课时9.6 制作简易升降机-【帮课堂】2024-2025学年八年级物理下册同步学与练（ 北师大版2024）

9.6 制作简易升降机 01 学习目标 课程标准 物理素养 1. 了解机械发展的历史，调查建筑工程机械的原理和应用。 2. 理解升降机原理，掌握简单机械在其中的应用。 3. 利用简单机械和身边的器材，设计并制作简易升降机。 4. 测量升降机的机械效率，掌握机械效率的测量方法。 物理观念：通过制作简易升降机，理解功的原理，掌握总功、有用功、额外功的概念及关系，建立“机械不省功”的认知。 科学思维：运用功的计算公式，分析升降机做功过程，对比不同设计效率，培养逻辑推理与定量计算能力。 科学探究：自主设计实验探究升降机是否省功，优化滑轮组等结构，提升实验设计与创新实践能力。 科学态度与责任：体会机械在生产生活中的作用，认识提高升降机效率对节能的意义，增强合理使用机械的意识。 02 思维导图 03 知识梳理 1. 我国机械发展的历史。 古代简单机械阶段：古代劳动人民凭借智慧创造出诸多实用的简单机械。例如，用于舂米的碓、从井中汲水的桔槔与辘轳、用于计量的天平，以及应用于军事领域的投石车等。这一时期的机械主要以人力为动力源，结构设计相对简洁，却在生产生活和军事活动中发挥了重要作用。 古代复杂机械演进阶段：随着制作原料种类和动力来源日益丰富，机械发明和制造越来越复杂。动力使用从人力逐渐转向畜力、水力等，结构方面出现了齿轮、凸轮和曲柄连杆等复杂传动机构，如记里鼓车、水力鼓风系统、战国云梯车等。两晋时期还出现了自动磨车、舂车、水碾等水力机械。 古代纺织机械的领先发展：我国古代纺织机械和技术世界领先，是保持丝绸大国地位的重要原因。纺织技术可追溯到战国时期，经历了原始手工纺织和手工机器纺织阶段。原始手工纺织时期，人们利用纺坠纺纱，原始腰机织布。手工机器纺织时期，发明了踏板织机、斜织机、竹笼机、大花楼机、多锭大纺车等，其中踏板织机经由丝绸之路传到中亚、西亚和欧洲各国。 近现代机械技术的突破与崛起：现代，我国机械技术不断进步，是全球唯一拥有联合国产业分类中全部工业门类的国家，拥有完整的工业体系，诸多工程机械技术水平处于世界前列。例如，我国平移建筑物技术处于世界领先水平，其原理与起重搬运中的重物水平移动相似。2020 年 12 月，我国自主研发的嫦娥五号探测器成功着陆月球表面，其自动采样的关键部件机械臂，利用了杠杆等机械原理，标志着我国在高端机械领域取得了重大突破。 二、 利用简单机械设计并制作升降机： 设计理论原理：不同的机械有不同的功能，简单机械作为最基础的机械形式，是机械领域的关键构成部分。在设计升降机时，根据功能需求，利用杠杆、滑轮、轮轴等设计升降机。 轿厢设计：轿厢可采用方形或三角形结构，方形空间利用率高，适合放置物品；三角形稳定性强，搬运更平稳。材料可选硬纸板或薄塑料板，裁剪后粘接组装，并通过加固边缘、增设卡口等方式提升承重和防掉落性能。两种设计各具优势，方形适合常规运输，三角形适合易损物品。 支撑结构：支撑结构通常由木条组成三角形或方形框架，为轿厢提供稳定轨道。搭建时先固定底部，使用胶水、钉子或螺丝确保稳固，再垂直向上延伸。过程中需保持各部件垂直对齐并连接牢固，避免倾斜影响运行平稳性。这种结构设计简单可靠，能有效支撑轿厢升降运动。 动力部分选择：动力系统可采用滑轮组或轮轴实现机械传动。滑轮组省力效果显著，通过调整绕线方式可改变施力大小；轮轴则擅长稳定传递动力并调节转速。实际选用时，重载省力优先选滑轮组，平稳调速更适合轮轴。二者均符合简单机械原理，可根据具体升降需求灵活选择。 三、测量升降机的机械效率： 测量原理：要测量升降机的机械效率，关键在于通过实验获取有用功和总功的数据。根据机械效率公式==，我们需要测量四个关键物理量：物体的重力 G、物体上升的高度 h（计算有用功 W有 = G·h）、绳子末端的拉力 F以及绳子移动的距离 s（计算总功 W总 = F·s）。通过这组数据，即可计算出滑轮组的机械效率，并分析能量损耗的主要来源（如摩擦或滑轮自重）。 测量工具准备：弹簧测力计、刻度尺、托盘天平（或直接准备已知质量的物体）。 04 题型精讲 【题型一】测量滑轮组的机械效率。 【典型例题1】在“测量滑轮组的机械效率”实验中，小丽用同一滑轮组提升不同的物体，如图甲、乙、丙所示，每个钩码重力相同，小丽按照正确的操作步骤做实验，三次实验中弹簧测力计所用拉力分别为F1、F2、F3，甲、乙、丙三次实验中滑轮组的机械效率分别为1、2、3。下列说法错误的是（　　） A．实验时，需要竖直向上匀速拉动弹簧测力计 B．本实验中，需要的测量工具有弹簧测力计和刻度尺 C．三次实验中拉力大小关系为F1<F2<F3 D．三次实验中机械效率大小关系为1>2>3 【典型例题2】实验复习课上，小鸣在“测滑轮组机械效率”的实验中得到的数据如表所示，实验装置如图，每个滑轮重都相同。 物理量 1 2 3 钩码重G（N） 4 4 6 钩码上升高度h（m） 0.1 0.1 0.1 绳端拉力F（N） 1.8 1.4 2.4 绳端移动距离S（m） 0.3 0.5 0.3 机械效率η 74.1% 57.1% 83.3% (1)通过表中数据可分析出实验2是用 图做的实验，比较实验1和2可以探究滑轮组机械效率与 的关系。 (2)小鸣组装好实验装置甲，选择了重力为9.6N的物块和量程为0～10N的弹簧测力计。