江苏省 苏科版 初三物理 下学期 第十一章 简单机械和功 汇编之杠杆机械效率有答案.docx
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江苏省苏科版初三物理下学期第十一章简单机械和功汇编之杠杆机械效率有答案
第十一章简单机械和功汇编之杠杆机械效率
1.用如图所示的实验装置测量杠杆的机械效率,实验时用轻绳悬挂杠杆一端的O点作为支点,在A点用轻绳悬挂总重为G的钩码,在B点用轻绳竖直悬挂一个弹簧测力计。
(1)实验中,竖直向上匀速拉动弹簧测力计,使挂在较长杠杆下面的钩码缓缓上升。
弹簧测力计的示数为F,钩码总重为G,钩码上升高度为h,测力计移动距离为s,则杠杆机械效率的表达式为η= (用已知或测量的物理量符号表示)。
(2)请写出使用该杠杆提升重物,影响杠杆机械效率大小的一个因素:
。
(3)本次实验中,若提升的钩码重一定,只将钩码的悬挂点由A移至C,O、B位置不变,保持测力计移动距离s不变,则杠杆的机械效率将 (选填“变大”、“变小”或“不变”)。
2.小明用如图所示的实验装置研究“杠杆的机械效率”。
实验时,将总重为G=100N的钩码挂在铁质杠杆上,弹簧测力计作用于P点,现竖直向上匀速。
(1)拉动弹簧测力计,钩码上升的高度为h=0.2m,弹簧测力计的示数为F=50N,其移动的距离为s=0.5m,则杠杆的机械效率η=
(2)若增加钩码的重量,重复实验,则杠杆的机械效率将 (变大/变小/不变);
(3)若钩码的重量不变,将弹簧测力计移动到Q点,仍将钩码匀速提升h的高度,设此时弹簧测力计的示数为Fˈ,杠杆的机械效率为ηˈ,若不计转轴O处的摩擦,则:
Fˈ F,ηˈ η(>/=/<)。
3.小明用如图所示的实验装置研究“杠杆的机械效率”.实验时,将总重为G的钩码挂在杠杆A处,竖直向上匀速拉动弹簧测力计,钩码上升的高度为h,弹簧测力计的示数为F,其移动的距离为S,则杠杆的机械效率
= (用题中字母表示).若将钩码移动到B点,仍将它匀速提升h的高度,则弹簧测力计的示数
(>/=/<)F,杠杆的机械效率
(>/=/<)
。
4.用如下图所示的实验装置测量杠杆的机械效率。
(1)实验时,要竖直向上 (填“匀速”或“变速”)拉动弹簧测力计,使挂在较长杠杆下面的钩码缓缓上升。
图中杠杆属于杠杆(填“省力”、“费力”或“等臂”)。
(2)实验中,将杠杆拉至图中虚线位置,测力计的示数F为 N,钩码总重G为1.0N,钩码上升高度h为0.1m,测力计移动距离s为0.3m,则杠杆的机械效率为 %.请写出使用该杠杆做额外功的一个原因:
。
(3)为了进一步研究杠杆的机械效率与哪些因素有关,一位同学用该实验装置,先后将钩码挂在A、B两点,测量并计算得到下表所示的两组数据:
次数
钩码悬挂点
钩码总重G/N
钩码移动距离h/m
拉力
F/N
测力计移动距离s/m
机械效率
η/%
1
A点
1.5
0.10
0.7
0.30
71.4
2
B点
2.0
0.15
1.2
0.30
83.3
根据表中数据,能否得出“杠杆的机械效率与所挂钩码的重力有关,钩码越重其效率越高”的结论?
