第九章机械和功 ——机械效率相关实验 --- 2024-2025学年北师大版物理八年级下册

第九章 机械和功 素养提 科学探究——机械效率相关实验 能力点6 科学探究的能力素养训练4 1 类型1 实验数据处理 1.[2024·兰州模拟] 小明和小红设计了如图甲、 乙所示两种滑轮组来提升同一重物，在讨论滑 轮组的机械效率时，两人产生了分歧。小明认 为：“甲滑轮组的动滑轮个数少，机械效率 高。”小红却认为：“乙滑轮组更省力，机械效率高。”两人谁 也说服不了谁，于是决定用实验来验证自己的猜想是否正确 素养提升练 2 （所用的每个滑轮的重力都相同，不计绳重 与摩擦）。他们在实验中得到的数据如下表 所示： 素养提升练 滑轮组 甲 乙 钩码总重 4 4 钩码上升高度 0.1 0.1 绳端拉力 1.6 1.4 绳端移动距离 0.3 0.4 机械效率 ___ 素养提升练 4 素养提升练 （1）根据表中所测数据，计算出甲滑轮组的机 械效率，并填入表中。（百分号前保留1位小数） 【点拨】甲装置的机械效率 。 素养提升练 6 （2）由计算结果可以确定，______的说法正 确，这个实验说明了影响滑轮组机械效率的因 素有__________________________。 小明 动滑轮的个数（动滑轮重） 素养提升练 7 【点拨】由表格数据可知，甲、乙滑轮组中， 甲的拉力较大，动滑轮的个数较少，滑轮组 的机械效率较高，故小明的说法正确；这个 实验说明影响滑轮组机械效率的因素有动滑 轮的个数（动滑轮重），尽可能减小动滑轮 的个数可以提高滑轮组的机械效率。 素养提升练 （3）小红随后又提出了一个猜想，并设计了 图丙所示的实验装置。和图甲装置对比，小红 的猜想可能是____________________________ _____________。根据分析，在提升同一重物 滑轮组绳子的缠绕方式不同，机械效率不同 等于 时，装置丙的机械效率______（选填“大于” “小于”或“等于”） 装置甲的机械效率。 素养提升练 9 【点拨】由甲装置和丙装置可知，绳子的有效 股数相同、动滑轮的个数相同、物体的重力相 等，绳子的缠绕方式不同，小红的猜想可能是： 滑轮组绳子的缠绕方式不同，机械效率不同； 两装置中，提升相同的物体上升相同的高度时所做的有用功 相同，动滑轮的个数相同，所做的额外功相等，由 可知， 两装置的机械效率相同。 返回 素养提升练 10 2.[2024·长春二模] 在“测定滑轮组机械效率”的实验 中，同学们用如图所示的滑轮组提升钩码，他和同 学们作出了如下猜想： 猜想一：滑轮组机械效率与被提升物体所受的重力 有关； 猜想二：滑轮组机械效率与动滑轮所受的重力有关。 素养提升练 11 （1）为了验证猜想一，准备器材如下：两个相同的滑轮、 一根细绳、钩码若干、刻度尺和____________。用该滑轮组 提升不同数量的钩码进行了三次实验，数据如下表所示： 弹簧测力计 素养提升练 12 实验 序号 钩码重力 钩码上升高 度 绳端拉力 绳端移动的距离 ① 1.0 20.0 0.7 40.0 ② 2.0 20.0 1.2 40.0 ③ 3.0 20.0 1.7 40.0 素养提升练 【点拨】在此实验中，提升的物体是钩码，需要用 弹簧测力计测量钩码的重力和绳端拉力。 素养提升练 14 （2）由表中实验数据分析可知，改变被提升物体 的重力，则滑轮组的机械效率 与物体重力 的 关系可能符合图像___（填序号）。 C A. B. C. D. 