小明 向上拉动弹簧测力计，使物块升高，并由弹簧测力计读出拉力为 4N。若不计绳重和摩擦，在允许范围内不断增大物块重力，则该滑轮组的最大机械效率为 ％。（绳子足够结实） (3)小鸣同学用图乙的装置又做了一次实验，并做了如下实验记录： 钩码重G（N） 钩码上升高度h（m） 绳端拉力F（N） 绳端移动距离S（m） 6 0.1 2.2 0.5 如果你对该实验记录进行认真分析，就会发现他的实验结果是违背物理规律的。请通过具体的分析说明他违背的物理规律。 【对点训练1】在探究“影响滑轮组机械效率高低的因素”时，同学们提出了下列猜想，小明同学设计了如图所示的两个滑轮组，进行对比实验来验证提出的猜想，则该实验验证的猜想是（　　） A．滑轮组机械效率高低可能与动滑轮重有关； B．滑轮组机械效率高低可能与被提升的物重有关； C．滑轮组机械效率高低可能与物体提升高度有关； D．滑轮组机械效率高低可能与承重绳子股数有关。 【对点训练2】某物理实验小组在测滑轮组机械效率的实验中得到的数据如下表所示，装置如图所示。 实验次数 1 2 3 钩码重力G/N 4 4 6 钩码上升高度h/m 0.1 0.1 0.1 绳端拉力F/N 1.8 1.6 2.4 绳端移动距离s/m 0.3 0.4 机械效率η 74.1% 62.5% (1)小组同学用第1次实验中使用的装置做第3次实验，表中第3次实验中空缺的数据应为 m、 %； (2)若采用图丙装置，改变动滑轮重，提升同一物体进行多次实验，获得数据并绘制出图丁所示的图像，分析可知，被提升物体所受的重力相同时，动滑轮越重，滑轮组的机械效率 （选填“越高”“不变”或“越低”）；分析图像中的A点可知，被提升物体所受的重力为 N（忽略绳重和摩擦）； (3)若每个滑轮的质量为100g，则第2次实验中克服摩擦做的额外功为 J；（不计绳重，g取10N/kg） (4)如图丙所示，将滑轮组换一种绕绳方法，提升相同的物体时，滑轮组的机械效率变小，试着分析原因： ； (5)某同学在实验中损坏了弹簧测力计，无法测量钩码重力为8N时的机械效率，他认为可以利用现有的实验数据计算出动滑轮的重力，再利用η=就可以计算出钩码重力为8N时的机械效率，他的想法是 （选填“正确”或“错误”）的。 【题型二】测量斜面的机械效率。 【典型例题3】探究斜面的机械效率与斜面的倾斜程度的关系，如表所示，实验数据记录表。下列说法中，错误的一项是（    ） 实验次数 斜面倾斜程度 木块重力G/N 斜面高度h/m 拉力F/N 斜面长度S/m 机械效率η% 1 较滑 3 0.2 1.6 1 37.5 2 较陡 3 0.4 2 1 60 A．使用斜面运送货物时可以省力 B．使用斜面运送货物要费距离 C．当斜面的拉力一定时，斜面倾斜程度越陡，斜面的机械效率越高 D．斜面不可以省功 【典型例题4】某实验小组的同学们在做“探究斜面的机械效率”实验时，用弹簧测力计沿斜面匀速向上拉动物块（如下图），并收集了下表中的实验数据。（忽略物块大小） 实验次序 斜面长度 斜面高度 物块重力 拉力 机械效率 1 1 0.2 5 2.5 40.0% 2 1 0.4 5 3.4 58.8% 3 1 0.6 5 4.2 71.4% 4 1 0.6 5 5.0 (1)分析表中第1、2、3次实验的数据可得出结论：斜面倾斜程度越小越 （选填“省力”或“费力”）。 (2)该小组的同学们又进行了第4次实验，他们在斜面上铺上毛巾，目的是增大斜面的粗糙程度，保持斜面高和长与第3次实验相同。在这种情况下，他们测得斜面的机械效率为 。 (3)综合分析表中数据，可得出结论：斜面的机械效率与 和 有关。 (4)当用弹簧测力计沿斜面匀速向上拉动物块时，物块所受的拉力 （选填“大于”“小于”或“等于”）物块所受的摩擦力。 【对点训练3】如图所示，在探究“斜面的机械效率”的实验中，以下说法错误的是（　　） A．用弹簧测力计沿斜面向上拉木块时，应尽量匀速 B．斜面的倾斜程度影响斜面的机械效率 C．木块在匀上升过程中拉力和摩擦力是一对平衡力 D．斜面的倾斜程度越小，沿斜面所用的拉力越小 【对点训练4】小张同学在探究斜面的机械效率实验中，将重 5N 的物体沿斜面从底端匀速拉到顶端， 移动 1m（如图所示），改变斜面倾斜程度进行多次试验，记录数据如表： 倾斜程度 斜面高 h/m 拉力 F/N 机械效率 η 较缓 0.2 2.0 50.0% 较陡 0.3 2.4 62.5% 最陡 0.4 2.8 71.4% (1)小张同学探究的是斜面的机械效率与 的关系； (2)由上表的数据看出：斜面越陡，越 （填“省力”或“不省力”）； (3)小张同学猜想斜面机械效率还可能跟物体的重有关。他设计的步骤如下： ①将长木板搭成斜面； ②用弹簧测力计测出木块的重力 G； ③用刻度尺测出斜面的高度 h 和长度 s； ④用弹簧测力计拉着木块沿斜面向上运动，读出弹簧测力计的拉力 F； ⑤计算斜面的机械效率； 请你指出上述实验步骤的一处错误并改正： ； 要验证小张同学的猜想，接下来进行的操作是： 。 【题型三】测量杠杆的机械效率。 【典型例题5】小明用如图所示的实验装置研究杠杆的机械效率，实验时，将重为G的钩码挂在铁质杠杆A点上，弹簧测力计作用于C点，现竖直向上匀速拉动弹簧测力计，此时拉力为，杠杆的机械效率为，不计摩擦，则（　　） A．