答:
;
请简要说明两条理由:
①
②。
四、综合题(3小题,共25分)
要求:
(1)语言表示要简练、准确。
(2)写出必要的运算和推理过程;(3)带单位计算。
5.小金用如图所示的实验装置测量杠杆的机械效率。
实验时竖直向上拉动杠杆,使挂在杠杆下面的钩码缓缓上升(支点和杠杆的摩擦不计)。
问:
(1)重为5N的钩码挂在A点时,人的拉力F为4N,钩码上升0.3m时,动力作用点C上升0.5m,此时有用功为______J,总功为______J,机械效率η1为_______。
(2)小金为了进一步研究杠杆的机械效率与哪些因素有关,仍用该实验装置,将钩码移到B点,再次缓慢提升杠杆使动力作用点C仍然上升0.5m。
问:
人的拉力F与第一次相比______(选填“变大”、“变小”或“不变”);有用功W有用与第一次相比______(选填“变大”、“变小”或“不变”);比较此时的机械效率η2______η1(选填“大于”、“等于”或“小于”)。
6.用如图所示的实验装置测定杠杆的机械效率。
实验时,竖直向上匀速拉动弹簧测力计,使挂在杠杆下面的钩码缓缓上升。
(1)实验中,测力计的示数F为______N,钩码总重G为1.0N,钩码上升高度h为0.1m,若OC=30cm,则杠杆的机械效率为______%。
(2)实验中若提升的钩码重一定,则影响杠杆机械效率的主要因素是______。
(3)若只将钩码的悬挂点由A移至B,仍将钩码提升相同的高度,则杠杆的机械
效率将______(填“变大”、“变小”或“不变”)
7.用如图所示的装置探究杠杆的机械效率与悬挂点的关系,OC是一根均匀的杠杆,且OA=AB=BC,分别把钩码挂在A点和B点进行实验(不计摩擦),收集的数据如下表:
悬挂点
钩码重力G/N
钩码上升高度h/m
拉力的大小F/N
拉力移动距离s/m
机械效率η
A
6
0.2
3
0.6
66.7%
B
6
0.2
5
0.3
(1)钩码挂在B点时的机械效率η=______
(2)从实验数据分析得出,杠杆的机械效率与悬挂点______(有关/无关),影响杠杆的机械效率的因素有多个,请你再说出一个:
______。
(3)分析表格中数据,请你求出杠杆的自重为______
(4)若把弹簧测力计由C点移到B位置,点O位置不变,仍将挂在A点的钩码提
升相同的高度,则杠杆的机械效率将______(填“变大”、“变小”或“不变”)
8.用如图所示的实验装置测量杠杆的机械效率.实验时,竖直向上匀速拉动弹簧测力计,使挂在较长杠杆下面的钩码缓缓上升.
(1)实验中,将杠杆拉至图中虚线位置,测力计的示数F为_____N,钩码总重G为1.0N,钩码上升高度h为0.1m,测力计移动距离s为0.3m,则杠杆的机械效率为______%.请写出使用该杠杆做额外功的一个原因:
_________________.
(2)为了进一步研究杠杆的机械效率与哪些因素有关,一位同学用该实验装置,先后将钩码挂在A、B两点,测量并计算得到下表所示的两组数据:
次数
钩码
悬挂点
钩码总重
G/N
钩码上升高度
h/m
拉力
F/N
测力计上升高度
s/m
机械效率
η/%
1
A点
1.5
0.10
0.7
0.30
71.4
2
B点
2.0
0.15
1.2
0.30
83.3
根据表中数据,________(能/不能)得出“杠杆的机械效率与所挂钩码的重有关,钩码越重其效率越高”的结论.原因是 .(写出一条即可)
若将相同的钩码从A点移到B点并提高相同的高度,则杠杆的机械效率会_____(变大/变小/不变)
9.测量杠杆的机械效率
用如图所示的装置实验,竖直向上匀速拉动弹簧测力计,使杠杆下面的钩码缓慢上升.
(1)实验中,将杠杆拉至图中虚线位置,测力计的示数F为 N,钩码总重G为1.0N,钩码上升高度h为0.1m,测力计移动距离s为0.3m,则杠杆的机械效率为 %.请写出使用该杠杆做额外功的一个原因:
.
(2)为了进一步研究杠杆的机械效率与哪些因素有关,一位同学用该实验装置,先后将钩码挂在A、B两点,测量并计算得到下表所示的两组数据:
如果仅就表中数据,能否得出:
“杠杆的机械效率与所挂钩码的重有关,钩码越重其效率越高”的结论,并简要说出依据?
答:
.
