初中物理实验22 探究杠杆滑轮和斜面的机械效率.docx

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初中物理实验22探究杠杆滑轮和斜面的机械效率

实验22探究杠杆、滑轮和斜面的机械效率

典例（2011年•山东德州卷）在探究“影响滑轮组机械效率的因素”实验中，某同学用同一滑轮组分别做了三次实验，如图所示。

实验数据记录如下：

钩码重力G/S

钩码上升的距离h/cm

弹簧测力计的读数F/N

弹簧测力计上升的距离s/cm

机械效率

5

5

2.4

20

52.1%

10

5

①

20

68.5%

15

5

5.1

20

②

（1）编号①处数据应为　　，编号②数据应为　　．（结果保留一位小数）

（2）分析以上实验数据可以得出如下结论：

同一滑轮组的机械效率主要与　　有关．

解析：

滑轮组做的有用功是克服钩码的重力做的功，即W有用=Gh；总功是绳子自由端的拉力做的功，即W总=Fs，因此滑轮组机械效率的计算公式是η=W有用/W总=Gh/Fs．

（1）①第二次实验中，机械效率计算公式η=W有用/W总=Gh/Fs，所以弹簧测力计拉力F=Gh/ηs=

≈3.6N。

②第三次实验中，有用功W有用=Gh=15N×0.05m=0.75J，W总=FS=5.1N×0.2m=1.02J，机械效率η=W有用/W总×100%=0.75J/1.02J×100%≈73.5%．

（2）实验选用的是同一滑轮组，绳子的段数和动滑轮的重力等因素相同，不同的是所提升物体的重力，因此研究的是机械效率和提升物体重力的关系。

答案：

（1）3.7；73.5%

（2）提升重物的重力

点评：

影响滑轮组机械效率的因素有提升物体的重力、动滑轮重力、绳子段数和摩擦等，研究时采用了控制变量法的思想。

《实验22探究杠杆、滑轮和斜面的机械效率》针对练习

1．（2011年·黑龙江牡丹江卷）如图所示，在探究“斜面的机械效率”的实验中，以下说法正确的是（）

A．用弹簧测力计沿斜面向上拉木块时，应尽量匀速

B．斜面的倾斜程度影响斜面的机械效率

C．木块与斜面间的摩擦对斜面的机械效率没有影响

D．斜面的倾斜程度越大，沿斜面所用的拉力越小

1.AB

2．（2011年中考·安徽省卷）某实验小组利用图示装置研究杠杆的机械效率，实验的主要步骤如下：

①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，使杠杆保持水平；

②竖直向上拉动弹簧测力计缓慢匀速上升（保持O点位置不变），在此过程中弹簧测力计的读数为F，利用刻度尺分别测出A、B两点上升的高度为h1、h2。

回答下列问题：

（1）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）本次实验中，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C，O、B位置不变，仍将钩码提升相同的高度，则杠杆的机械效率将＿＿＿＿＿（选填“变大”、“变小”或“不变”）。

2.

（1）

×100%

（2）杠杆的自重（3）变大

解析：

（1）克服钩码重力所做的功为有用功W有用=Gh1，拉力所做的功为总功W总=Fh2，所以机械效率η=W有用/W总=

×100%。

（2）若提升的钩码重一定，则影响杠杆机械效率的主要因素是杠杆自重。

（3）若只将钩码的悬挂点由A移至C，O、B位置不变，仍将钩码提升相同的高度，则有用功不变，而克服杠杆自重需要做的额外功减小，所以总功减小，机械效率变大。

3．（2011年中考·福建福州卷）如图所示，在“测滑轮组机械效率”实验中，物体重为5.4N。

（1）实验时要竖直向上且＿＿＿＿拉动弹簧测力计。

若物体上升高度为10cm，此时弹簧测力计的示数如图中所示，是＿＿＿＿＿N，则滑轮组的机械效率是＿＿＿＿＿

。

（2）若仅增加物体的重量，该滑轮组的机械效率将＿＿＿＿（选填“增大”、“减小”或“不变”）。

（不计

摩擦）

3.