仅将测力计移到B点，竖直向上匀速拉动弹簧测力计，机械效率为η2，则 B．仅将钩码移到B点，竖直向上匀速拉动弹簧测力计，机械效率为η3，则 C．仅将测力计移到B点，竖直向上匀速拉动弹簧测力计，此时拉力为F2，则 D．仅将钩码移到B点，竖直向上匀速拉动弹簧测力计，此时拉力为，则 【典型例题6】小明在“探究杠杆的平衡条件”实验中： (1)挂钩码前，杠杆在如图甲所示位置静止，此时杠杆 （选填“处于”或“不处于”）平衡状态，接下来应调节杠杆两端的螺母使杠杆在水平位置平衡，此时杠杆自重的力臂为 cm； (2)图乙中，杠杆恰好处于水平平衡状态，若在A处下方拿走1个钩码，则B处所挂钩码须向左移动 格，使杠杆在水平位置再次平衡，这样做的好处是 ； (3)接着，小明又提出了新的探究问题：“若支点不在杠杆的中点时，杠杆的平衡条件是否仍然成立呢？”于是小明利用如图丙所示装置进行探究，在杠杆D点处挂上2个钩码，用弹簧测力计在C点处竖直向上拉使杠杆在水平位置处于平衡状态，此时弹簧测力计的示数如图丙所示，则弹簧测力计的拉力是 N。以弹簧测力计的拉力为动力F1，以钩码所受重力大小为阻力F2，多次调整力和力臂的大小进行测量，发现：F1、L1的乘积总是大于F2、L2的乘积，其原因主要是 ； (4)如图丁所示，小明将弹簧测力计拉力的作用点从C点移到E点，两次均缓慢匀速转动杠杆，使钩码上升相同的高度，则机械效率 。 【对点训练5】如图所示，不考虑摩擦，用竖直向上的力F匀速拉动均匀杠杆，使悬挂在O点的重为G的物体缓慢升高此时杠杆的机械效率为η1；若将力F的作用点由C点向左移动到B点，仍将该物体缓慢升高人时，杠杆的机械效率为η2，则η1 η2（选填“>”“<”或“=”）；在物体被提升的过程中，其重力势能 （选填“变大”“变小”或“不变”）。 【对点训练6】如图甲所示，小明在探究“杠杆的平衡条件实验中所用的实验器材有：杠杆、支架、弹簧测力计、刻度尺、细线和质量相同的钩码若干个。 (1)实验前，将杠杆中点置于支架上，当杠杆静止时，发现杠杆右端下沉，此时，应把杠杆两端的平衡螺母向 （选填“左”或者“右”）调节，使杠杆在不挂钩码时能在 位置平衡； (2)杠杆调节平衡后，小明在杠杆上A点处挂4个钩码，在B点处挂6个钩码，杠杆恰好在原位置平衡，在这个位置平衡的好处是 。于是小明便得出了杠杆的平衡条件为： （用字母表示）。他这样得出的结论不合理原因是： ； (3)实验结束后，小明提出了新的探究问题：“若支点不在杠杆的中点时，杠杆的平衡条件是否仍然成立？”于是小组同学利用如图乙所示装置进行探究，发现在杠杆左端的不同位置，用弹簧测力计竖直向上拉使杠杆处于水平平衡状态时，测出的拉力大小都与杠杆平衡条件不相符，其原因是： ； (4)小明接着利用杠杆研究机械效率，如图丙所示。实验的主要步骤如下： a.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； b.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； 请你帮小明完成下列问题： 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）。 05 强化训练 【基础强化】 1．用如图所示的装置探究“斜面的机械效率”，下列描述正确的是（　　） A．实验时要匀速竖直拉动弹簧测力计 B．斜面的倾斜程度越大，斜面的机械效率越大 C．斜面的倾斜程度越大木块所受的摩擦力越大 D．影响斜面机械效率的因素只是物体与斜面间的粗糙程度 2．用如图所示的装置研究滑轮组机械效率，下列说法不正确的是（    ） A．提高机械效率可以通过减小钩码的重力来实现 B．测量机械效率的原理： C．机械效率与动滑轮重力的大小有关 D．弹簧测力计通常要竖直向上匀速拉动 3．小明在课外兴趣小组探究“影响滑轮组机械效率的因素”时，用同一套滑轮组完成了如图所示的实验。那么他想探究的是：滑轮组机械效率的高低与下列哪个因素的关系 （　　） A．被提升物体的重力 B．动滑轮的重力 C．物体被提升的高度 D．所用拉力大小 4．下列关于机械效率的说法中，正确的是 A．做功多的机械，机械效率一定高 B．越省力的机械，机械效率越高 C．使用机械的目的是为了提高机械效率 D．使用任何机械，它的机械效率都小于1 5．同学们“测量并探究影响滑轮组机械效率高低的因素”，使用了如图所示的装置，下列说法正确的是（每个钩码重相同）（　　　） A．实验需要用到的测量仪器弹簧测力计、刻度尺和停表 B．实验时需要匀速拉动测力计，只有这样测力计示数才能稳定 C．当钩码个数相同时，甲的机械效率比乙高 D．把钩码提高的高度越高，做的有用功越多，机械效率越高 6．小明测量斜面的机械效率实验，斜面与水平桌面夹角30°，物体B重为4N，用弹簧测力计沿斜面拉动B时，使B做 运动，实验中弹簧测力计示数如图所示，斜面的机械效率为 。 7．如图是研究滑轮组机械效率的实验。测量拉力时应拉动弹簧测力计做 （选填“匀速”或“变速”）运动。如果仅换用质量不同的动滑轮进行实验，滑轮组的机械效率 （选填“会”或“不会”）发生变化。 8．有一斜面长s＝5m，高h＝2m，用弹簧测力计把一物块沿斜面从底部匀速拉到顶部，弹簧测力计的示数如图所示。若该斜面的机械效率为80%，则物体的重力为 N，物体受到斜面的摩擦力为 N，使用斜面可以 （选填“省力”或“省功”）。 