 数 钩码重 力G/N 钩码提升 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 0.7 0.3 47.6%
2 1 0.2 0.7 0.6 47.6%
3 2 0.1 1.1 0.3 60.6%
4 4 0.1 2.0 0.3
(3)第4次实验测得的机械效率为　66.7　%。
(4)比较　1、2　两次实验,小组同学发现:同一滑轮组的机械效率与重物被提升高度无关。
(5)比较第3、4次实验数据可知,同一滑轮组,　提升物重　越大,机械效率越高。
(6)小组同学发现实验过程中边拉动边读数,测力计示数不稳定,应该静止读数,你认为他们的想法　不正确　(选填“正确”或“不正确”),因为他们没有考虑到　摩擦　对滑轮组机械效率的影响。
(7)实验时,如果拉力方向与竖直方向有一定夹角,那么所测得滑轮组机械效率将会　变小　(选填“变大”“变小”或“不变”)。
考点二　影响滑轮组机械效率的因素
2.(传统文化)《物原》记载:“史佚始作辘轳。”如图,人们借助辘轳从井中汲水时,转动摇把,使绳子在轴筒上不断叠绕,从而将水桶从井中提出。以下方法可以提高辘轳机械效率的是(B)
A.增大水桶的重力 B.增大桶内的水量
C.增大转动的速度 D.使用更粗的绳子
3.(多选)(2023·柳州月考)如图用甲、乙两个滑轮组分别将同一物体匀速提升相同高度,拉力分别为F甲、F乙,不计绳重及摩擦,则以下说法正确的是(每个动滑轮的重力相同)(　A、B、C　)
A.甲、乙做的有用功一样多
B.拉力F甲小于F乙
C.甲、乙的机械效率相等
D.甲的机械效率大于乙的机械效率
B能力提升
4.某同学通过如图所示实验来探究“影响滑轮组机械效率的因素”,并测算了各次实验装置的机械效率。关于他的实验过程,下列说法不正确的是(B)
A.由①②可知:滑轮组的机械效率与绳子的绕法无关
B.由②③可知:同一滑轮组提起物重越大,机械效率越低
C.在实验①中,应匀速竖直向上拉动绳子
D.为使实验的结论更具可靠性,应换用不同的装置进行多次实验归纳得出普遍规律
5.(2024秋·桂林期中)同学们进行了“影响滑轮组机械效率因素”的实验探究,用到的装置如图所示,实验数据记录如表所示:
实验 序号 钩码 重G/N 钩码 上升 高度 h/m 绳端 拉力 F/N 绳端 移动 距离 s/m 机械 效率 η
1 2 0.1 1.2 0.3 55.6%
2 2 0.2 1.2 0.6
3 4 0.1 1.9 0.3 70.2%
4 4 0.1 1.3 0.5 61.5%
(1)实验中应沿竖直方向　匀速　拉动弹簧测力计,第2次实验的机械效率约为　55.6%　(结果精确到0.1%);
(2)分析表中数据可知:第4次实验是用图　丙　所示装置来完成的;
(3)通过比较1、2两次的实验数据可得出结论:使用同一滑轮组提升相同重物,滑轮组的机械效率与　重物提升高度　无关;
(4)通过比较　1、3　两次实验数据可得出结论:同一滑轮组提升的物体越重,滑轮组机械效率越高;(填序号)
(5)通过比较3、4两次实验数据可得出结论:不同滑轮组提升相同重物,动滑轮越重,机械效率　越低　;
(6)根据以上结论和生活经验,不能提高滑轮组的机械效率的是　D　。
A.使用轻质动滑轮
B.增加所提物体重力
C.给机械加润滑油
D.增加重物上升高度
6.(2024·广西模拟)学习了机械效率知识后,同学们对“斜面的机械效率跟什么因素有关”这一课题提出了一些值得探究的猜想:
A.斜面的机械效率跟斜面的倾斜程度有关;
B.跟斜面的粗糙程度有关;
C.跟斜面的长度有关;
D.跟物体的重力有关。
小刚同学为了验证猜想是否正确,设计方案并进行了探究,如表反映了他的探究过程。