10.用如图所示的实验装置测量杠杆的机械效率。
O为杠杆的转轴,不计摩擦。
实验时,给B端施加竖直向下的力,使挂在杠杆A端的钩码缓缓上升。
(图中杠杆为质量分布均匀的直棒)
下表是提升物体时采集到的数据:
实验序号
物重G(N)
拉力(N)
A端上升的
高度h/m
B端下降的
竖直距离s/m
杠杆的效率
①
2
5
0.04
0.02
②
4
9
0.04
0.02
89%
③
2
5
0.06
0.03
80%
④
6
13
0.04
0.02
92%
(1)第①组实验中,杠杆的机械效率为 。
(2)由三组实验,可以初步得出的结论:
相同的杠杆,提升的物体越重效率越高。
(3)该实验中杠杆的效率总小于100%的原因是杠杆有自重,分析实验数据可知道杠杆的自重为 N。
答案和解析
1.【答案】
(1)
(2)杠杆的自重
(3)变大
【解析】
【分析】
(1)根据,表示出杠杆的机械效率
;
(2)机械效率是有用功和总功的比值,它反映了有用功在总功中所占比例的大小,影响机械效率的因素从有用功和额外功两方面考虑;
(3)根据杠杆平衡条件进行分析;通过分析有用功和额外功的变化得出机械效率的变化。
本题考查杠杆机械效率的测量,正确理解有用功和总功的含义,把握有用功、总功的计算方式,明确机械效率的表达式,知道提高机械效率的方法。
【解答】
(1)使用杠杆提升钩码时,有用功等于克服钩码重力做的功,为W有=Gh1,总功等于弹簧测力计的拉力做的功,为W总=Fh2,机械效率等于有用功和总功的比值:
;
(2)机械效率是有用功和总功的比值,它反映了有用功在总功中所占比例的大小,也反映了额外功所占比例的大小,影响机械效率的因素从有用功和额外功两方面考虑;本实验中有用功是克服钩码重力做的功,额外功主要是克服杠杆重力做的功,提升的钩码重一定说明有用功一定,所以影响杠杆机械效率的主要因素是杠杆自身的重力;
(3)将钩码的悬挂点从A点移至C点,改变了钩码重力的力臂。
钩码的悬挂点在A点时,由杠杠的平衡条件得G•OA=F•OB;悬挂点移至C点时,由杠杠的平衡条件得G•OC=F•OB,经对比发现,由OA到OC力臂变大,所以拉力F也变大。
将钩码提升相同的高度,有用功不变;因为重力的力臂变大,拉力的力臂是不变的,所以当把钩码提升到相同高度时,杠杆提升的高度减小,而克服杠杆自重做的额外功减小,因此杠杆的机械效率变大。
故答案为:
(1)
;
(2)杠杆的自重;(3)变大。
2.【答案】
(1)80%;
(2)变大;
(3)>;=
【解析】
【分析】
本题考查杠杆平衡条件、研究“杠杆的机械效率”及机械效率及其比较。
(1)由
代入数值求解;
(2)由
分析,当G码变化时,η的变化情况;
(3)由图分析,若钩码的重量不变,将弹簧测力计移动到Q点,仍将钩码匀速提升h的高度,此时阻力和阻力臂都不变,动力臂减小,由F1L1=F2L2可以得到动力变化情况;由于有用功和额外功均不变,则总功不变,由
可以分析得到机械效率变化情况。
【解答】
(1)由
,故填80%;
(2)由
分析,当G码变大,W有用变大,而W额外不变,所以η变大,故填变大;
(3)由图分析,若钩码的重量不变,将弹簧测力计移动到Q点,仍将钩码匀速提升h的高度,此时阻力和阻力臂都不变,动力臂减小,由F1L1=F2L2可以得到动力将变大故填“>”;由于有用功和额外功均不变,则总功不变,由
可以分析得到机械效率不变,故填“=”。
故答案为:
(1)80%;
(2)变大;(3)>;=。
3.【答案】
;>;>
【解析】
【分析】
本题考查杠杆机械效率的测量,把握有用功、总功的计算方式,明确机械效率的表达式和杠杆的平衡条件是关键。
(1)根据
表示出杠杆的机械效率;
(2)根据杠杆平衡条件进行分析;通过分析有用功和额外功的变化得出机械效率的变化。
【解答】
