初中物理滑轮（组）机械效率的测量实验试题

(8分)九(1)班的物理小组“滑轮组的机械效率与哪些因素有关”的实验，你帮他们完成下列步骤：
⑴该实验原理是；需要的测量器材有、。
⑵滑轮组的装置如图所示，在测量拉力时应拉动弹簧测力计并读数，如果在静止时读数，测得的机械效率将（偏大/偏小/不变）。
⑶表格中第3次实验的机械效率是，你能分析一下机械效率不能是100％的原因吗？请你试着写出一条：。
⑷分析表中的数据，可以得到的结论是：。

问题解决——测量滑轮组机械效率：
小雨用如图所示滑轮组将一个重物A提起，他想知道此时滑轮组的机械效率．现在他身边除了重物A、两个相同的滑轮、细绳外，还有3只相同的小桶和若干相同的小铁钉．
（1）请你推导出测量此时滑轮组机械效率的数学表达式（不计绳重和摩擦）；
（2）请你说明测量步骤（请配图说明，图画在方框内）．

（1）图中测力计示数为　　。

（2）小明猜测：“图中滑轮组提升的物体越轻，机械效率越高”。设计实验检验其猜测，并填写实验报告。

①实验目的：　　。

②实验步骤（若需要可补充器材）　　。

③滑轮组的机械效率（用所测出的物理量表达）　　。

小明在测量滑轮组机械效率的实验中，所用装置如图所示，实验中每个钩码重2N，测得的数据如下表：

	钩码总重G／N	钩码上升的高度h／m	测力计示数F／N	测力计移动的距离s／m	机械效率
1	4	0.1	1.8	0.3
2	6	0.1	2.4	0.3	83％
3	4	0.1	1.4	0.5	57％
4	4	0.2	1.4	1.0	57％

（1）在实验中，测绳端拉力F时，应尽量竖直向上________拉动弹簧测力计且在拉动过程中读数．
（2）第1次实验测得的机械效率为________．（结果保留两位有效数字）
（3）分析表中数据可知：第2次实验是用________装置图做的；第4次实验是用________装置图做的．（填“a”“b”或“c”）
（4）分析第1、2次实验数据可知：使用同一滑轮组，________可以提高滑轮组的机械效率；分析第1、3次实验数据可知：使用不同的滑轮组，提升相同的重物，动滑轮个数越多（即动滑轮总重越重），滑轮组的机械效率________．
（5）分析第3、4次实验数据可知，滑轮组的机械效率与物体被提升的高度________．

涪江六桥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，实验数据记录如下表所示：

实验次数	钩码重 $G/N$	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	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	$61.5\%$

（1）实验中应沿竖直方向 　　拉动弹簧测力计。

（2）分析表中数据可知：第4次实验是用 　　图所示装置来完成的。

（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 　　两次实验数据可得出：同一滑轮组提升的物体越重，滑轮组机械效率越高（填实验次数的序号）。

（5）通过比较3、4两次实验数据可得出：不同滑轮组提升相同重物，动滑轮越重机械效率越小。

（6）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（多选） 　　。

A．	$A.$ 减轻动滑轮重
B．	$B.$ 增加所提物体重
C．	$C.$ 机械加润滑油
D．	$D.$ 增加重物上升高度

在日常生活和工农业生产中，提高机械效率有着重要的意义。提高机械效率，要从研究影响机械效率的因素出发，寻求办法。

（1）为了探究影响机械效率的因素，小明选取了大小相同的滑轮，利用图甲和图乙装置进行实验，并把数据整理记录在下表中。

实验 次数	滑轮 材质	钩码重 $G/N$	提升的高 度 $h/m$	有用功 $W_{\mathit{有用}}/J$	拉力 $F/N$	绳端移动 的距离 $s/m$	总功 $W_{总}/J$	机械效率。 $\eta$
1	铝	1	0.1	0.1	0.6	0.3	0.18	$56\%$
2	铝	2	0.1	0.2	1.0	0.3	0.3	$67\%$
3	铝	2	0.2	0.4	1.0	0.6	0.6	$67\%$
4	塑料	2	0.2	0.4	0.8	0.6	0.48	$83\%$
5	塑料	2	0.2	0.4	2.1	0.2	0.42	$95\%$

