专题33斜面及斜面机械效率的计算解析版.docx

1、专题33 斜面及斜面机械效率的计算解析版专题33 斜面及斜面机械效率的计算考点透视斜面及斜面的机械效率是初中物理力学中重要知识，也是中考中常考实验之一。通过斜面及斜面的机械效率考查，能很好考查学生的对机械效率知识的掌握情况，加深对机械效率的理解。在中考试卷中，结合测力计读数、功、机械效率的计算等知识考查，侧重考查有用功、总功、机械效率的计算以及影响斜面机械效率高低的因素，主要以实验、计算形式考查，分值在2分6分左右。迷津点拨与点对点讲练一、斜面定义、特点及实际应用：1、斜面的定义：斜面是一个与水平面成一定夹角的倾斜平面。2、斜面特点：斜面是一种省力的简单机械。用斜面把重力为G的物体推到高处时,

2、如果不计摩擦力,已知斜面长为L,高为h，倾角为，推力F所做的功WF=FL，不用斜面而由人直接将该重物提到同一高度时克服重力所做的功WG=Gh，根据机械功的原理（使用任何机械都不省功），得FL=Gh,所以，由于Lh，所以可以省力。3、应用：螺旋（木螺丝、螺母、螺杆、饮料瓶瓶盖）、盘山公路等。例题1 （2022全国九年级）如图所示，将同一物体G分别沿光滑斜面由B、C匀速提升到A时，如若沿斜面的拉力分别为FB、FC，各个过程拉力做功为WB、WC，则它们的大小关系正确的是（）AWBWC，FBFC BWBWC，FBFCCWBWC，FBFC DWBWC，FBFC【答案】B。【解析】斜面光滑说明摩擦力为0，

3、拉力除了克服物体重力做功之外没有做额外功，则两次做的功都等于克服物体重力做的功，两次分别把同一物体提升到相同的高度，克服物体重力做的功相同，所以拉力做功也相同，即WBWC，斜面BA的倾斜角度小于斜面CA的倾斜角度，所以sABsAC，由W=Fs可知所以物体沿BA运动时拉力较小，即FBFC，故选B。【点拨】斜面是一个可以看成一个省力的简单机械，省力的大小与斜面的粗糙程度有关，还有斜面的倾斜角度有关。对点练：（2021山东八年级期末）如图所示，ACBC，在相同时间内把同一物体分别沿斜面AC、BC匀速推上顶端，推力分别为F1、F2，功率分别为P1、P2，推力做功为W1、W2，在不考虑摩擦的情况下：F1

4、_F2，P1_P2，W1_W2（均选填“”“”或“=”）。【答案】BC，斜面AC倾斜角度小于BC，所以物体沿AC运动时拉力较小，即F1F2；不计摩擦，使用光滑的斜面没有额外功，拉力在两斜面上做功相同，等于克服物体重力所做的功，即W1=W2；拉力做功相同，所用时间相同，根据可知，拉力做功的功率相同，即P1=P2。二、斜面的机械效率的计算：斜面装置有用功不用机械直接将重物提到h时克服重力所做的功W有用=Gh总功拉力所做的功W总=FL或W总=Gh+fL额外功克服摩擦力做的功W额外=W总-W有用或W额外=fL机械效率用用功与总功的比值或例题2 （2021辽宁沈阳）如图，在斜面上将一个重5N的物体匀速拉

5、到顶端。沿斜面向上的拉力为2N斜面长4m，高1m，斜面的机械效率为_，物体所受的摩擦力为_N。【答案】62.5% 0.75。【解析】在此过程中，拉力做的总功为W总=Fs=2N4m=8J，对物体做的有用功为W有用=Gh=5N1m=5J，则斜面的机械效率为；克服摩擦力做的额外功为W额外=W总-W有用=8J-5J=3J，则摩擦力大小为。【点拨】斜面的机械效率有两种表达方式：或，通过两种方法都能求出摩擦力的大小，因为在将物体沿斜面推上去时，克服摩擦力做额外功，即。对点练：（2021陕西）如图所示，工人师傅用沿斜面向上1000 N的推力。将重为2000 N的物体从斜面底端匀速推至斜面顶端。已知斜面长4m

