机械效率.docx
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机械效率
1、(10三明)斜面是一种简单机械,生活中人们常常利用它来省力。
小明想搽究“斜面的机械效率与斜面的倾斜程度的关系”。
于是他找来木块A、长木扳B、三个高度不同的长方体C和一把弹簧测力计进行实验,实验装置如图所示。
(I)除上述器材外,小明要完成实验还需要的一种器材是
(2)在实验过程中,应沿斜面向上拉动术块,使木块做 运动;(3)实验记录数据如下表,则第3次实验时斜面的机械效率为 (4)分析比较下表中的实验数据,可得到的结论是:
斜面越陡
2、(10昭通)学习了机械效率知识后,某物理兴趣小组的同学对“斜面的机城效率跟什么因素有关”这一课题提出了一些猜想:
A.跟斜面的粗糙程度有关;B.跟斜面的倾斜程度有关;C.跟物体的重力有关;D.跟斜面的长度有关.
为了证实其中的部分猜想是否正确,小明同学设计方案并用相同材料的斜面和物块进行探究.下表反映了他的探究过程.
(I)请你替小明在表中两个空格处填上适当的数据.
(2)通过对比 两次(填实验次数的序号)实验数据,可验证猜想A.
(3)通过对比实验①③据,可以得出的探究结论是:
当其它条件一定时,斜面倾斜程度越大,斜面的机械效越 .
(4)若要验证猜想C,应控制不变的量是:
斜面长、斜面的倾斜程度和 ,需要改变的量是 .
3、在探究“斜面的机械效率高低与斜面的倾斜程度有什么关系”的实验中,用沿斜面向上的力F拉动小车,使小车从斜面底端匀速运动到斜面顶端,如图所示。
多次改变斜面倾斜程度,部分实验数据记录在下面的表格中,根据表格中数据回答下列问题:
斜面
倾斜度
小车重量
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
斜面的
机械效率
较缓
10
0.1
3
1
1
3
33.3%
较陡
10
0.2
4
1
2
4
50%
最陡
10
0.4
1
6
(1)当斜面“最陡”时,沿斜面拉力为 N;做的有用功为 J;斜面的机械效率为 %。
(2)通过对上述实验数据的分析,你认为斜面省力情况与斜面倾斜程度的关系是:
斜面越陡,需要的拉力越 。
(3)根据上面实验数据,你可以获得该实验探究的初步结论是:
4、如图所示,下面是某同学做探究“斜面的机械效率与斜面的粗糙程度、斜面的倾斜程度的关系”实验时,得到如下实验数据.
(1)此探究实验是采用了_____________的物理研究方法。
(2)请将上表中空格补充完整.
(3)请你根据表中的实验数据,得出要探究的实验结论:
结论一:
___________________________________________________________。
结论二:
____________________________________________。
5、在探究斜面机械效率的试验中,小明提出了“斜面的机械效率与斜面的倾斜程度有关”的猜想。
(1)要测量斜面的机械效率,除了长木板和木块(如图所示)外,还需要的主要测量工具是刻度尺和 。
(2)在试验过程中,应沿斜面向上拉动木块,使其做 运动。
(3)要验证以上猜想,需要控制不变的因素有:
。
(4)斜面在我们生活中的应用有 (只写出一条即可)。
6、某实验小组探究影响滑轮组机械效率的因素的实验装置如图所示,实验数据如下表。
若不计摩擦,比较1和2两次的实验数据,可以看出滑轮组的机械效率与 有关;比较1和3两次的实验数据,可以看出滑轮组的机械效率与 有关。
7、小刚小组探究了影响滑轮组机械效率的因素后,联想斜面也是一种机械,那么斜面的机械效率与斜面的哪些因素有关呢?
