初中物理杠杆机械效率的测量实验综合题

如图所示，一物体放在水平地面上，一个人站在地上利用滑轮组将此物体匀速提到楼上，每个滑轮重为225N，人对绳子的拉力是375N（不计绳重和摩擦）求：

（1）要想使人所用的拉力最小，请在图上画出滑轮组上绳子的绕法.
（2）若物体上升的速度是0.2m/s，人拉绳的功率是多少？
（3）滑轮组的机械效率是多少？

如图所示，工人师傅用一个定滑轮和动滑轮组成滑轮组，把重为500N的箱子匀速提升2m，动滑轮重80N，不计绳重和摩擦，取g=10N/kg．

(1)在图中用笔画线代替细绳组装滑轮组．
(2)在向上提升箱子的过程中，人对绳子的拉力为多大?
(3)在向上提升箱子的过程中，滑轮组的机械效率为多少?

2013年12月14日中国造的“玉兔号”月球车成功降落于月球上。月球车质量140千克，以太阳能为能源，能够耐受月球表面真空、强辐射、摄氏零下180度到零上150度极限温度等极端环境。月球车具备20度爬坡、20厘米越障能力，并配备有全景相机、红外成像光谱仪、测月雷达、粒子激发X射线谱仪等科学探测仪器。月球的吸引力是地球的六分之一，每个车轮与月球表面接触面积为50cm²，表面土壤非常松软，凹凸不平，有石块、有陨石坑，还有陡峭的高坡。在这种环境中，月球车既不能打滑，更不能翻车。
目前已在月球上度过了3个月，超出了设计寿命。它现在处于月夜休眠期，人们期待其接下来继续优秀的月面探险表现，同时也牵挂着它的安危。（g=10N/kg）

（1）假设你是一名航天员，驾驶飞船登上月球．如果你手边有一只灵敏电流表、一根直导体和导线若干，想探测月球表面附近是否有磁场，下列方案中合理的是(    )
A.直接将电流表置于月球表面附近，若电流表的示数为零，可判断月球表面无磁场
B. 用导线将电流表、直导体连接起来，使直导体在月球表面附近沿某一方向运动时，若电流表的示数为零，则可判断月球表面附近无磁场
C．用导线将电流表、直导体连成闭合回路，使直导体在月球表面附近沿某一方向运动时，若电流表的示数为零，则可判断月球表面无磁场
D. 用导线将电流表、直导体连成闭合回路，使直导体在月球表面附近沿各个方向运动时，若发现电流表的示数有时不为零，则可判断月球表面附近有磁场
（2）月球车的动力装置一般选用电动机而不是内燃机，请你说说为什么？
（3）某中学的几个航天迷设计了一个月球车的模型，其中电路部分选用12 V的蓄电池作电源，额定电压均为6 V的电动机和灯泡分别用作动力装置和照明光源.设计的电路如图所示，请你说出其电路设计中不科学的地方.（要求说出两点）
（4）如图所示，当月球平稳地行走在月球上时，求月球车对月球表面的压强。
（5）报道，我国某科研单位研究制的太阳能月球车（研制过程的样品），它上面的太阳能接收板的有效面积为S=4m²，太阳晴朗且接收板对着太阳时，每平方米面积上能接收到太阳的功率为P₀=1kW，太阳能电池产生的电压为U=120V，可供电动机正常工作的电流为I=8A.那在电动机正常工作时，太阳能电池将太阳能转化为电能的效率是多大？
（6）如果上述月球车中的电动机正常工作时，将电能转化为机械能的效率是75%，且该车沿水平路面匀速直线行驶时所获得的牵引力是180N，则该车匀速行驶时的速度是多大？

小亮家有一辆轿车，爸爸在给他讲车的性能时，总是说“2.0的排量”，却很少说“功率”，为此小亮特地从网上查到了排量的定义：活塞从上止点移动到下止点所通过的“工作容积”称为气缸排量。如果发动机有若干个气缸，所有气缸“工作容积”之和称为发动机排量。小亮从说明书上查到家中的轿车采用的是LFX直列四缸发动机，排量为2.0L；从网上查找到了了这种轿车的输出功率与转速的关系如图所示。