9．如图是测定滑轮组的机械效率的实验装置，除了图中器材外，还需要 和 ；除钩码重外，还要测出的数据有 、 、 ；弹簧测力计的拉力方向应 ，钩码应 上升；将图中钩码减少一个，则滑轮组的机械效率将 。 10．某实验小组在“测滑轮组机械效率”的实验中实验装置如图所示，得到的数据如表所示： (1)实验中应沿竖直方向 拉动弹簧测力计使钩码上升；如果测量中弹簧测力计静止时读数，会导致测量的机械效率 （选填“偏大”、“偏小”或“不变”）；实验中若缺少刻度尺 （选填“能”或“不能”）完成实验； (2)通过表中数据可分析出第1次实验是用 图所示装置做的实验； 实验次数 钩码重G/N 钩码上升高度h/m 绳端拉力F/N 绳端移动距离s/m 机械效率η 1 4 0.1 1.8 0.3 74.1% 2 4 0.1 1.6 0.4 62.5% 3 6 0.1 2.4 0.3 (3)通过第1次实验和第2次实验的数据分析可得出结论：使用不同的滑轮组提升相同的重物时，动滑轮的个数越多（动滑轮的质量越大），滑轮组的机械效率 ； (4)小组同学再用第1次实验中使用的装置做第3次实验，表中第3次实验中滑轮组的机械效率η= （百分号前保留一位小数）； (5)比较第1次实验和第3次实验可得出结论：使用同一滑轮组， ，机械效率越高。 【素养提升】 1．如图所示，小明同学探究“影响滑轮组的机械效率的因素”，他用质量相同的滑轮做了如图所示的实验，并测算了各次实验的机械效率。下列说法中正确的是（　　）    A．实验时，弹簧测力计应在静止时读数 B．根据甲、乙两次实验可知：滑轮组的机械效率与绳子的绕法有关 C．根据乙、丙两次实验可知：同一滑轮组，提升的物体越重，机械效率越高 D．实验时，换用不同装置进行多次实验，目的是为了减小误差 2．用图所示的动滑轮匀速提升钩码，测量动滑轮的机械效率，下表中已填入某次实验时测量出的数据。下列说法正确的是（　　） 钩码重G/N 提升高度h/m 绳自由端拉力F/N 绳自由端移动距离s/m 机械效率 2 0.1 1.2 0.2    A．实验中应在弹簧测力计保持静止时读数 B．本次实验中，动滑轮的机械效率为60% C．该动滑轮的机械效率不会改变 D．若只增加钩码受到的重力，该动滑轮的机械效率会变大 3．某同学探究“影响滑轮组的机械效率的因素”，他用质量相同的滑轮做了如图所示的实验，并测算了各次实验的机械效率（如图），下列相关说法中正确的是（　　） ①实验时，弹簧测力计应在竖直匀速拉动时读数 ②根据甲、乙两次实验可知：滑轮组的机械效率与绳子的绕法有关 ③根据乙、丙两次实验可知：同一滑轮组，提升的物体越重，机械效率越高 ④实验时，换用不同装置进行多次实验，目的是为了减小误差 A．只有①② B．只有②④ C．只有①③ D．只有③④ 4．某同学探究“影响滑轮组的机械效率的因素”，他做了如图所示的实验，并测算了各次实验的机械效率，关于他的实验过程，下列说法中不正确的是（　　） A．实验时弹簧测力计应在静止时读数 B．根据①、②两次实验可知：滑轮组的机械效率与绳子的绕法无关 C．根据②、③两次实验可知：同一滑轮组提起物重越大，机械效率越高 D．为使实验的结论更具可靠性，应换用不同的装置进行多次实验归纳得出普遍规律 5．在探究“斜面的机械效率”的实验中，以下说法正确的是（　　） A．用弹簧测力计沿斜面匀速向上拉木块时拉力和摩擦力是一对平衡力 B．斜面的倾斜程度影响斜面的机械效率 C．斜面的粗糙程度对机械效率没有影响 D．斜面的倾斜程度越大，沿斜面所用的拉力越小 6．如图甲小华在“测量滑轮组机械效率”的实验中，用弹簧测力计匀速竖直向上提升重物，不计绳重和摩擦，每个钩码重2N，弹簧测力计所测拉力F如图乙为 N，则此次实验中滑轮组的机械效率为 ，若只增大被提升物体的质量，则该滑轮组的机械效率将 （选填“变大”“变小”或“不变”）。 7．如图为“测动滑轮机械效率”时情形，实验中弹簧测力计应处于 （选填“静止”或“匀速直线运动”）状态下读数。弹簧测力计示数如图所示，钩码重为1N，钩码上升0.4m所用时间为4s。此过程中拉力的功率为 W，动滑轮的机械效率为 %（保留三位有效数字）。 8．现用如图甲所示的装置来探究滑轮组的机械效率与所挂物重的关系，改变，竖直向上匀速拉动弹簧测力计，计算并绘出与关系如图乙所示，若不计绳重和摩擦，则：动滑轮自重为 N；图乙中曲线表明，同一滑轮组的机械效率随所挂物重的增大而增大，最终 （会/不会）达到100%；仅改变图甲中的绕绳方式、重复上述实验，所得到的图线与图乙所示曲线 （相同/不同）。    9．如图所示，小华利用斜面拉一重50N的木块到0.3m高处，木块沿斜面向上移动1m，共耗时10s。已知拉力为20N，则小华做的有用功为 J，拉力的功率为 W，斜面的机械效率为 。 10．某实验小组利用图示装置探究杠杆的机械效率，实验的主要步骤如下： ①将质地均匀的杠杆O点悬挂，能自由转动，在A点悬挂总重为6N的钩码，在B点用弹簧测力计竖直向上拉，使杠杆保持水平静止，其中AO＝10cm，AB＝20cm； ②竖直向上缓慢匀速拉动弹簧测力计，使物体上升5cm（保持O点位置不变），在此过程中弹簧测力计的读数为3N，回答下列问题： (1)在步骤①中，若杠杆自重和摩擦不计，弹簧测力计示数应为 N； (2)步骤②中，计算出杠杆的机械效率为 （精确到0.1%）； (3)若将测力计的悬挂点由B移至C，O、A位置不变，仍将钩码提升相同的高度，则杠杆的机械效率将 （选填“变大”“不变”或“变小”）。 