小刚猜想斜面的机械效率可能跟斜面的粗糙程度有关,小萌猜想可能跟斜面的倾斜程度有关。
于是他们将一块长木板的一端垫高,构成长度一定、高度可调的斜面,用弹簧测力计拉着同一木块沿不同的斜面匀速向上运动,如图28所示。
下表是他们实验记录得有关数据。
(1)在第1、2、3次实验中,选用玻璃、木板、毛巾作为斜面表面的材料,是为了 。
(2)在第2次实验中,拉力做的总功是 J,斜面的机械效率是 。
(3)分析第1、2、3次实验数据,可以得出:
当其他条件一定时, 。
(4)若通过分析第1、4、5次实验数据,得出斜面倾斜程度越大,斜面的机械效率越大。
你认为存在的问题是:
。
(5)实验中还发现,斜面材料相同时,斜面倾角越小,越 (选填“省力”或“费力”)。
8、某同学在“测滑轮组机械效率”的实验中,用图所示的装置匀速提起重物,并做了如下实验记录:
实验次数
l
2
3
4
钩码重G/N
2
4
6
4
钩码上升高度h/m
0.1
0.1
0.1
0.1
绳端拉力F/N
0.4
1.4
2.3
1.8
绳端移动距离s/m
0.3
0.5
0.3
0.3
机械效率η
167%
57%
87%
74%
(1)如果你对该同学的实验记录进行有关分析,就会发现他的实验1结果是违背物理规律的,其表现在于:
(2)图甲是弹簧测力计的放大图。
结合图甲你会发现导致实验1结果违背物理规律的原因。
其原因是
(3)纠正错误后,可计算实验1的滑轮组的机械效率为
(4)从表中数据可分析出实验2是用 图做的实验,实验3是用 图做的实验
(5)通过实验2和实验4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
(6)比较实验3和实验4可得结论:
使用同一滑轮组, 可以提高滑轮组的机械效率
9、做“测滑轮组的机械效率”的实验.
(1)实验所用的器材除铁架台、滑轮组、细绳和钩码外,还需要_______和_______.
(2)实验时,除已知钩码重外,需要测量的物理量是_______、_______和_______.需要计算的物理量是_______、_______和_______.
(3)请设计出实验记录表格.
10、如图所示是某实验小组“测滑轮组机械效率”的实验装置。
(1)实验中必须匀速提升钩码,此时有用功W有=Gh。
请根据功的计算公式W=FS推导出该表达式。
(2)第1次实验中使用该装置匀速提起1个钩码,第2次实验中使用该装置匀速提起4个钩码,高度相同。
前后两次该滑轮组的机械效率是否相同?
为什么?
(不计摩擦和绳重,要求写出分析过程)
11、某实验小组在“测滑轮组机械效率”的实验中得到的数据如下表所示,第1、2、3次实验装置分别如图中的甲、乙、丙所示。
次数
钩码生
G/N
钩码上升
高度h/m
有用功
W有用/J
测力计
拉力F/N
测力计移动距离s/m
总功
W总/J
机械效率
η
1
2
0.1
0.9
0.3
0.27
74.1%
2
4
0.1
0.4
1.6
0.3
83.3%
3
4
0.1
0.4
1.1
0.5
0.55
⑴请将表格中的三个空白处填好。
⑵比较第1次实验和第2次实验,可得结论:
使用同样的滑轮组,提起的钩码越重,滑轮组的机械效率越 。
⑶第3次实验中动滑轮个数比第2次实验多,动滑轮自重增大,对动滑轮所做的额外功 (选填“增
大”或“减小”),因而,由第2、3次实验可知:
滑轮组的机械效率与动滑轮自重大小有关。
⑷综上所述,提高机械效率的方法有增大有用功, 额外功(选填“增大”或“减小”)。
12、 王明按正确的方法测定滑轮组的机械效率,图是他在测定时的方法,表为测定时记录的一组数据
钩码总重
G(N)
钩码上升高度
h(m)
测力计拉力
F(N)
测力计移动距离
s(m)
2
0.05
0.4
0.15
(1)由表中数据可以计算出,滑轮组对钩码所做的有用功为0.1J,人做的总功为_________J.
