中考物理二轮复习题型专项复习专题10 斜面、杠杆、滑轮组的机械效率（含解析）

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测量滑轮组的机械效率:
1.在实验中,弹簧测力计拉力的测量应该在工作过程中进行。在测量中,弹簧测力计应竖直向上匀速拉动。必须在拉动中读数。为顺利完成实验,同一实验组的同学要分工合作。
2.钩码上升高度的测量,可先量出钩码到桌面(或铁架座面)的距离h1,向上匀速拉动弹簧测力计使钩码升高后,再量出钩码到桌面(或铁架面)的距离h2那么h2-h1就是钩码升高的高度h 。为了测量和计算方便,钩码前后的高度h1、h2最好是整数。
3.弹簧测力计通过距离的测量,可以仿照测量钩码提升高度h的方法进行,或者事先在细绳与动滑轮(或定滑轮)相切处做个带色的记号,再拉弹簧测力计,量出记号到细绳与动滑轮(或定滑轮)相切处的距离,这就是弹簧测力计通过的距离s。
4.在实验中要求严肃认真,实事求是地记录测得的数据,不能凑数。实验结束,要整理仪器,并放回原处。学生分组实验,完成实验记录并分析数据。
【专题突破】
1．如图，小明在做探究影响杠杆机械效率因素实验时，发现把同一钩码放在A点，弹簧测力计示数小；放在B点，弹簧测力计示数大。对此，小明猜想：“同一杠杆，同一物体在杠杆上的悬挂点离支点越近，机械效率越高。”请设计实验验证其猜想。
（1）除图中所示的器材以外，还需要的实验器材有 刻度尺 。
（2）画出记录实验数据的表格。
（3）写出实验步骤（可用画图或文字表述）和判断小明猜想是否正确的依据。
【解答】解：（1）实验时需要测量钩码和测力计上升的高度，故需要刻度尺；
（2）使用杠杆克服重力做功，有用功等于克服重力做的功，总功等于弹簧测力计的拉力做的功，机械效率等于有用功与总功的比值，故实验时需要记录的数据有钩码的悬挂点、钩码的重力、钩码上升高度、拉力、测力计上升的高度、机械效率，据此画出实验数据表格；记录表格如下图所示：
。
（3）要验证猜想：同一杠杆，同一物体在杠杆上的悬挂点离支点越近，机械效率越高，需要控制物重、物体上升高度不变，只改变悬挂点离支点的距离，除图中所示的器材以外，还需要的实验器材有刻度尺；则实验步骤如下：
①按图组装好实验装置。
②把钩码悬挂在弹簧测力计的挂钩上，钩码静止时读出测力计的示数即钩码的重力G；
③把钩码悬挂在A点，用弹簧测力计测竖直方向匀速拉至钩码上升到某一高度，分别读出弹簧测力计匀速拉动时的示数；用刻度尺测出此时钩码上升的高度、测力计上升的高度。
④把钩码悬挂在B点，用弹簧测力计测竖直方向匀速拉至钩码上升到同一高度，分别读出弹簧测力计匀速拉动时的示数；用刻度尺测出此时钩码上升的高度、测力计上升的高度。
⑤根据η 算出钩码在不同悬挂点时杠杆的机械效率。
⑥整理器材。
实验中的额外功是克服杠杆自重做的功，在有用功相同的情况下，钩码的悬挂点越靠近支点处，由于同一钩码上升相同高度时，杠杆移动的角度越大，杠杆的重心上升的距离越大，额外功越多，机械效率越低，故小明的猜想是错误的。
故答案为：（1）刻度尺；（2）见解答图；（3）见解答部分。
2．某同学利用如图所示的装置探究滑轮组机械效率与哪些因素有关，他猜想滑轮组的机械效率可能与钩码重力、动滑轮重力、滑轮的轮与轴之间的摩擦有关。
（1）实验器材除了图中所示外，还需要 刻度尺 。
（2）组装好滑轮组后他匀速竖直向上拉弹簧测力计并在运动中读数，记录数据如表。表中a＝ 2.4 ，b＝ 83% （结果保留到1%）。
（3）实验过程中测力计应该匀速竖直向上拉，如果使物体加速运动，则测得的滑轮组的机械效率将 偏小 （填“偏大”、“偏小”或“不变”）。
