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- 2021-11-06 发布
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13 滑轮组机械效率的测量
一、实验探究题(共15题)
1.在“测量滑轮组的机械效率”的实验中,某一实验小组用同一滑轮组进行了三次实验(如图所示),实验数据记录如下表。
次数
钩码重/N
钩码上升距离/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
83.3%
2
4
10
1.5
30
3
6
10
30
90.9%
(1)实验中应沿竖直方向________拉动弹簧测力计;
(2)在第2次实验中,滑轮组的机械效率为________(结果保留一位小数);
(3)分析数据可得结论:同一滑轮组,提升的物体越重,滑轮组的机械效率越________(选填“高”或“低”);
(4)根据实验结论推测,使用该滑轮组再次将重8N的物体匀速提升10cm,此时滑轮组的机械效率可能为 。
A. 71.6% B. 82.6% C. 92.4% D. 100%
(5)另一实验小组改变动滑轮的重,提升同一物体进行多次实验,获得数据并绘制出如图丁的图象。分析可知:被提升物体所受的重力相同时,动滑轮越重,滑轮组的机械效率越________(选填“高”或“低”);分析图象中的A点可知,被提升物体所受的重力为________N.(忽略绳重和摩擦)
2.某实验小组的同学用如图(甲)所示的器材,探究影响滑轮组机械效率的因素.
(1)要提起图(甲)中的重物,请完成滑轮组的绕线(要求拉力最省).
该实验小组的同学将图(甲)中的物体换成钩码,采用图(乙)所示的绕线方法,测得滑轮组的机械效率如下表所示.
21
实验次数
钩码重量G/N
钩码上升高度h/m
拉力F/N
拉力F通过距离s/m
机械效率η/%
1
0.50
0.20
0.42
0.40
60
2
1.00
0.20
0.76
0.40
3
1.50
0.20
1.05
0.40
71
4
2.00
0.20
1.38
0.40
72
5
2.50
0.20
1.68
0.40
74
第二次实验,滑轮组的机械效率η2=________%(计算结果保留整数位).
(2)请根据上表中的数据,在如图的坐标中用光滑曲线画出η与G的关系图.
(3)根据以上信息,可以得出:随着提升物重的增加,滑轮组的机械效率________(选填“增大”、“减小”或“不变”).
(4)本次实验中,除物重外,影响该滑轮组机械效率的主要因素还有①________、②________.
(5)在某一次测量中,将图(乙)中F的方向改为图(丙)所示,其它条件不变,滑轮组的机械效率________改变.(选填“会”或“不会”)
3.如图所示是测量滑轮组的机械效率的实验装置,相关数据记录在表中.
实验序号
钩码重/N
钩码上升的高度/m
绳端的拉力/N
绳端移动的距离/m
机械效率
1
4
0.10
1.8
0.3
2
6
0.10
2.5
0.3
3
6
0.15
2.5
(1)请分析表格中实验数据,在下图中画出滑轮组的绕线方法.
(2)实验中,使用滑轮组提升重物时,应竖直向上________拉动弹簧测力计.
(3)第三次实验中,绳端移动的距离为________,滑轮组的机械效率为________.
(4)分析实验数据发现,同一滑轮组提升重物的重力变大时,滑轮组的机械效率将________(选填“变大”“变小”或“不变”).
4.某实验小组在测滑轮组机械效率的实验中得到的数据如表所示,实验装置如图所示.
21
(1)实验中应沿竖直方向________拉动弹簧测力计,使钩码上升.
(2)通过表中数据可分析出第2次实验是用________(选填“甲”或“乙”)图所示装置做的实验.
实验次数
物理量
1
2
3
钩码重G/N
4
4
6
钩码上升高度h/m
0.1
0.1
0.1
绳端拉力F/N
1.8
1.6
2.4
绳端移动距离s/m
0.3
0.4
0.3
机械效率η
74.1%
62.5%
(3)通过第1次实验和第2次实验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(动滑轮的质量越大),滑轮组的机械效率________(选填“越高”、“不变”或“越低”).
(4)小组同学再用第1次实验中使用的装置做第3次试验,表中第3次试验中空缺的数据应为:机械效率η=________.
(5)比较第1次实验和第3次实验可得出结论:使用同一滑轮组,________.
5.某实验小组在测滑轮组机械效率的实验中得到的数据如表所示,实验装置如图所示.
1
2
3
钩码重G/N
4
4
6
钩码上升高度h/m
0.1
0.1
0.1
绳端拉力F/N
1.8
1.6
绳端移动距离s/m
0.3
0.4
机械效率η
74.1%
62.5%
(1)实验中应沿竖直方向________拉动弹簧测力计,使钩码上升.
(2)通过表中数据可分析出第2次实验是用________(选填“甲”或“乙”)图所示装置做的实验.
