物理中考必考专题练习16 测定滑轮组机械效率的实验（解析版）

实验十六、测定滑轮组的机械效率实验【实验目的】：会测量滑轮组的机械效率。【实验原理】：【待测数据】：物重G、拉力F、重物上升的距离h、弹簧测力计移动的距离S【实验器材】：钩码、滑轮组、铁架台、细线、弹簧测力计、刻度尺。【实验步骤】：①用所给器材组装如图１所示滑轮组。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将刻度尺放在如图所示的位置，分别记录下钩码和绳子自由端的起始位置。④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。⑤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，按η计算该滑轮组的机械效率。,⑥改变所挂钩码的重力，重复以上实验步骤。⑦钩码重力不变，改变动滑轮个数重复上述实验步骤。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【考点方向】：1、步骤：必须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、结论：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、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。4、测量机械效率时为什么不能使弹簧测力计静止？机械效率会怎样？答：当弹簧测力计静止时，绳子和滑轮之间没有摩擦力，拉力示数会变小，用功在总功中占的比例增大，滑轮组的机械效率偏大。5、实验中改变钩码的数量，改变动滑轮的个数进行多次实验的目的是什么？答：改变钩码个数、改变动滑轮的个数从而获得多组数据，这样可以避免一组数据的偶然性，更能得出普遍性规律。6、通过该实验我们可以得知：增大物重或减少动滑轮的重力可以提高滑轮组的机械效率。【经典例题】,【母题】：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、零刻度线和　　。（2）如图1所示，测量物体G所受的重力为　　。（3）如图2所示，实验过程中，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弹簧测力计移机动的距离s/cm机械效率η15.001.8015.0085.2%28.001.7724.0086.6%310.001.7530.0087.6%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”）；请说明你的理由。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。（5）小明在实验探究过程中，改变不同的物理量，得出多组数据的目的是。,【答案】（1）分度值；（2）4.6N；（3）匀速；刻度尺；乙；（4）①不科学；根据η=×100%，滑轮组的机械效率与所提升物体的高度无关；②提升物体的重力。（5）避免实验偶然性，使结论更具普遍性。【解析】（1）测力计使用前，要观察弹簧测力计的量程、零刻度线和分度值；（2）根据测力计分度值读数；（3）使用弹簧测力计时应保证系统处于平衡状态，故应该匀速拉动。测量长度的工具是刻度尺；根据绳子自由端移动的距离与物体升高高度的关系s=nh，根据绳n=求出绳子的有效段数分析回答；（4）①滑轮组的机械效率η====，据此分析；②为得出普遍性的结论要多测量。（5）测量多组数据，重复实验可以避免实验偶然性，得出普遍规律。练习1：（2019•自贡）小明和小强在测“滑轮组机械效率”的实验中，一同学组装好如图所示实验装置，他们分别记下了钩码和弹簧测力计的位置。（1）实验时，小明竖直向上拉动弹簧测力计，使钩升高，弹簧测力计读数为0.5N；同时小强也用刻度尺测出钩码被提升的高度为10cm，以上测量结果准确无误，其他被测物理量和计算数据记录如表：钩码重G/N弹簧测力计提升的高度x/m有用功W有/J总功W总/J机械效率η10.20.10.1100%（2）小明和小强通过计算得出该滑轮组机械效率为100%，他们意识到出现了错误，请你帮他俩找出错误的原因：。,（3）该滑轮组的机械效率实际为。（4）在实验中，若将钩码的重增加到6N，则该滑轮组的机械效率将（选填“变大”、“变小”或“不变”）。【答案】（1）匀速；（2）绳子自由端移动的距离应该是0.3m，不等于0.2m；（3）66.7%；（4）变大。【解析】（1）小明在进行实验时，应竖直向上匀速拉动弹簧测力计，此时绳子的拉力等于测力计示数。（2）由图示滑轮组可知，滑轮组承重绳子的有效股数n＝3；已知钩码上升高度h＝0.1m，则测力计移动距离：s＝nh＝3×0.1m＝0.3m，由表中实验数据可知，测力计移动距离为0.2m，测力计移动距离错误，从而导致滑轮组效率错误。