第十二章 第3节 机械效率 第2课时 机械效率的测量 ----2024-2025学年人教版物理八年级下学期

第十二章 第3节 机械效率 （第2课时 机械效率的测量） 1.实验原理：____________＝______________. 2.测量工具：______________和___________. 弹簧测力计 刻度尺 W有 W总 Gh Fs 项目 (1)测量滑轮组的机械效率 (2)测量杠杆的机械效率 (3)测量斜面的机械效率 装置图 3.测量滑轮组、杠杆、斜面的机械效率实验. 项目 (1)测量滑轮组的机械效率 (2)测量杠杆的机械效率 (3)测量斜面的机械效率 实验注意 事项 应沿竖直方向___ _______拉动弹簧测力计. 应_______拉动弹簧测力计，不能将力臂当成物体移动的距离 拉力的方向应 ____于斜面 速缓慢 匀速 平行 匀 项目 (1)测量滑轮组的机械效率 (2)测量杠杆的机械效率 (3)测量斜面的机械效率 影响机械 效率的主 要因素 _______________ _______________ _______________ _______________ _______________ _______________ 提高机械 效率的 方法 _______________、_______________等(填两条) _______________、_______________等(填两条) _______________、_______________等(填两条) 物重 G、 动滑轮 重、绳重和摩擦 物重、杠杆重、 悬挂点等 物重、摩擦力大小、 斜面的倾斜度等 增大物重、使用 轻质动滑轮 增大物重、使用 轻质杠杆 增大物重、提高 斜面的倾斜度 知识点 1 探究滑轮(组)的机械效率 典例 1：(2024 年淄博)在“观察滑轮的使用”实验中，用如 图所示的两种方式将同一物体匀速提升 20 cm(不计绳重和摩擦). 下列说法正确的是( ) A.物体所受的重力是 3.6 N B.图乙中弹簧测力计上升 20 cm C.图乙中弹簧测力计的示数是物重的一半 D.图甲中滑轮的机械效率比图乙中的高 审题：甲是定滑轮，乙是动滑轮.甲、乙两图中，提升的物体 质量相同，提升的高度相同，故所做的有用功相等，而乙图还需 要将滑轮提升到一定高度，故乙图中的额外功更大，机械效率 更低. 答案：D 变式 1：用图甲滑轮组做“探究动滑轮的自重对滑轮组机械效 率的影响”实验.实验中把不同的磁铁吸附在动滑轮边框上以改变 滑轮的自重，每次实验都匀速拉动绳端使物体上升 10 cm.不计绳 重，实验数据如表. 实验次序 物体重力 G物/N 动滑轮重力 G动/N 拉力F/N 机械效率η 1 6.0 0.3 2.2 90.9% 2 6.0 1.0 3 6.0 1.9 2.9 69.0% 4 6.0 3.2 3.4 58.8% (1)每次实验绳端移动距离为________cm. (2)第 2 次实验中拉力 F 的示数如图乙，读数为________N， 第 2 次实验滑轮组的机械效率为________.分析数据可知：在物重 不变的情况下，动滑轮越重，滑轮组的机械效率越________. (3)实验中若仅增大绳端移动的距离，则滑轮组的机械效率将 ________. (4)本实验中，在物重不变的情况下，动滑轮变重时，由摩擦 引起的额外功占总额外功的比例________(填“变大”“变小”或 “不变”). 答案：(1)30 (2)2.5 80% 低 (3)不变 (4)变小 知识点 2 测量杠杆的机械效率 典例 2：小明在“探究杠杆的机械效率与哪些因素有关”时， 猜想Ⅰ：可能与悬挂重物的位置有关；猜想Ⅱ：可能 与物体的质量有关，为此设计了以下三个方案：①在 A 处悬挂质量不同的钩码，②在 A、B 两处悬挂质量 不同的钩码，③在 A、B 两处悬挂质量相同的钩码. 下列说法正确的是( ) A.①方案能探究猜想Ⅰ C.②方案能探究猜想Ⅱ B.②方案能探究猜想Ⅰ D.③方案能探究猜想Ⅰ 审题：探究杠杆的机械效率与哪些因素有关时，若探究杠杆 的机械效率与悬挂重物位置是否有关，需控制物体的质量不变， 所挂位置发生变化，因此③方案能探究猜想Ⅰ；若探究杠杆的机 械效率与物体质量是否有关，需控制所挂物体的位置不变，物体 的质量发生变化，因此②方案不能探究猜想Ⅰ. 