21
(3)通过第1次实验和第2次实验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(动滑轮的质量越大),滑轮组的机械效率________(选填“越高”、“不变”或“越低”).
(4)小组同学再用第1次实验中使用的装置做第3次试验,测力计的示数如图丙所示,表中第3次试验中空缺的数据应为:绳端拉力F=________N,绳端移动距离s=________m,机械效率η=________.
(5)比较第1次实验和第3次实验可得出结论:使用同一滑轮组,________.
6.某实验小组在测滑轮组机械效率的实验中得到的数据如表所示,实验装置如图:
实验
次数
钩码重G/N
钩码上升高度h/m
拉力
F/N
绳端移动距离s/m
机械效率
η
1
4
0.1
1.8
0.3
74%
2
4
0.1
1.4
0.5
57%
3
6
0.1
2.4
0.3
(1)通过表中数据可分析出实验2是用________(选填“甲”或“乙”)图做的实验.
(2)第三次实验的机械效率是________(百分号前保留整数)
(3)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,滑轮组的机械效率越________(选填“高”或“低”).
(4)比较实验1和实验3可得结论:使用同一滑轮组,________,可以提高滑轮组的机械效率.
7.小华等同学在“测滑轮组机械效率”的实验中得到的数据如表所示,实验装置如图所示.
实验
次数
钩码重力
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
1.39
0.2
72%
2
2
0.1
0.90
0.3
74%
3
4
0.1
1.51
0.3
88%
21
4
4
0.1
1.25
①
②
(1)实验中应沿竖直方向________拉动弹簧测力计.
(2)小华发现实验过程中边拉边读数,弹簧测力计示数不稳定,应该静止读数,你认为他的想法________(选填“正确”或“不正确”),因为他没有考虑到________对滑轮组机械效率的影响.
(3)用丁图装置进行实验,得出表中第4次实验数据,请问表中①的值为________;②的值为________.
(4)通过比较2、3两次实验数据得出结论:同一滑轮组提升重物时,物重越大,滑轮组的机械效率越________.
(5)对第1次实验的机械效率略小于第2次实验的原因,做出合理的解释:________.
8.下面是小明和小红的“测量滑轮组的机械效率”实验报告
实验名称:测量滑轮组的机械效率
实验步骤:
(1)观察弹簧测力计的量程、________并观察指针是否指在零刻度线,
(2)如图所示,测量物体G所受的重力为________。
(3)如图所示,实验过程中,要________竖直向上拉动弹簧测力计并读出拉力F的数值,用________测出的物体G上升的高度h和弹簧测力计移动的距离s,将数据填入表格,根据表格中的数据,可以知道他们选用的滑轮组是________(选填”甲“或“乙”)
(4)仅改变重物G上升的高度,重复上面的实验,记录并计算实验数据实验记录:
实验次数
物体重量g/n
物体上升高度h/cm
拉力F/N
拉力移动的距离s/cm
机械效率η/%
1
5.00
1.80
15.00
85.2%
2
8.00
1.77
24.00
86.6%
3
10.00
1.75
30.00
87.6%
21
实验结论:滑轮组的机械效率与所提升物体的高度有关。
实验讨论与交流
①小明和小红的实验结论:________(选填“科学”或”不科学”)。
②小明认为提升的物重会影响该滑轮组的机械效率,建议进一步探究;改变________,重复实验(3)步骤,计算出机械效率进行比较分析。
9.小明同学在做“测定滑轮组机械效率”的实验中。
(1)实验中应竖直方向________拉动弹簧测力计,为了能准确测量绳子自由端的拉力F,应该在弹簧测力计________(填“缓慢匀速提升”或“静止”)时读数。
(2)小明同学实验时,记录的数据在表格中,请认真填写所缺少的部分________
(3)根据表中数据,在如图1中画出小明同学实验时滑轮组的连接装置图。
(4)同学小丽观察并分析了小明的实验后,认为小明的实验中,可少用一种测量工具,也能测出滑轮组的机械效率。
答:去掉________;此时滑轮组的机械效率的表达式为________ (依据实验装置图和所测物理量)。
(5)小华在小明实验的基础上多使用一个滑轮也做了实验(滑轮的规格相同),如图2所示。
①小华多使用一个滑轮,目的是为了改变________。
②当小华和小明使用各自的滑轮提升相同的钩码时,若忽略绳重及摩擦,它们的机械效率________(选填“相同”或“不相同”)。
10.在探究滑轮组的机械效率时,小明利用两组滑轮组进行了5次测量,测得数据如表:
实验次数
动滑轮重G动/N
物重G/N
钩码上升高度h/m
动力F/N
动力作用点移动距离s/m
滑轮组的机械效率η/%
1
0.5
1
0.1
0.7
0.3
47.6
2
0.5
1
0.2
0.7
0.6
47.6
3
0.5
2
0.1
1.1
0.3
60.6
4
0.5
4
0.1
2
0.3
66.7
5
1
4
0.1
1.6
0.5
①
21
(1)请根据前四组数据,在图甲中画出实验中滑轮组的绕绳方法.