【能力培优】 1．在“测量滑轮组机械效率”的实验中，用同一滑轮组进行了两次实验，得出的数据如下表，分析数据，下列说法正确的是（　　） 次数 钩码重/N 钩码上升高度/cm 弹簧测力计示数/N 弹簧测力计移动的距离/cm 1 2 10 1.2 20 2 5 10 2.7 20 A．此实验中至少需要2个动滑轮 B．第 1次实验过程中机械所做有用功为 20 J C．第 2 次实验过程中滑轮组的机械效率约为 83.3% D．比较两次实验说明同一机械提升货物越重，滑轮组的机械效率越高 2．如图所示，小明分别使用甲、乙、丙、丁四种机械匀速提升物体（绳长不变），测得拉力和物体M、N所受的重力如表所示，则下面说法正确的是（　　） 5.5N 12N 5.5N 8N 5N 10N A．甲的机械效率比丙的小 B．使用丙提升物体M时省力 C．甲的机械效率比乙的大 D．实验测得的数据无法算出机械效率 3．如图所示，在探究“斜面的机械效率”的实验中，以下说法正确的是（　　） A．木块所受摩擦力等于弹簧测力计对木块的拉力 B．用弹簧测力计沿斜面向上拉木块时，应尽量匀速 C．木块与斜面间的摩擦对机械效率没有影响 D．斜面的倾斜程度越大，沿斜面所用的拉力越小 4．小华用图装置测量动滑轮的机械效率，下列说法正确的是（　　） A．实验中为测量方便，让弹簧测力计在静止时读数 B．弹簧测力计对绳子的拉力与物体的重力是一对平衡力 C．增大物体被提升的高度，可以提高动滑轮的机械效率 D．增大物体重力与动滑轮重力的比值，可以提高动滑轮的机械效率（不计绳重和摩擦） 5．如图甲所示，用F1将物体A匀速直线拉动一段距离s，若借助如图乙所示装置用F2将物体A在同样的水平面上做匀速直线运动移动相同的距离s，下列说法正确的是（　　） ①图乙中有用功W有＝F1s ②图乙中总功W总＝F2s ③图乙中额外功W额＝3F2s﹣F1s ④图乙中的机械效率η＝ A．只有①和③ B．只有③和④ C．只有①和④ D．只有②和④ 6．用相同的滑轮和绳子分别组成如图所示的甲、乙两个滑轮组，把相同的重物匀速提升相同的高度；（不计绳重及摩擦） （1）绳子受的拉力F1和F2大小关系是F1 F2； （2）滑轮组的机械效率η1和η2大小关系是η1 η2； （3）绳子自由端移动的距离s1和s2大小关系是s1 s2； （4）拉力对滑轮组所做的功W1和W2大小关系是W1 W2。（均选填“>”、“=”或“<”） 7．现用如图甲所示的装置来探究滑轮组的机械效率η与所挂物重G物的关系，改变G物，竖直向上匀速拉动弹簧测力计，计算并绘出η与G物关系如图乙所示，若不计绳重和摩擦，则：动滑轮自重是 N；当G物=10N时，重物以v=0.2m/s速度匀速上升，拉力F做功的功率是 W，此时滑轮组的机械效率是 ；根据你对滑轮组的认识，图乙中同一滑轮组的机械效率η随所挂物重G物的增大而增大，最终 （会/不会）达到100%；仅改变图甲中的绕绳方式、重复上述实验，所得到的η﹣G物图线与图乙所示曲线 （相同/不同）。 8．如图是某商场的自动扶梯。扶梯的部分几何尺寸如图所示，质量为50kg的小华站在该扶梯上从商场一楼到二楼，已知扶梯以1m/s的速度匀速上行，则扶梯对他做的功是 J，对他做功的功率是 W。如果站在扶梯上的人数增多，扶梯的效率将 (选填 “变大”、“变小”或“不变”) (g取10N/kg) 。 9．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母亲缓缓上行，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点沿斜面确定了相距1m处的B点。（g取10N/kg） （1）使刻度尺“0”刻度线与水平地面对齐，正确测量B点高度。 （2）选用车轮与轮椅相同材质、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2.0N； ②将弹簧测力计与斜面平行放置并校零，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 N，可见使用斜面可以省 （选填“力”、“距离”或“功”）； 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点时的机械效率为 。 （3）在小车上逐渐添加重物，测出小车的总重G，测出沿斜面匀速拉动小车需要的力，计算出拉小车从A点到B点所做的功；计算出竖直向上将小车从水平地面提升到B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G的关系图像，分别如图丙中的线段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 （选填“有关”或“无关”）； ②若这位母亲的质量为60kg，所坐的轮椅质量为20kg，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。 10．如图所示，用滑轮组拉着重600N的物体A沿水平方向匀速移动，在40S内移动了8m，拉力F做的功为1280J． （1）求拉力F的大小； （2）若滑轮组的机械效率为 95%，求动滑轮的重力（不计绳重及绳子与滑轮间的摩擦）． 