(2)对以上两个计算结果进行比较,其不合理之处是_________________;结合弹簧测力计放大图,可知王明的错误是________________________________________。
(3)计算出该滑轮组的机械效率______________________________
二、计算题
13、如图,将重为400N的物体匀速提升2m,所用拉力为250N(不计摩擦和绳重).求:
①有用功W有.
②总功W总.
③机械效率η.
④若用此装置匀速提起700N的重物,需要多大的拉力?
14、如图所示,工人师傅用一个定滑轮和动滑轮组成滑轮组,把重为500N的箱子匀速提升5m,动滑轮的质量为8kg,
不计绳重和摩擦,取g=10N/kg.
(1)在图中用笔画线代替细绳组装滑轮组.
(2)在向上提升箱子的过程中,人对绳子的拉力为多大?
(3)在向上提升箱子的过程中,滑轮组的机械效率为多少?
15、(10·天津)某建筑工地上,工人用图所示的动滑轮将重450N的物体匀速竖直提升了6m,若已知动滑轮此时的机械效率为90%。
请计算;
(1)工人提升重物所做的有用功是多少?
(2)工人提升重物所做的总功是多少?
16、(10·茂名)(8分)用如图所示的滑轮组去拉物体A,已知A物质的密度是2×103kg/m3,底面积是0.3m3,重力为600N。
物体
A在F=100N的拉力作用下,沿水平方向匀速前进了2m。
(g取10N/kg)求:
(1)物体A对水平地面的压强是多少?
(2)物体A的体积是多大?
(3)若该装置的机械效率为80%,物体A在水平方向上受到的阻力是多少
17、(10·枣庄)张强同学利用如图所示的滑轮组将货物运送到楼上,图中每个滑轮等重,不计绳子重和摩擦。
如果所送货物重G从200N开始逐渐增加,直到绳子被拉断。
每次均匀速拉动绳子,且提升同样的高度。
图乙记录了在整个过程中滑轮组的机械效率随货物的重力的增加而变化的图像。
请根据有关信息完成以下问题:
(1)每个滑轮的重是多少?
(2)绳子能承受的最大拉力是多少?
(3)当绳子的拉力最大时,滑轮组的机械效率是多少?
18、如图所示,物重G为2000N,斜面长5m,高3m,斜面和滑轮组装置的总机械效率为80%,若将重物沿斜面以0.2m/s的速度拉上来,
求:
(1)所需拉力F是多少?
(2)机械的总功率是多少?
19、如图所示,在杠杆的中点挂一质量为20kg的物体,某人在端点用125N向上的力将该物体匀速提高了0.5m.,则此人对物体做功的机械效率为多少?
20、一台起重机把质量为0.6t的重物匀速提升了3m,如果它的电动机所做的功是3.0×104J,则起重机的机械效率是多少?
(g=10N/kg)
21、一斜面长为100cm,高为20cm,现用3牛的拉力将一重为10牛的小车拉上斜面,则
(1)这个过程中有用功与总功分别为多少焦?
(2)该斜面的机械效率为多大?
22、如图,用一个动滑轮把重120N的砂子提高到9m高的脚手架上,所用的力是80N,那么:
(1)所做的有用功与总功分别是多少J?
(2)它的机械效率是多少?
23、斜面的高是1m,长是4m,把重1500N的物体沿斜面推上去所用的推力是500N,求:
斜面的机械效率是多大?
24、利用图的滑轮组来拉动汽车,已知汽车与地面间的摩擦力是4.08×103N,将汽车移动1m,拉力做的总功是4800J,试求此时滑轮组的机械效率.
25、如图,要把一个质量是450kg的贵重物品A沿水平地面移动100m,工人把它放在一个质量是50kg的木板B上,然后用400N的水平拉力将木板B沿直线匀速拉动,直至终点。
(注:
滑动摩擦力的大小与压力的大小成正比)
(1)在匀速拉动B的过程中,A、B之间的摩擦力是 N。
(2)计算拉力做的总功是多少焦耳?