6、、高1.5m，则此过程中的有用功为_J ，斜面的机械效率为_。使用斜面可以_ （选填“省力”或“省功”）。 【答案】3103 75 % 省力。【解析】斜面作为简单机械使用时，有用功等于克服物体重力做的功，因此W有用=Gh=2000N1.5m=3103J；总功等于推力做的功，因此W总=Fs=1000N4m=4103J，所以，机械效率为；任何机械都不能省功，反而会需要做额外功。使用斜面的时候，推力比重力小，因此可以省力。三、实验：探究影响斜面的机械效率的因素：1、实验器材：斜面、重力不同长方体物块、弹簧测力计、刻度尺、毛巾、棉布2、实验原理：3、实验方法：控制变量法（1）探究斜面的机械效率与斜面倾

7、斜程度的关系时，控制物体重力、与斜面接触面积、斜面长L不变，改变的是斜面的高度h从而改变斜面倾斜程度；（2） 探究斜面的机械效率与物体斜面之间接触面大小的关系时，控制木块的重量G不变，斜面长L不变，斜面的高度h不变，改变的是物体斜面接触面积使（用同一个长方体物块，使它的不同面与题意个斜面接触）（3）探究斜面的机械效率与它的粗糙程度的关系时，控制木块的重量G不变，斜面长L不变，斜面的高度h不变，改变的是斜面的粗糙程度（使用同一个长方体物块的同一个面，使它分别在倾角相同的木板、铺由毛巾、棉布的斜面上运动）；（4） 探究斜面的机械效率与物体的重力的关系时，控制斜面粗糙程度相同、接触面积相同，斜面长L

8、不变，斜面的高度h不变，改变物体重力G。4、结论：a. 在其他条件一定时，斜面的倾斜程度越大，机械效率越高；b. 斜面的机械效率与物体斜面之间接触面大小无关；c. 在其他条件一定时，斜面表面粗糙程度越大，机械效率越低；d. 斜面的机械效率与物体重力无关。5、提高斜面机械效率的方法:在其他条件一定时，斜面的倾斜程度越大，机械效率越高，斜面表面粗糙程度越小，机械效率越高。所以提高斜面机械效率的方法是增大斜面的倾斜程度、减小斜面表面粗糙程度。例题3 （2021四川绵阳）用如图所示装置探究斜面省力大小及机械效率是否与斜面倾角、表面粗糙程度有关。甲、乙斜面倾角相等，与丙的不相等；甲、丙斜面表面粗糙程度相

9、同，与乙的不相同。先用弹簧测力计竖直向上匀速缓慢提升重物0.24m高，弹簧测力计示数F020.0N；再分别在三个斜面上沿斜面向上匀速缓慢拉动这个重物到同一高度，弹簧测力计示数和斜面长度如表所示。次数斜面弹簧测力计示数F/N斜面长度L/m省力大小F/N（FF0F）机械效率%1甲17.40.30？92.02乙18.20.301.887.93丙14.00.406.0？根据表中数据回答下列问题：（1）斜面甲省力大小F甲_N；（2）斜面丙的机械效率丙_；（3）比较甲、乙实验结果，可以认为_；比较甲、丙实验结果，可以认为_（选填序号，有可能不止一项正确）。A斜面省力大小与斜面倾角有关B斜面省力大小与斜面表

10、面粗糙程度有关C斜面省力大小与斜面倾角和表面粗糙程度都有关D斜面机械效率与斜面倾角有关E.斜面机械效率与斜面表面粗糙程度有关F.斜面机械效率与斜面倾角和表面粗糙程度都有关【答案】（1）2.6 （2） 85.7 （3）当斜面的倾斜程度一定时，斜面越粗糙，斜面的机械效率越低 AD【解析】（1）斜面甲省力大小F甲=F0-F甲=20N-17.4N=2.6N；（2）提升物体所做的有用功W有用=F0h=20N0.24m=4.8J；沿斜面丙拉动物体所做的总功W总=F丙L丙=14N0.4m=5.6J，该斜面的机械效率；（3）甲、乙两次实验过程中，斜面的倾斜程度相同，粗糙程度不同，由表中数据可知，当斜面的倾斜程