（4）学习小组改变提起钩码重力又做了两次实验，他们这样做可以探究“同一滑轮组，机械效率与 提升物体的重力 是否有关。”此探究需保持动滑轮重力及 滑轮的轮与轴之间的摩擦 不变。
【解答】解：（1）由η分析可知钩码上升高度、绳子自由端移动距离需要刻度尺；
（2）由图可知，弹簧测力计的分度值为0.2N，绳自由端所受拉力F＝2.4N；
总功：W总＝Fs＝2.4N×0.6m＝1.44J，
有用功：W有用＝Gh＝6N×0.2m＝1.2J，
滑轮组的机械效率：η100%100%≈83%；
故a＝2.4，b＝83%；
（3）如果拉弹簧测力计时用力较大，使物体运动的速度越来越大，此时所测的拉力偏大，则计算出的总功偏大，有用功不变，所以机械效率偏小；
（4）用同一滑轮组提升不同重物至同一高度，由W＝Gh可知，克服动滑轮的重所做的额外功相同，提升的物重增加时，克服物重所做的有用功增加，滑轮组的机械效率变大，学习小组改变提起钩码数又做了两次实验，探究同一滑轮组，机械效率与提升物体的重力是否有关。此探究需保持动滑轮重和滑轮的轮与轴之间的摩擦不变。
故答案为：（1）刻度尺；（2）2.4；83%；（3）偏小；（4）提升物体的重力；滑轮的轮与轴之间的摩擦。
3．建筑工地上矗立的塔吊，是用电动机来带动滑轮组提升重物的设备。如何提高滑轮组机械效率，节约电能呢？为此同学们进行了“影响滑轮组机械效率因素”的实验探究，用到的装置如图所示，实验数据记录如表所示。
（1）实验中应沿竖直方向 匀速 拉动弹簧测力计。
（2）分析表中数据可知：第4次实验是用图 丙 所示装置来完成的。
（3）通过比较 1、2 两次实验数据可得出：使用同一滑轮组提升相同重物，滑轮组的机械效率与重物上升高度无关。
（4）通过比较1、3两次实验数据可得出：同一滑轮组提升的物体越重，滑轮组机械效率 高 。
（5）（多选）为提高滑轮组机械效率、节约电能，根据以上结论和生活经验，你建议可采取的措施有 ABC 。
A.减轻动滑轮重
B.增加所提物体重
C.机械加润滑油
D.增加重物上升高度
【解答】解：（1）为了准确测出滑轮组的机械效率，应使弹簧测力计沿竖直方向做匀速直线运动；
（2）在第四次实验中，s＝0.5m，h＝0.1m，由s＝nh可得n＝5，即承担物重的绳子股数n＝5，所以第4次实验是用丙图所示装置来完成的；
（3）要探究滑轮组的机械效率与重物上升高度无关，需要用使用同一滑轮组提升相同重物，物体上升的高度不同，滑轮组的机械效率相同，通过比较实验1、2数据可得出；
（4）1、3两次实验，s＝0.3m，h＝0.1m，由s＝nh可得n＝3，使用同样的滑轮组，即使用的甲、乙两图，通过得出的实验数据可知提升的物体重力越大，滑轮组的机械效率越高，得出结论：同一滑轮组提升的物体越重，滑轮组机械效率越高；
（5）要提高滑轮组的机械效率，可以：
A、减轻动滑轮重力，在提升相同重物、提升相同高度时，减小额外功，而有用功不变，总功减小，有用功与总功的比值增大，提高了滑轮组的机械效率；故A正确；
B、由实验得出的结论可知，增大提升的物体重力，可以提高滑轮组的机械效率，故B正确；
C、机械加润滑油，在提升相同重物、提升相同高度时，减小额外功，而有用功不变，总功减小，有用功与总功的比值增大，提高了滑轮组的机械效率；故C正确；
D、滑轮组的机械效率：η，可见滑轮组的机械效率与提升物体的高度无关，所以，增加重物上升高度，不能提高滑轮组的机械效率；故D错误。
故答案为：（1）匀速；（2）丙；（3）1、2；（4）高；（5）ABC。