答案：D 变式 2：某实验小组利用图示装置研究杠杆的机械效率，实验 的主要步骤如下： (1)用轻绳悬挂杠杆一端的 O 点作为支点，在 A 点用轻绳悬挂 总重为G 的钩码，在B 点用轻绳竖直悬挂一个弹簧测力计，使杠 杆保持水平. (2)竖直向上拉动弹簧测力计缓慢匀速上升(保持 O 点位置不 变)，在此过程中弹簧测力计的读数为F，利用刻度尺分别测出A、 B 两点上升的高度为 h1、h2. (3)杠杆机械效率的表达式为η＝________________.(用已知或 测量的物理量符号表示) 答案：(3) (4)实验中，若提升的钩码重力一定，则影响杠杆机械效率的 主要因素是____________________________________________. (5)若只将钩码的悬挂点由 A 移至 C，O、B 位置不变，仍将钩 码提升相同的高度，则杠杆的机械效率将___________________(填 “变大”“变小”或“不变”). Gh1 Fh2 (4)杠杆自身的重力 (5)变大 知识点 3 测量斜面的机械效率 典例 3：(2024 年眉山)如图是小龙“测量斜面机械效率”的实 验装置.斜面粗糙程度相同.先用平行斜面向上的恒定拉力 F，将重 6 N 的物体以 1 m/s 的速度匀速拉到斜面顶端，测得斜面的机械效 率为 75%.则下列说法正确的是( ) A.拉力做功为 3 J B.物体受到摩擦力为 1.5 N C.在匀速拉动过程中，物体的机械能不变 D.若以 2 m/s 的速度匀速拉动物体，斜面机械效率仍为 75% 审题：(1)根据W＝Gh 求出有用功；然后根据机械效率的计算 公式变形可求出总功. (2)根据几何知识求出斜面的长度；额外功等于克服摩擦阻力 做的功，根据W总＝W有＋W额求出额外功，根据 W额＝fL 求出摩 擦力. (3)动能与物体的质量和速度有关，重力势能与质量和高度有 关，机械能是动能和势能的总和. (4)若以 2 m/s 的速度匀速拉动物体，拉力、摩擦力、物体的 重力均不变. 答案：D 变式 3：[生活应用]小明发现公共场所为残障人士设计的无障 碍通道是斜面，且不同的斜面通道的倾斜程度有所不同，这引发 了小明对斜面的兴趣.他想了解斜面的机械效率是否与倾斜程度有 关，便与实验小组的小伙伴们用如图所示装置进行实验探究. (1)测量斜面的机械效率，需要的测量工具是 ______、______. (2)请设计出实验数据记录表. (3)准备动手实验时，有小伙伴提出，斜面的机械效率还可能 跟斜面的粗糙程度有关.则他们要探究斜面的机械效率是否与倾斜 程度有关时，应当保持 ________不变，这里采用的科学研究方法 是______________. 实验 序号 斜面的倾 斜程度 物体重 力G/N 拉力 F/N 斜面高 度h/m W有/J W总/J 机械效率η 1 2 3 (3)斜面粗糙程度 控制变量法 答案：(1)弹簧测力计 刻度尺 (2)如表所示 类型 滑轮组 斜面 杠杆 相关 物理量 物重G；重物上升高度h；绳端拉力F；绳端移动距离s；承担重物的绳子段数n；动滑轮重G动 物重G；重物上升高度h；绳沿斜面拉力F；沿斜面的移动距离l；斜面摩擦力f 物重G；物体上升的高度h；弹簧测力计的拉力F；弹簧测力计移动的距离s 方法技巧：常见机械的机械效率 1.滑轮组如图所示，想要增大此滑轮组的机械效率，下列做法 ) 中可行的是(不计绳重与摩擦)( A.用更快的速度拉绳子 B.改变该滑轮组绳子的绕法 C.提升更重的物体 D.提升更轻的物体 答案：C 2.如图所示，甲、乙装置所用滑轮组质量均相 等，用他们分别将所挂重物竖直向上匀速提升.若 G1＝G2，竖直拉力分别为 F1 和 F2，两装置的机械 效率分别为η1 和η2(不计绳重和摩擦)，则下列判断 正确的是( ) B.F1＞F2，η1＜η2 D.F1＜F2，η1＞η2 A.F1＞F2，η1＝η2 C.F1＜F2，η1＜η2 答案：A 3.某实验小组利用图示装置研究轻质杠杆的机械效率.已知 A 点在O 点和C 点之间，保持C 点位置不变，竖直向上拉动弹簧测 力计使重为G 的钩码缓慢匀速上升，在此过程中弹簧测力计的示 数为F，利用刻度尺分别测出C、B 两点上升的高度为h1、h2.则下 列说法正确的是( ) A.杠杆机械效率的表达式为 Fh2 Gh1 B.若弹簧测力计始终竖直向上拉，则弹簧测力计示数不变化 C.在如图水平位置拉升时 F×OB＝G×OA D.杠杆机械效率的大小与悬挂点 C 的位置无关 答案：B 擦，下列判断错误的是( ) 4.如图所示，用相同的滑轮组成甲、乙两个滑 轮组，在相同时间内分别将 A、B 两物体匀速提升 相同高度.已知物体重力为 GA＞GB，忽略绳重和摩 A.甲、乙两滑轮组绳子自由端移动的距离之比为 3∶2 B.