初中物理中考复习 专题21 探究滑轮组机械效率的实验题（解析版）

专题21  探究滑轮组机械效率的实验题

探究滑轮组的机械效率实验需要学通的基础知识

1.原理：η=W有/W总

2.应测物理量：钩码重力G、钩码提升的高度h、拉力F、绳的自由端移动的距离S

3.器材：除钩码、铁架台、滑轮、细线外还需 刻度尺、弹簧测力计。

4.注意：必须匀速拉动弹簧测力计使钩码升高，目的是保证测力计示数大小不变。

5.结论：影响滑轮组机械效率高低的主要因素有：

（1）动滑轮越重，个数越多则额外功相对就多。

（2）提升重物越重，做的有用功相对就多。

（3）摩擦，若各种摩擦越大做的额外功就多。

同一滑轮组绕线方法和重物提升高度不影响滑轮机械效率。

6.测量机械效率时为什么不能使弹簧测力计静止？机械效率会怎样？

当弹簧测力计静止时，绳子和滑轮之间没有摩擦力，拉力示数会变小，有用功在总功中占的比例增大，滑轮组的机械效率偏大。

【例题1】同学们在探究“影响滑轮组机械效率高低的因素”时提出了下列假设：

猜想一:滑轮组机械效率高低可能与动滑轮重有关；   

猜想二:滑轮组机械效率高低可能与被提物重有关；

猜想三:滑轮组机械效率高低可能与物体提升高度有关；

猜想四:滑轮组机械效率高低可能与承重绳子段数有关。

一位同学设计了如图所示的四个滑轮组，并将所测实验数据填入下表：

（1）在表中填上四次实验的绳子的股数n和机械效率。

（2）根据实验____和____(填①、②、③、④)可知，滑轮组机械效率高低与被提物重有关；

（3）根据实验②和④可知，滑轮组的机械效率与________________________无关；

（4）通过实验可以发现，不同滑轮组提升相同重物时，动滑轮越重，机械效率越______；

（5）要研究滑轮组机械效率高低是否与物体提升高度有关应该选用_______(填“同一”或“不同”)滑轮组，提升_______(填“相同”或“不同”)的高度去研究。

【答案】（1）3   66.7% ；  3   79.8% ；   3   66.7% ；    2   80% 。

（2）①  ② （3）承重绳子段数（4）小  (5) 同一   不同

【解析】（1）根据η=×100﹪=Gh/Fs×100﹪计算滑轮组的机械效率；

（2）要探究机械效率与物重的关系，需保持动滑轮重相同；

（3）分析实验②和④数据中的相同点和不同点，根据机械效率的大小得出结论；

（4）机械效率与动滑轮重之间的关系：提升相同的重物，有用功相同，动滑轮越重，做的额外功越多，机械效率越低；

（5）要探究机械效率与物体被提升的高度间的关系，应保持其它因素相同，提升的高度不同．

【例题2】（2020天津）在探究影响滑轮组机械效率的因素时，小明提出了如下猜想：

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；

小明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，数据如下表所示：

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______：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______（选填“越高”“越低”或“不变”）；

(3)为了验证猜想二，还需增加的实验器材是______｡

【答案】    (1) 80.0%    (2)     (3)越高    (4)自重不同的滑轮

【解析】(1)第3次实验中，有用功W有=Gh=6.0N×0.1m=0.6J

通过滑轮组所做的总功W总=Fs=2.5N×0.3m=0.75J

滑轮组的机械效率

因为绳子端移动的距离是物体提升高度的3倍，所心滑轮组承重绳子的根数为3，那么滑轮组的绕线如图：

(2)分析表格数据知，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)猜想二，要验证滑轮组机械效率与动滑轮所受的重力有关，换用自重不同的动滑轮进行实验。

1.（2020湖南岳阳）“测滑轮组的机械效率”的实验数据如下表：

(1)实验时，应沿竖直向上的方向______拉动弹簧测力计；

(2)第2次实验中弹簧测力计的示数如图所示为______N；

(3)第3次实验滑轮组的机械效率是______；（保留一位小数）

(4)如果用这个滑轮组提升7N的重物，则它的机械效率可能是______（选填序号）。

A．60%            B．70%            C．80%

【答案】 (1)匀速  (2) 24  (3) 77.0%  (4) C

【解析】(1)在实验过程中，应沿竖直方向匀速向上拉动弹簧测力计，此时处于平衡状态，受到平衡力的作用，测力计示数才等于拉力大小。

(2)由图可知，测力计分度值为0.2N，则第2次实验中弹簧测力计的示数为2.4N。

(3)第3次实验滑轮组的机械效率

η=≈77.0%

(4)由实验数据可知，用同一滑轮组，提升的物体越重，滑轮组的机械效率越高，所以，使用该滑轮组提升7N的重物，此时物重比第3次实验的物重还大，则此时滑轮组的机械效率大于77.0%，可能为80%，故选C。

2．下面是小明和小红的“测量滑轮组的机械效率”实验报告．

实验名称：测量滑轮组的机械效率

实验步骤：

（1）用弹簧测力计测量钩码所受的重力G并填入表格．

（2）按如安装滑轮组，分别记下钩码和弹簧测力计的位置．

（3）拉动弹簧测力计并读出拉力F的值，用刻度尺测出的钩码上升的高度h和弹簧测力计移动的距离s，将这三个量填入表格．

（4）算出有用功W有、总功W总、机械效率η并填入表格．

（5）改变钩码上升的高度，重复上面的实验，记录并计算实验数据．

实验记录：

实验结论：在忽略绳子的重力和摩擦的情况下，滑轮组的机械效率与所提升物体的重力和高度无关．请你评价小明和小红的实验报告．

（1）指出实验步骤中存在的错误和不足；

（2）从理论上分析说明他们实验结论的局限性．

【答案】（1）有用功和总功计算错误；在研究滑轮组机械效率与物体的重力关系时，小明和小红没有改变提升物体的重力大小；（2）研究滑轮组机械效率与所提升物体高度的关系时，原实验只使用了一个滑轮组做了实验；研究滑轮组机械效率与所提升物体重力的关系时，原实验没有改变物体的重力且只使用了同一滑轮组做实验

【解析】（1）①表中有用功W有用=Gh和总功W总=Fs的计算值都是错误的，原因在于计算时，物体上升的高度和测力计通过的距离均以cm为单位，在计算时没有换算成国际单位m；②在研究滑轮组机械效率与物体的重力关系时，应改变提升的物体重力大小，由表中数据可知，小明和小红没有改变提升物体的重力大小，故无法得出机械效率大小与提升物体重力的关系；（2）研究滑轮组机械效率与所提升物体高度的关系时，要控制物体的重力相同，为使结论具有普遍性，应换用不同的滑轮组多次实验；原实验只使用了一个滑轮组做了实验；研究滑轮组机械效率与所提升物体重力的关系时，应改变物体的重力大小，使用不同的滑轮组做实验，而原实验没有改变物体的重力用只使用了同一滑轮组做实验。

3.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       。

（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       （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

【答案】（1）刻度尺；（2）Gh/Fs；（3）ADE。

【解析】（1）由图可知，除了滑轮，弹簧测力计外，还需要测量高度的刻度尺；

（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，

机械效率的表达式为η= W有/W总=Gh/Fs；

（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。