4．测量滑轮组机械效率的实验中，先用弹簧测力计测量钩码所受的重力G，如图甲所示，再按图乙所示的连接方式组装好滑轮组，并分别记下钩码和弹簧测力计的起始位置。
（1）读出图甲中弹簧测力计的示数为 2 N。
（2）图乙中，为了测量绳子自由端的拉力F，A同学认为应该在弹簧测力计静止时读数，B同学认为应该在缓慢匀速提升时读数，正确的是 B （选填“A”或“B”）同学的方法。
（3）按照正确的测量方法，测出的拉力F与钩码所受重力G的大小关系为F ＞ G（选填“＞”“＜”或“＝”）。若弹簧测力计的示数为1N（不计绳重和摩擦），则滑轮组的机械效率为 66.7% （结果保留至0.1%），若只增加钩码的重量，该滑轮组的机械效率将 变大 （选填“变大”“不变”或“变小”）。
【解答】解：（1）图中测力计分度值为0.2N，测力计示数为2N；
（2）为了测量滑轮组提升物体时的机械效率，所以需在缓慢匀速提升时读数，这时系统处于平衡状态，测力示数大小于拉力大小，若静止时读数，则测力计没有测量出机械之间的摩擦，测量值偏小，故B同学的方法正确；
（3）由图知，滑轮组由3段绳子承担物重，在不考虑机械自重和摩擦，F，在实验中，因机械自重和摩擦存在，F；
滑轮组的机械效率：
η100%100%100%100%≈66.7%；
若只增加钩码的重，则增大了有用功在总功的比例，故该滑轮组的机械效率变大。
故答案为：（1）2；（2）B；（3）＞；66.7%；变大。
5．小明利用甲和丙的器材测量滑轮组的机械效率（忽略绳重和摩擦）：
（1）当小明利用图甲装置进行实验时，重物以0.1m/s的速度匀速上升，则弹簧测力计竖直向上移动的速度为 0.3 m/s。
（2）只改变动滑轮重力，提升同一物体进行多次实验，获得数据并绘制出如图乙所示的图像，分析图像可知被提升物体所受的重力相同时，动滑轮越重，滑轮组的机械效率越 低 。
（3）分析图像中的A点可知，被提升物体所受的重力为 4 N。
（4）当甲、丙滑轮组使用相同的动滑轮提升相同的重物时，甲滑轮组的机械效率 等于 丙滑轮组的机械效率。（选填“大于”“等于”或“小于”）
【解答】解；（1）由图可知，n＝3，则弹簧测力计竖直向上移动的速度v绳＝nv物＝3×0.1m/s＝0.3m/s；
（2）根据图乙可知，被提升物体所受的重力相同时，动滑轮越重，滑轮组的机械效率越低；
（3）忽略绳重和摩擦，提升物体重力所做的功为有用功，提升物体和动滑轮重力所做的功为总功，
所以，滑轮组的机械效率η，
由图乙可知，G动＝1N，η＝80%，则80%，
解得：G＝4N；
（4）小红同学分别使用动滑轮重相同的甲、丙滑轮组提升相同的重物时，若忽略绳重及摩擦，则克服动滑轮重做的功为额外功，额外功相同，做的有用功相同，因此总功相同，由η100%，则甲、丙滑轮组的机械效率相同，甲滑轮组的机械效率等于丙滑轮组的机械效率。
故答案为：（1）0.3；（2）低；（3）4；（4）等于。
6．某小组同学在用杠杆测定机械效率的实验中。
（一）小敏用如图1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 0.5 N，钩码总重G为1.0N，钩码上升高度h为0.1m时，C点上升了30cm，则杠杆的机械效率为 66.7 %。
（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 杠杆的重力 。
（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 变大 （选填“变大”、“变小”或“不变”）。
（二）小王用如图2所示的另一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：