(2)实验中应沿竖直方向________拉动弹簧测力计.
(3)表格中编号①处数据应为________;
(4)由表中第1、2组数据可知,同一滑轮组的机械效率与________无关.
(5)由表中第3、4组数据可知,同一滑轮组的机械效率与摩擦和________有关.
(6)有的同学认为:“机械越省力,它的机械效率越高”.分析表中数据,你认为这句话是________的(填“正确”或“错误”).
11.在“测量滑轮组的机械效率”的实验中,某组同学用同样的滑轮安装了如图甲、乙所示的滑轮组,实验测得的数据如表所示.
次数
物体的重力G/N
提升高度h/m
拉力F/N
绳端移动的距离s/m
机械效率η
1
2
0.1
1
0.3
66.7%
2
3
0.1
1.4
0.3
71.4%
3
4
0.1
1.8
0.3
74.1%
4
2
0.1
1.5
0.2
(1)表格内的第4次实验中应补充的数据是________(结果精确到0.1%).这次数据是用图中________(填“甲”或“乙”)所示的滑轮组测得的.
(2)分析比较第1、2、3次实验数据可以判定,若要增大滑轮组的机械效率,应该________.在第1次实验中,拉力F所做的额外功为________ J.
(3)某同学认为,使用相同的滑轮所组成的滑轮组提升同一个重物时,越省力的滑轮组其机械效率越大,他的想法正确吗?请你利用补充完整后的表格中的数据说明你的判断:________.(选填“正确”或“错误”)
12.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,测得数据如下表所示.
21
次数
钩码所受的重力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
(1)实验中应竖直向上________拉动弹簧测力计
(2)第4次实验测得的机械效率为________ %
(3)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: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,第4次拉力做的额外功与第3次相比________(选填“增大”、“减小”或“不变”),由此可见机械效率提高的原因是________.
13.小明和小红在测定滑轮组机械效率的实验中
(1)滑轮组所挂的重物的重量为3.6N,如图1所示重物从原来图1的位置被提升到图2的位置,在提升过程中应使弹簧测力计竖直________上升。弹簧测力计的示数如图2所示,则滑轮组绳子自由端受到的拉力是________N,滑轮组的机械效率是________%。
(2)小明想进一步探究物重对滑轮组机械效率的影响,于是另外找来了三个物块,其中A重5N,B重8N,C重12N,小红一眼看出其中有一个物块不能利用现有的实验装置完成实验,你认为不能完成实验的是物块________(选填“A”、“B”或“C”),原因是________。(忽略绳重及一切摩擦)
(3)在完成实验后,他们发现:同一滑轮组的机械效率随着物重的增加而________(选填“变大”或“变小”)。
14.在“探究影响滑轮组机械效率的因素”实验中,某同学用如图所示的同一滑轮组分别做了三次实验,实验数据记录如下:
21
(1)在表中空格处填下适当的数据________(机械效率用百分数表示,保留一位小数)。
(2)在实验操作中应竖直向上________拉动弹簧测力计。
(3)从实验数据分析得出:使用同一滑轮组,________可以提高滑轮组的机械效率。
(4)滑轮组的机械效率可能还与其它因素有关,请你作出恰当的猜想:滑轮组的机械效率与________、________有关(写出两种影响因素)。
15.小红用如图甲所示的装置进行“测滑轮组机械效率”的实验(忽略绳重和摩擦)。
(1)实验中,应该在___________时(选填以下正确选项前的字母),读取测力计示数;
A. 竖直匀速拉动 B. 竖直加速拉动 C. 静止 D. 任意方向匀速拉动
(2)若重物以0.lm/s的速度匀速上升,则弹簧测力计竖直向上移动的速度为________m/s。
(3)改变动滑轮重,提升同一物体进行多次实验,获得数据并绘制出如图乙所示的图象,分析可知:被提升物体所受的重力相同时,动滑轮越重,滑轮组的机械效率越________。
(4)分析图象中的A点可知,被提升物体所受的重力为________N。
(5)小红在上述实验的基础上多使用一个滑轮再次做了实验,如图丙所示。小红多使用一个滑轮,目的是_____。(选填以下选项前的字母)
A. 可以省力 B. 可以省功 C. 可以省距离 D. 可以改变拉力的方向
21
(6)小红同学分别使用动滑轮重相同的甲、丙滑轮组提升相同的重物时,甲、丙滑轮组的机械效率________(选填“相同”或“不相同”)。
21
答案解析部分
一、实验探究题
1.【答案】(1)匀速
(2)88.9%
(3)高
(4)C
(5)低;12
【解析】【解答】解:(1)在实验过程中,应沿竖直方向匀速向上拉动弹簧测力计,此时系统处于平衡状态,受到平衡力的作用,测力计示数才等于拉力大小;(2)由表中数据可得,第2次实验中滑轮组的机械效率为:
η===×100%≈88.9%;(3)纵向分析数据可得结论:用同一滑轮组,提升的物体越重,滑轮组的机械效率越高;(4)根据“用同一滑轮组,提升的物体越重,滑轮组的机械效率越高”,所以,使用该滑轮组再次将重8N的物体匀速提升10cm(此时物重比第3次实验的物重还大),则此时滑轮组的机械效率可能为92.1%,不可能为100%,
故答案为:C;(5)根据图丁可知,被提升物体所受的重力相同时,动滑轮越重,滑轮组的机械效率越低;
根据图丁可知,当动滑轮重为4N时,滑轮组的机械效率为75%;
忽略绳重和摩擦,滑轮组的机械效率η===,
所以,被提升物体所受的重力:G===12N。
故答案为:(1)匀速;(2)88.9%;(3)高;(4)C;(5)低;12。
【分析】(1)要匀速竖直向上拉动弹簧测力计,此时拉力大小不变,弹簧测力计的示数稳定;
(2)根据公式η==可计算出机械效率;
(3)结合实验数据,利用控制变量发进行分析得出结论.