11、度一定时，斜面越粗糙，斜面的机械效率越低；甲、丙两次实验过程中，斜面的粗糙程度相同，斜面的倾斜程度不同。分析表中数据可知，斜面倾角越小越省力，机械效率越低， AD正确，BCEF错误。故选AD。【点拨】 实验中拉动物体时，应使物体匀速直线运动，但此时测力计的拉力并不等于摩擦力，而是大于摩擦力；测拉力时，要在物体匀速运动时读数；物体沿斜面上升时，额外功主要来自克服摩擦做功，所以。对点练：（2020河北）斜面是一种简单机械，在生活和生产中使用斜面的好处是可以省力，如：_。那么斜面的省力情况与哪些因素有关呢？（使用斜面的省力情况可以通过比较沿斜面拉力F与物体重力G的比值大小来判定，比值越小，越省力）小

12、明做了如下猜想：猜想1：与斜面的表面材料有关；猜想2：与斜面的倾斜程度有关；猜想3：与物体受到的重力大小有关。小明为验证上述猜想，利用如图所示的装置进行了实验。实验中所用的物块材料及其表面粗糙程度相同，在沿斜面拉力的作用下，在斜面上做匀速直线运动。实验中相关的记录如表。实验序号123456斜面倾角1（1）2（21）斜面的表面材料木板毛巾木板木板木板木板物块重G/N2.02.04.06.02.02.0沿斜面拉力F/N1.351.522.704.051.521.70回答下列问题：(1)通过对比实验_中的数据可知，使用斜面省力的情况与斜面的表面材料有关；(2)通过对比实验1、5、6中的数据，得出的结

13、论是：在其他条件相同时，_；(3)为验证猜想3，小明做了实验_（填写实验序号），分析实验数据后，小明认为这几次实验省力情况相同，依据是_。【拓展】完成实验后，小明沿斜面用1.8N的拉力，将重为4.5N的物体从斜面底端匀速拉到了顶端。已知斜面长1.2m、高0.3m，则斜面的机械效率是_%。（把重物直接提升0.3m所做的功作为有用功）【答案】盘山公路 （1）1和2 （2）斜面的倾斜程度越小，提升物体越省力 （3）1、3、4 根据1、3、4的实验数据可知，物体的重力变为原来的几倍，拉力会变为原来的几倍，即沿斜面的拉力F与物体的重力G的比值大小相等 【拓展】 62.5。【解析】斜面是一种简单机械，使用

14、斜面可以省力。当斜面的高度一定时，斜面越长，则坡度越缓，则越省力；如：盘山公路。(1)探究斜面省力的情况与斜面的表面材料有关时，采用的是控制变量法，实验中需要控制物重、倾角相同，表面材料不同，所以应该对比1和2的数据。(2)对比实验1、5、6中的数据可知，在斜面的表面材料、物重相同的情况下，倾角越小，拉力越小，故结论是：在其他条件相同时，斜面的倾斜程度越小，提升物体越省力。(3)探究斜面省力的情况与重力大小有关时，根据控制变量法可知，实验中需要控制倾角相同、表面材料相同，物体的重力不同；所以需要对比1、3、4的实验数据。根据1、3、4的实验数据可知，物体的重力变为原来的几倍，拉力会变为原来的几

