初中物理机械能实验题

学习了“滑轮组的机械效率”后，某兴趣小组对“斜面的机械效率与哪些因素有关”这课题产生了浓厚兴趣，他们猜想，斜面作为一种简单机械，它的机械效率可能与斜面的倾斜程度有关，为此，实验室提供了如下器材：长木板、垫木（长宽高之比为1：2：4）、木块（带钩）、天平弹簧测力计、停表、刻度尺、细线。请根据需要选择合适的器材，完成以下题目。

（1）实验目的：　                                                      　。

（2）实验器材：　                                                      　。

（3）实验步骤：　                                                      　。

（4）分析与论证：　                                                    　。

（5）交流与评估：　                                                    　。

某同学在探究弹性势能大小与形变量的关系时，猜测弹性势能可能与形变量 $x$成正比，也可能与形变量的平方 $x^2$成正比。用如图装置进行探究，将弹簧套在光滑竖直杆上且底端固定在水平面上，刻度尺与杆平行，进行了如下操作：

①弹簧处于自由状态时，读出其上端距水平面的高度 $h_0$；

②将中间有孔的小铁块套在光滑杆上放于弹簧上端，竖直向下按压铁块，读出此时弹簧上端到水平面的高度

$h_1$；

③释放小铁块，当铁块上升到最大高度时，读出铁块下端到水平面的高度 $h_2$；

④改变弹簧的压缩长度，重复步骤②③，将测出的数据记录在表格中，并计算出弹簧的形变量 $x$、形变量的平方 $x^2$和小铁块上升的距离△ $h$

实验次数	$h_0/m$	$h_1/m$	$h_2/m$	$x/m$	$x^2/m^2$	△ $h/m$
1	0.50	0.40	0.55	0.10	0.01	0.15
2	0.50	0.30	0.90	0.20	0.04	0.60
3	0.50	0.20	1.55	0.30	0.09	1.35
4	0.50	0.15	2.00	0.35	0.12	1.85

（1）实验中弹簧的形变量 $x=$　　（用所测物理量符号表示）；

（2）本实验中，弹簧弹性势能大小是通过　　来间接反映的；

$A$． $h_1$        $B$． $h_{2}C$． $h_2-h_0$           $D$． $h_2-h_1$

（3）该同学根据表中数据分别做出图甲△ $h-x$和图乙△ $h-x^2$图象，由此得到的结论是弹簧弹性势能的大小与

　　成正比

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 $A\text{'}$位置，同时弹簧测力计从图中的 $B$位置上升到 $B\text{'}$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　　 $\mathit{cm}$，拉力是　　 $N$，该滑轮组的机械效率 $\eta =$　　；

（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　　（选填“变大”、“变小”或“不变” $)$。

结合图中的实验情景，按照要求回答下列问题，

（1）对图①中的两支蜡烛的要求是　　；

（2）图②中，　　的机械效率高；

（3）图③研究的是电流产生的热量跟　　的关系；

（4）图④中的　　（填“铁屑”或“小磁针” $)$能更好的显示磁场的分布。

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　　做的实验。 ③实验序号3中的机械效率 $\eta =$　　。			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 $\eta$
	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　　（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
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 　　（选填“正确”或“不正确” $)$，因为他没有考虑到　　对滑轮组机械效率的影响。

在探究“物体动能的大小与哪些因素有关”的实验中，小欣同学设计了如图甲、乙、丙所示的三次实验，让铁球从同一斜面上某处由静止开始向下运动，然后与放在水平面上的纸盒相碰，铁球与纸盒在水平面上共同移动一段距离后静止。

（1）要探究动能大小与物体质量的关系，应保证铁球达到水平面的　　相同，为了达到这一目的所采取的具体操作方法是使小球　　；

（2）选用甲、丙两次实验可以得出的结论是：物体质量相同时，　　。

（3）三次实验中，碰撞前动能最小的是图　　（填“甲”、“乙”或“丙” $)$中的小球，原因是　　；

（4）小欣同学联想到“探究阻力对物体运动的影响”时，也用到了斜面，让小车从斜面顶端由静止滑下，比较在不同表面滑行的距离（如表），小车在三个表面克服摩擦力做功　　（选填“相等”或“不相等” $)$，若水平面绝对光滑，小车将做　　运动。