(5)根据机械效率与动滑轮重的关系得出相应的结论;忽略绳重和摩擦,根据η===即可求出被提升物体所受的重力.
2.【答案】(1)66
(2)解:根据表中数据,先画点再描线,如下图所示:
21
(3)增大
(4)绳与轮的摩擦;轮与轴的摩擦
(5)不会
【解析】【解答】解:(1)分析可知,滑轮组最省力的绕法是由三段绳子承担物重,故其绕绳如下:
·(2)根据表中的数据,代入公式计算得:η= = = =66%;(4)读取图象可获得信息,随着物重的增大,滑轮组的机械效率逐渐增大;(5)影响滑轮组机械效率的因素主要有物重、动滑轮重、绳重、摩擦等,在本次实验中,动滑轮重和绳重都是不变的,因此,除物重外,影响滑轮组机械效率的因素就只有摩擦了,包括绳与轮的摩擦和轮与轴的摩擦;(6)读图可知,绳端最后绕过的是定滑轮,定滑轮只改变力的方向,不影响力的大小,因此,拉力的最终方向不影响力的大小变化,机械效率当然也就不会变化.
故答案为:(1)如图;(2)66;(3)如图;(4)增大;(5)绳与轮的摩擦;轮与轴的摩擦;(6)不会.
【分析】(1)由一个定滑轮和一个动滑轮组成的滑轮组,其最省力的绕线方法就是由三段绳子承担物重,据此来进行绕线;(2)根据表中数据,利用公式η= = 可求出机械效率的大小;(3)根据表中数据,先画点,再描线即可;(4)结合图线的变化趋势或分析表中的数据,均可得出随着物重的增加,机械效率的变化情况;(5)影响滑轮组机械效率的因素主要有物重、动滑轮重、绳重、摩擦等,据此来解答;(6)观察图可知,绳端最后绕过的是定滑轮,定滑轮只起改变力的方向的作用,对力的大小不会产生影响.
3.【答案】(1)解:见图
21
(2)匀速
(3)0.45m;80%
(4)变大
【解析】【解答】解:(1)当钩码升高0.1m时,绳子自由端移动0.3m,n= = =3,说明物体有三段绳子承担,绳子的段数是奇数,从动滑轮开始绕起,如图所示:(2)实验中应该匀速竖直向上拉动弹簧测力计,以保证拉力大小恒定;(3)由图示可知,滑轮组承重绳子有效股数n=3,
第3次测量中,弹簧测力计移动的距离s=nh=3×0.15m=0.45m;
第3次测量中,弹簧测力计移动的距离s=nh=3×0.15m=0.45m;
滑轮组的机械效率η3= = = ×100%=80%;(4)根据第1次和第2次数据可知,机械效率分别为:η1= = = ×100%≈74%;
η2= = = ×100%=80%;
两次所用滑轮组相同,但第2次物重大于第1次物重,机械效率也大于第1次的机械效率,所以可得使用同一滑轮组,提高物重可以提高滑轮组的机械效率.
故答案为:(1)见上图;(2)匀速;(3)0.45m;80%;(4)变大.
【分析】(1)通过物体升高的距离和绳子自由端移动的距离,确定绳子的段数,确定滑轮组的绕法;(2)只有匀速竖直向上拉动弹簧测力计,拉力大小不变,弹簧测力计的示数稳定;(3)重物和动滑轮有三段绳子承担,绳子移动的距离物体升高距离的3倍;根据公式械效率η= = 可计算出机械效率;(4)根据1、2次实验中的物重、物体升高的距离、弹簧测力计的拉力、弹簧测力计移动的距离,求出机械效率,然后得出结论.