1．根据图21分析，在发动机转速为1000～5000 r/min范围内，它的输出功率与转速大致有怎样的定性关系？
2．试通过公式推导出在其他参数相同时，轿车发动机的输出功率与其排量的关系。
3．小亮又向爸爸询问了一些实测数据：轿车行驶的路况好，平均车速为l00km/h时，发动机转速为2000r/min，平均油耗为9L/l00km。参考图21中的数据，分析这辆汽车在这种状态下行驶时，发动机的效率约为多少？每个做功冲程气缸内气体的平均压强是约为多少？（已知汽油的热值为4.6×10⁷J/kg，密度为0.7l×10³kg/m³）

如图是某科技小组设计的一个提升重物的装置，CD是一个以O点为转轴的水平杠杆，CO：OD=3：2。滑轮组固定在杠杆C点，通过固定在水平地面的电动机匀速提升重物，每个滑轮的质量均为m₀。放置在水平地面上的配重E通过细绳竖直拉着杠杆D点，使杠杆CD始终保持水平平衡，配重E的质量m_E为100kg。当电动机用拉力F₁匀速提升重物A时，滑轮组的机械效率为η₁，物体A匀速上升的速度为v₁；当电动机用拉力F₂匀速提升重物B时，滑轮组的机械效率为η₂，物体B匀速上升的速度为v₂。在匀速提升重物A、B的过程中，电动机的功率保持不变。已知F₂-F₁=50N，v₁:v₂=5:4，η₂=90%。细绳和杠杆的质量、滑轮与轴的摩擦均忽略不计，g取10N/kg。求：

（1）拉力F₁的大小；
（2）滑轮组的机械效率η₁；
（3）当电动机用拉力F₂匀速提升重物B时，配重E对地面的压力N₂。

小洁家购买了某型号的四轮汽车，假期全家开车去某地旅游，下车时观察里程表确定汽车行驶了225km，所用时间是2.5h，消耗汽油20L（假设汽油完全燃烧），汽车行驶过程的发动机牵引力是800N。求：
（1）在这段时间内牵引力做的功多大？
（2）汽车发动机在这段时间内的功率为多大？
（3）20L汽油完全燃烧放出的执量是多少？（已知q_汽油=3.6×10⁷J/L）
（4）该汽车发动机的效率是多少？（发动机的效率是指发动机对外所做的功与消耗的汽油完全燃烧放出热量的百分比）

小明做“测滑轮组机械效率”实验时，用图中所示的滑轮，组装成滑轮组，请在图中画出使用该滑轮组时最省力的绕法。用此滑轮组将重为3.6N的物体匀速提起时，拉力的功率为0.36W，滑轮组的机械效率为75%。（忽略摩擦及绳重）求：（1）绳子自由端移动的速度和动滑轮的总重。（2）若用此滑轮组提起小于3.6N的重物时，其机械效率将如何改变？说明理由。

用图甲所示的滑轮组运送货物上楼，每件货物重100N，每次运送的量不定，图乙记录了在整个过程中滑轮组的机械效率随货物重力增加而变化的图象，由图可知动滑轮重为＿＿＿＿N，当某次运送4件货物时，绳子的拉力F是＿＿＿＿N，滑轮组的械效率为＿＿＿＿。（不考虑绳重和摩擦）

斜面是一种简单机械,盘山公路可看成是斜面.有一辆客车在盘山公路上行驶,假如客车质量为7000kg,向上行驶过程中牵引力保持3×10⁴N不变,行驶了2km的路程时,客车升高了300m.在此期间,求：(g取10N/kg)
(1)客车克服重力做了多少功?
(2)盘山公路的“机械”效率是多少?