（1）匀速；2.4；75％

（2）增大

解析：

（1）只有匀速上拉才能保证拉力大小不变；拉力计的示数为2.4N，即拉力大小为2.4N，滑轮组的机械效率为

。

（2）该滑轮组工作时的额外功来自于克服动滑轮重力所做的功，当物体上升高度一定时，额外功大小不变，若只增大物重，有用功增大，额外功不变，根据机械效率

可知机械效率增大。

4．（2011年中考·福建南平卷）在“探究影响滑轮组机械效率的因素”的实验中，小红用如下图所示的滑轮组按图中顺序做了三次实验，实验数据如下表：

（1）在实验操作中应竖直向上_________拉动弹簧测力计。

（2）请在表中的空格处填上第三次实验的机械效率。

（3）从实验数据分析可知：

提升同一物体，动滑轮越重，滑轮组的机械效率越______。

4.

（1）匀速

（2）40%（3）低

5．（2011年中考·广东河源卷）如图所示是“测量滑轮组机械效率”的实验装置，钩码总重6N。

实验时要竖直向上匀速拉动弹簧测力计，由图可知拉力大小为______N，若钩码上升的高度为8cm，则弹簧测力计向上移动______cm，该滑轮组的机械效率为______%（结果保留一位小数）。

5.2.4；24；83.3解析：

弹簧测力计的读数即拉力大小为F=2.4N，若钩码上升的高度为h=8cm，则弹簧测力计向上移动s=3h=24cm，该滑轮组的机械效率为η=W有/W总=Gh/Fs=G/3F=6N/3×2.4N=83.3%。

6．（2011年中考·广西北海卷）用如图所示实验装置测量动滑轮的机械效率。

（1）实验时，应竖直向上_______拉动弹簧测力计，使挂在动滑轮下的物体A缓慢上升。

（2）将滑轮拉至图中虚线位置的过程中测力计的示数F为______N，物体A重G为3.6N，物体A上升高度h为0.1m，测力计移动距离s为0.2m，则动滑轮的机械效率为_______。

6.匀速；2.4；75%解析：

实验时，应竖直向上匀速拉动弹簧测力计，使挂在动滑轮下的物体A缓慢上升。

图中弹簧测力计的示数为2.4N；在整个上升过程中，重物重力做的功为有用功W有=Gh=3.6N×0.1m=0.36J，拉力做的功为总功W总=Fs=2.4N×0.2m=0.48J，所以机械效率为η=W有/W总=75%。

7.（2011年中考·山东泰安卷）如图为测量滑轮

组机械效率的实验装置，钩码总重6N。

（1）实验时要竖直向上拉动弹簧测力计，由图可知拉力大小为N，若钩码上升的高度为10cm,则有用功是J，该滑轮组的机械效率为。

（2）若仅减少钩码的个数，该滑轮组的机械效率将。

（选填“增大”、“减小”或“不变”）

7.

（1）匀速　　2.4　0.6

　83.3%（或83%、83.33%）

（2）减小

解析：

（1）实验时要竖直向上匀速拉动弹簧测力计，以保证拉力大小恒定；由图可知拉力大小为2.4N，若钩码上升的高度为10cm,则有用功是W有=Gh=6N×0.1m=0.6J，总功为W总=Fnh=2.4N×3×0.1m=0.72J，所以该滑轮组的机械效率为η=W有/W总=83.3%。

（2）若仅减少钩码的个数，即减小物重，则将物体提升相同高度时，有用功变小，额外功不变，总功变小，根据η=W有/W总=（W总-W额）/W总=1-（W额/W总）可知，该滑轮组的机械效率将减小。