4.【答案】(1)匀速
(2)乙
(3)越低
(4)83.3%
(5)增加提升物体的重力可以提高滑轮组的机械效率
【解析】【解答】解:(1)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;(2)实验2,物体升高0.1m,绳子自由端移动0.4m,说明物体和动滑轮有4段绳
21
子承担,所以实验2数据是由乙滑轮组进行的;(3)根据表中数据,由n= 可知,实验1中n=3,实验2中n=4,显然实验1选择甲图进行实验,实验2选择乙图进行实验,并且提升物体的重力相同,实验1的机械效率大于实验2的机械效率,故可得出的结论是: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;(4)第3次试验的机械效率为:η= = = ×100%≈83.3%;(5)由实验1和实验3可得:使用同一滑轮组,物体越重,滑轮组的机械效率越高,所以增加物体的重力,可以提高滑轮组的机械效率.
故答案为:(1)匀速;(2)乙;(3)越低;(4)83.3%;(5)增加提升物体的重力可以提高滑轮组的机械效率.
【分析】(1)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;(2)根据物体升高的距离和绳子自由端移动的距离,判断承担物体和动滑轮绳子的段数.通过绳子的段数进行判断;(3)比较实验1和2的实验数据和所选装置的不同,根据共同点和不同点得出正确结论;(4)知道物重、物体升高的距离、拉力、拉力移动的距离,求出有用功、总功和机械效率;(5)在不考虑绳重和摩擦时,滑轮组的机械效率跟提起的物重、动滑轮的重有关,在提起的物重一定时,动滑轮越重,机械效率越低;在动滑轮重相同时,提起的物体越重,机械效率越高.
5.【答案】(1)匀速;(2);(3);(4);(5)提升的重物越重,滑轮组的机械效率越高
(2)乙
(3)越低
(4)2.4;0.3;83.3%
(5)提升的重物越重,滑轮组的机械效率越高
【解析】【解答】解:(1)实验中应该匀速竖直向上拉动弹簧测力计,以保证拉力大小恒定;(2)实验2,物体升高0.1m,绳子自由端移动0.5m,说明物体和动滑轮有5段绳子承担,所以实验2数据是由乙滑轮组进行的;(3)由实验1和实验3可得:使用同一滑轮组,物体越重,滑轮组的机械效率越高,所以增加物体的重力,可以提高滑轮组的机械效率;(4)由丙图知,测力计的分度值为0.2N,其示数为2.4N;由表中第1次实验数据可知,绳端移动的距离是钩码上升高度的3倍,第三次实验使用同样的装置,则第3次实验:绳端移动距离s=3h=3×0.1m=0.3m,机械效率η= = = ×100%≈83.3%;(5)由表中第1次实验和第3次实验数据可知:使用同一滑轮组,提升的重物越重,滑轮组的机械效率越高.故答案为:(1)匀速;(2)乙;(3)越低;(4)2.4;0.3;83.3%;(5)提升的重物越重,滑轮组的机械效率越高.
【分析】(1)只有匀速竖直向上拉动弹簧测力计,拉力大小不变,弹簧测力计的示数稳定;(2)根据物体升高的距离和绳子自由端移动的距离,判断承担物体和动滑轮绳子的段数.通过绳子的段数进行判断;(3)在不考虑绳重和摩擦时,滑轮组的机械效率跟提起的物重、动滑轮的重有关,在提起的物重一定时,动滑轮越重,机械效率越低;在动滑轮重相同时,提起的物体越重,机械效率越高;(4)在进行测力计的读数时,注意测力计的分度值;根据表中实验数据求出绳子移动的距离,应用效率公式求出滑轮组效率;(5)根据实验控制的变量与表中实验数据分析答题.
6.【答案】(1)乙
(2)83%
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(3)低
(4)提升的物体越重
【解析】【解答】解:(1)读图可知,乙用3段绳子吊着物体,因此s=5h,分析表中的数据可以看出,实验2符合这一倍数关系;(2)实验2的机械效率η= ×100%= ×100%= ×100%≈83.3%;(3)实验1和2中,提升重物相同,距离相同,只是滑轮组不同,尤其是动滑轮的个数不同,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;(4)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:(1)乙;(2)83%;(3)低;(4)提升的物体越重.
【分析】(1)通过观察承担物重的绳子的段数,再分析表格中s与h的关系,可判断实验1是用哪个装置进行的实验;(2)实验3的机械效率可通过公式代入相关数据进行计算得出;(3)比较实验1和2的条件和机械效率大小,可得出动滑轮个数多少对滑轮组机械效率的影响;(4)比较实验1和3的条件和机械效率大小,可得出提升物体的重力大小对滑轮组机械效率的影响.