(3)在拉力做功的过程中,机械效率是多少?
26、斜面也是一种简单机械。
如图所示,已知斜面上木箱的质量m=40kg,人对木箱的拉力F=75N,斜面长s=4m,斜面高h=0.5m。
求:
①木箱受到的重力(g取10N/kg);
②斜面的机械效率。
27、如图所示,斜面长5m,高3m,小明用绳子沿斜面将重为300N的木块由斜面底端匀速拉到顶端,拉力大小为240N,绳重不计。
求:
(1)小明做的有用功;
(2)斜面的机械效率。
28、如图,搬运工人用滑轮组往4m高的平台上运砂石。
已知每袋砂石的质量是63kg,动滑轮重70N。
当工人匀速拉动绳索时,所用的拉力为多大?
该滑轮组的机械效率为多少?
(不计袋重、绳重和摩擦;g取10N/kg)
29、分别用甲、乙两滑轮组匀速提升重为100N的物体,已知它们的机械效率分别是75%和80%,求:
(1)将重物提高3m时,甲、乙两滑轮组所做的总功各是多少?
(2)拉力F1和F2的比值是多少?
30、一个重为50牛的物体,在F=10牛外力作用下,自底端A匀速运动到B所需时间8秒,斜高为1.5米,机械效率为75%,求物体从A运动到顶点B的速度为多少?
参考答案
一、实验,探究题
1、刻度尺;匀速直线;71.4;斜面的机械效率越高。
2、78
(2)①② (3)高(大) (4)斜面的粗糙度 物体重力
3、1、6;4;66.7;2、大3、斜面越陡,机械效率越高。
4、答案:
(1)控制变量法
(2)0.756 0.9 84
结论一:
斜面的光滑程度相同时,斜面的倾斜角度越大(小),机械效率越高(低)
结论二:
斜面的倾斜程度相同时,斜面的表面越粗糙(光滑),机械效率越低(高)
解析:
考查探究斜面的机械效率与斜面的粗糙程度、斜面的倾斜程度的关系
分析:
(1)由于斜面的机械效率与斜面的粗糙程度、倾斜程度均有关系,故设计实验时应运用控制变量法,如探究与斜面的倾斜程度的关系时,需控制斜面的粗糙程度,前三次实验中均采用玻璃面就是这个道理;
(2)W有=Gh=2.1N×0.36m=0.756J,W总=Fs=1.8N×0.5m=0.9J,故η=
=
=84%;(3)对比前三次实验可知,在斜面的光滑程度相同时,斜面的倾斜角度越大(小),机械效率越高(低);对比第3、4两次实验可知,斜面的倾斜程度相同时,斜面的表面越粗糙(光滑),机械效率越低(高)。
5、
(1)弹簧测力计(或天平)
(2)匀速直线 (3)同一木块;同一木板 (4)盘山公路等 【解析】考查点:
探究斜面的机械效率。
分析:
测量机械效率,需要测量出木块的质量或重力,因此需要的器材是弹簧测力计或天平。
在测量时,要保持木块做匀速直线运动。
控制变量法只允许有一个变量,因此要使用同一木块和同一木板。
根据斜面省力的特点,盘上公路就是利用了斜面。
6、动滑轮的个数(或动滑轮的总重) 提升的物重
7、
(1)改变接触面的粗糙程度
(2)6 58.3%
(3)斜面的粗糙程度越大(或小),斜面的机械效率越低(或高)。
(4)没有控制接触面的粗糙程度相同 (5)省力
8、
(1)有用功比总功大(或“机械效率大于1”“机械效率等于167%”)
(2)弹簧测力计读数错误,应为0.8N
(3)83%
(4)乙 甲
(5)低 (6)增加物体重量
9、
(1)重物 刻度尺
(2)s h G 总功 有用功 机械效率 (3)略
10、
(1)滑轮组对钩码所做的功为有用功(1分),令滑轮组对钩码的拉力为F1,钩码上升高度为h,钩码重力为G,故:
W有=F1h;
钩码匀速上升时处于平衡状态,故:
F1=G;(1分)
所以,在匀速提升钩码时,有用功W有=Gh。
(1分)
(2)第2次实验中的机械效率比第1次高(1分)。
由机械效率公式,第1次实验时的机械效率:
η1=W有1/W总1=Gh/(Gh+W额外1) (1分)
同理,第2次实验时的机械效率:
η2=W有2/W总2=4Gh/(4Gh+W额外2) (1分)
其中 W额外1=W额外2 (1分)
所以 η1<η2
(说明:
本题用文字说明的方法解答也可以)
11、⑴0.2,0.48,72.7% ⑵高 ⑶增大 ⑷减小
12、
(1)0.06J.(2分)
(2)有用功大于总功。
(1分)弹簧测力计读数错误(1分)
(3)83.3%(2分)
二、计算题
13、800J(1分),1000J(1分),80%(1分),400N(2分).