8.（2011年中考·云南大理、雄楚卷）如图l2所示是小华同学探究滑轮组的机械效率的实验装置，实验数据如下表：

实验次数

钩码重G/N

钩码上升高度h／cm

弹簧测力计示数F/N

弹簧测力计移动的距离s／cm

机械效率η％

1

1

10

0.5

30

66.7

2

2

10

0.75

30

88.9

3

2

20

0.75

（1）实验中应该竖直向上拉动弹簧测力计；

（2）第3次测量中，弹簧测力计移动的距离为cm，滑轮组机械效率为；

（3）分析实验数据，可得出的实验结论是：

滑轮组机械效率与有关。

9．（2011年中考·黑龙江大庆卷）小霞在做“测滑轮组机械效率”的实验前猜想，滑轮组机械效率的大小可能与三个因素有关：

（1）所提物体的重力；

（2）动滑轮的重力；（3）绳子的绕法．

为了验证自己的猜想，她做了四次实验，如上图所示（实验所用的每个滑轮重力相同）．第1、2次实验是用甲滑轮组，第3次实验是用乙滑轮组，第4次实验是把第1次实验的滑轮组换了种绕法．实验数据如下表：

实验次数

钩码重力／N

钩码匀速上升的距离／m

绳子自由端的拉力F／N

绳子自由端移动的距离／m

机械效率/％

1

2

0.1

1.2

0.2

83.3

2

4

0.1

2.3

0.2

87.0

3

4

1

1.4

0.4

71.4

4

2

0.1

0.8

0.3

（1）分析对比第1、2次实验数据，对猜想

（1）可得结论：

；

（2）分析对比第2、3次实验数据，对猜想

（2）可得结论：

；

（3）将第4次实验的绳子绕法在丙滑轮组上画出，并在数据表中算出机械效率．

（4）对比第、两次实验数据，可知滑轮组机械效率与绳子绕法无关．

9.

（1）滑轮重力一定、绕法相同，所提物体重力越大，机械效率越高（只答出滑轮组的机械效率与所提物体的重力有关不给分）

（2）所提物体重力相同，绕法相同，动滑轮的重力越大，机械效率越低（只答出滑轮组的机械效率与动滑轮的重力有关不给分）（3）如下图所示；83.3（4）l；4（或4；1）

10．（2011年中考·湖北十堰卷）如图是小枫探究影响斜面机械效率因素的实验装置。

他在实验时用弹簧测力计拉着同一木块沿着不同的斜面匀速向上运动，实验测量的数据如下表。

请你解答下列问题：

（1）在第4次实验中，木块受到的摩擦力是_________N。

（结果保留一位小数）

（2）分析第1、2、4次实验数据，尅得出：

在斜面光滑程度一定时，______________。

（3）分析第3、4、5次实验数据，可得出：

____________________________________。

（4）该实验用到的研究方法是_________。

请你再举出一例用此方法的实验_________。

10.

（1）1.8

（2）斜面的倾斜角越大，其机械效率越高（3）在斜面的倾斜角一定时，斜面越光滑，其机械效率越高（4）控制变量法；探究电阻上的电流跟两端电压的关系（其它正确的均可给分）

11．（2011年中考·安徽芜湖卷）在“探究哪些因素影响滑轮组的机械效率”的实验中，某小组利用如图所示装置测得了四组数据，如下表所示。

（1）前三次实验中，第____次实验数据明显出现错误，应当剔除。

（2）第四次实验中，有用功是______J，总功是__________J，滑轮组的机械效率为________。

（3）根据以上信息，请判断：

该小组设计这四次实验的目的是为了探究滑轮组的机械效率与____________是否有关。

11.

（1）3

（2）0.30.3683.33%（3）钩码上升的高度

解析：

（1）根据滑轮组的结构可知，利用该滑轮可以省力但费距离，拉力计移动的距离应该是钩码上升高度的3倍，即s=3h，而题中第3次实验数据中，出现了s＞3h的错误，应当剔除。

（2）克服钩码重力做的功为有用功W有=Gh=3N×0.1m=0.3J；拉力做的功为总功W总=Fs=1.2N×0.3m=0.36J；滑轮组的机械效率为η=W有/W总=0.3J/0.36J=83.33%。

