初中物理滑轮（组）机械效率的测量实验实验题

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” $)$。

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

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　　。

有人说，同一机械的机械效率是不变的。小华设计了“探究滑轮组机械效率与所提升重物质量的关系”实验，来检验此说法是否正确。

（1）用笔画线代替绳子，在图甲中画出最省力的绳子绕法。

（2）如图乙所示，小华在实验中保持滑轮组不变，改变重物的质量，通过弹簧测力计匀速拉动绳子使重物缓缓上升，测得数据如下表 $(g$取 $10N/\mathit{kg}):$

序号	重物质量 $/\mathit{kg}$	重物上升距离 $/\mathit{cm}$	弹簧测力计示数 $/N$	绳端移动距离 $/\mathit{cm}$	机械效率
1	0.1	10	1.1	20	$45.5\%$
2	0.2	10	1.6	20	$---$
3	0.3	10	2.1	20	$71.4\%$

第2次实验中的机械效率是　　；根据表中数据可以得到，滑轮组的机械效率随所提升重物质量的增大而　　。

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

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　     　。

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 $\eta$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：

实验次数	钩码重力 $G/N$	物体上升的高度 $h/\mathit{cm}$	有用功 $W_{有}/J$	拉力 $F/N$	弹簧测力计移动的距离 $s/\mathit{cm}$	总功 $W_{总}/J$	机械效率 $\eta$
1	6	3.00	18.00	2.38	9.00	21.42	$84.0\%$
2	6	5.00	30.00	2.40	15.00	36.00	$83.3\%$
3	6	8.00	48.00	2.36	24.00	56.64	$84.7\%$
4	6	10.00	60.00	2.35	30.00	70.50	$85.1\%$

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。

小明在“测量滑轮组的机械效率”实验中，测得的相关实验数据如下表（装置中每个滑轮的质量均相同）

次数	物体的重力 G/N	提升的高度 h/m	拉力N/N	绳端移动的距离 s/m	机械效率η
1	2	0.1	0.9	0.3	74%
2	4	0.1	1.6	0.3	83%
3	2	0.1		0.5

（1）实验过程中，应使弹簧测力计竖直向上　    　拉动。在第3次实验中弹簧测力计的示数如图乙所示，其示数为　     　N，第3次实验中滑轮组的机械效率为　      　。

（2）比较1、2两次的实验数据可知：相同的滑轮组，　             　，滑轮组的机械效率越高。

（3）测量结束后，小明想到甲图中的滑轮组还有另一种安装方法，既可以省力，也可以改变力的方向，请在丙图中画出绳子绕法。

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” $)$

如图是智慧小组"测滑轮组的机械效率"的实验装置。测得的实验数据如表。

实验次数	物重G/N	物体上升高度h/m	拉力F/N	绳端移动距离s/m	机械效率η
1	1	0.1	0.6	0.3	55.6%
2	2	0.1	1.0	0.3	66.7%
3	4	0.1	1.8	0.3

（1）实验过程中，应竖直向上 　 　拉动弹簧测力计。

（2）第三次实验中滑轮组的机械效率是 　      　。

（3）分析表中实验数据可知，同一滑轮组，物重 　    　，滑轮组的机械效率越高。

（4）若在第三次实验中，物体上升的速度为0.1m/s，则拉力F的功率为 　     　W

（5）创新小组也利用重为1N、2N、4N的物体进行了三次实验，每次测得的机械效率均大于智慧小组的测量值，则创新小组测量值偏大的原因可能是 　    　。（填字母）

A．	测拉力时，弹簧测力计未调零，指针指在零刻度线下方
B．	弹簧测力计每次拉动物体时均加速上升
C．	所使用的动滑轮的重力小于智慧小组

如图所示，小刚做"测量滑轮组的机械效率"实验时，用20N的拉力将重为30N的物体匀速提升30cm。求：

①此滑轮组是由 　 　段绳子承担动滑轮和物体的总重。

②滑轮组的机械效率是 　    　%。

③测量滑轮组的机械效率时，下列因素中：a．动滑轮重力、b．绳子绕法、c．摩擦力、d．定滑轮重力、e．物体重力，对滑轮组机械效率有影响的是 　    　。

A．

acde

B．

bce

C．

ace

D．

abcde

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	$88.2\%$

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　　。

如图为某同学测动滑轮机械效率的示意图。他用弹簧测力计拉动绳子的自由端，将质量为200g的钩码从A位置匀速提升到B位置，同时弹簧测力计从图中的A′位置匀速竖直上升到B′位置，这个过程用时2秒，弹簧测力计对绳的拉力为F．请你根据这个同学做的实验完成下列问题：

（1）准备了下列器材：钩码、天平、滑轮组、细绳、弹簧测力计和刻度尺，其中多余的器材是 　     　；

（2）如图，由刻度尺的读数可知，钩码上升的距离是 　    　cm。

（3）若弹簧测力计的读数为1.2N，则这个动滑轮的机械效率是 　     　，拉力F做功的功率是 　     　W。