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$ 9.6 制作简易升降机 01 学习目标 课程标准 物理素养 1. 了解机械发展的历史，调查建筑工程机械的原理和应用。 2. 理解升降机原理，掌握简单机械在其中的应用。 3. 利用简单机械和身边的器材，设计并制作简易升降机。 4. 测量升降机的机械效率，掌握机械效率的测量方法。 物理观念：通过制作简易升降机，理解功的原理，掌握总功、有用功、额外功的概念及关系，建立“机械不省功”的认知。 科学思维：运用功的计算公式，分析升降机做功过程，对比不同设计效率，培养逻辑推理与定量计算能力。 科学探究：自主设计实验探究升降机是否省功，优化滑轮组等结构，提升实验设计与创新实践能力。 科学态度与责任：体会机械在生产生活中的作用，认识提高升降机效率对节能的意义，增强合理使用机械的意识。 02 思维导图 03 知识梳理 1. 我国机械发展的历史。 古代简单机械阶段：古代劳动人民凭借智慧创造出诸多实用的简单机械。例如，用于舂米的碓、从井中汲水的桔槔与辘轳、用于计量的天平，以及应用于军事领域的投石车等。这一时期的机械主要以人力为动力源，结构设计相对简洁，却在生产生活和军事活动中发挥了重要作用。 古代复杂机械演进阶段：随着制作原料种类和动力来源日益丰富，机械发明和制造越来越复杂。动力使用从人力逐渐转向畜力、水力等，结构方面出现了齿轮、凸轮和曲柄连杆等复杂传动机构，如记里鼓车、水力鼓风系统、战国云梯车等。两晋时期还出现了自动磨车、舂车、水碾等水力机械。 古代纺织机械的领先发展：我国古代纺织机械和技术世界领先，是保持丝绸大国地位的重要原因。纺织技术可追溯到战国时期，经历了原始手工纺织和手工机器纺织阶段。原始手工纺织时期，人们利用纺坠纺纱，原始腰机织布。手工机器纺织时期，发明了踏板织机、斜织机、竹笼机、大花楼机、多锭大纺车等，其中踏板织机经由丝绸之路传到中亚、西亚和欧洲各国。 近现代机械技术的突破与崛起：现代，我国机械技术不断进步，是全球唯一拥有联合国产业分类中全部工业门类的国家，拥有完整的工业体系，诸多工程机械技术水平处于世界前列。例如，我国平移建筑物技术处于世界领先水平，其原理与起重搬运中的重物水平移动相似。2020 年 12 月，我国自主研发的嫦娥五号探测器成功着陆月球表面，其自动采样的关键部件机械臂，利用了杠杆等机械原理，标志着我国在高端机械领域取得了重大突破。 二、 利用简单机械设计并制作升降机： 设计理论原理：不同的机械有不同的功能，简单机械作为最基础的机械形式，是机械领域的关键构成部分。在设计升降机时，根据功能需求，利用杠杆、滑轮、轮轴等设计升降机。 轿厢设计：轿厢可采用方形或三角形结构，方形空间利用率高，适合放置物品；三角形稳定性强，搬运更平稳。材料可选硬纸板或薄塑料板，裁剪后粘接组装，并通过加固边缘、增设卡口等方式提升承重和防掉落性能。两种设计各具优势，方形适合常规运输，三角形适合易损物品。 支撑结构：支撑结构通常由木条组成三角形或方形框架，为轿厢提供稳定轨道。搭建时先固定底部，使用胶水、钉子或螺丝确保稳固，再垂直向上延伸。过程中需保持各部件垂直对齐并连接牢固，避免倾斜影响运行平稳性。这种结构设计简单可靠，能有效支撑轿厢升降运动。 动力部分选择：动力系统可采用滑轮组或轮轴实现机械传动。滑轮组省力效果显著，通过调整绕线方式可改变施力大小；轮轴则擅长稳定传递动力并调节转速。实际选用时，重载省力优先选滑轮组，平稳调速更适合轮轴。二者均符合简单机械原理，可根据具体升降需求灵活选择。 三、测量升降机的机械效率： 测量原理：要测量升降机的机械效率，关键在于通过实验获取有用功和总功的数据。根据机械效率公式==，我们需要测量四个关键物理量：物体的重力 G、物体上升的高度 h（计算有用功 W有 = G·h）、绳子末端的拉力 F以及绳子移动的距离 s（计算总功 W总 = F·s）。通过这组数据，即可计算出滑轮组的机械效率，并分析能量损耗的主要来源（如摩擦或滑轮自重）。 测量工具准备：弹簧测力计、刻度尺、托盘天平（或直接准备已知质量的物体）。 04 题型精讲 【题型一】测量滑轮组的机械效率。 【典型例题1】在“测量滑轮组的机械效率”实验中，小丽用同一滑轮组提升不同的物体，如图甲、乙、丙所示，每个钩码重力相同，小丽按照正确的操作步骤做实验，三次实验中弹簧测力计所用拉力分别为F1、F2、F3，甲、乙、丙三次实验中滑轮组的机械效率分别为1、2、3。下列说法错误的是（　　） A．实验时，需要竖直向上匀速拉动弹簧测力计 B．本实验中，需要的测量工具有弹簧测力计和刻度尺 C．三次实验中拉力大小关系为F1<F2<F3 D．三次实验中机械效率大小关系为1>2>3 【答案】D 【详解】A．实验中，要竖直向上匀速拉动弹簧测力计，便于刻度尺测量竖直方向的距离，由二力平衡的条件可知，只有竖直匀速拉动弹簧测力计时，弹簧测力计的示数才和绳子的拉力相等，故A正确，不符合题意； B．由 可知，实验中需要测量物重、绳子自由端和物体上升的距离、拉力大小，因此需要的测量工具有弹簧测力计和刻度尺，故B正确，不符合题意； C．由 可知，承担物重的绳子股数和动滑轮重力相同，物体越重，拉力越大，因 故 F1<F2<F3 故C正确，不符合题意； D．