（3）题中四次实验，保持钩码重力不变，只改变钩码上升的高度，所以实验的目的是为了探究滑轮组的机械效率与钩码上升的高度是否有关。

12．（2011年中考·江苏宿迁卷）在“探究动滑轮的机械效率”时，某小组利用自重不同的两个动滑轮进行了如图所示的三次测量，数据记录如下：

实验

序号

钩码

重/N

动滑轮

重/N

拉力/N

钩码上升的高度/m

测力计移动

的距离/m

有用功/J

总功

/J

机械效率

/%

①

4

0.5

2.3

0.2

0.4

0.8

0.92

87.0

②

4

0.9

2.5

0.2

0.4

0.8

1.0

80.0

③

6

0.5

3.3

0.2

0.4

（a）

（b）

（c）

（1）完成表格中第3次数据（a）（b）（c）处的计算，填在下面的横线上：

（a）__；（b）__；（c）__．

（2）通过比较__两次实验数据（选填实验序号），可知动滑轮的机械效率与动滑轮的自重__（选填“有关”或“无关”）．

（3）小明认为“同一个机械，它的机械效率是一个定值”，通过比较__两次实验数据（选填实验序号），可知他的观点是__的（选填“正确”或“错误”）．

12.

（1）1.2；1.32；90.9（或90.91或91）

（2）①与②；有关（3）①与③；错误

解析：

（1）第3次数据中，有用功W有用=Gh=6N×0.2N=1.2J，总功W总=FS=3.3N×0.4m=1.32J，机械效率η=

=

×100%≈90.9%；

（2）①②两次实验中，钩码的重力相同，动滑轮的重力不同，机械效率也不同，因此探究的是机械效率与动滑轮自重的关系；

（3）比较①③，同一个机械，动滑轮重力不变，提升的物体重力不同时，机械效率也不同，提的物体越重，机械效率越大．

13．（2011年中考·河北卷）下表是小明测一滑轮组机械效率时收集的有关数据。

动轮重G动／N

物重G／N

钩码上升高度h／m

动力F／N

动力作用点移距离s／m

滑轮组的机械效率

1

0.5

1

0.1

0.7

0.3

47.6%

2

0.5

2

0.1

1.1

0.3

60.6%

3

0.5

4

0.1

2

0.3

（1）请在下图中画出实验中滑轮组的绕绳方法。

（2）将表格中的数据补充完整。

（3）用同一滑轮组提升不同重物至同一高度，提升的物重增加时，除克服动滑轮重所做的额外功外，其它额外功将_________（选填“变大”、“变小”或“不变”）。

进一步分析可知，在动滑轮和绳重一定的情况下，该滑轮组的机械效率与_________和_________有关。

（4）第一次实验中，钩码上升0.1m所用的时间为1.5s，则动力的功率为_________W。

13.

（1）如下图所示

（2）66.7％（3）变大；物重；摩擦（4）0.14

解析：

此题考查测滑轮组机械效率实验。

根据第3组数据，有用功W有=Gh=4N×0.1m=0.4J，总功W=Fs=2N×0.3m=0.6J，滑轮组的机械效率

=

×100%=66.7％。

第一次实验中，钩码上升0.1m所用的时间为1.5s，动力做功W=Fs=0.7N×0.3m=0.21J，则动力的功率为P=W/t=0.14W。

14．（2011年中考·吉林长春卷）在探究斜面的机械效率与倾斜程度关系的实验中，将重5N的物体沿斜面从底端匀速拉到顶端，移动1m（如图所示），改变斜面倾斜程度进行多次实验，记录数据如上表。

（1）实验时，应控制斜面的__程度不变。

（2）实验过程中，用弹簧测力计拉物体在斜面上做匀速直线运动时，物体受到的摩擦力f与拉力F的大小关系为fF（选填“>”、“=”或“<”）。

（3）通过实验得出的结论是：

同一斜面的倾斜程度越大，机械效率越____，越省力。

请举出一个应用

斜面省力的实例：

____。

14.

