中考物理实验专题复习探究滑轮组的机械效率的实验答案解析.docx
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中考物理实验专题复习探究滑轮组的机械效率的实验答案解析
2019年中考物理实验专题复习——
探究滑轮组的机械效率的实验
答案解析
1.(2018铜仁)如图所示,小刚做“测量滑轮组的机械效率”实验时,用20N的拉力将重为30N的物体匀速提升30cm.求:
①此滑轮组是由段绳子承担动滑轮和物体的总重。
②滑轮组的机械效率是%.
③测量滑轮组的机械效率时,下列因素中:
a.动滑轮重力、b.绳子
绕法、c.摩擦力、d.定滑轮重力、e.物体重力,对滑轮组机械
效率有影响的是( )
A.acdeB.bceC.aceD.abcde
【专题】实验题;测量型实验综合题.
【分析】
(1)根据作用在动滑轮上的条数确定几条绳子承担重物;
(3)根据机械效率的概念分析解答。
【解答】解:
①因为一个动滑轮提供两条绳子,而动滑轮中间的挂钩也提供一条,所以重物和动滑轮由3段绳子承担;
②滑轮组的机械效率:
③总功等于有用功加额外功,减小动滑轮重力,可以减小额外功,从而减小总功,根据
可知,可以提高滑轮组的机械效率,故a有影响;
,改变绳子绕法、减小定滑轮重力,滑轮组的机械
效率不变,不能提高滑轮组机械效率,故b、d无影响;
总功等于有用功加额外功,减小绳子与滑轮之间的摩擦,额外功减小,总功减小,有用功不变,可以提高滑轮组的机械效率,故c有影响;
,增大重物重力,可以提高滑轮组的机械效率,故
e有影响;
故选C。
故答案为:
①3;②75;③C。
【点评】此题考查滑轮组的认识、提高机械效率的方法,是一道综合性较强的题目,考查非常全面,需要学生具备扎实的物理知识。
2.(2018•南通)小华用图示装置探究滑轮组的机械效率,实验数据记录如下:
次数
物重G/N
物体上升高度h/m
拉力F/N
机械效率η
1
2
0.10
1.0
66.7%
2
3
0.10
1.4
71.4%
3
6
0.10
2.5
(1)实验中应竖直向上 匀速 拉动弹簧测力计,绳端移动距离为 0.3 m。
(2)第3次实验的机械效率为 80 %。
(3)分析数据可知,提高同一滑轮组的机械效率,可以采取的措施是 增加物重 ;小华所用动滑轮的重一定小于 1 N。
【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;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;
(2)根据公式η=
=
可计算出机械效率;
(3)根据1、2、3次实验中使用同样的滑轮组,做的额外功相同;提起的物体越重,做的有用功越多,有用功占总功的比值越大,机械效率越大。
当物体越重时,对滑轮的压力越大,摩擦力越大,所以第一次实验受摩擦力的影响最小,根据G动=nF﹣G物算出动滑轮的重力。
【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;
由图示可知,滑轮组承重绳子有效股数n=3,弹簧测力计移动的距离s=3h=3×0.10m=0.3m;
(2)第3次测量中,
有用功:
W有用=Gh=6N×0.10m=0.60J;
做功:
W总=Fs=2.5N×0.30m=0.75J;
机械效率为:
η3=
×100%=
×100%=80%;
(3)由1、2、3次数据知,同一滑轮组,物体越重,机械效率越高,故增加物重可以提高同一滑轮组的机械效率;
当物体越重时,对滑轮的压力越大,摩擦力越大,所以第一次实验受摩擦力的影响最小,此时滑轮的重力为:
G动=nF﹣G物=3×1N﹣2N=1N。
故答案为:
(1)匀速;0.3;
(2)80;(3)增加物重;1。
【点评】滑轮组的机械效率跟提起的物重有关,跟物体升高的距离、移动的速度、绳子的绕法无关。
通过增加提起的物重来提高机械效率。
本题关键:
一是知道改变机械效率的方法(增大提升重物的重、减少摩擦机械重),二是承担物重的绳子股数的确定。
3.(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。
物理量滑轮组
装置甲
装置乙
钩码重G/N
4
4
钩码上升高度h/m
0.1
0.1
绳端拉力F/N
1.6
1.4
绳端移动距离s/m
0.3
0.4
机械效率η
71.4%
(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 0.8 N,甲滑轮组的机械效率是 83.3% ;