7.【答案】(1)匀速
(2)不正确;摩擦力
(3)0.4;80%
(4)大
(5)第1次实验的摩擦力比第2次大些
【解析】【解答】(1)实验中要竖直向上匀速拉动弹簧测力计,使物体匀速升高,此时系统处于平衡状态,测力计示数才等于拉力大小;(2)小组同学发现实验过程中边拉动边读数,弹簧测力计示数不稳定,应该静止读数,他的想法不正确,因为她没有考虑到绳子与轮之间的摩擦对滑轮组机械效率的影响,导致测力计示数偏小;(3)由图丁知,绳子的有效段数n=4,
在第4次实验中,绳端移动的距离:
s=4h=4×0.1m=0.4m;
第4次实验测得的机械效率为:
η= = = ×100%=80%;
如下表所示:
实验次数
钩码重量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
4
0.1
2.7
0.2
74%
2
4
0.1
1.8
0.3
74%
3
8
0.1
3.1
0.3
86%
4
8
0.1
2.5
0.4
80%
⑷通过比较2、3两次实验数据得出结论:同一滑轮组提升重物时,物重越大,滑轮组的机械效率越大。(5) 因为第一次实验中定滑轮轮轴间的摩擦略大于第二次中的摩擦,所以第1次实验的机械效率略小于第2次实验。
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【分析】系统处于平衡状态,测力计示数才等于拉力大小,所以竖直向上匀速拉动弹簧测力计;考虑到绳子与轮之间的摩擦对滑轮组机械效率的影响,不应该静止拉动弹簧测力计,利用s=4h和机械效率的计算公式可求出,分析数据可得同一滑轮组提升重物时,物重越大,滑轮组的机械效率越高,考虑摩擦对实验的影响.
8.【答案】(1)分度值(2)4.6N (3)匀速;刻度尺;乙(4)不科学;物重
【解析】【解答】(1)使用弹簧测力计前,观察测力计的量程、分度值和指针是否指向零刻度线;(2)根据图像,测力计的指针指向4N超过3格,示数为4.6N;(3)测量滑轮组的机械效率时,拉动测力计要匀速直线拉动,并利用刻度尺测量距离,根据表格中数据,拉力移动的距离是物体上升高度是3倍,说明滑轮组有3股绳,实验时选用了乙图;(4)由于测量过程中有误差,所以滑轮组的机械效率和物体上升高度无关,实验结论不科学,若探究物体重力对机械效率的影响,要改变物重再进行实验。
【分析】(1)使用测量仪器前,要观察量程、分度值和指针是否在零刻度线;
(2)根据测力计指针位置读数测量力的大小;
(3)实验时要匀速直线拉动测力计,并利用刻度尺测量长度;
(4)实验时有误差,要多次实验探究普遍规律。
9.【答案】(1)匀速;缓慢匀速提升
(2)83.3%
(3)解:如图所示:
(4)刻度尺;η=G/3F×100%
(5)力的方向;相同
【解析】【解答】(1)由二力平衡的条件可知,只有竖直向上匀速拉动弹簧测力计时,弹簧测力计的示数才和绳子的拉力相等.
在缓慢提升物体时,还需克服机械摩擦做功,所以为了测量滑轮组提升物体时的机械效率,所以需在缓慢匀速提升时读数;(2)效率η= ;(3)由表格中数据可知,绳端移动距离是物体上升高度的3倍,所以此滑轮组由3段绳子承担物重.故绕线如图:
;(4)由于此滑轮组由3段绳子承担物重,则η= ,所以,去掉的器材是刻度尺,少测哪两个数据为物体提高的高度h和绳自由端拉动距离s.(5)①由于定滑轮不能省力,只能改为力的方向,故增加一个定滑轮目的是为了改变施力方向;②忽略绳重与摩擦,提升重物时,要克服动滑轮做额外功,由两图示滑轮组可知,两滑轮组的动滑轮相同;所以当这两位同学使用各自的滑轮组
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提升相同的重物时,克服动滑轮重力做的额外功相同,做的有用功相等,总功相等,则两滑轮组的效率相同.
【分析】此题是测量滑轮组的机械效率,其中考查了机械效率的计算及应用,同时还考查了影响滑轮组机械效率的因素,知道滑轮组的机械效率和物体重、动滑轮重有关,如果动滑轮重不变,物体越重,机械效率越高;如果物体重不变,动滑轮越重,机械效率越低.
(1)实验时应沿竖直方向匀速拉动测力计.
(2)根据效率公式分析答题.
(3)根据s=nh判断滑轮组承重绳子的有效股数,然后画出滑轮组的绕法;
(4)由×100%判断去掉的实验器材和少测的实验数据.