(1)杠杆的机械效率
;
(2)根据图示可知,将钩码移动到B点时,阻力和动力臂都不变,阻力臂增大,由
可知,动力将增大,即F′>F;将钩码移至B点,提升相同高度,有用功相同,弹簧测力计竖直移动的距离不同,B点时杠杆上上升的高度小些,做的额外功小些,总功变小,所以机械效率变大,即η′>η。
故答案为:
;>;>。
4.【答案】
(1)匀速 省力
(2)0.5 66.7% 克服杠杆本身的重力(或克服摩擦)做功等
(3)不能
①两次实验没有控制钩码挂在同一位置
②只有一组对比实验,结论不可靠,不具有普遍性
【解析】
【分析】
(1)在测定杠杆的机械效率实验时,应匀速缓慢拉动弹簧测力计,根据动力臂与阻力臂的关系,判断杠杆的类型;
(2)对弹簧测力计进行读数时,需看清弹簧测力计的分度值,然后根据指针位置进行读数;在实验中,弹簧测力计向上拉力做的功是总功,克服钩码重力做的功是有用功,克服摩擦以及杠杆自重做的功是额外功;杠杆的机械效率可以根据公式
;
(3)通过探究实验时,应进行多次实验,分析多组数据,才能得出正确结论;分析机械效率的影响因素采取控制变量法来计算。
解答本题应该掌握下列内容,能正确使用弹簧测力计;能计算有用功、总功、额外功、机械效率;正确分析额外功的原因,如何提高机械效率.用控制变量法研究机械效率的影响因素。
【解答】
(1)在测定杠杆的机械效率实验时,应匀速缓慢拉动弹簧测力计,由题意可知杠杆的动力臂比阻力臂长,故此杠杆是省力杠杆;
(2)由图可知,弹簧测力计的分度值是0.1N,所以它的示数是0.5N;
在实验过程中,有用功是:
W有用=Gh=1.0N×0.1m=0.1J,
总功是:
W总=Fs=0.5N×0.3m=0.15J,
所以杠杆的机械效率是:
;
利用杠杆提升物体时,克服摩擦以及杠杆自重做的功是额外功;
(3)根据表中数据,能否得出“杠杆的机械效率与所挂钩码的重力有关,不能得出钩码越重其效率越高的结论,在分析机械效率的影响因素采取控制变量法,研究提起的物重和机械效率的关系时,应保持位置不变;应进行多次实验,分析多组数据,才能得出正确结论.只凭一次实验数据做出结论是不科学。
故答案为:
(1)匀速;省力;
(2)0.5;66.7%;克服杠杆本身的重力(或克服摩擦)做功等;(3)不能;①两次实验没有控制钩码挂在同一位置;②只有一组对比实验,结论不可靠,不具有普遍性。
5.【答案】
(1)1.5;2;75%
(2)变小;变小;不变;<
【解析】
【分析】
(1)根据W=Gh求出有用功;根据W=Fs求出总功,根据
求出机械效率;
(2)将钩码的悬挂点从A点移至B点,改变了钩码重力的力臂,根据杠杆平衡条件分析,改变了弹簧测力计的拉力,改变了弹簧测力计的拉力做功的多少,改变了机械效率的高低。
本题考查的是学生对有用功、总功、额外功、机械效率计算公式的理解和掌握,同时还考查杠杆平衡条件的应用。
【解答】
(1)有用功:
W有用=Gh=5N×0.3m=1.5J;
总功:
W总=Fs=4N×0.5m=2J,
机械效率:
;
(2)钩码的悬挂点在A点时,由于杠杆的重力会阻碍杠杆转动,
则由杠杆的平衡条件得:
;
悬挂点移至B点时,由杠杆的平衡条件得:
,
观察比较可知,悬挂点移至B点时,OB小于OA,即钩码重力的力臂变小,所以拉力F也变小;
有用功:
W有=Gh,重力不变,上升高度减小,有用功变小;
杠杆的机械效率:
。
;
因为杠杆升高的高度不变,所以克服杠杆自重所做的额外功不变(即W额=G杠杆•h杠杆不变);
由于悬挂点B更接近支点,所以钩码提升的高度减小,根据W有用=Gh可知,有用功减小;
从上面η的表达式可知:
W有用减小、W额不变,所以
变大,分母变大,η就减小;即η2<η1。
故答案为:
(1)1.5;2;75%;
(2)变小;变小;不变;<。