素养提升练 15 【点拨】动滑轮的重力不可忽略，则克服动滑轮的 重力和绳与滑轮间的摩擦所做的功为额外功，从摩 擦角度考虑，随着物体重力的增加，滑轮与绳子间 的摩擦会一定程度增大（小于物重增大量）；同时， 物重增大，有用功逐渐增大，有用功占总功的比值 在增大，所以机械效率逐渐增大，但由于摩擦也在 增大，故机械效率 与物体重力 的关系并不成正比，且机 械效率不能达到 ，故C符合题意。 素养提升练 16 （3）为了验证猜想二，还需增加的实验器材是 ____________________。 几个重力不同的滑轮 【点拨】为了验证猜想二：滑轮组机械效率与动滑 轮所受的重力有关，要改变动滑轮的重力，故还需 增加的实验器材是几个重力不同的滑轮。 素养提升练 17 （4）由题中数据可知，如果绳子能承受的最大拉 力是 ，保持省力的情况下提升物体，则滑轮 组的机械效率的范围是_________________。 （百分号前保留1位小数） 素养提升练 18 【点拨】由实验数据知， ， ， ，故根据 可知， ，如果绳子能承 受的最大拉力是，由 可得， 素养提升练 19 被提起物体的重力 ，所 以滑轮组的最大机械效率 ；根据 知，要保持省力的情况下提升物 体，则 ，滑轮组的最小机械效率 素养提升练 ， 故 。 返回 素养提升练 类型2 实验评估 3.[2024·昆山月考] 小明同学做“测量滑轮 组机械效率”的实验（如图所示）。用相 同的滑轮组提升不同数量的钩码，记录数 据如表所示。 素养提升练 22 实验 序号 钩码的重 力 钩码提升高 度 拉力 绳端移动的 距离 机械 效率 1 2 0.1 0.9 0.3 2 4 0.1 1.6 0.3 3 6 0.1 ① 0.3 ② 素养提升练 23 （1）实验中，要竖直向上______拉动弹 簧测力计，使钩码升高。 匀速 【点拨】实验中要竖直向上匀速拉动弹簧 测力计，使钩码升高，此时系统处于平衡 状态，弹簧测力计示数等于绳端拉力大小。 素养提升练 24 （2）观察图中第3次实验时弹簧测力计的 示数，表格中①处的数值是____ ，②处 的数值约为_____。（百分号前保留整数） 2.3 【点拨】图中弹簧测力计的分度值为 ， 示数为 ，机械效率 。 素养提升练 25 （3）小红也利用重为、、 的钩码 进行了3次实验，但每次测得的滑轮组的机械 效率均大于小明的测量结果，则小红测得的 滑轮组机械效率偏大的原因可能是___ （填字母）。 A A. 所使用动滑轮的重力比小明的小 B. 弹簧测力计每次拉动钩码时均加速上升 C. 测拉力之前弹簧测力计未调零，指针指在零刻度线下方 素养提升练 26 【点拨】小红使用的动滑轮的重力比小明 的小，克服动滑轮重力做的功小，即额外 功偏小，在有用功一定时，总功偏小，滑 轮组的机械效率将偏大，A正确；弹簧测 力计每次拉动钩码时均加速上升，测得的 拉力偏大，总功偏大，在有用功一定时， 素养提升练 27 滑轮组的机械效率将偏小，B错误；测拉力 时，弹簧测力计未调零，指针指在零刻度线 下方，则测得的拉力偏大，总功偏大，在有 用功一定时，滑轮组的机械效率将偏小，C 错误；故选A。 素养提升练 （4）小明通过分析表格中的数据，得到 了提高滑轮组机械效率的方法。汽车作为 一种“机械”，提高效率对节能减排有重要 意义。请你指出以下三种提高效率的方法 中，方法____ 与小明得到的方法相同。 方法一：鼓励人们“拼车”出行，使汽车尽 一 量装满人员 方法二：汽车制造厂用新材料减轻汽车质量 方法三：经常给汽车做保养，保持良好的润滑 素养提升练 29 【点拨】由表中数据可知，同一滑轮组将 不同的重物提升相同的高度，被提升的物 体越重，机械效率越高；即对同一滑轮组， 增加被提升物体的重力可提高机械效率。 