表面	毛巾	棉布	木板
摩擦力	最大	较大	最小
小车运动距离	最近	较远	最远

图中是一辆满载防疫物资的货车，货车满载时，车轮与水平地面接触的总面积为 $1m^2$，对地面的压强为 $5\times {10}^5\mathit{Pa}$．货车到送货地点要经过一座路面平直的桥梁，这座桥限重 $55t$。 $(g$取 $10N/\mathit{kg}$，柴油的热值 $q=4.3\times {10}^{7}J/\mathit{kg})$

（1）请通过计算货车满载时车和货物的总质量，判断货车是否允许通过这座桥。

（2）货车以 $20m/s$的速度在平直公路行驶，发动机的输出功率为 $200\mathit{kW}$，求货车受到的阻力。

（3）若货车发动机的效率为 $40\%$，以 $20m/s$的速度在该平直公路上行驶 $17.2\mathit{km}$，消耗柴油的质量是多少？

图甲是“探究物体的动能跟哪些因素有关”的实验装置图。

（1）实验时小明选用大小不同的实心钢球从同一斜面的同一高度由静止滚下，是为了探究动能大小与　     　的关系。

（2）实验时，若让同一钢球从斜面相同高度处滚下，推动木块在粗糙程度不同的水平面上移动，小明发现水平面越光滑，木块移动的距离越　      　（选填“远”或“近”），若水平面绝对光滑，木块将　        　。

（3）同班的小红同学，发现木块移动的距离没有其他同学的明显，认为是木块太重的原因造成的。为了验证猜测，小红又增加了弹簧测力计、砝码等器材，进行了“滑动摩擦力与压力大小关系”的探究，首先完成了如图乙所示实验，她的下一步操作是　           　。

在研究“物体动能与质量和速度的关系”实验中，将钢球从某一高度由静止释放，钢球摆到竖直位置时，撞击水平木板上的木块，将木块撞出一段距离。

实验次数	钢球质量 $m/g$	钢球下摆高度 $h/\mathit{cm}$	木块滑行距离 $s/\mathit{cm}$
1	20	30	35
2	40	30	65
3	60	30

（1）本实验使钢球获得动能的操作方法是　                                 　。

（2）从上表数据可以看出，实验中控制了　   　相同，从而探究动能与　    　的关系。

（3）第1次实验时若不考虑能量损失，钢球对木块最多可做　       　 $J$的功；第3次实验时，木块被撞后滑出木板无法记录数据，需要重做第三次实验，甲同学建议换用同样较长的木板，乙同学建议换一个较大的木块，丙同学建议降低钢球下摆的高度，你认为应当采用　          　同学的建议。

（4）由上述实验数据和现象可得出结论：　                                  　。

物理实验兴趣小组间开展竞赛活动，甲组出题乙组用实验的方法解答。甲组用布帘将一个滑轮组遮蔽（如图），乙组同学通过测量：滑轮组下方所挂重物重力为 $G$，重物被匀速提升的高度为 $H$，乙组同学施加在滑轮组绕绳的自由端的拉力为 $F$，该自由端移动的距离为 $h$；通过3组实验（数据见下表）乙组同学探究出“布帘背后的秘密”。

实验次数	1	2	3
$G/N$	5.0	8.0	11.0
$F/N$	2.0	3.0	4.1
$H/\mathit{cm}$	10.0	15.0	20.0
$h/\mathit{cm}$	30.1	45.1	60.2

假设你是乙组成员请判断：动滑轮实际被使用的个数是　　（选填“一个”或“两个” $)$；滑轮组中所有动滑轮（及动滑轮间的连接物）总重力约为　　（选填“ $1N$”、“ $2N$”或“ $3N$” $)$；当提升重物重力为 $G=4.0N$时，该滑轮组的机械效率最接近　　（选填“ $80\%$”、“ $33\%$”或“ $25\%$” $)$；乙组同学发现实验数据不像“理想模型”那样完美，请你提出一条产生误差的原因：　　。

小明实验小组做“测量滑轮组的机械效率”的实验，实验装置如图甲、乙所示。

（1）按照甲图装置实验，小明应竖直向上　　拉动弹簧测力计，使钩码从 $A$处升高到 $A\text{'}$处。由图可知拉力为　　 $N$，钩码上升的高度为　　 $\mathit{cm}$。