6.【答案】0.5;66.7%;杠杆的重力;变大
【解析】
解:
(1)由图可知,弹簧测力计的分度值是0.1N,所以它的示数是0.5N。
在实验过程中,有用功是:
W有=Gh=1.0N×0.1m=0.1J,
总功是:
W总=Fs=0.5N×0.3m=0.15J,
所以杠杆的机械效率是:
η=
=
=
×100%≈66.7%;
(2)有用功是提升钩码所做的功,额外功主要是克服杠杆重力做的功,影响机械效率的因素主要是有用功和总功所占的比例;提升的钩码重一定说明有用功一定,所以影响杠杆机械效率的主要因素是杠杆自身的重力;
(3)钩码的悬挂点在A点时,由杠杠的平衡条件得G•OA=F•OB;悬挂点移至B点时,由杠杠的平衡条件得G•OB=F•OC,经对比发现,由OA到OB力臂变大,所以拉力F也变大,如果仍使钩码提升相同的高度,那么杠杆提升的高度就会减小,额外功减小,因此杠杆的机械效率变大。
故答案为:
(1)0.5;66.7%;
(2)杠杆的重力;(3)变大。
(1)对弹簧测力计进行读数时,需看清弹簧测力计的分度值,然后根据指针位置进行读数;
在实验中,弹簧测力计向上拉力做的功是总功,克服钩码重力做的功是有用功,克服摩擦以及杠杆自重做的功是额外功;杠杆的机械效率可以根据公式η=
=
来计算;
(2)机械效率是有用功和总功的比值,它反映了有用功在总功中所占比例的大小,也反映了额外功所占比例的大小,影响机械效率的因素从有用功和额外功两方面考虑;
(3)将钩码的悬挂点从A点移至B点,改变了钩码重力的力臂,根据杠杆平衡条件分析,改变了弹簧测力计的拉力,改变了弹簧测力计的拉力做功的多少,改变了机械效率的高低。
本题考查杠杆机械效率的测量,知道提高机械效率的方法,难度不大。
7.【答案】80% 有关 杠杆自重(所挂物体的重) 2N 不变
【解析】
解:
(1)钩码挂在B点时的有用功:
W有用=Gh=6N×0.2m=1.2J;
做的总功为:
W总=Fs=5N×0.3m=1.5J;
钩码挂在B点时的机械效率:
η=
×100%=
×100%=80%;
(2)由AB的机械效率可知,同一物体提升相同的高度,悬挂点不同,拉力不同,机械效率不同,说明杠杆的机械效率与悬挂点无关;
不计摩擦力,杠杆的重力和提升物体的重力也会影响杠杆的机械效率;
(3)由不计摩擦力,杠杆重力做的功为额外功;
第1次实验即物体挂在A点时,有用功:
W有用=Gh=6.0N×0.2m=1.2J;
总功为:
W总=Fs=3N×0.6m=1.8J;
额外功:
W额=W总-W有用=1.8J-1.2J=0.6J;
因为OA=AB=BC即OA=
OC,由重物移动0.2m,拉力F移动0.6m知:
重物移动距离为拉力移动距离的
,杠杆的重心会移动
×0.6m=0.3m;
可知杠杆自重:
G杆=
=
=2N。
若只将测力计的悬挂点由C移至B点,钩码还升高相同的高度,杠杆上旋的角度不变,杠杆升高的距离h不变,
所以Gh1+G杠h不变,所以Fh2也不变。
根据η=
×100%,分母不变,分子不变,所以η不变。
故答案为:
(1)80%;
(2)有关;杠杆自重(所挂物体的重); (3)2N;(4)不变。
(1)根据W=Gh算出有用功,根据W=Fs算出总功,根据η=
算出机械效率;
(2)比较AB两点的机械效率得出结论;不计摩擦力,杠杆的重力、物体的重力可以影响杠杆的机械效率;
(3)不计摩擦力,杠杆重力做的功为额外功,总功减去有用功算出额外功,根据W=Gh算出杠杆的重力;
(4)将钩码的悬挂点从C点移至B点,钩码还升高相同的高度,杠杆上旋的角度不变,杠杆升高的距离h不变,克服杠杆重做功不变,有用功不变,额外功不变,机械效率不变。
此题考查杠杆机械效率的测量,把握有用功、总功的计算方式,明确机械效率的表达式,知道影响机械效率的因素。
8.【答案】
