11.5 第2课时 机械效率的测量与探究-【拔尖特训】2024-2025学年九年级上册物理(苏科版)

100%= G物 G物+G动 ×100% ,由η甲 = η乙 可知 GA GA+G甲动 = GB GB+G乙动 ,将 GA =2GB 代 入 上 式 可 得 G甲动 = 2G乙动.若在A、B 下方均增加重为G 的钩码,匀速竖直提升相同高度h', 则η'= (G物+G)h' (G物+G+G动)h'×100%= G物+G G物+G+G动 × 100% ,η甲' η乙' = GA+G GA+G+G甲动 × GB+G+G乙动 GB+G = GA+G GB+G × GB+G+G乙动 GA+G+G甲动 = 2(GB+G)-G GB+G × GB+G+G乙动 2(GB+G+G乙动)-G= 2- GGB+G × 12- GGB+G+G乙动 < 1,即η甲'<η乙'. 13. D [解析]提升一个重为G 的物 块时,因不计绳重和摩擦,由η= W有用 W总 × 100% = Gh (G+G动)h × 100%= GG+G动×100% 可得,动滑轮 的重力G动=1-η η ×G=1-60%60% × G=23G. 设提升n个物块时,滑轮的 机械效率为90%,则η'= nG nG+G动× 100%,即90%= nG nG+23G ×100%, 解得n=6.故选D. 14. B 解析:当匀速提升重为9.0N 的物 体 时,滑 轮 组 的 机 械 效 率 为 81%,设物体匀速提升的高度为h,则 拉力所做的有用功 W有用 =Gh= 9.0N×h,由η= W有用 W总 ×100% 可得, 拉力 所 做 的 总 功 W总 = W有用 η = 9.0N×h 81% = 100 9 N×h ,克服动滑轮重 力所做的额外功 W额外动 =G动h= 1.0N×h,除了动滑轮的重力导致的 额外功外,其他因素导致的额外功 W额外其他 =W总 -W有用 -W额外动 = 100 9 N×h-9.0N×h-1.0N×h= 10 9N×h ,其他因素导致的额外功与 总功的比值 W额外其他 W总 = 10 9N×h 100 9 N×h = 1 10 ;由图可知,滑轮组绳子的有效股 数n=2,当物体上升的高度为h时, 绳子自由端移动的距离s=nh=2h, 由绳子能够承受的最大拉力为50N 可知,拉力所做总功的最大值W总大= F大s=50N×2h=100N×h,因除了 动滑轮的重力导致的额外功外,其他 因素导致的额外功与总功的比值为一 定值,所以,其他因素导致的额外功 W额外其他大=110W总大= 1 10×100N× h=10N×h,拉力所做有用功的最大 值 W有用大 = W总大 - W额外动 - W额外其他大=100N×h-1.0N×h- 10N×h=89N×h,则使用该滑轮组 匀速提升物体时的机械效率的最大值 η大= W有用大 W总大 ×100%= 89N×h 100N×h× 100%=89%. 第2课时 机械效率的测量与探究 1. (1) 0.1 (2) 2 83.3 (3) 不变 2. B 控制变量法在探究影响滑轮组 机械效率高低的因素实验中的应用 因为影响滑轮组机械效率高 低的因素不止一个,所以探究影响 滑轮组机械效率高低的因素时要 运用控制变量法.本题比较两滑轮 组并结合题意发现:承重绳子段数 相同,动滑轮重相同,被提升的高 度也相同,只有被提升钩码的重力 不同;结合控制变量法的思想,可 知该实验装置探究的是滑轮组的 机械效率与被提升物体的重力的 关系. 3. A 4. (1) 0.5 66.7 需要克服杠杆自 重(或摩擦力)做功 (2) 不能 两次 实验时钩码没有挂在同一位置 仅根 据一次对比实验所得的结论不可靠 [解析](1) 由图可知,F=0.5N.