方法一：鼓励人们“拼车”出行，使汽车尽 量装满人员，是在额外功相同时，人越多， 素养提升练 30 有用功越多，机械效率越高，故符合题意； 方法二：汽车制造厂用新材料减轻汽车质量， 是通过减小额外功来增加机械效率的，故不 符合题意；方法三：经常给汽车做保养，保 持良好的润滑，是通过减小摩擦来增加机械 效率的，故不符合题意。 素养提升练 （5）小明发现绳端移动的距离与钩码提 升高度有固定的倍数关系，于是他认为钩 码数量一定时，无论将钩码提升多高，都 不影响该滑轮组的机械效率。他的看法是 ______（选填“正确”或“错误”）的。 正确 【点拨】因 ，故机械 效率与高度无关，故小明的看法正确。 返回 素养提升练 32 类型3 课内拓展实验 4.[2024·乌鲁木齐二模] 图甲是某居民楼前的无障碍通道，一 位工作人员正用轮椅推着一位残障人士缓缓上行，图乙是该 通道斜面示意图。为了解人推轮椅时所用力的大小，小红和 小华进行了探究。她们从斜面底端点沿斜面确定了相距 处的点。取 素养提升练 33 素养提升练 （1）使刻度尺“0”刻度线与水平地面对齐，正确测量 点高 度，结果如图乙，为_____ 。 9.00 素养提升练 35 【点拨】刻度尺上 之间有10个小格，所以一个小格代表 的长度是，即刻度尺的分度值为 ，使刻 度尺“0”刻度线与水平地面对齐，点所处高度为 。 素养提升练 36 （2）选用车轮与轮椅轮胎相同材质、花纹的小车为研究对 象，进行了如下操作： ①正确使用弹簧测力计，测出小车重为 ； 素养提升练 37 ②将弹簧测力计与斜面平行放置并______，然后沿斜面方向 匀速拉动小车，如图乙所示，弹簧测力计示数为____ ； 校零 0.3 【点拨】弹簧测力计使用前指针要指向零刻度线，如果没指 向零刻度线，需要校零；由图乙可知，弹簧测力计的分度值 是，弹簧测力计的示数为 ； 素养提升练 38 ③计算出将小车从点拉到 点的过程中，拉力所做的功为 ____；利用斜面将小车从水平地面提升到 点的机械效率为 ______。 【点拨】将小车从点拉到 点的过程中，拉力做的功 ；利用斜面将小车从水平地面 提升到 点时所做的有用功 ；机械效率 。 素养提升练 39 （3）在小车上逐渐添加重物，测出小车的总 重 和沿斜面匀速拉动小车需要的力，计算出 小车从点到点拉力所做的功 ；计算出竖 直向上将小车从水平地面提升到 点所做的功 。以功为纵坐标，以小车总重为横坐标，建立平面直角坐 标系，作出和与小车总重 的关系图像，分别如图丙中 的线段和 。 素养提升练 40 【点拨】从图像看出，当小车的总重 增大到 时，小车从点到 点拉力所做的功 ，竖直向上将小车从水平地面提 升到点所做的功 ，利用斜面将小 车从水平地面提升到 点时的机械效率 ， ，所以由图像可知：用该通道斜面提升物体时的机械 效率与物重无关； 素养提升练 41 ①由图像可知：用该通道斜面提升物体时的机械效率与物重 ______ （选填“有关”或“无关”）； 无关 素养提升练 42 ②轮椅上坐的人质量为,所坐的轮椅质量为 ,则工作 人员用沿着通道斜面方向的力推轮椅匀速上坡时，力的大小 为_____ 。 素养提升练 43 【点拨】轮椅和人的总重力 ， 工作人员用沿着通道斜面方向的力推轮椅匀 速上坡时，从点到 点所做的有用功 ； 素养提升练 44 由 得，工作人员用沿着通道 斜面方向的力推轮椅匀速上坡时，从 点到 点所做的总功 ； 由 得，力的大小为 。 返回 素养提升练 $$