（1）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。
（2）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 2 N。
【解答】解：小敏：
（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；
已知C点上升了s＝30cm＝0.3m
所以杠杆的机械效率是：；
（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，由杠杆的平衡条件得G•OA＝F•OC；悬挂点移至B点时，由杠杆的平衡条件得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。
小王：
（2）要研究杠杆的机械效率与提升物体重力的关系，应控制杠杆的重力一定、提升物体的高度相同，而提升物体的重力不同，所以应分析表中①②④三组实验，可得到的初步结论为：同一杠杆提起的物体越重，杠杆的机械效率越高；
（3）分析第①组实验数据，根据A、B两端上升和下降的距离关系可知力臂的关系AO＝2OB，设杠杆的重心为C，
则由数学知识可知杠杆的重心到支点的距离，所以可知当B端下降0.02m时，重心上升的高度为0.01m，
拉力做的总功：W总＝Fs＝5N×0.02m＝0.1J，
有用功：W有＝Gh＝2N×0.04m＝0.08J，
则额外功：W额＝W总﹣W有＝0.1J﹣0.08J＝0.02J，
不计摩擦，根据W额＝G杆h重心可得杠杆的自重：。
故答案为：小敏：（1）0.5；66.7；（2）杠杆的重力；（3）变大；小王：（2）①②④；（3）2。
7．在“测量滑轮组的机械效率”实验中，小华用同一滑轮组提升不同的物体，如图甲、乙所示。实验数据记录如下表：
（1）图乙中是第二次实验中弹簧测力计的示数，表格中②处的数据应为 62.5% ；
（2）分析数据可初步得出结论：同一滑轮组，提升的物体越重，滑轮组的机械效率越 大 （选填“大”或“小”）；
（3）小华改变动滑轮的重力，提升同一物体进行多次实验，获得数据并绘制出机械效率和动滑轮重的关系图像如图丙。如果忽略绳重和摩擦，分析图像中的A点可知，被提升物体所受的重力为 3 N。
【解答】解：（1）由图可知，测力计分度值为0.2N，示数为3.2N；
有用功：W有＝Gh＝6N×0.1m＝0.6J；
总功：W总＝Fs＝3.2N×0.3m＝0.96J，
第2次机械效率为：
η100%100%＝62.5%；
①处数据应为 3.2，编号②处数据应为 62.5%。
（3）由表格二次数据可知，使用同一个滑轮组提升物体时，钩码重越大时，滑轮组的机械效率越高；
（4）根据图丁可知，当动滑轮重为4N时，滑轮组的机械效率为75%；
忽略绳重和摩擦，滑轮组的机械效率η，
所以，被提升物体所受的重力：G′3N。
故答案为：（1）62.5%；（2）大；（3）3。
8．图甲是老李用轮椅推着他老母亲在无障碍通道上缓缓行走，图乙是该通道斜面示意图。为了解老李推轮椅所用力的大小，小华进行了探究。她从斜面底端A点沿斜面确定了相距1m处的B点，并测出B点距离地面的高度为9.00cm。（g取10N/kg）
（1）选用车轮与轮椅相同材质、花纹的小车为研究对象，进行了如下操作：
①测出小车重为2.0N，小车在斜面上时，其所受重力的示意图是 丁 （填“丁”或“戊”）图。
②将弹簧测力计校零后沿斜面方向匀速拉动小车，如图乙所示，测力计示数为 0.3 N；