该实 验中,弹簧测力计对杠杆的拉力F 做 的总功W总=Fs=0.5N×0.3m= 0.15J;杠杆对钩码的拉力F'做有用 功,因 钩 码 匀 速 上 升,故 F'=G, W有用=Gh=1.0N×0.1m=0.1J; η= W有用 W总 ×100%= 0.1J 0.15J×100%≈ 66.7%.使用该杠杆做额外功的原因 主要有两个:一是克服杠杆自重;二是 克服杠杆与转轴之间的摩擦.(2) 探 究杠杆的机械效率是否与钩码悬挂点 的位置和钩码的总重有关时,应采用 控制变量法.如探究杠杆的机械效率 是否与所挂钩码的总重有关时,应控 制钩码悬挂点的位置不变.此外,应多 次改变钩码的总重,测出多组数据,通 过比较、分析才能得出结论.本题中仅 有两组数据且未控制变量,故不具有 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 21 可比性,因此,不能得出结论. 如何对实验进行评估 对实验结论进行评估时,主要 考虑实验方法是否科学,实验步骤 是否合理,实验结论是否具有普 遍性. 5. (1) 匀速上升 (2) 0.54 74.1% (3) 变小 动滑轮的重力和上升高度 不变,克服动滑轮重所做的额外功不 变,克服摩擦所做的额外功增大,总的 额外功增大 (4) 增加物重 0. 8 [解析](1) 在缓慢提升物体时,还需 克服机械摩擦做功,所以为了测量滑 轮组提升物体时的机械效率,需在缓 慢匀速提升时读数.(2) 第3次实验 时,拉力所做的功W总=Fs=1.8N× 30×10-2m=0.54J,拉力做的有用 功W有用=Gh=4 N×10×10-2 m= 0.4J,滑轮组的机械效率η= W有用 W总 × 100%= 0.4J0.54J×100% ≈74.1%. (3) 因为动滑轮的重力和上升的高度 不变,因此由W动=G动h可知,同一滑 轮组提升不同重物至同一高度,物重 增大,克服动滑轮重所做的额外功不 变;根 据 表 中 数 据 可 知 W额外1 = W总1-W有用1=0.6N×0.3m-1N× 0.1m=0.08J;W额外2 =W总2 - W有用2=1.0N×0.3m-2N× 0.1m=0.1J;W额外3 = W总3 - W有用3=1.8N×0.3m-4N× 0.1m=0.14J;显然克服滑轮组所做 的额外功变大,因此克服滑轮转轴处 摩擦所做的额外功变大,所以在所有 额外功中,克服动滑轮重所做的额外 功的占比变小.(4) 通过分析表中数 据可知,物重增大,滑轮组的机械效率 增大,故要提高同一滑轮组的机械效 率,可以增大物重;第1次实验时,做 的额外功最小,假设不计摩擦和绳重, 则动滑轮的重G轮 =3F-G=3× 0.6N-1N=0.8N,实际情况下小明 所用动滑轮的重一定小于0.8N. 6. (1) 9.00 (2) ② 校零 0.3 ③ 0.3 60% (3) ① 无关 ② 120 [解析](1) 刻度尺上1cm 之间有 10个小格,所以一个小格代表的长度 是0.1cm=1mm,即此刻度尺的分度 值为1mm,使刻度尺零刻度线与水 平 地 面 对 齐,B 点 所 处 的 高 度 为 9.00cm.(2) ② 弹簧测力计使用前指 针要指向零刻度线,如果未指向零刻 度线,需要校零;由图乙可知,弹簧测 力计的分度值是0.02N,弹簧测力计 的示数为0.3N.③ 将小车从A 点拉 到B 点的过程中,拉力做的功W总= Fs=0.3N×1m=0.3J;利用斜面将 小车从水平地面提升到B 点时所做 的有 用 功 W有用 =Gh=2.0N× 9.00×10-2m=0.18J;机械效率η= W有用 W总 ×100% = 0.18J 0.3J×100% = 60%.