①比较1和2两次实验发现：在所用滑轮组一定时，提升的钩码　 　，机械效率越高。

②比较3和4两次实验发现：滑轮组的机械效率还与　 　有关。

③比较　 　两次实验发现：在所用滑轮组一定时，机械效率与提升钩码的高度无关。

④第5次实验室利用了图　 　的装置完成的，判断依据是　 　。

⑤利用图甲的装置，把重 $6N$的物体用 $2.5N$的拉力迅速拉起，滑轮组的机械效率为　 　。可见如果没有刻度尺，只有测力计，也可以测量出滑轮组的机械效率。

（2）小明利用图丙装置实验发现：斜面的机械效率与斜面的倾斜程度和摩擦有关，与物重无关。保持斜面倾斜程度不变，可以采用　 　的方法减小摩擦，从而提高斜面的机械效率。

（3）实验表明：额外功越小，总功越接近有用功：进一步推理得出：假设没有额外功，总功等于有用功；可见使用任何机械都　　 。下列物理规律的得出运用了这种研究方法的是　　 。

$A$、焦耳定律

$B$、牛顿第一定律

$C$、阿基米德原理

$D$、欧姆定律

某小组同学测量滑轮组的机械效率。实验步骤有：

$\left(i\right)$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；

$\left(\mathit{ii}\right)$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 $s$；

$\left(\mathit{iii}\right)$记录实验数据填入表格中（表格略）；

$\left(\mathit{iv}\right)$多次改变钩码的数量，重复上述实验；

$\left(v\right)$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；

$\left(\mathit{vi}\right)$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 $\eta =$　　（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

在探究“影响滑轮组机械效率高低的因素“时，同学们提出了下列猜想

（1）滑轮组机械效率高低可能与动滑轮重力有关；

（2）滑轮组机械效率高低可能与被提升的物重有关；

（3）滑轮组机械效率高低可能与物体提升高度有关；

（4）滑轮组机械效率高低可能与承重绳子股数有关。

小明同学设计了如图所示的两个滑轮组，进行对比实验来验证提出的猜想，则该实验

验证的猜想是 $($　　 $)$

A．（1）B．（2）C．（3）D．（4）

实验探究

（1）探究重力与质量的关系

①某同学用质量已知的钩码进行实验，根据测得的数据作出的 $G-m$关系图象是一条过原点的直线 $a$由此得出结论：物体受到的重力与它的质量成　 　比。

②他又正确测量了一个木块的质量和重力，并在同一坐标系中正确描点得到点 $A$，如图所示。点 $A$不在直线 $a$上的主要原因是　 　。

（2）探究阻力对物体运动的影响

如图所示，将棉布铺在水平木板上，让小车从斜面顶端由静止滑下，小车在水平面上由于受到阻力，滑行一段距离后停止；去掉木板上的棉布，再次让小车从斜面顶端由静止滑下，运动的小车所受到的阻力减小，滑行的距离增大。

进一步推理：如果运动的小车受到的阻力为零，它将　 　。通过上述实验和推理可得：力不是维持物体运动状态的原因，而是　 　物体运动状态的原因。

（3）测量滑轮组的机械效率

实验装置和数据记录表如下：

次数	钩码重力 $G/N$	钩码上升的高度 $h/m$	绳端拉力 $F/N$	绳端移动的距离 $s/m$	机械效率 $\eta$
1	2.0	0.10	0.9	0.30	$74.1\%$
2	2.0	0.15	0.9	0.45	$74.1\%$
3	2.0	0.20	0.9	0.60	$74.1\%$
4	4.0	0.20	1.6	0.60

①第4次实验测得的机械效率为　 　。

②分析表中数据可得：利用相同的滑轮组提升同一物体，物体上升的高度不同，滑轮组的机械效率　 　；提升不同的物体，物体的重力越大，滑轮组的机械效率越　 　。

小明和小强在测“滑轮组机械效率”的实验中，一同学组装好如图所示实验装置，他们分别记下了钩码和弹簧测力计的位置。

（1）实验时，小明　　竖直向上拉动弹簧测力计，使钩码升高，弹簧测力计读数为 $0.5N$；同时小强也用刻度尺测出钩码被提升的高度为 $10\mathit{cm}$，以上测量结果准确无误，其他被测物理量和计算数据记录如表：

钩码重 $G/N$	弹簧测力计提升的高度 $x/m$	有用功 $W_{有}/J$	总功 $W_{总}/J$	机械效率 $\eta$
1	0.2	0.1	0.1	$100\%$