③将小车从水平地面提升到B点过程中斜面的机械效率为 60% 。
（2）在小车上逐渐添加重物，测出小车的总重G，测出沿斜面匀速拉动小车需要的力，计算出拉小车从A点到B点所做的功W1；计算出竖直向上将小车从水平地面提升到B点所做的功W2。以功为纵坐标、小车总重为横坐标，建立坐标系，作出W1、W2与G的关系图像如图丙中的线段a和b。
①由丙图知：用该通道斜面提升物体时的机械效率与物重 无 （填“有”或“无”）关。
②若这位母亲的质量为50kg，所坐的轮椅质量为20kg，则老李用沿着通道斜面方向的力推轮椅匀速上坡时，力的大小为 105 N。
【解答】解：（1）①重力方向是竖直向下的，故小车在斜面上时，其所受重力的示意图是丁图；
②由图可知，弹簧测力计的分度值是0.02N，弹簧测力计的示数为0.3N；
③将小车从A点拉到B点的过程中，拉力做的功为：W总＝Fs＝0.3N×1m＝0.3J；
利用斜面将小车从水平地面提升到B点时所做的有用功为：W有用＝Gh＝2.0N×9.00×10﹣2m＝0.18J；
机械效率为：η100%100%＝60%；
（2）从图像读出当小车的总重G增大到5N时，拉小车从A点到B点所做的功W1＝0.75J，
竖直向上将小车从水平地面提升到B点所做的功W2＝0.45J，
利用斜面将小车从水平地面提升到B点时的机械效率为：η′100%100%＝60%，
η′＝η，所以由图像可知：用该通道斜面提升物体时的机械效率与物重无关；
②这位母亲和所坐的轮椅总重力为：G总＝m总g＝（50kg+20kg）×10N/kg＝700N，
老李用沿着通道斜面方向的力推轮椅匀速上坡时，从A点到B点所做的有用功为：W有用′＝Gh＝700N×9.00×10﹣2m＝63J；
由η100%得，老李用沿着通道斜面方向的力推轮椅匀速上坡时，从A点到B点所做的总功为：W总′105J；
由W＝Fs得，力的大小为F′105N。
故答案为：（1）①丁；②0.3；③60%；（2）①无；②105。
9．如图1所示，把物体甲从A点竖直向上匀速提升至高度为H的B点，绳的拉力为F1；用平行于斜面的拉力F2把物体甲沿斜面从C点匀速拉至与B点等高的D点，物体甲移动距离为s。
（1）在此过程中斜面的机械效率η＝ （用题目中的字母表示）。
小明在实验中，提出了关于斜面的机械效率与斜面倾角大小关系的猜想：斜面倾角越大，沿斜面把同一物体拉升至同一高度时，机械效率越高。请设计实验验证小明的猜想。
（2）除了图2中的器材，还需要什么测量工具： 弹簧测力计、刻度尺 。
（3）请写出实验步骤（可画图或文字表述）： 见解析 。
【解答】解：
（1）把物体甲从A点竖直向上匀速提升至高度为H的B点，绳的拉力为F1，由二力平衡条件可得物重G＝F1，则使用斜面提升重物时的有用功：W有＝GH＝F1H；
用平行于斜面的拉力F2把物体甲沿斜面从C点匀速拉至与B点等高的D点，物体甲移动距离为s，则总功：W总＝F2s；
根据机械效率的定义可得，斜面的机械效率η；
（2）由η可知，要测量斜面的机械效率，需要测出物重、拉力、上升高度和在斜面上通过的路程，故需要的测量工具是弹簧测力计和刻度尺；
（3）要验证猜想：斜面倾角越大，沿斜面把同一物体拉升至同一高度时，机械效率越高，需要控制物重、上升高度以及斜面的粗糙程度不变，只改变斜面的倾角，
则实验步骤如下：①按图2安装好长木板和木块。
②把物体甲挂在弹簧测力计上，甲静止时读出弹簧测力计的示数F1（即物体的重力）；
③用弹簧测力计沿斜面把物体甲从斜面底部匀速拉至某一高度，读出弹簧测力计匀速拉动时的示数F2；用刻度尺测出此时物体甲离地面的高度H、物体从斜面底部运动至该处的距离s。