(5)①定滑轮不能省力,只能改为力的方向;
②计算滑轮组的机械效率时,若忽略绳重及摩擦,则额外功就是提升动滑轮所做的功,在有用功不变的情况下,即可判断机械效率的情况.
10.【答案】(1)
(2)匀速(3)50.0(4)提升高度(5)提升物重(6)错误
【解析】【解答】由前4组实验数据知,s=3h,所以滑轮组由3段绳子承担物重,因此应从动滑轮绕起,绳子绕法如图所示:
实验中应沿竖直方向匀速拉动弹簧测力计,这样才能准确测出拉力的值;
表格中编号①处数据应为;
由表中第1、2组数据可知,同一滑轮组的机械效率与提升高度无关;
由表中第3、4组数据可知,同一滑轮组的机械效率与摩擦和提升物重无关;
有的同学认为:“机械越省力,它的机械效率越高”.分析表中数据知道是错误的。
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【分析】通过机械效率计算公式化简后为,从公式中可看出滑轮组机械效率与物体上升高度无关;没有省功的机械,只有省力的机械。
11.【答案】(1)66.7%;乙
(2)增加物重;0.1
(3)错误
【解析】【解答】解:(1)第4次实验的机械效率:η= = = ×100%≈66.7%;由s=nh可得,n= = =2,而图乙中提升物体绳子条数为2,故选择装置乙(2)比较第1、2、3次实验数据可知,对于同一滑轮组,物重越大,滑轮组的机械效率越高,因此增大物体的重力可以提高滑轮组的机械效率;
根据第1次实验数据可知,W有=Gh=2N×0.1m=0.2J;
W总=Fs=1N×0.3m=0.3J;
由W总=W有+W额可得,W额=W总﹣W有=0.3J﹣0.2J=0.1J;(3)使用相同的滑轮所组成的滑轮组提升同一个重物时,越省力的滑轮组其机械效率越大的说法是错误的;比较第1、4次实验数据可知,第1次比第4次省力,但两次的机械效率却相同.
故答案为:(1)66.7%;乙;(2)增加物重;0.1;(3)错误.
【分析】(1)根据η= = 求出第4次实验的机械效率;然后根据s=nh求出提升物体绳子的条数,从而确定滑轮组的装置;(2)比较第1、2、3次实验数据,钩码升高的距离相同,绳子自由端移动的距离相同,说明使用的是同一装置,所做的额外功相同,提起的重物不同,机械效率不同据此得出结论.先根据W有=Gh和W总=Fs求出有用功和总功,然后根据W总=W有+W额即可求出拉力所做的额外功;(3)比较1、4次实验数据进行分析,并得出相应的结论.
12.【答案】(1)匀速
(2)66.7
(3)1、2;提起的物体重力;增大;有用功增加比额外功增加多得多,从而使有用功占总功的比值变大
【解析】【解答】解:(1)实验中应该竖直向上匀速拉动弹簧测力计,以保证拉力大小恒定,便于读数.(2)由表格第4次实验数据,机械效率大小为:
η= ×100%= ×100%= ×100%≈66.7%;(3)探究滑轮组的机械效率与重物被提升高度关系时,应控制其他因素不变,只改变物体被提高高度,由表格数据可知,应比较1、2两次实验;
比较第3、4次实验数据可知,同一滑轮组提起的物体越重,滑轮组的机械效率越高;
根据W额=W总﹣W有=Fs﹣Gh,
W额3=F3s﹣G3h=1.1N×0.3m﹣2N×0.1m=0.13J,
W额4=F4s﹣G4h=2.0N×0.3m﹣4N×0.1m=0.2J,
所以第4次拉力做的额外功与第3次相比增大了0.07J;
W有3=G3h=2N×0.1m=0.2J,
W有4=G4h=4N×0.1m=0.4J,
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有用功增大了0.2J.
由此可知,有用功增加比额外功增加多得多,从而使有用功占总功的比值变大,即机械效率增大.
故答案为:(1)匀速;(2)66.7;(3)1、2;提起的物体重力;增大;有用功增加比额外功增加多得多,从而使有用功占总功的比值变大.
【分析】(1)应竖直匀速拉动测力计,这样拉力大小不变,弹簧测力计的示数稳定;(2)根据η= = 计算机械效率;(3)探究滑轮组的机械效率与重物被提升高度关系时,应控制其他因素不变,只改变物体被提高高度;
由第3、4实验数据,找到不变量和改变的量,分析机械效率的影响因素;
根据W额=W总﹣W有=Fs﹣Gh计算3、4两次实验的额外功的大小比较,从而分析提高机械效率办法.