（2）小明和小强通过计算得出该滑轮组机械效率为 $100\%$，他们意识到出现了错误，请你帮他俩找出错误的原因：　　。

（3）该滑轮组的机械效率实际为　　（精确到 $0.1\%)$。

（4）在实验中，若将钩码的重增加到 $6N$，则该滑轮组的机械效率将　　（选填“变大”、“变小”或“不变” $)$。

在测量动滑轮机械效率的实验中，小明用如图所示的动滑轮提升钩码，改变钩码的数量，正确操作所得实验数据如下：

（1）实验时，用手　　匀速拉动弹簧测力计，使挂在动滑轮上的钩码缓缓上升。

（2）第②次实验测得的动滑轮的机械效率为　　 $\%$（计算结果的位数与表中机械效率位数一致）。

（3）由表中数据分析可知，同一动滑轮的机械效率由　　决定的。

（4）不计绳重及摩擦阻力，则该动滑轮的自重为　　 $N$。

实验 序号	钩码重 $G/N$	钩码上升 高度 $h/\mathit{cm}$	拉力 $F/N$	绳端移动的距离 $s/\mathit{cm}$	机械效率
①	1.0	20.0	0.7	40.0	$71.4\%$
②	2.0	20.0	1.2	40.0
③	3.0	20.0	1.7	40.0	$88.2\%$

在“测量滑轮组的机械效率”实验中，小丽用如图所示的同一滑轮组提升不同钩码的方法，分别做了甲、乙、丙三次实验，实验数据记录如表：

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 $\eta$
1	2	0.05	1.0	0.15	$66.7\%$
2	4	0.05	1.7	0.15	$78.4\%$
3	6	0.05	①	0.15	②

（1）实验中要竖直向上　　拉动弹簧测力计，使钩码升高。

（2）表格中编号①处数据应为　　，编号②处数据应为　　。

（3）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。

（4）若将此滑轮组换一种绕绳方法，不计摩擦及绳重，提升相同的物体时，滑轮组的机械效率　　（选填“变大”“变小”或“不变” $)$

小军同学为了探究“使用动滑轮的省力情况及滑轮组的机械效率”，使用了如图所示的实验装置。实验前，小军用轻质弹簧测力计测得动滑轮的重力为 $1.0N$，每个钩码的重力为 $0.5N$，实验过程中，小军多次改变动滑轮所挂钩码的数量，分别记下了每次所挂钩码的重力及对应的轻质弹簧测力计示数（见下表）

序号	1	2	3	4	5	6	7	8
动滑轮重 $G_0/N$	1.0	1.0	1.3	1.0	1.0	1.0	1.0	1.0
所挂钩码的重力 $G/N$	0.5	1.0	1.5	2.0	2.5	3.0	3.5	4.0
弹簧测力计示数 $F/N$	0.8	1.2	1.3	1.6	1.8	2.2	2.3	2.7

（1）分析实验数据可以得到：在动滑轮的重力大于或等于物体的重力的条件下，使用该滑轮组　 　（选填“省力”或“不省力” $)$

（2）在忽略摩擦、绳重及实验误差的条件下，弹簧测力计的示数 $F$与被提升钩码重力 $G$以及动滑轮重力 $G_0$的关系为　　

（3）小军同学又研究了滑轮组水平拉动物体的情况，用另一组滑轮组将重为 $50N$的物块从位置 $A$匀速直线拉到位置 $B$，请在图中画出最省力的绕线方法：物块移动的距离为　　 $\mathit{cm}$；若此时绳自由端所用拉力为 $10N$，物块受到的摩擦力为 $18N$，该滑轮组的机械效率为　　。

某小组同学在探究滑轮组的机械效率与哪些因素有关时，提出了一些猜想并对猜想进行验证。

（1）如果影响机械效率的因素有 $A$、 $B$、 $C$多个，要研究其与 $B$因素的关系，需要先控制其他几个因素不变，而改变　　因素，从而进行研究。

（2）下列 $A$、 $B$是同学提出的两个猜想：

猜想一：两个相同滑轮组成的滑轮组，其机械效率与滑轮组细线的绕法有关；

猜想二：两个相同滑轮组成的滑轮组，其机械效率与滑轮组提升的物重有关。

为了验证上述猜想是否正确，同学们准备分别按图1、图2、图3和图4的滑轮组进行实验。

验证猜想一的小组应按图　　所示的两个滑轮组进行实验，若实验测得两滑轮组的机械效率大小　　（相等 $/$不相等），则可初步判断猜想一是错误的；

验证猜想二的小组应按图　　所示的两个滑轮组进行实验，若实验测得两滑轮组的机械效率大小不相等，则可初步判断猜想二是　　（正确 $/$错误）的。

（3）请你为该班同学提出一种提高滑轮组机械效率的方法：　　。

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” $)$。