（1）粗糙

（2）

<（3）小；盘山公路

解析：

实验过程中，用弹簧测力计拉物体在斜面上做匀速直线运动时，物体受到的摩擦力f与拉力F的大小关系为f

15．（2011年中考·湖南长沙卷）如图是小明同学做“探究斜面的机械效率”的实验装置。

（1）请计算斜面坡度为600时的机械效率。

（2）请你根据实验数据推导下列的结论：

斜面坡度

斜面粗糙程度

物重

（N）

斜面高度

（m）

沿斜面拉力

（N）

斜面长

（m）

有用功

（J）

总功

（J）

机械效率

（%）

30°

粗糙

0.5

0.20

0.35

0.4

0.10

0.14

71.4

60°

粗糙

0.5

0.28

0.45

0.4

0.14

0.18

结论1：

沿粗糙程度相同的斜面向上匀速拉动同一物体时，斜面坡度越_____，拉力越小。

结论2：

在粗糙程度相同的条件下，斜面坡度越大，机械效率越______。

（3）如果你是一位建筑设计师，需要设计一幢老年人俱乐部的大楼，受上述实验的启发，在设计楼梯时，你会把楼梯设计得较_____（填“缓”或“陡”）些。

15.

（1）77.8

（2）小；大（3）缓

16．（2011年中考·湖南岳阳卷）小明利用三块材质相同、长度不提你的木板，组装成三个高度相同的斜面来探究“斜面的特点”。

实验中，他用弹簧测力计拉着同一木块沿斜面向上运动，如图所示。

下表是他记录的有关实验数据。

（1）实验过程中，应拉动木块做（选填“匀速”或“变速”）直线运动。

（2）右上表可知，当其他条件一定时，斜面越长，越（选填“省力”或“费力”）

（3）在第3次实验中，拉力所做的总功是J，斜面的机械效率是。

（4）实验中，有用功与总功不相等的原因是。

（5）请举一个生产、生活中利用斜面的实例：

。

16.

（1）匀速

（2）省力（3）0.6；75%（4）物体与木板间存在摩擦（5）盘山公路

17．（2011年中考·内蒙古杭锦旗卷）探究“斜面的机械效率”的实验装置如图所示，某实验小组提出了“斜面的机械效率与斜面的倾斜程度有关”的猜想：

下表是该小组根据此猜想进行实验所记录的数据：

（1）请将表格中空格处的数据填写完整；

（2）由以上表格小明得出“斜面越陡机械效率越高”的结论，要得到此结论需要控制不变的因素有：

①______________________________________________

②______________________________________________

③______________________________________________

（3）分析表格中的实验数据还可推知：

高度相同的斜面，越长越________（填“省力”或“费力”）；斜面在我们生活中的应用有________（只写出一条即可）。

17.

（1）80%；1.5

（2）小车的重；斜面的粗糙程度；斜面的长度（3）省力；盘上公路

18．（2011年中考·湖北襄阳卷）小云想了解一下斜面的机械效率和倾斜程度的关系，实验室里有三个粗糙程度相同的斜面，小云就用这三个斜面完成了实验。

三次实验拉力从小到大排列为3N、4N、8N。

请你根据表中已有的数据，将表格中空白处补充完整。

实验次数

倾斜程度

斜面高度（m）

斜面长度（m）

物体重力（N）

拉力（N）

1

0.1

0.5

10

2

0.2

0.3

10

3

0.3

1

10

18.

倾斜程度

拉力（N）

最缓

3

最陡

8

较陡

4

19．（2011年中考·广西柳州卷）在“探究斜面的机械效率”实验中，小明猜想斜面的机械效率可能跟斜面的粗糙程度有关，小聪猜想可能跟斜面的倾斜程度有关.如图12所示是他们设计的实验装置，下表是其中一位同学在其他条件一定时的实验数据.