13.【答案】(1)匀速;2.4;50
(2)C;所需拉力超过弹簧测力计的量程
(3)变大
【解析】【解答】解:(1)在提升过程中应使弹簧测力计竖直匀速上升;
由图2可知,弹簧测力计的示数是2.4N,滑轮组绳子自由端受到的拉力是2.4N;
由图1所示刻度尺可知,物体上升的高度h=10cm=0.1m,
有用功W有用=Gh=3.6N×0.1m=0.36J,
由图1所示可知,滑轮组承重绳子的股数n=3,
绳子自由端移动的距离s=nh=3×0.1m=0.3m,
拉力做的总功W总=Fs=2.4N×0.3m=0.72J;
滑轮组的机械效率η=×100%=×100%=50%。(2)由图1所示弹簧测力计可知,
弹簧测力计的量程是0~5N,
∵绳子的拉力F=,
∴G动滑轮=nF﹣G物体=3×2.4N﹣3.6N=3.6N,
当物体重力是12N时,
拉力:F′===5.2N>5N,
超出弹簧测力计的量程,因此不能用该弹簧测力计测重物C。(3)忽略绳重及一切摩擦时,
拉力F=,
绳子移动的距离s=nh,
拉力总功:
W总=Fs=×nh=(G物体+G动滑轮)h,
滑轮组的效率:
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η====,
由此可见:同一滑轮组的机械效率随着物重的增加而变大。
故答案为:(1)匀速;2.4;50;(2)C;所需拉力超过弹簧测力计的量程;(3)变大
【分析】(1)实验时,应将弹簧测力计竖直匀速向上拉动,由图示弹簧测力计的分度值读出示数,利用s=nh求出物体上升的距离,由功的公式W=Fs求出有用功及总功,然后由效率公式η=×100%求出效率.
(2)由图示弹簧测力计确定弹簧测力计的量程,然后根据滑轮组拉力公式F=求出弹簧测力计的拉力,根据拉力不能超过弹簧测力计的量程分析答题.
(3)根据效率公式η====进行分析,可以得出滑轮组的机械效率随着物重的增加而变化的关系.
14.【答案】(1)88.9%
(2)匀速
(3)增加物重
(4)动滑轮;重绳与滑轮的摩擦
【解析】【解答】(1)第2次的机械效率为:;
由图知,第3次实验弹簧测力计的分度值为0.2N,所以示数为2.2N.
因为滑轮组由3段绳子承担物重,所以绳端移动距离为:;
故答案为:(2)在实验操作中应竖直向上匀速拉动弹簧测力计.这样弹簧测力计处于平衡状态,弹簧测力计的示数才反映了拉力的大小.(3)分析实验可知,随着钩码重力的增加,同一滑轮组的机械效率不断增加,所以,使用同一滑轮组,增加物重可以提高滑轮组的机械效率.(4)机械效率是有用功与总功的比.用滑轮组提起重物时,对重物做的功为有用功,克服动滑轮重力和绳子重力及摩擦做的功是额外功.总功是有用功和额外功的总和,所以动滑轮重、绳重、滑轮的摩擦都会影响机械效率的大小.
【分析】(1)利用求得机械效率;结合弹簧测力计的分度值读出示数.
(2)实验时,应将弹簧测力计竖直匀速向上拉动,弹簧测力计的示数才反映了拉力的大小.
(3)结合表格数据可知:使用同一滑轮组,增加物重|(有用功增大)可以提高滑轮组的机械效率.
(4)要学会两组机械效率的因数还有动滑轮重、绳重、滑轮的摩擦等.
15.【答案】(1)A
(2)0.3
(3)低
(4)3
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(5)D
(6)相同
【解析】【解答】(1)测机械效率的实验中:当匀速竖直向上拉动弹簧测力计时,受力平衡,拉力大小不变,弹簧测力计的示数稳定;(2)由图像可知绳子股数n=3,则弹簧测力计竖直向上移动的速度为:v绳=3v物=3×0.lm/s=0.3m/s;(3)由图乙可知当动滑轮重力增加时做的额外功增多,提升相同的重物时有用功不变,因此机械效率越低;(4)由题意知:;即;(5)如图丙所示,增加的滑轮为定滑轮,定滑轮可以改变力的方向;(6)使用滑轮组提起物体的过程中,额外功主要产生在提起物体的过程中同时将动滑轮也提起,即W额=G动h,动滑轮重相同提升相同的重物时,升高相同的高度,额外功相同,有用功相同,总功相同,由可知机械效率相同。
【分析】(1)实验时,应将弹簧测力计竖直匀速向上拉动.
(2)簧测力计竖直向上移动的速度为:v绳=nv物.
(3)当动滑轮重力增加时做的额外功增多,据此分析解答.
(4)利用求得被提升物体所受的重力 .
(5)定滑轮可改变用力的方向.
(6)若忽路绳重及摩擦,则克服动滑轮重做的功为额外功的唯一来源,他们做的有用功相同,由分析.
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