(2)由计结果可以确定 小马 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 动滑轮的个数 ,由此可知,可采用 尽可能的减小动滑轮的个数 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 等于 (选填“大于”“等于”或“小于”)装置的机械效率。
【解答】解:
(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。
故答案为:
(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。
4.(2018•黔南州)18.如图为某同学测动滑轮机械效率的示意图。
他用弹簧测力计拉动绳子的自由端,将质量为200g的钩码从A位置匀速提升到B位置,同时弹簧测力计从图中的A′位置匀速竖直上升到B′位置,这个过程用时2秒,弹簧测力计对绳的拉力为F.请你根据这个同学做的实验完成下列问题:
(1)准备了下列器材:
钩码、天平、滑轮组、细绳、弹簧测力计和刻度尺,其中多余的器材是 天平 ;
(2)如图,由刻度尺的读数可知,钩码上升的距离是 10.0 cm。
(3)若弹簧测力计的读数为1.2N,则这个动滑轮的机械效率是 83.3% ,拉力F做功的功率是 0.12 W。
【解答】解:
(1)实验中不需要测出钩码的质量,故多余的器材是天平;
(2)由图可知,刻度尺的分度值是1cm,则钩码上升的距离为10.0cm;
(3)弹簧测力计从25cm开始上升,上升到45cm处,绳子末端移动的距离s=20.0cm=0.2m;
拉力做的功即总功为:
W总=FS=1.2N×0.2m=0.24J;
有用功为:
W有=Gh=mgh=0.2kg×10N/kg×0.1m=0.2J;
机械效率为:
η=
=
=83.3%;
拉力F做功的功率是:
P=
=
=0.12W。
故答案为:
(1)天平;
(2)10.0;(3)83.3%;0.12。
5.(2018•绵阳)某小组同学测量滑轮组的机械效率。
实验步骤有:
(i)按照如图所示安装滑轮组,测钩码重力G并记钩码和绳端的位置
(ii)用弹簧测力计缓慢拉动绳端,使钩码上升,读出拉力F的值,并测出钩码上升的高度h和绳端移动的距离s;
(iii)记录实验数据填入表格中(表格略);
(iv)多次改变钩码的数量,重复上述实验;
(v)用动滑轮质量不同的两个滑轮组吊相同的钩码,分别测机械效率;
(vi)分析测量结果,讨论影响机械效率的因素
回答以下问题:
(1)除了如图所示器材和弹簧测力计外,还需要的器材是 绳子 。
(2)滑轮组机械效率的计算公式是η=
(用直接测得的物理量符号表示)。
(3)关于影响滑轮组机械效率的因素,该小组同学讨论后得到以下认识,你认为正确的有 ADE (填序号,可能不止一项正确)。
A.在相同情况下,摩擦越大,机械效率越小
B.在相同情况下,摩擦越大,机械效率越大
C.忽略摩擦,定滑轮质量相同,则机械效率相同
D.忽略摩擦,动滑轮质量相同,则机械效率相同
E.忽略摩擦,动滑轮质量相同,所吊重物质量越大,则机械效率越大
F.忽略摩擦,动滑轮质量相同,所吊重物质量越大,则机械效率越小
【分析】
(1)
(2)滑轮组是用绳子把定滑轮和动滑轮组装而成的机械装置,根据滑轮组的机械效率公式η=
=
=
=
分析探究所需要测量的工具以及测量的量、表达式;
(3)滑轮组机械效率与物体重力、动滑轮的重力,以及摩擦力的大小有关,在有用功不变的情况下,所做的额外功越多,滑轮组的机械效率越低。
【解答】解:
(1)由图可知,除了滑轮,弹簧测力计外,还需要组装滑轮的绳子;
(2)由滑轮组的图上可知,n=3
滑轮组做的有用功为W有=Gh,总功为W总=Fs=Fnh=3Fh,
机械效率的表达式为η=
=
=
;
(3)AB、在相同情况下,摩擦越大,所做的额外公功越多,机械效率越小,故A正确,B错误;
CD、忽略摩擦,滑轮组的机械效率,与定滑轮的质量无关,动滑轮质量相同,重力相同,额外功相同,则机械效率相同,故C错误、D正确;
EF、忽略摩擦,动滑轮质量相同,所吊重物质量越大,所做的有用功越多,则机械效率越大。
故E正确、F错误。
故选ADE。
故答案为:
(1)绳子;
(2)
;(3)ADE。
【点评】本题考查了实验探究滑轮组的机械效率,要学会依据公式(原理)确定实验器材、实验所要测量的物理量、实验步骤、实验数据表格的设计等能力。
23.(6分)(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 乙 做的实验
③实验序号3中的机械效率η= 80%
装置图
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η
1
4
0.1
1.8
0.3
74%
2
8
0.1
3.1
0.3
86%
3
8
0.1
2.5
0.4
结论