（3）滑轮组的机械效率：η＝×100%＝×100%＝×100%≈66.7%。（4）提升的钩码重增加到6N，有用功增加，有用功在总功中的比重增大，则该滑轮组的机械效率将变大。练习2：（2019•黄石）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11.0400.41.10.8845%21.5400.61.41.1254%32.030　　1.7　　　　42.5401.02.01.6063%,（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11.0400.41.10.8845%21.5400.61.41.1254%32.0300.61.71.0259%42.5401.02.01.6063%（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。练习3：（2019•绥化）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η110.10.60.355.6%220.11.00.366.7%340.11.80.3（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。练习4：（2019•遂宁）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，记录的实验效据如下表：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10.5103021.5100.83062.5%30.5100.54025.0%,41.5100.74053.6%（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。练习5：（2018•泰安）图甲是某学习小组“测量滑轮组的机械效率”的示意图。用弹簧测力计竖直向上拉动绳子自由端，将重为4.5N的物体从A位置提升到A′位置，同时弹簧测力计从图中的B位置上升到B′位置，在这个过程中，弹簧测力计的示数如图乙所示。,请你根据他们做的实验完成下列问题：（1）物体提升的高度是　　cm，拉力是　　N，该滑轮组的机械效率η=　　；（2）若在图甲装置的基础上，增加一个动滑轮，改为图丙所示的装置，提升同一物体，则滑轮组的机械效率　　（选填“变大”、“变小”或“不变”）。【答案】（1）5.0；2；75%；（2）变小。【解析】（1）测力计B位置匀速提升到B'位置，测力计上升的高度为：s=15.0cm；由图可知，有3段绳子拉着动滑轮，则物体上的高度为：h=s=×15.0cm=5.0cm；由图可知，测力计的示数为2N；该动滑轮的机械效率：η====75%；（3）若在图甲装置的基础上，增加一个动滑轮，此时有用功不变，克服动滑轮重力所做的额外功变大，故机械效率变小。练习6：（2018•德州）测量滑轮组的机械效率：步骤如图所示为测量某滑轮组机械效率的实验装置。①实验时沿竖直方向匀速缓慢拉动弹簧测力计。②分析表中数据可知：实验2是用图　　做的实验。③装置图,实验序号3中的机械效率η=　　。表格实验序号钩码重量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η140.11.80.374%280.13.10.386%380.12.50.4结论通过比较　　（填实验序号）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高。通过比较2、3两次实验数据可得出结论：不同滑轮组提升相同重物时，动滑轮越重，滑轮组的机械效率　　问题讨论实验过程中边拉动边读数，弹簧测力计示数不稳定，有同学认为应静止时读数。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。【答案】②乙；③80%；1、2；越低；不正确；摩擦力。【解析】（1）②根据绳子自由端移动的距离s与提升物体的高度h的关系，s=nh，故实验1中绳子的有效段数：n===3；实验2中绳子的有效段数：n===3；由表格数据知：第1次实验物体的重力为4N，第2次物体的重力为8N，故第1次是用甲图做的实验，第2次是用乙图做的：③第3次实验的机械效率：η3===×100%=80%；,（2）根据控制变量法，要探究滑轮组的机械效率与物重的关系，需要控制绳子的段数相同，改变物体的重力，表格中1、2两次实验符合要求，可以得出结论：同一滑轮组提升重物时，物重越大，滑轮组的机械效率越高。比较实验2和3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低；（3）在弹簧测力计静止时读出了数据，由于不会克服绳与轮之间的摩擦，所以测得的拉力偏小，她的想法是不正确的，因为她没有考虑到摩擦对滑轮组机械效率的影响。