15、倍，即沿斜面的拉力与物体的重力G的比值大小相等。有用功为W有Gh4.5N0.3m1.35J，拉力做的总功W总Fs1.8N1.2m2.16J，斜面的机械效率。 点对点提高训练1、（2022江苏溧阳九年级期末）如图甲所示是某一风景区的盘山公路，之所以要把上山的公路修成这般模样，是因为盘山公路相当于简单机械中的_，使用它可以省_。图乙和图丙所示为生活中常见的两种钉子，其中与盘山公路的力学原理相同的是图_（选填“乙”或“丙”）钉子，为了将它钉进木块，应该用_（选填“敲”或“拧”）的方式更好。【答案】斜面 力 乙 拧。【解析】盘山公路是通过倾斜的公路，来回曲折爬升高度。因此盘山公路相当于简单机械中的斜面

16、。斜面虽然加长了运动的距离，但可以在物体向上运动时省力。图乙是螺丝钉，一圈圈螺纹相当于倾斜的斜面，与盘山公路的原理相同。为了将它钉进木块，使用时用拧的比较好，拧的时候，相当于沿斜面向上运动的过程，可以省力。若用敲的方式，一圈圈螺纹相当于增加了接触面的粗糙程度，会使摩擦力变大，敲起来更费力。2、（2020湖北恩施）如图所示，有斜面长为l、高为h的斜坡和物块等器材，同学们一起探究使用斜面这种简单机械是否省功，应测量的数值有物块重G、斜面高h、_和斜面长L。【答案】弹簧测力计对物块的拉力F【解析】探究使用斜面这种简单机械是否省功，我们需要知道物体做的有用功、总功；根据做功条件可知做有用功需要知道物体

17、的重力F、斜面高h，总功需要知道斜面长L、弹簧测力计对物块的拉力F。3、（2021陕西）如图所示，工人师傅用沿斜面向上1000 N的推力。将重为2000 N的物体从斜面底端匀速推至斜面顶端。已知斜面长4m、高1.5m，则此过程中的有用功为_J ，斜面的机械效率为_。使用斜面可以_ （选填“省力”或“省功”）。 【答案】3103 75 % 省力.【解析】斜面作为简单机械使用时，有用功等于克服物体重力做的功，因此W有用=Gh=2000N1.5m=3103J；总功等于推力做的功，因此W总=Fs=1000N4m=4103J，所以，机械效率为；任何机械都不能省功，反而会需要做额外功。使用斜面的时候，推力

18、比重力小，因此可以省力。4、（2022上海八年级）如图所示，沿着倾斜的木板往卡车上推油桶，用力的示意图把油桶在木板上时所受重力表示出来。将油桶放倒推上去这样做的目的是 _。【答案】作图见解析 省力。【解析】重力的方向是竖直向下的，从油桶重心画一条带箭头的竖直向下的有向线段，用G表示，即为其所受重力示意图，如图所示：；由图可知，倾斜的木板形成了一个斜面，故将油桶放倒推上去的目的是为了省力。5、（2022上海八年级课时练习）如图所示，物体在沿斜面向上的拉力作用下，从斜面底端匀速拉到斜面顶端，已知斜面高为h，斜面长为s，且s3h，物体所受重力为G，斜面的机械效率为50%，若物体受到的拉力和摩擦力分别

19、用F和f表示，则（）A B C D 【答案】C。【解析】根据题意知道，拉力做的有用功W有用Gh，拉力做的总功W总FsF3h3Fh，斜面的机械效率，解得拉力；克服摩擦力所做的额外功W额=fs=f3h=W总-W有用= 3Fh-Gh=3Gh-Gh=Gh，则摩擦力。综上C正确。故选C。6、（2021江苏苏州外国语学校九年级期中）在斜面上将一个质量为6kg的物体匀速拉到高处，如图所示，沿斜面向上的拉力为40N，斜面长2m，高1m，则下列说法正确的是（）A物体只受重力、拉力和摩擦力三个力的作用B物体受到的摩擦力大小为40NC做的有用功是40JD此斜面的机械效率为75%【答案】D。【解析】物体对斜面有压力的