（1）分析表中数据可得该实验是探究________。

（选填“小明”或“小聪”）的猜想，结论是：

在其它条件一定时，斜面__________，机械效率越高。

（2）另一位同学为探究自己的猜想，设计了如下步骤。

①把一块长木板的一端垫高，构成一个斜面。

②用弹簧测力计沿斜面把一木块________拉上去，进行相关测量，计算出斜面的机械效率。

③保持斜面的_______不变，改变斜面的________，再进行相关测量，并计算出斜面的机械效率。

④比较两次_________的大小，即可验证猜想是否正确。

19.

（1）小聪；越倾斜

（2）匀速（3）倾斜程度；粗糙程度（4）机械效率

解析：

（1）分析表中数据可知，实验过程中斜面的粗糙程度不变，只改变了斜面的高度，所以实验目的是要探究斜面的机械效率是否与倾斜程度有关，即探究的是小聪的猜想；表中数据表明，斜面越倾斜，机械效率越高。

（2）另一同学即是小明，他想探究机械效率是否与斜面的粗糙程度有关，所以必须保持斜面的倾斜程度不变即是保持高度不变，改变斜面的粗糙程度。

实验步骤②中，在用弹簧测力计沿斜面拉木块时，要保持匀速拉动；实验步骤③要保持斜面的倾斜程度不变，改变斜面的粗糙程度，再进行相关测量，并计算出斜面的机械效率。

步骤④，要比较两次机械效率的大小，即可验证猜想是否正确。

20．（2011年中考·广东佛山卷）为了探究斜面的机械效率与斜面倾斜程度之间的关系，晓龙同学利用长木板、刻度尺、弹簧测力计、木块、小车等器材设计了如图所示的实验装置。

实验测量的数据如下表

实验次数

斜面倾斜程度

小车重量G/N

斜面高度h/m

沿斜面拉力F/N

斜面长度s/m

机械效率

l

较缓

3

0.2

1.6

l

37.5%

2

较陡

3

0.3

1.8

1

3

最陡

3

0.4

2.0

1

60%

请你根据表中的数据解答下列问题：

（1）实验中晓龙可以通过来改变斜面的倾斜程度。

（2）在第2次实验中，斜面的机械效率是。

（3）斜面的机械效率与斜面倾斜程度之间的关系是。

（4）实验中还发现，斜面材料相同时，斜面越陡越（选填“省力”或“费力”）。

（5）斜面的机械效率还可能与有关．为了通过实验验证你的猜想，还需要补充的器材是。

20.

（1）移动木块（平放、竖放、侧放木块）（调整长木板）（其他方法合理的同样给分）

（2）50％

（3）斜面倾斜程度越大，机械效率越高（斜面越陡，机械效率越高）（4）费力（5）斜面的粗糙程度（斜面材料）；粗糙程度不同的斜面（材料不同的长木板或斜面）

解析：

（1）实验中晓龙可以通过移动木块或平放、竖放、侧放木块或调整长木板等方法来改变斜面的倾斜程度。

（2）在第2次实验中，W有=Gh=3N×0.3m=0.9J，W总=Fs=1.8N×1m=1.8J，所以机械效率η=W有/W总=50％。

（3）根据3次实验结果可知，斜面倾斜程度越大，机械效率越高（斜面越陡，机械效率越高）。

（4）比较3次实验结果可知，当斜面材料相同时，拉升相同重量的物体（或均是3N）时，斜面越陡，拉力越大，即越费力。

（5）试想，当斜面的倾斜程度相同，提升的物重也相同时，斜面越粗糙，拉力越大，由此猜想，斜面的机械效率还可能与斜面的粗糙程度（斜面材料）有关；为了通过实验利用控制变量法验证这个猜想，就需要保持其他条件不变，只改变斜面的粗糙程度，所以还需要补充的器材是粗糙程度不同的斜面（材料不同的长木板或斜面）。

21．（2011年中考·广东湛江卷）在湛江港码头，小华看到工人利用斜面把货物推到车上，联想到上物理课时老师讲过的知识，小华想探究斜面的机械效率可能与哪些因素有关？

小华提出了以下的猜想：

A．斜面的机械效率可能与物体的重力有关．

B．斜面的机械效率可能与斜面的倾斜程度有关．

小华同学为了证实