第十二章

簡單機(jī)械第4節(jié)機(jī)械效率第2課時(shí)

測量滑輪組的機(jī)械效率基礎(chǔ)過關(guān)全練重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)

測量滑輪組的機(jī)械效率1.(新獨(dú)家原創(chuàng))小佘同學(xué)所在的實(shí)驗(yàn)小組采用如圖所示的實(shí)

驗(yàn)裝置測量滑輪組的機(jī)械效率?！精@取證據(jù)】(1)除了圖中的實(shí)驗(yàn)器材外還需要用到的測量工具是

;實(shí)驗(yàn)中應(yīng)

緩慢拉動(dòng)彈簧測力計(jì)。(2)實(shí)驗(yàn)小組進(jìn)行了3次實(shí)驗(yàn),數(shù)據(jù)如表所示(不計(jì)繩重)。刻度尺豎直向上勻速實(shí)驗(yàn)次數(shù)123鉤碼的重力G/N246鉤碼上升的高度h/cm555拉力F/N11.82.4繩子自由端移動(dòng)的距離s/cm151515機(jī)械效率η66.7%74.1%

【解釋證據(jù)】(3)第3次實(shí)驗(yàn)中,滑輪組的機(jī)械效率是

(結(jié)果保留

到0.1%)。(4)比較3次實(shí)驗(yàn),可以得出結(jié)論:同一滑輪組,提升的物體越

重,滑輪組的機(jī)械效率越

(選填“高”或“低”)。83.3%高【交流反思】(5)同學(xué)們發(fā)現(xiàn)測量過程中彈簧測力計(jì)示數(shù)不穩(wěn)定,認(rèn)為應(yīng)該靜止讀數(shù)。你認(rèn)為這種做法

(選填“正確”或

“不正確”),理由是

。(6)若用該滑輪組提升重8N的鉤碼,則其機(jī)械效率最接近于

。A.58.4%

B.78.6%

C.81.3%

D.87.0%不正確沒有考慮摩擦對滑輪組機(jī)械效率的影響,會(huì)導(dǎo)致測力計(jì)示數(shù)偏小D解析(1)實(shí)驗(yàn)中還需測量鉤碼和繩子自由端移動(dòng)的距離,因

此還需要用到的測量工具是刻度尺;實(shí)驗(yàn)中為了保證彈簧測

力計(jì)的示數(shù)穩(wěn)定,且示數(shù)大小與繩子拉力的大小相等,應(yīng)該沿

豎直向上的方向勻速緩慢拉動(dòng)彈簧測力計(jì)。(3)第3次實(shí)驗(yàn)中,有用功為W有3=G3h3=6N×0.05m=0.3J,總功為W總3=F3s3=2.4N×0.15m=0.36J,則滑輪組的機(jī)械效率為η3=

=

≈83.3%。(4)分析3組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知,使用同一滑輪組,提升物體的重力越大,滑輪組的機(jī)械效率越高。(5)若在彈簧測力計(jì)靜止時(shí)讀數(shù),會(huì)因沒有考慮到摩擦對滑輪組機(jī)械效率的影響而使得測出的拉力偏小,因此這種做法是錯(cuò)誤的。(6)由(4)中所得結(jié)論可知,使用同一滑輪組提升重物時(shí),重物的重力越大,滑輪組的機(jī)械效率越大,所以若用該滑輪組提升重8N的鉤碼,提升鉤碼的重力比第3次實(shí)驗(yàn)的大,則滑輪組的機(jī)械效率應(yīng)比第3次的機(jī)械效率大,所以D選項(xiàng)符合題意。能力提升全練2.(新中考·分析論證)(2023江蘇南通崇川期末,23,★★☆)物

理學(xué)中把機(jī)械對重物施加的力與人對機(jī)械施加的力的比值

叫作機(jī)械效益(用“MA”表示),根據(jù)機(jī)械效益可以比較省力

程度。那么,滑輪組的機(jī)械效益與哪些因素有關(guān)呢?小明提

出三個(gè)猜想:猜想一:與物體重力大小有關(guān);猜想二:與吊起動(dòng)滑輪的繩子股數(shù)有關(guān);猜想三:與動(dòng)滑輪重力大小有關(guān)。小明組裝了如圖甲、乙、丙所示的滑輪組,其中圖甲、乙中

每個(gè)滑輪的質(zhì)量為m1,圖丙中每個(gè)滑輪的質(zhì)量為m2,m1=2m2,利

用這三個(gè)滑輪組進(jìn)行實(shí)驗(yàn),測得5組數(shù)據(jù),再將圖丙的滑輪先

后更換兩次,測得2組數(shù)據(jù)。不計(jì)繩重和摩擦,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表。序號物重G/N吊起動(dòng)滑輪的繩子股數(shù)n拉力F/N機(jī)械效益MA1624.01.52825.01.631026.01.74833.32.45842.53.26843.02.77843.52.3(1)分析1、2、3三組數(shù)據(jù)可知,其他條件相同時(shí),

越大,滑輪組的機(jī)械效益越大,其省的力

(選填

“越多”“越少”或“不變”)。(2)分析數(shù)據(jù)可知,當(dāng)其他條件相同時(shí),機(jī)械效益與吊起動(dòng)滑

輪的繩子股數(shù)n的定量關(guān)系是

。(3)