20、作用，根据力的作用是相互的，斜面也会对木块有支持力，所以斜面受到重力、支持力、拉力和摩擦力四个力的作用，A错误；根据题意，由W总=Fs=Gh+fs可得，B错误；根据功的计算公式W=Gh可得有用功为W有用=Gh=6kg10N/kg1m=60J,C错误；由机械效率的公式可得,D正确。故选D。7、（2021天津滨海新二模）某物理学习小组，针对同学中存在的有关斜面问题的一些疑惑，进行了实验探究。疑惑一：斜面的机械效率越高越省力吗？疑惑二：斜面倾斜程度越大拉力越大，滑块受到的摩擦力也一定越大吗？实验探究将长度为lm的长木板的一端垫高，构成长度一定高度可调的斜面（如图所示）。用沿斜面向上的拉力F使重为10

21、N的滑块沿斜面匀速向上运动。完成斜面机械效率测量。表一呈现的是部分实验数据：表1实验次数1234斜面高度h/m0.150.200.250.30拉力F/N2.73.23.64.1机械效率0.560.630.73请回答下列问题：（1）表一中第3次实验的机械效率是_；（2）分析表一实验数据可解决疑惑一的问题，写出正确的结论。_；（3）进一步分析表一实验数据可得，疑惑二的正确结论是：斜面倾斜程度越大拉力越大，但摩擦力不一定越大（摩擦力越小）。简述理由：_。【答案】（1）0.69 （2）机械效率越高的斜面，不一定省力（机械效率越高的斜面越费力） （3）因为由实验数据可知斜面倾斜程度变大，斜面的机械效率随

22、之也变大，额外功占总功的比例变小，所以摩擦力不一定变大（斜面倾斜程度变大，滑块对斜面的压力变小，因此滑块受到的摩擦力变小）。【解析】（1）表一中第3次实验的机械效率；（2）从表中第1到3次实验可以看出，机械效率逐渐增大，拉力也逐渐增大，越来越费力。所以说斜面的机械效率越高不一定越省力。（3）斜面的长度一定，斜面越高，倾斜程度越大，从表中数据可知倾斜程度越大拉力越大，但倾斜程度越大滑块对斜面的压力越小，斜面的光滑程度不变，压力越小摩擦力越小。8、（2021四川眉山一模）对“斜面的机械效率与什么因素有关”这一课题，小明提出了如下一些值得探究的猜想：斜面的机械效率与斜面的倾斜程度有关；斜面的机械效率

23、与斜面的粗糙程度有关；斜面的机械效率与斜面的长度有关；斜面的机械效率与物体的重力有关。如图所示，小明用弹簧测力计沿同一斜面匀速向上拉动物块，收集了下表中的实验数据。实验次数斜面的倾斜程度物块重力G/N斜面高度h/m拉力F/N斜面长度s/m机械效率1较缓50.22.4141.7%2较陡50.53.2178.1%3最陡50.74.3181.4%(1)小明探究的是猜想_（填序号）。分析表中的数据可得出：在其他条件一定时，斜面越缓越_（选填“省”或“费”）力；斜面越陡，机械效率越_（选填“高”或“低”）。(2)小明又进行了第4次实验，他在斜面上铺上棉布，使斜面变粗糙，保持斜面高和长分别是0.5m和1m

24、，用弹簧测力计拉动同一物块沿斜面向上做匀速直线运动，读出此时弹簧测力计的示数为4.5N，小明测得这种情况下斜面的机械效率为_（保留一位小数），把第4次与第_次测量结果相比较，还能得出：在其他条件一定时，斜面越粗糙，斜面的机械效率越低。(3)当用弹簧测力计沿斜面匀速向上拉动物块时，物块所受的拉力_（选填“大于”“小于”或“等于”）物块所受的摩擦力。【答案】（1） 省 高 （2）55.6% 2 （3）大于。【解析】(1)小明用弹簧测力计沿同一斜面匀速向上拉动物块，斜面的粗糙程度相同，由表格数据可知，物体重力相同，斜面的倾斜程度不同，故研究的是斜面的机械效率与斜面的倾斜程度的关系，即选择；分析实验3