通过比较 1、2 (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 越低
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
不正确 (选填“正确”或“不正确”),因为他没有考虑到 摩擦力 对滑轮组机械效率的影响。
【分析】
(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,求出实验1中绳子的有效段数分析;
求出实验2中绳子的有效段数分析;
③根据η=
=
×100%求第3次实验的机械效率:
(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,找出合适的次数;
比较实验2和3的相同条件和不同条件得出结论;
(3)在测力计静止时,不会克服轮与轴、绳与轮之间的摩擦考虑。
【解答】解:
(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。
故答案为:
②乙;③80%;1、2;越低;不正确;摩擦力。
【点评】本题测量滑轮组的机械效率,考查注意事项、绳子自由端移动的距离s与提升物体的高度h的关系、机械效率的计算、数据分析及摩擦力的知识。
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 匀速 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 不正确 (选填“正确”或“不正确”),因为她没有考虑到 摩擦 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 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(填实验次数的序号)
(5)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.(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:
不同滑轮组提升相同重物时,动滑轮越轻,滑轮组机械效率越高.(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
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%
【考点】F8:
滑轮(组)机械效率的测量实验.
【分析】
(1)实验中应沿竖直方向匀速缓慢拉动弹簧测力计;
(2)在测力计静止时,不会克服轮与轴、绳与轮之间的摩擦考虑;
(3)根据绳端移动距离与物体升高的高度的关系s=nh求解;根据机械效率公式求解;
(4)研究同一滑轮组的机械效率与绳子段数的关系时,要控制提升物体的质量相同,改变绳子的有效段数;
(5)研究同一滑轮组提升重物时,机械效率与物重的关系时,要控制绳子的段数相同;
(6)对比3、4两次实验的相同和不同量,结论表中数据得出结论.
【解答】解:
(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)
故答案为:
(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.
【点评】本题测滑轮组机械效率,考查注意事项、控制变量法的运用、机械效率的计算、数据的分析等,综合性较强.
8.(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 5.0 cm,拉力是 2 N,该滑轮组的机械效率η= 75% ;
(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 变小 (选填“变大”、“变小”或“不变”)。
【分析】
(1)读出BB'之间的距离,根据滑轮组的特点求出物体上升的高度;根据测力计的分度值读出测力计示数;知道物体重力和物体升高的距离,求出绳子自由端移动的距离,读出弹簧测力计的示数;根据η=
求出机械效率。
(2)根据额外功的变化判定机械效率的变化。
【解答】解:
(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。
故答案为:
(1)5.0;2;75%;
(2)变小。
【点评】学生进行实验时,只知道要竖直向上匀速拉动绳子,但是不知道为什么这样做,其目的是:
保证拉力大小不变,绳子自由端移动距离是物体升高距离的n倍(n是指承担物体和动滑轮绳子的段数)。
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