三次實(shí)驗(yàn)是為了探究機(jī)械效益MA與動(dòng)滑輪重的關(guān)系。物重越多MA=0.8n5、6、7(4)用表格中第7次實(shí)驗(yàn)的滑輪組,勻速提升重10N的物體,則

該滑輪組的機(jī)械效益為

,機(jī)械效率為

。(5)同一滑輪組的機(jī)械效益增大時(shí),其機(jī)械效率

(選填“變小”“不變”或“變大”),機(jī)械效率與機(jī)械效益

的比值

(選填“變小”“不變”或“變大”)。2.562.5%變大不變解析(1)分析1、2、3三組數(shù)據(jù)可知,其他條件相同時(shí),物重

越大,滑輪組的機(jī)械效益越大,計(jì)算物重與拉力的差可知其省

的力越多;(2)分析2、4、5三次數(shù)據(jù)可知,當(dāng)其他條件相同時(shí),

機(jī)械效益與吊起動(dòng)滑輪繩子股數(shù)的定量關(guān)系是MA=0.8n;(3)

根據(jù)控制變量法可知探究機(jī)械效益MA與動(dòng)滑輪重的關(guān)系時(shí),

需改變動(dòng)滑輪的重力,控制其他條件相同,由題意可知5、6、7三次實(shí)驗(yàn)是為了探究機(jī)械效益與動(dòng)滑輪重的關(guān)系;(4)第7次

實(shí)驗(yàn)中動(dòng)滑輪的重力G動(dòng)=nF-G=4×3.5N-8N=6N,勻速提升重10N的物體,拉力F

'=

(G'+G動(dòng))=

×(10N+6N)=4N,則該滑輪組的機(jī)械效益為MA=

=

=2.5,機(jī)械效率為η=

=

=

=

=62.5%;(5)由題意可知同一滑輪組的機(jī)械效益MA=

=

=n×

,同一滑輪組的機(jī)械效率η=

=

=

=

=

,同一滑輪組中繩子的股數(shù)是一個(gè)定值,所以同一滑輪組的機(jī)械效益增大時(shí),其機(jī)械效率變大;機(jī)械效率與機(jī)械效益的比值

=

=

,所以機(jī)械效率與機(jī)械效益的比值不變。素養(yǎng)探究全練3.(2024廣東汕頭期末)圖甲是某居民樓前的無障礙通道,一

位中年人正用輪椅推著他的母親緩緩上行。為估測中年人

推輪椅時(shí)所用力的大小,小明進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測量。如圖乙,他制

作了與無障礙通道坡度相同的斜面,確定了斜面底部的A點(diǎn)

以及與其相距1m的B點(diǎn)。(1)選用車輪材料與輪椅車輪材料相同的小車作為研究對象,

進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作:①測出小車重為2.0N。②將彈簧測力計(jì)與斜面平行放置,沿斜面方向勻速直線拉動(dòng)小車,彈簧測力計(jì)的示數(shù)如圖乙所示。③將小車從A點(diǎn)拉到B點(diǎn)的過程中,拉力所做的功為

J;此時(shí),該斜面的機(jī)械效率為

;結(jié)論:斜面可以省

(選填“力”“距離”或“功”)。(2)在小車上逐漸添加重物,重復(fù)上述實(shí)驗(yàn),計(jì)算出小車從A點(diǎn)

到B點(diǎn)過程中的總功W1、有用功W2,并根據(jù)數(shù)據(jù)畫出W1和W2

與小車總重G的關(guān)系圖像,如圖丙中圖線a和b所示。①由圖像可知:用該通道斜面提升物體的機(jī)械效率與物重

(選填“有關(guān)”或“無關(guān)”)。0.360%力無關(guān)②圖甲中的無障礙通道上坡的機(jī)械效率與圖乙中斜面的相

同。若母親的質(zhì)量為55kg,所坐的輪椅質(zhì)量為15kg,則中年

人用沿著通道斜面方向的力F

'推輪椅勻速上坡時(shí),這位母親

的動(dòng)能

(選填“增大”“不變”或“減小”),力F

'的大小為

N。(g=10N/kg)不變105解析(1)刻度尺的分度值為1mm,則B點(diǎn)所處的高度為h=9.00cm=0.09m;由圖乙可知,彈簧測力計(jì)的分度值是0.02N,示

數(shù)為F=0.3N;將小車從A點(diǎn)拉到B點(diǎn)的過程中,s=1m,則拉力

做的總功為W總=Fs=0.3N×1m=0.3J。利用斜面將小車從水

平地面提升到B點(diǎn)時(shí)所做的有用功為W有用=Gh=2.0N×0.09m=0.18J,該斜面的機(jī)械效率為η=

=

=60%。小車重為2.0N,拉力為0.3N,故拉力小于重力,則使用斜面可以省力,但

是費(fèi)距離,任何機(jī)械都不能省功。(2)①由圖像可得,當(dāng)小車的總重G增大到5N時(shí),將小車從A點(diǎn)拉到B點(diǎn)所做的總功W1=

0.75J,有用功W2=0.45J,此時(shí)的機(jī)械效率為η'=

=

=60%;因?yàn)棣?=η,所以由圖像可知:用該通道斜面提升物體時(shí)的

機(jī)械效率與物重?zé)o關(guān)。②中年人用沿著通道斜面方向的力

推輪椅勻速上坡時(shí),這位母親的速度和質(zhì)量不變,故具有的動(dòng)

能不變。這位母親和所坐輪椅的總重力為G總=m總g=(55kg+

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