(3) ① 由图丙可读出当小车和 重物的总重G 增大到5N时,拉小车 从A 点到B 点所做的功W1=0.75J, 竖直向上将小车从水平地面提升到B 点所做的功W2=0.45J,利用斜面将 小车从水平地面提升到B 点的机械 效率η'= W2 W1 ×100%= 0.45J 0.75J× 100%=60%,η'=η,所以由图丙可 知,用该通道斜面提升物体时的机械 效率与物重无关.② 这位父亲和所坐 轮椅的总重力G总=m总g=(60kg+ 20kg)×10N/kg=800N,中年人用 沿着通道斜面方向的力推着轮椅匀速 上坡时,从A 点到B 点所做的有用功 W有用'=G总h=800N×9.00× 10-2m=72J;由η= W有用 W总 ×100% 得,中年人用沿着通道斜面方向的力 推着轮椅匀速上坡时,从A 点到B 点 所做的总功W总'= W有用' η =72J60%= 120J;由W=Fs得,力的大小F'= W总' s = 120J 1m=120N. 对影响斜面机械效率 因素的认知 利用斜面工作时,做额外功的 原因只有一个:克服斜面对物体的 摩擦力.影响斜面机械效率的两个 因素是斜面的粗糙程度和斜面的 倾斜程度,和物重无关,这一点应 和杠杆及滑轮组加以区别.其他条 件相同时,斜面的倾斜程度越大, 机械效率越高;其他条件相同时, 斜面的粗糙程度越大,机械效率 越低. 专题特训（三）　功、功率 与机械效率的综合计算 1. [解析](1) 用杠杆将货物匀速提升 0.1m,做的有用功 W有用 =Gh= 12N×0.1m=1.2J.(2) 由题图可 知,拉力移动的距离s=OBOA×h= 1m+0.2m 0.2m ×0.1m=0.6m ,拉力做 的总功 W总 =Fs=3N×0.6m= 1.8J,杠杆的机械效率η= W有用 W总 × 100%=1.2J1.8J×100% ≈66.7%. (3) 若不计摩擦,则只克服杠杆的重 力做额外功,W额外 =W总 -W有用 = 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 31 22 第2课时 机械效率的测量与探究 ▶ “答案与解析”见P12 1. (2023·南通)如图所示,在“测定滑轮组的机 械效率”实验中,小明匀速向下拉动绳子,2s 内物体上升20cm,G物=10N,F=6N,不计 绳重和摩擦. (1) 物体上升的速度v物= m/s. (2) 动滑轮的重G动= N,滑轮组的 机械效率η= %(精确到0.1%). (3) 小明想更省力,他只改变了滑轮组的绕 绳方式,滑轮组的机械效率将 . (第1题) (第2题) 答案讲解 2. ★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: (1) 滑轮组机械效率的高低可能与 动滑轮的重力有关;(2) 滑轮组机械效率的 高低可能与被提升物体的重力有关;(3) 滑 轮组机械效率的高低可能与物体被提升的高 度有关;(4) 滑轮组机械效率的高低可能与 承重绳子的段数有关.若一名同学设计了如 图所示的两个滑轮组(所用器材相同,钩码上 升的高度也相同),进行对比实验来验证提出 的假设,则该实验验证的假设是 ( ) A. (1) B. (2) C. (3) D. (4) 3. 如图所示为“探究斜面的机械效率”实验,下 列说法中,错误的是 ( ) (第3题) A. 利用斜面提升物块,既可以省力,又可以 省功 B. 用弹簧测力计沿着斜面向上拉物块时,应 尽量匀速 C. 本实验中,用小车替代物块,可提高斜面 的机械效率 D. 斜面的倾斜程度越小,所需的拉力越小 4. ★用如图所示的实验装置测量杠杆的机械效 率.