练习7：（2018•齐齐哈尔）某小组在“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）实验中应沿竖直方向　　缓慢拉动弹簧测力计．（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，你认为他的想法　　（选填“正确”或“不正确”），因为她没有考虑到　　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，请将表中的两个数据填写完整．（4）通过比较　　两次实验数据得出结论：使用同一滑轮组提升同一重物时，滑轮组的机械效率与绳子段数无关（填实验次数的序号）（5）通过比较　　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高．（填实验次数的序号）（6）通过比较3、4两次实验数据可得出结论：　　。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η140.12.70.274%240.11.80.374%380.13.10.386%480.12.5　　　　,【答案】（1）匀速；（2）不正确；摩擦；（3）0.4；80%；（4）1、2；（5）2、3；（6）不同滑轮组提升相同重物时，动滑轮越轻，滑轮组的机械效率越高（或不同滑轮组提升相同重物时，动滑轮越重，滑轮组的机械效率越低。【解析】（1）实验中应沿竖直方向匀速缓慢拉动弹簧测力计，这样测力计示数才等于拉力大小；（2）在弹簧测力计静止时读出了数据，由于不会克服轮与轴、绳与轮之间的摩擦，所以测力计示数偏小，他的想法是不正确的；（3）丁图中，绳子的有效段数为n=4，绳端移动距离s=nh=4×0.1m=0.4m，滑轮组的机械效率：η===80%；（4）绳端移动距离与物体升高的高度的关系为s=nh，所以，结合表中数据可知实验1、2、3中绳子的有效段数分别为2、3、3；再结合钩码的重力可知，实验1、2、3分别是用甲、乙、丙装置做的实验，根据控制变量法，研究同一滑轮组的机械效率与绳子段数的关系时，要控制提升物体的重力相同、滑轮个数也相同，只改变绳子的有效段数，所以应比较1、2两次实验数据；通过比较1、2两次实验数据得出结论：使用同一滑轮组提升同一重物时，滑轮组的机械效率与绳子段数无关；（5）研究同一滑轮组提升重物时，机械效率与物重的关系时，要控制滑轮个数相同、绳子的段数相同，只改变物体的重力，故通过比较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高．（6）通过比较3、4两次实验数据，即对应的图丙、图丁两装置，滑轮组不同，提升的重物相同，动滑轮越重机械效率越小，故可得出结论：不同滑轮组提升相同重物时，动滑轮越轻，滑轮组的机械效率越高．（不同滑轮组提升相同重物时，动滑轮越重，滑轮组的机械效率越低）练习8：（2018•西宁）小马和小李设计了如图甲、乙所示两种滑轮组来提升同一重物，在讨论滑轮组机械效率时两人产生了分歧，小马认为：“甲滑轮组的动滑轮个数少，机械效率高”；小李却认为：“乙滑轮组更省力，机械效率高”。两人谁也说服不了谁，于是决定进行实验来验证自己的猜想是否正确。,（所用每个滑轮的重相同，绳重和摩擦忽略不计），他们在实验中得到的数据如下表所示：（1）根据所测数据，请计算一个动滑轮的重力是　　N，甲滑轮组的机械效率是　　；（2）由计结果可以确定　　的说法是正确的，这个实验说明了影响滑轮组机械效率的因素是　　，由此可知，可采用　　的方法来提高滑轮组的机械效率。（3）随后小马又设计了一个方案，如图丙所示，你认为和图甲装置对比，在提升同一重物时，装置丙的机械效率　　（选填“大于”“等于”或“小于”）装置的机械效率。【答案】（1）0.8；83.3%；（2）小马；动滑轮的个数；尽可能的减小动滑轮的个数；（3）等于。【解析】（1）甲装置的有用功：W有用=Gh=4N×0.1m=0.4J；总功：W总=Fs=1.6N×0.3m=0.48J；额外功：W额=W总﹣W有用=0.48J﹣0.4J=0.08J；根据W额=G动h知，动滑轮的重力：G动===0.8N；装置甲的机械效率：η=×100%=×100%≈83.3%；（2）由表格数据可知，甲乙装置中，甲的拉力较大，动滑轮的个数较少，动滑轮重力小，额外功少，滑轮组的机械效率较高，故小马的说法正确；这个实验说明了影响滑轮组机械效率的因素有动滑轮的个数，尽可能的减小动滑轮的个数可以提高滑轮组的机械效率；（3）由甲装置和丙装置可知，绳子的有效股数相同、动滑,轮的个数相同、物体的重力相等，绳子的缠绕方式不同，两装置中，提升相同的物体上升相同的高度时所做的有用功相同，动滑轮的个数和摩擦力的大小相同所做的额外功相等，由η=×100%可知两者的机械效率相同。