（2）小明实验小组又用图乙的实验装置进行实验，实验数据记录在表中。

实验次数	钩码重力 $G/N$	钩码上升高度 $h/m$	拉力 $F/N$	绳端移动的距离 $s/m$	机械效率 $\eta$
1	2.0	0.02		0.04	$83\%$
2	4.0	0.03	2.2	0.06

①根据表格中的数据，请在图乙中画出实验时绳子的绕法（要求向下拉绳子的自由端使钩码升高）。

②由表格数据可知，第一次实验时的拉力是　　 $N$（结果精确到 $0.1N)$；第二次实验时滑轮组的机械效率是　　（结果精确到 $1\%)$。

③由两次实验可知，用同一滑轮组提升重物时，物体越重，滑轮组的机械效率越　　（选填“高”或“低” $)$。

小丽同学在探究“弹簧弹力大小与形变量关系”时，发现同一根弹簧的弹力大小 $F$与形变量△ $x$的比值 $k$恒定。现小丽有两根原长相等的弹簧1和2，已知 $k_1:k_2=1:2$，当在两根弹簧下分别挂同一物体静止时，弹簧1和2伸长量分别为△ $x_1$和△ $x_2$，则△ $x_1$：△ $x_2=$　　。小丽通过查阅资料知道弹簧的弹性势能 $E_p=\frac{1}{2}k$△ $x^2$，此时弹簧1和2弹性势能分别为 $E_{p1}$和 $E_{p2}$，则 $E_{p1}:E_{p2}=$　　。小丽将弹簧1和2并联悬挂一物体静止时如图甲，两弹簧弹性势能之和为 $E_{\mathit{p甲}}$．将弹簧1和2串联悬挂同一物体静止时如图乙两弹簧弹性势能之和 $E_{\mathit{p乙}}$，则 $E_{\mathit{p甲}}:E_{\mathit{p乙}}=$　　。（已知如图甲情况下悬挂重物时弹簧1和2伸长量相同，整个实验中弹簧所受重力不计，且均处于弹性限度范围内。 $)$

探究小组为探究影响滑轮组的机械效率的因素，实验装置如图所示，数据如表所示。

次数	钩码重力 $\left(N\right)$	提升高度 $\left(\mathit{cm}\right)$	有用功 $\left(J\right)$	拉力 $\left(N\right)$	总功 $\left(J\right)$	机械效率
1	1.0	40	0.4	1.1	0.88	$45\%$
2	1.5	40	0.6	1.4	1.12	$54\%$
3	2.0	30		1.7
4	2.5	40	1.0	2.0	1.60	$63\%$

（1）请把表格中三个未完成的空补充完整。

（2）甲同学根据表格数据可以得出钩码重力逐渐增大，滑轮组机械效率　　（选填“增大”、“减小”或“不变” $)$。请你解释出现这种现象的原因　　。

（3）乙同学进一步研究，测出动滑轮的质量为 $100g$，根据表格中的数据得出：总功总是大于有用功与克服动滑轮重力的功之和，即： $W_{总}>W_{有}+W_{轮}$，他猜测还有　　因素影响机械效率。（答一种因素即可）

（4）丙同学计算出每一组总功与有用功和克服动滑轮重力的功的差值△ $W=W_{总}-W_{有}-W_{轮}$，通过比较第1、2和　　组的数据，发现重物的重力越大，差值△ $W$　　（选“越大”、“越小”或“不变” $)$，请你利用所学知识对此作出解释　　。

在车站广场上，常常看见人们将旅行包 $B$ 平放在拉杆箱 $A$ 上，如图甲所示。假设作用在箱子上的水平推力， $F_{推}=20N$ ， $A$ 、 $B$ 一起做匀速直线运动。

（1）将旅行包 $B$ 看成一个有质量的点，如图乙所示。请在图乙中画出运动过程中 $B$ 的受力示意图；

（2）若 $10s$ 内箱子运动的距离为 $8m$ ，求力 $F_{推}$ 做功的功率。

重15000牛的小汽车受到发动机800牛的牵引力作用，在水平地面上做匀速直线运动，其路程随时间变化如图所示。求：

（1）小汽车速度。

（2）10秒内重力对小汽车做的功。

（3）10秒内发动机对小汽车做的功和发动机的功率。