14、
(1)滑轮组绕线如图所示 (2分)
(2)人对绳子的拉力
(2分)
(1分)
(3)提升过程的有用功W有=Gh (1分)
总功W总=Fs=F·2h (1分)
机械效率
(1分)
(答
,同样给分)
15、
16、解:
(1)物体A在水平地面,F=G=600N(1分)
17、解:
(1)由乙图可知:
当G=200N时,η=50%……………………………………(1分)
G滑=100N………………(2分)
(2)由乙图可知:
当G/=1800N时,绳子刚好被拉断…………………………………(1分)
则绳子能承受的最大拉力
………………………………(2分)
(3)当绳子的拉力最大时,滑轮组的机械效率是
………………………………(2分)
18、
19、分析:
被提升物体的重力
G=mg=196N
物体升高的距离h
=0.5m,动力F=125N,但动力作用点升高的距离h
未知。
由图知,物体升高的距离h
=AB.
又
故AB:
A’B’=AO:
A’O=1:
2,
A’B’=2AB=2
则
=
=
=78.4%
20、起重机提升重物所用的力等于物体所受的重力:
F=mg
起重机提升重物所做的功是有用功:
W有=Fh=mgh=0.6×103kg×10N/kg×3m=1.8×104J
起重机的电机所做的功是总功:
W总=3.0×104J
因此,起重机的机械效率是:
η=
=
=60%
答:
起重机的机械效率是60%。
21、2J 3J 66.7%
22、1080J 1440J 75%
23、75%
24、85%
25、
(1)0
(2)W总=FS=400N×100m=4×104J
(3)解法一:
水平拉力可以分成两个成分,即拉动A的拉力和拉动B的拉力
拉动A的拉力:
FA=9/10×400N=360N
拉动A做有用功:
W有用=FAS=360N×100m=3.6×104J
机械效率:
η=W有用/W总=3.6×104J/(4×104J)=90%
解法二:
因为:
η=W有用/W总=(FAS)/(FS)=FA/F=fA/f
又因为摩擦力与压力成正比,所以:
η=fA/f=GA/G=mA/m =450kg/500kg=90%
解法三:
因为:
η=W有用/W总=(FAS)/(FS)=FA/F
根据提示,拉动A所用拉力在总拉力中所占的比例等于A的重量在总重量中所占的比例,所以:
η=GA/G=mA/m=90%
26、
(1)G=mg=40kg×10N/kg=400N
(2)W有用=Gh=400N×0.5m=200J
W总==75N×4m=300J
η=W有用/W总=200J/300J=66.7%
答:
重力为400N,机械效率为66.7%。
27、
(1)小明做的有用功:
=Gh=300N×3m=900J
(2)小明做的总功:
=Fs=240N×5m=1200J
斜面的效率:
28、
(1)
(2)
29、
(1)400J 375J
(2)8∶5
30、W总=W有/η W总=Fvtv=1.25米/秒
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