甲、乙滑轮组做的额外功相同 C.甲滑轮组的功率小于乙滑轮组的功率 D.甲滑轮组的机械效率比乙大 答案：C . . 5.小明用如图所示的装置探究杠杆的机械效率，杠杆的质量分 布均匀，右端固定在 O 点，杠杆可绕 O 点在竖直平面内转动； (1)物体的重力为 4.5 N，弹簧测力计的示数为 2 N，钩码挂在 A 处上升的高度 h 为 0.1 m，弹簧测力计竖直向上移动的距离 s 为 0.3 m，此时杠杆的机械效率η1 为________；忽略杠杆转动轴的摩 擦，杠杆自重为________N. (2)若保持弹簧测力计作用在B 点的位置不变，将物体从A 点 移到 C 点，并将钩码缓慢提升相同的高度，则杠杆的机械效率 η2________(填“＞”“＜”或“＝”)η1. 答案：(1)75% 1 (2)＞ 6.小谢同学用如图所示的斜面来探究斜面的省力情况、斜面的 机械效率与斜面的倾斜角度之间的关系.他首先测出木块重力，然 后用弹簧测力计沿斜面拉动木块，调节斜面倾斜角度的大小多次 测量，得到下表所示的数据： 斜面倾斜角度θ 木块重力G/N 斜面高h/m 斜面长L/m 拉力F/N 有用功W有/J 总功 W总/J 机械 效率η 15° 10 0.1 0.4 3.6 30° 10 0.2 0.4 (1)实验前，小谢应先准备好器材，把弹簧测力计________； 实验中，小谢测拉力时要用弹簧测力计平行于斜面拉着木块做 __________运动，才能够准确读出拉力的大小. (2)当斜面倾斜角为 30°时，弹簧测力计的示数如图所示，则 此时拉力 F＝______N. (3)分析表中的数据，可以得出的探究结论是：其他因素不变 的情况下，斜面倾斜角度越______(填“大”或“小”)，斜面越省 力，斜面的机械效率越______(填“高”或“低”). (4)若想探究斜面的机械效率与物重的关系，则要保持_______ 不变，斜面的光滑程度不变，只改变物重. (5)实验完成后，小明没有进行其他操作，根据表中数据计算 出，当斜面倾斜角为 30° 时，木块与斜面间的滑动摩擦力 f ＝ ______N. 答案：(1)调零 匀速直线 (2)6 (3)小 低 (4)斜面倾斜角度 (5)1 7.如图所示，使用A、B 两个滑轮组提升重均为900 N的物体， 使物体匀速升高不同的高度.两滑轮组相关的数据如图乙所示.其 中，利用A做的有用功为1800 J，利用B做的有用功为1400 J.则 (1)由图乙判断 A 的机械效率是________. (2)A 中，物体被提升的高度是__________m ；F1 的大小是 __________N. (3)使用 A 做的额外功________(填“大于”“小于”或“等 于”)使用 B 做的额外功. 答案：(1)75% (2)2 400 (3)等于 8.图甲是某居民楼前的无障碍通道，一位中年人正用轮椅推着 他年迈的父亲缓缓上行，图乙是该通道斜面示意图.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.她们从斜面底端 A 点沿斜面确定了距 A 点 1 m 处的 B 点.(g 取 10 N/kg) (1)将刻度尺“0”刻度线与水平地面对齐，正确测量B点高度， 结果如图乙，为________cm. (2)选取车轮与轮椅轮胎材质、花纹均相同的小车为研究对象， 进行了如下操作： ①正确使用弹簧测力计，测出小车重为 2.0 N； ②将弹簧测力计与斜面平行放置并________，然后沿斜面匀 速直线拉动小车，如图乙所示，弹簧测力计示数为________N； ③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，测出小车的总重 G，测出沿斜面 匀速直线拉动小车需要的力，计算出拉小车从 A 点到 B 点所做的 功 W1，计算出将小车从水平地面提升到 B 点所做的有用功 W2， 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 W1 和 W2 与小车总重 G 的关系图像，分别如图丙中的 a 和 b. 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 ________(填“有关”或“无关”)； ②若这位父亲的质量为70 kg，所坐的轮椅质量为10 kg，则 中年人用沿着通道斜面方向的力推轮椅匀速上坡时，力的大小为 ________N. 答案：(1)9.00 (2)②校零 0.3 ③0.3 60% (3)①无关 ②120 $$