④增大斜面与水平地面的夹角，把物体甲沿斜面拉至同一高度H处，重复步骤③。
⑤根据η算出沿不同倾角的斜面时提升物体甲至同一高度的机械效率。
⑥整理器材。
故答案为：（1）；（2）弹簧测力计和刻度尺；（3）见解析。
10．小金和小明在探究“影响滑轮组机械效率的因素”时，提出了如下猜想：
猜想一：滑轮组机械效率与被提升物体所受的重力有关；
猜想二：滑轮组机械效率与动滑轮所受的重力有关。
为了验证猜想，准备的器材如下：两个相同的滑轮、一根细绳、钩码若干、刻度尺和弹簧测力计。小金把两个滑轮分别作为定滑轮和动滑轮组装成滑轮组，用该滑轮组提升不同数量的钩码进行了三次实验，数据如表所示：
请你解答如下问题：
（1）表中第3次实验时滑轮组的机械效率为 80% 。根据表中数据在图中画出该滑轮组的绕线方式。
（2）分析表中数据可知：用同一滑轮组提升不同的物体，物体越重，滑轮组的机械效率 越高 。（选填“越高”、“越低”或“不变”）
（3）利用提供的器材， 不能 （选填“能”或“不能”）验证猜想二。
（4）小明在实验中发现：一边拉动弹簧测力计一边读数，由于测力计示数不稳定，非常不方便。为了方便读数，他提出可以让弹簧测力计保持静止时读数，他的这种想法显然不合理，因为他没有考虑到 绳子与滑轮之间的摩擦 对滑轮组机械效率的影响。如果让弹簧测力计保持静止时读数，则所测出的滑轮组机械效率比真实值 偏大 （选填“偏大”、“偏小”或“不变”）。
【解答】解：（1）表中第3次实验时滑轮组的机械效率为：η100%100%100%＝80%；
由s＝nh可得绳子的有效段数：n3，该滑轮组的绕线方式如下图所示：
（2）分析表中数据可知：用同一滑轮组提升不同的物体，物体越重，滑轮组的机械效率越高；
（3）为了验证猜想二，滑轮组机械效率与动滑轮所受的重力有关，要改变动滑轮的重力，故还需增加的实验器材是几个自重不同的滑轮，因此不能验证猜想二；
（4）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，实验过程中拉力F应该在弹簧测力计做匀速运动时读数，若为了方便，若在测力计静止时读数，则没有测量出机械的摩擦力，测量出的拉力变小，根据W＝Fs，求出的总功变小，故测出的机械效率将比真实值偏大。
故答案为：（1）80%；如解答中的图；（2）越高；（3）不能；（4）绳子与滑轮之间的摩擦；偏大。
钩码重力G/N
钩码上升高度h/m
绳子自由端所受拉力F/N
绳子自由端移动距离s/m
机械效率η/%
6
0.2
a
0.6
b
实验次数
钩码重力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
2
0.1
1.2
0.3
55.6%
2
2
0.2
1.2
0.6
55.6%
3
4
0.1
1.9
0.3
70.2%
4
4
0.1
1.3
0.5
61.5%
实验序号
物重G（N）
拉力（N）
A端上升的高度h/m
B端下降的高度s/m
杠杆的效率
1
2
5
0.04
0.02
80%
2
4
9
0.04
0.02
89%
3
2
5
0.06
0.03
80%
4
6
15
0.04
0.0.2
92%
试验次数
物体重力/N
提升高度/m
拉力/N
绳端移动的距离/m
机械效率/ŋ
1
3
0.1
2.0
0.3
50%
2
6
0.1
①
0.3
②
实验
次数
钩码所受的重力G/N
提升高度h/m
拉力F/N
绳端移动的距离s/m
机械效率η
1
2.0
0.1
1.0
0.3
66.7%
2
4.0
0.1
1.8
0.3
74.1%
3
6.0
0.1
2.5
0.3