实验 次数 斜面 倾角 斜面 粗糙 程度 物重 G/N 斜面 高度 h/m 沿斜 面拉 力F/N 斜面 长s/ m 有用功 W有/J 总功 W总/J 机械 效率 η(%)
① 30° 粗糙 1 0.5 0.7 1 0.5 0.7 71
② 30° 稍光滑 1 0.5 0.6 1 0.5 0.6 83
③ 45° 粗糙 1 0.7 0.9 1 0.7 0.9 78
(1)请你替小刚在表中的空格处填上适当的数据(小数位数参照表中相关数据)。
(2)通过对比实验①②数据,可验证猜想　B　(填写字母)。
(3)通过对比实验①③数据,可以得出的探究结论是:当其他条件一定时,斜面倾斜程度越大,斜面的机械效率越　高　。
(4)若要验证猜想D,应控制斜面的长、斜面的倾斜程度和　斜面的粗糙程度　不改变。
C创新挑战(冲A+)
7.小军用如图所示的装置探究杠杆的机械效率,每个钩码的质量为m,O为支点。
(1)第一次他将2个钩码悬挂在B点,在A点竖直向上匀速拉动弹簧测力计,拉力为F1,测得A、B两点上升的高度分别为h1、h2,则此次杠杆的机械效率为η= ×100%　(用物理量的符号表示);
(2)第二次他将2个钩码悬挂在C点,在A点竖直向上匀速拉动弹簧测力计,使C点上升高度为h2,则弹簧测力计的示数将　大于　F1,此次弹簧测力计做的功将　小于　第一次做的功;(均选填“大于”“等于”或“小于”)
(3)第三次他将3个钩码悬挂在C点,在A点竖直向上匀速拉动弹簧测力计,使C点上升高度仍为h2,则第三次杠杆的机械效率与前两次相比　最大　(选填“最大”“最小”或“三次相等”)。
【点思路】判断总功大小的变化,可以从额外功的变化入手(即克服杠杆自身重力所做的功W额=G杆h杆)。11.3　机械效率
第1课时　机械效率
A基础过关
考点一　有用功、额外功与总功
1.铁桶里装着沙子,小龙提着铁桶将沙子送到楼上,他对沙子所做的功叫　有用功　,对铁桶做的功叫　额外功　。如果目的是送桶到楼上,则小龙对桶内残留的沙子做的功叫　额外功　。
2.(多选)(2024春·南宁期末)水桶掉进井里,打捞时桶里带了些水,下列关于该过程做功的说法中正确的是(　A、D　)
A.对桶所做的功是有用功
B.对桶所做的功是额外功
C.对水所做的功是有用功
D.对水所做的功是额外功
3.分别用杠杆、动滑轮和滑轮组将同一物体提升到相同高度,做的有用功(D)
A.杠杆最多 B.动滑轮最多
C.滑轮组最多 D. 一样多
考点二　机械效率
4.(2023·桂林一模)关于某滑轮组的机械效率,其中合理的是(C)
A.0 % B.0.07 %
C.82 % D.120 %
5.(2023春·百色期末)甲、乙两机械的机械效率分别是80 %和65 %,则下列说法正确的是(D)
A.使用甲机械,省力
B.使用甲机械,做功快
C.使用甲机械,做的有用功多
D.使用乙机械,额外功在总功中占的比例大
6.一台起重机将重3 600 N的货物提高4 m,如果该起重机的机械效率是60%,则起重机做的有用功是　1.44×104　J;总功是　2.4×104　J;额外功是　9.6×103　J。
7.(教材改编)小明利用如图所示的滑轮组提起一个重2 400 N的重物,所用的拉力是500 N,绳子自由端被拉下4 m。求:
(1)小明做的总功;
(2)小明提重物过程中所做的有用功;
(3)滑轮组的机械效率。
解:(1)总功
W总=Fs=500 N×4 m=2 000 J
(2)由图可知,n=8,
h===0.5 m
有用功
W有用=Gh=2 400 N×0.5 m=1 200 J
(3)η=×100%=×100%=60%
易错点　对功、功率、机械效率意义混淆
8.下列关于机械效率的说法正确的是(D)
A.越省力的机械,机械效率越高