在 “探究动滑轮的机械效率”时，某小组利用自重不同的两个动滑轮进行了如图所示的三次测量，数据记录如下：

实验 序号	钩码 重/N	动滑轮 重/N	拉力/N	钩码上升的高度/m	测力计移动的距离/m	有用功/J	总功/J	机械效率/%
①	4	0.5	2.3	0.2	0.4	0.8	0.92	87
②	4	0.9	2.5	0.2	0.4	0.8	1.0	80
③	6	0.5	3.3	0.2	0.4

（1）完成表格中第3次空白处的计算，填在下面的横线上：有用功为_______，总功为     ； 机械效率为  ____ 。
（2）通过比较①和②两次实验数据（选填实验序号），可知动滑轮的机械效率与动滑轮的自重      （选填“有关” 或“无关”）。
（3）小明认为“同一个机械，它的机械效率是一个定值”，通过比较          两次实验数据（选填实验序号），可知他的观点是         的（选填“正确” 或“错误”）。

下面是“探究斜面的机械效率”得到的实验数据，请完成下面的填空、
表一：

实验次数	斜面坡度	斜面材料	斜面高h(m)	小车重G(N)	有用功Gh(J)	斜面长s(m)	拉力 F(N)	总功 Fs(J)	机械效率 η
1	较缓	木板	0.2	10	2	1	5	5	40.0％
2	较陡	木板	0.4	10	4	1	6	6	66.7％
3	最陡	木板	0.6	10	6	1	7	7	85.6％

(1)由表一可知，在斜面的粗糙程度一定时，斜面的倾斜程度越________，斜面的机械效率越________。(选填“大”、“小”、“高”或“低”)
表二：

实验次数	斜面坡度	斜面材料	斜面高h(m)	小车重G(N)	有用功Gh(J)	斜面长s(m)	拉力 F(N)	总功 Fs(J)	机械效率 η
1	较陡	毛巾	0.4	10	4	1	7	7	57.1％
2	较陡	木板	0.4	10	4	1	6	6	66.7％
3	较陡	玻璃	0.4	10	4	1	5	5	80.0％

(2)由表二可知，在斜面的倾斜程度一定时，斜面越________，斜面的机械效率越________。(选填“粗糙”、“光滑”、“高”或“低”)
(3)从表一中还可以发现，斜面的倾斜程度越小，越_________(选填“省力”或“费力”)；斜面越省力，机械效率越________(选填“高”或“低”)。
我们的校园中，有什么应用到斜面的知识，请举一例：___________________________。

如图是探究斜面的机械效率跟什么因素有关的实验装置．
（1）实验器材有木块、铁块、垫块、各处粗糙程度相同的长木板、弹簧测力计各一个，砝码若干，为了完成实验，还需要的测量工具是　　．
（2）实验时某同学在木块或铁块上放置不同的砝码，改变物块的重力，用弹簧测力计拉着物块沿斜面做匀速直线运动．实验的部分数据如下表：

实验次数	接触面粗糙程度	物块重G/N	物块上升的高度h/m	沿斜面的拉力F/N	物块移动的距离L/m	机械效率
1	较粗糙（木块﹣木板）	2.0	0.25	1.2	0.80	52%
2	同上	2.0	0.35	1.4	0.80	63%
3	同上	5.0	0.35	3.5	0.80	63%
4	较光滑（铁块﹣木板）	5.0	0.35	3.1	0.80

②在第四次实验中，斜面的机械效率为　　．

用如图所示的滑轮组提升重物时，动滑轮下面挂着的钩码所受的重力是G，动滑轮的重力为G`，竖直向上拉弹簧测力计，使钩码匀速上升h的高度，在此过程中测力计的示数为F，F作用端移动的距离是s，在用滑轮组提升钩码的过程中，有用功就是直接克服重力把物体提升一定高度所做的功，总功是使用机械时总共所做的功。若不计摩擦，请根据公式：W<sub>总功</sub>=W<sub>有用功</sub>+W<sub>额外功</sub>，推导出：F=（G+G`）/3