25、、2、1的数据可知，在其它条件一定时，斜面越缓，拉力越小，即越省力；分析实验1、2、3的数据可知，斜面越陡，机械效率越高。(2)第4次实验中，斜面的机械效率为；要研究斜面机械效率与粗糙程度的关系，应控制变量，控制粗糙程度不同，倾斜程度等因素相同，故第4次应与第2次测量结果相比较。(3)实验过程中，沿斜面匀速向上拉动物块时，测力计的拉力F要同时克服摩擦力f和物体的一部分重力，所以fF。9、（2021河北模拟预测）为了探究斜面的机械效率与斜面的倾斜程度及重物的关系，平措同学在斜面上每次都匀速拉动物块（如图），实验数据记录如下：实验次数斜面倾角物重G/N物块上升高度h/m拉力F/N移动距离s/m机械

26、效率1305.00.253.40.5073.5%2455.00.354.20.5083.3%34510.00.358.40.50(1)根据表中数据可求出第3次实验的有用功是_ J，总功是_J，机械效率是_ ；(2)分析表中数据，可以得出的初步结论是： 在其他条件不变的情况下，斜面倾角越大，所需要的拉力越 _ ，斜面的机械效率越 _ 。斜面的机械效率与物重 _ (填“有关”或“无关”)。【答案】（1） 3.5 4.2 83.3% （2） 大 高 无关。【解析】(1) 第3次实验的有用功W有=Gh=10.0N0.35m=3.5J， 总功W 总=Fs=8.4N0.5h=4.2J，机械效率；(2)由表

27、中1、2两组数据角度不相同，物重相同，拉力不同，斜面的机械效率不同，由此可知，斜面倾角越大，所需的拉力越大，斜面的机械效率越高；由表中2、3两组数据中，角度相同，物重不同，斜面的机械效率相同，由此可知，斜面的机械效率与物重无关。10、（2021广西梧州）如图所示，利用滑轮把重为300N的物体从斜面底端沿斜面往上匀速拉动10m，物体升高了6m，所用时间为10s，该装置的机械效率为75%，绳子自由端拉力为F，其方向始终与斜面平行，求在此过程中：（1）拉力做的有用功；（2）拉力的大小；（3）拉力的功率。【答案】（1）1800J （2）120N （3）240W。【解析】（1）拉力做的有用功W有=Gh=

28、300N6m=1800J；（2）拉力做的总功，滑轮是动滑轮，绳子自由端移动的距离s=2s物=210m=20m，拉力的大小；（3）拉力的功率。11、（2020四川宜宾）在抗击新型冠状病毒肺炎疫情的特殊时期，小马同学设计了如图所示的装置进行“无接触传送”物品。现有质量M=25kg的木箱，长L=5m，高h=3m的固定斜面，他用F=100N的力拉绳，使木箱以v=0.2m/s的速度沿斜面匀速地由底端上升到顶端，此过程因绳和滑轮间的摩擦而做的额外功W0=20J。已知动滑轮质量m=1kg，连接动滑轮的绳子拉直且与斜面平行，不计绳的质量、木箱大小和木箱到动滑轮间的绳长，g取10N/kg。求：（1）木箱由斜面底

29、端上升到顶端所用的时间；（2）小马同学拉力的功率；（3）整个装置的机械效率；（4）斜面对木箱的摩擦力大小。【答案】（1）25s （2）40W （3）75% （4）40N。【解析】（1）木箱移动的距离s=L=5m，木箱由斜面底端上升到顶端所用的时间；（2）由图知，动滑轮上绳子的股数n=2，绳子自由端移动的速度v绳=nv=20.2m/s=0.4m/s，拉力的功率；（3）物体的重力G=m物g=25kg10/kg=250N，机械做的有用功W有用=Gh=250N3m=750J，绳子自由端移动的距离s=nL=25m=10m，机械做的总功W总=Fs=100N10m=1000J，整个装置的机械效率；（4）动滑轮的重力G动=m动g=1kg10N/kg=10N，克服动滑轮重力所做的功W动=G动h=10N3m=30J，克服摩擦力做的功Wf=W总-W有用-W动-W0=1000J-750J-