(1)0.5N; 66.7%; 克服杠杆自重做功
(2) 不能; 未控制悬挂点的位置相同; 变大
【解析】
【分析】
(1)此题考查杠杆平衡条件和机械效率的计算。
解决问题的基础是理解掌握杠杆平衡条件和机械效率计算公式的物理意义。
(2)此题考查主要考查对用控制变量法研究问题的方法的掌握。
【解答】
(1)从图可知,弹簧秤的最小刻度是0.1N,弹簧秤的指针在0.5N刻线上;
杠杆提起钩码做的有用功
弹簧秤对钩码做总功
杠杆的机械效率
;
克服杠杆自重,提起杠杆做功为额外功。
故答案为:
0.5N; 66.7%; 克服杠杆自重做功;
(2)实验中用控制变量法研究钩码重量对机械效率的影响,必须控制其他 因素相同,而这个实验没有控制悬挂点的位置不变。
所以,实验不能得出正确的结论。
将钩码从A移到B并提高相同的高度,对杠杆做的额外功变小了,有用功不变,所以机械效率变大。
故答案为:
不能;未控制悬挂点的位置相同;变大
9.【答案】
(1)0.5;66.7;由于使用杠杆时需要克服杠杆自重(克服摩擦力)做功;
(2)不能.两次实验时,钩码没有挂在同一位置,同时改变两组条件,数据不宜直接比较(或仅根据一次对比实验所得结论是不可靠的).
【解析】
试题分析:
(1)对弹簧测力计进行读数时,需看清弹簧测力计的分度值,然后根据指针位置进行读数.
在实验中,弹簧测力计的拉力做的功是总功,克服钩码重力做的功是有用功,克服摩擦以及杠杆自重做的功是额外功;杠杆的机械效率可以根据公式η=
×100%来计算.
(2)通过探究实验来得出结论时,应进行多次实验,分析多组数据,同时,分析机械效率的影响因素也应采取控制变量法,这样才能得出正确结论.根据这一思路来对最后的问题做出判断.
(1)由图可知,弹簧测力计的分度值是0.1N,所以它的示数是0.5N.
在实验过程中,有用功是:
W有用=Gh=1.0N×0.1m=0.1J,
总功是:
W总=Fs=0.5N×0.3m=0.15J,
所以杠杆的机械效率是:
η=
×100%=
×100%=66.7%.
在本实验中,克服杠杆自重做功和克服摩擦力做功是产生额外功的主要原因.
(2)分析机械效率的影响因素应采取控制变量法,研究提起的物重和机械效率的关系时,应保持位置不变,而实验中,两次钩码悬挂的位置是不同的.同时,还应进行多次实验,分析多组数据,才能得出有说服力的正确结论,只凭一次实验数据做出结论是不科学的.
故答案为:
(1)0.5;66.7;由于使用杠杆时需要克服杠杆自重(克服摩擦力)做功;
(2)不能.两次实验时,钩码没有挂在同一位置,同时改变两组条件,数据不宜直接比较(或仅根据一次对比实验所得结论是不可靠的).
10.【答案】
(1)80%
(2)①②④
(3)2
【解析】
【分析】
(1)知道拉力大小和下降竖直距离,利用W=Fs求拉力做的总功;知道物体重和上升的高度,利用W=Gh求有用功;再利用效率公式求杠杆的机械效率;
(2)使用同样的杠杆,做的额外功相同;提起的物体越重,做的有用功越多,机械效率越高;
(3)根据W额=W总-W有用求出额外功,求出重心上升的高度h,根据W额=G杆h求出杆的重力。
本题考察杠杆的机械效率,掌握计算公式是解答本题的关键。
【解答】
(1)W总=Fs=5N×0.02m=0.1J,
W有用=Gh=2N×0.04m=0.08J,
杠杆的机械效率:
;
(2)由①②④三组实验,可以初步得出的结论:
相同的杠杆,提升的物体越重效率越高;
(3)W额=W总-W有用=0.1J-0.08J=0.02J,重心上升的高度为h'=0.01m;
根据W额=G杆h可得
。
故答案为:
(1)80%;
(2)①②④;(3)2。
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