B.做功越少的机械,机械效率越低
C.功率越低的机械,机械效率越低
D.总功相同,有用功越大的机械,机械效率越高
纠错:功率表示做功的快慢,机械效率表示有用功占总功的比例,机械效率与功率之间没有决定关系。
B能力提升
9.功率为10 kW的起重机在1 min内,将重9×104 N的物体升高2 m,水平移动4 m,则下列数据正确的是(D)
A.总功为1.8×103 J
B.有用功为1.8×103 J
C.总功为6×103 J
D.机械效率为30%
10.(多选)(2024·烟台中考)如图所示,小明用20 N的拉力F将重为20 N的物体匀速提高了10 m,用时5 s,忽略绳重和摩擦,在这个过程中,下列说法正确的是
(　B、C　)
A.绳子自由端移动的速度为6 m/s
B.动滑轮所受的重力为20 N
C.小明所做的额外功为200 J
D.滑轮组的机械效率为75 %
11.(2023·深圳中考)如图甲,A、B是两个完全相同的物体,琴琴同学分别将A、B两物体拉到斜面顶端,对物体做功情况如图乙所示,则对物体A做的有用功是　2　J,对物体B做的额外功是　0.5　J。
12.如图所示,在测定杠杆机械效率的实验中,竖直向上匀速拉动弹簧测力计,使挂在杠杆OB下面的物块缓慢上升至虚线位置,在此过程中,弹簧测力计上升的高度s为0.2 m,物块重力G为1.5 N,物块上升的高度h为0.3 m,杠杆的机械效率为75 %,则弹簧测力计的示数F=　3　N,对物块做的有用功是　0.45　J。
13.如图所示,工人用400 N的推力沿斜面将重为840 N 的箱子匀速推到车上。已知箱子沿斜面移动的距离为3 m,斜面的机械效率为70 %,在这过程中,推力所做的功为　1.2×103　J,有用功为　840　J。
14.(2024秋·南宁期中)一建筑工人,使用了如图所示的装置将建筑材料拉到高处,已知建筑材料的质量为80 kg,工人对绳的拉力为500 N,建筑材料在拉力的作用下60 s匀速上升了5 m,绳重和摩擦不计,g取10 N/kg,求:
(1)工人在60 s内做的有用功;
(2)滑轮组的机械效率。
解:(1)建筑材料所受重力
G=mg=80 kg×10 N/kg=800 N
工人在60 s内做的有用功
W有用=Gh=800 N×5 m=4 000 J
(2)由图知,承重绳子股数n=2,绳子自由端移动距离为s=nh=2×5 m=10 m
拉力所做的总功为
W总=Fs=500 N×10 m=5 000 J
滑轮组的机械效率为
η=×100%=×100%=80%
C创新挑战(冲A+)
15.在一次处置故障车过程中,拖车所用装置简化为如图所示。为了尽快疏通道路,交警只用了30 s的时间,指挥拖车在水平路面上将质量是1.5 t的故障车匀速拖离了现场。若故障车速度是6 m/s,绳子自由端的拉力F是500 N,装置机械效率是80%。求:
(1)故障车在30 s内通过的路程;
(2)拉力F在30 s内所做的功;
(3)故障车在被拖离过程中受到的阻力。
【点思路】水平拉动滑轮组时,物体重力不做功,直接拉车的绳子拉力做有用功,根据二力平衡,这个力等于地面对车的摩擦力,所以用W=Fs来计算有用功。
解:(1)故障车30 s内通过的路程
s车=vt=6 m/s×30 s=180 m
(2)n=3,绳端移动距离
s绳=3s车=3×180 m=540 m
拉力F在30 s内做的功
W总=Fs绳=500 N×540 m=2.7×105 J
(3)机械效率η=×100%=×100%=×100%=×100%
则阻力f=3Fη=3×500 N×80%=1 200 N

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