实验时,竖直向上匀速拉动弹簧测力计, 使挂在较长杠杆下面的钩码缓缓上升. (第4题) (1) 图中测力计的示数F 为 N,钩 码总重G 为1.0N,将杠杆拉至图中虚线位 置,钩码上升的高度h为0.1m,测力计移动 的距离s为0.3m,则杠杆的机械效率约为 %.请写出使用该杠杆做额外功的 一个原因: . (2) 为了进一步探究杠杆的机械效率与哪些 因素有关,一名同学使用该实验装置,先后将 钩码挂在A、B 两点,测量并计算得到如表所 示的两组数据. 实 验 次 序 钩码 悬挂点 钩码 总重 G/N 钩码移动 的距离 h/m 拉力 F/N 测力计移 动的距离 s/m 机械 效率 η/% 1 A 1.5 0.10 0.7 0.30 71.4 2 B 2.0 0.15 1.2 0.30 83.3 根据表中数据, (能/不能)得出“杠 杆的机械效率与所挂钩码的重力有关,钩码 越重,其机械效率越高”的结论.请简要说明 两条理由: ; . 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 物理(苏科版)九年级上 实 验 视 频 23 (第5题) 5. 如图所示,在“探究影响滑轮组机械 效率的因素”的实验中,小明用同一 滑轮组进行了三次实验,实验数据 如表所示: 实 验 次 序 物重 G/N 物体上 升的高 度h/cm 绳端受到 的拉力 F/N 绳端移动 的距离 s/cm 滑轮组的 机械效率 η/% 1 1 10 0.6 30 55.6 2 2 10 1.0 30 66.7 3 4 10 1.8 30 (1) 实验中,测量绳端所受的拉力时,应用手拉 着弹簧测力计 (保持平衡/匀速上升). (2) 第3次实验时,拉力所做的功为 J, 滑轮 组 的 机 械 效 率 为 (精 确 到 0.1%). (3) 通过分析表格中的数据可知:随着物重 的增大,所有额外功中,克服动滑轮重所做的 额外功的占比 (变大/不变/变小), 你的依据是 . (4) 通过分析表中数据可知,要提高同一滑 轮组的机械效率,可以采取的措施为 .小明所用动滑轮的重一定小于 N. 6. ★如图甲所示,某居民楼前有一无障碍通道, 一名中年人正用轮椅推着他的父亲缓缓上 行,如图乙所示为该通道斜面示意图.为了解 中年人推轮椅时所用力的大小,小红和小华 进行了探究.她们沿斜面确定了与斜面底端 A 点相距1m的B 点.(g取10N/kg) (第6题) (1) 使刻度尺零刻度线与水平地面对齐,正 确测量B 点的高度,结果如图乙所示,为 cm. (2) 选用车轮的材质、花纹与轮椅相同的小 车作为研究对象,进行了如下操作: ① 正确使用弹簧测力计,测出小车的重力为 2.0N. ② 将 弹 簧 测 力 计 与 斜 面 平 行 放 置 并 ,然后沿斜面向上匀速拉动小车,如 图乙所示,弹簧测力计的示数为 N. ③ 计算出将小车从A 点拉到B 点的过程 中,拉力所做的功为 J;利用斜面将 小车从水平地面提升到B 点的机械效率为 . (3) 在小车上逐渐添加重物,测出小车和重 物的总重G 和沿斜面匀速拉动小车需要的 力,计算出拉着小车从A 点到B 点所做的功 W1;计算出将小车从水平地面竖直向上提升 到B 点所做的功W2.以功为纵坐标,以小车 和重物的总重为横坐标,建立平面直角坐标 系,作出W1 和W2 与小车和重物的总重G 的关系图像,分别如图丙中的图线a 和b 所示. (第6题丙) ① 由图丙可知:用该通道斜面提升物体时的 机械效率与物重 (有关/无关). ② 若这位父亲的质量为60kg,所坐轮椅的 质量为20kg,则中年人用沿着通道斜面方向 的力推着轮椅匀速上坡时,力的大小为 N. 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 第十一章　简单机械和功