由 可知，同一滑轮组，物体重力越大，机械效率越高，因 故 故D错误，符合题意。 故选D。 【典型例题2】实验复习课上，小鸣在“测滑轮组机械效率”的实验中得到的数据如表所示，实验装置如图，每个滑轮重都相同。 物理量 1 2 3 钩码重G（N） 4 4 6 钩码上升高度h（m） 0.1 0.1 0.1 绳端拉力F（N） 1.8 1.4 2.4 绳端移动距离S（m） 0.3 0.5 0.3 机械效率η 74.1% 57.1% 83.3% (1)通过表中数据可分析出实验2是用 图做的实验，比较实验1和2可以探究滑轮组机械效率与 的关系。 (2)小鸣组装好实验装置甲，选择了重力为9.6N的物块和量程为0～10N的弹簧测力计。小明 向上拉动弹簧测力计，使物块升高，并由弹簧测力计读出拉力为 4N。若不计绳重和摩擦，在允许范围内不断增大物块重力，则该滑轮组的最大机械效率为 ％。（绳子足够结实） (3)小鸣同学用图乙的装置又做了一次实验，并做了如下实验记录： 钩码重G（N） 钩码上升高度h（m） 绳端拉力F（N） 绳端移动距离S（m） 6 0.1 2.2 0.5 如果你对该实验记录进行认真分析，就会发现他的实验结果是违背物理规律的。请通过具体的分析说明他违背的物理规律。 【答案】(1) 乙 动滑轮重 (2) 匀速竖直 92 (3)见解析 【详解】（1）[1] 实验2中绳端移动距离s=0.5m，钩码上升高度h=0.1m，说明滑轮组有5段绳子承担物重（s=5h），对应乙图。 [2] 实验1和2钩码重相同，但机械效率不同，说明动滑轮重不同（乙图动滑轮更多）。 （2）[1] 测量机械效率需匀速竖直拉动弹簧测力计，保证力的平衡。 [2]此时滑轮重力为(3×4N)-9.6N=2.4N，最大机械效率时物重最大（测力计最大测量拉力F=10N），当拉力最大10N时，总重为3×10N=30N，物体重G物=30N-2.4N=27.6N，此时机械效率。 （3）根据滑轮组规律，乙图n=5，应有s=5h=0.5m（符合），但F=2.2N，G=6N，若不考虑滑轮重：F==1.2N，实际F>1.2N说明存在额外功，问题在于：若按，机械效率小于物体重4N的时候的效率，这是违背物理规律的。 【对点训练1】在探究“影响滑轮组机械效率高低的因素”时，同学们提出了下列猜想，小明同学设计了如图所示的两个滑轮组，进行对比实验来验证提出的猜想，则该实验验证的猜想是（　　） A．滑轮组机械效率高低可能与动滑轮重有关； B．滑轮组机械效率高低可能与被提升的物重有关； C．滑轮组机械效率高低可能与物体提升高度有关； D．滑轮组机械效率高低可能与承重绳子股数有关。 【答案】B 【详解】比较两图可知，滑轮组的承重绳子股数相同，动滑轮重相同，提升高度可以相同，而被提升物体的重力不同；结合控制变量法的思想，所以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，故B符合题意，ACD不符合题意。 故选B。 【对点训练2】某物理实验小组在测滑轮组机械效率的实验中得到的数据如下表所示，装置如图所示。 实验次数 1 2 3 钩码重力G/N 4 4 6 钩码上升高度h/m 0.1 0.1 0.1 绳端拉力F/N 1.8 1.6 2.4 绳端移动距离s/m 0.3 0.4 机械效率η 74.1% 62.5% (1)小组同学用第1次实验中使用的装置做第3次实验，表中第3次实验中空缺的数据应为 m、 %； (2)若采用图丙装置，改变动滑轮重，提升同一物体进行多次实验，获得数据并绘制出图丁所示的图像，分析可知，被提升物体所受的重力相同时，动滑轮越重，滑轮组的机械效率 （选填“越高”“不变”或“越低”）；分析图像中的A点可知，被提升物体所受的重力为 N（忽略绳重和摩擦）； (3)若每个滑轮的质量为100g，则第2次实验中克服摩擦做的额外功为 J；（不计绳重，g取10N/kg） (4)如图丙所示，将滑轮组换一种绕绳方法，提升相同的物体时，滑轮组的机械效率变小，试着分析原因： ； (5)某同学在实验中损坏了弹簧测力计，无法测量钩码重力为8N时的机械效率，他认为可以利用现有的实验数据计算出动滑轮的重力，再利用η=就可以计算出钩码重力为8N时的机械效率，他的想法是 （选填“正确”或“错误”）的。 【答案】(1) 0.3 83.3 (2) 越低 3 (3)0.04 (4)弹簧测力计未重新调零 (5)错误 【详解】（1）[1][2]由表格数据可知，第1次实验中，绳端移动距离是物体上升高度的3倍，则该滑轮组绳子承重段数n=3，用第1次实验中使用的装置做第3次实验，则绳端移动距离s=nh=3×0.1m=0.3m 机械效率机械效率为=83.3% 所以表中第3次实验中空缺的数据应为0.3m、83.3%。 （2）[1]由图丁可知，随着动滑轮重力的增加，机械效率呈下降趋势，说明被提升物体所受的重力相同时，动滑轮越重，滑轮组的机械效率越低。 [2]忽略绳重和摩擦时，滑轮组机械效率为 根据图中A点的数据 解得被提升物体所受的重力为3N。 （3）第2次实验中总的额外功 根据图中数据可以判断，第2组实验使用的时乙滑轮组，有两个动滑轮，则克服动滑轮重力做的额外功为 第二次实验中克服摩擦做的额外功为 第二次实验中克服摩擦做的额外功0.04J。 （4）根据可知，滑轮组的机械效率与绕绳方式无关。根据可知，若弹簧测力计在向下拉动之前未重新调零，会使测得的拉力偏大，滑轮组机械效率偏小。 （5）公式只有在不计绳重和摩擦的条件下才能使用，实验中会有绳重和摩擦的影响，所以他的想法是错误的。 【题型二】测量斜面的机械效率。 【典型例题3】探究斜面的机械效率与斜面的倾斜程度的关系，如表所示，实验数据记录表。下列说法中，错误的一项是（    ） 实验次数 斜面倾斜程度 木块重力G/N 斜面高度h/m 拉力F/N 斜面长度S/m 机械效率η% 1 较滑 3 0.2 1.6 1 37.5 2 较陡 3 0.4 2 1 60 A．使用斜面运送货物时可以省力 B．使用斜面运送货物要费距离 C．当斜面的拉力一定时，斜面倾斜程度越陡，斜面的机械效率越高 D．斜面不可以省功 【答案】C 【详解】ABD．由表格数据知：拉力总小于重力，但总功总是大于有用功。即使用斜面可以省力，费距离，但不能省功，故ABD正确，不符合题意； C．从表格中的数据分析。物体重力一定，两次实验拉力F逐渐渐增大，机械效率逐渐增高，斜面越省力，机械效率越低。而不是拉力一定的情况下，故C错误，符合题意。 故选 C。 【典型例题4】某实验小组的同学们在做“探究斜面的机械效率”实验时，用弹簧测力计沿斜面匀速向上拉动物块（如下图），并收集了下表中的实验数据。（忽略物块大小） 实验次序 斜面长度 斜面高度 物块重力 拉力 机械效率 1 1 0.2 5 2.5 40.0% 2 1 0.4 5 3.4 58.8% 3 1 0.6 5 4.2 71.4% 4 1 0.6 5 5.0 (1)分析表中第1、2、3次实验的数据可得出结论：斜面倾斜程度越小越 （选填“省力”或“费力”）。 (2)该小组的同学们又进行了第4次实验，他们在斜面上铺上毛巾，目的是增大斜面的粗糙程度，保持斜面高和长与第3次实验相同。在这种情况下，他们测得斜面的机械效率为 。 (3)综合分析表中数据，可得出结论：斜面的机械效率与 和 有关。 (4)当用弹簧测力计沿斜面匀速向上拉动物块时，物块所受的拉力 （选填“大于”“小于”或“等于”）物块所受的摩擦力。 【答案】(1)省力 (2)60.0% (3) 斜面的倾斜程度 斜面的粗糙程度 (4)大于 【详解】（1）由表中实验数据可知，物块重力相同，斜面的倾斜程度逐渐变大，拉力逐渐变大，说明斜面倾斜程度越小越省力。 （2）他们测得斜面的机械效率 （3）[1][2]分析第1、2、3次实验可知，斜面的长度、粗糙程度相同，高度不同时，计算得出斜面的机械效率不同，故斜面的机械效率与斜面的倾斜程度有关；分析第3次和第4次实验数据可知，斜面的倾斜程度相同时，粗糙程度不同，斜面的机械效率不同，故斜面的机械效率与斜面粗糙程度有关。 （4）根据可知，小于，即fs小于Fs，可得。 【对点训练3】如图所示，在探究“斜面的机械效率”的实验中，以下说法错误的是（　　） A．用弹簧测力计沿斜面向上拉木块时，应尽量匀速 B．斜面的倾斜程度影响斜面的机械效率 C．木块在匀上升过程中拉力和摩擦力是一对平衡力 D．斜面的倾斜程度越小，沿斜面所用的拉力越小 【答案】C 【详解】A．为了保证弹簧测力计的示数稳定，需使木块受到的力为平衡力，则要让木块做匀速直线运动，故A正确，A不符合题意； B．其他条件一定时，斜面倾斜程度越大，机械效率越高，故B正确，B不符合题意； C．木块在上升过程中受到重力、支持力、拉力和摩擦力四个力的作用，由于重力使物体有下滑的趋势，所以，要使物体匀速上升，拉力应大于摩擦力，拉力和摩擦力不是一对平衡力，故C错误，C符合题意； D．斜面的倾斜程度越小，越省力，故D正确，D不符合题意。 故选C。 【对点训练4】小张同学在探究斜面的机械效率实验中，将重 5N 的物体沿斜面从底端匀速拉到顶端， 移动 1m（如图所示），改变斜面倾斜程度进行多次试验，记录数据如表： 倾斜程度 斜面高 h/m 拉力 F/N 机械效率 η 较缓 0.2 2.0 50.0% 较陡 0.3 2.4 62.5% 最陡 0.4 2.8 71.4% (1)小张同学探究的是斜面的机械效率与 的关系； (2)由上表的数据看出：斜面越陡，越 （填“省力”或“不省力”）； (3)小张同学猜想斜面机械效率还可能跟物体的重有关。他设计的步骤如下： ①将长木板搭成斜面； ②用弹簧测力计测出木块的重力 G； ③用刻度尺测出斜面的高度 h 和长度 s； ④用弹簧测力计拉着木块沿斜面向上运动，读出弹簧测力计的拉力 F； ⑤计算斜面的机械效率； 请你指出上述实验步骤的一处错误并改正： ； 要验证小张同学的猜想，接下来进行的操作是： 。 【答案】(1)斜面倾斜程度 (2)不省力 (3) 步骤④错误；改正为：用弹簧测力计拉着木块沿斜面匀速向上运动时，读出弹簧测力计的拉力F 换用重力不同的物体重复上面的实验 【详解】（1）实验中控制物体的重力和斜面的长度不变，改变斜面的倾斜程度，探究斜面的机械效率与斜面倾斜程度的关系。 （2）由上表的数据看出：斜面越陡，所用的拉力越大，即越不省力。 （3）[1]实验步骤④是错误的，物体匀速运动时，受的拉力和摩擦力才是一对平衡力，大小相等，所以实验步骤的改正：用弹簧测力计拉着木块沿斜面匀速向上运动时，读出弹簧测力计的拉力F。 [2]要验证小张同学的猜想，应进行多次测量，使得出的结论具有普遍性，所以接下来进行的操作是：换用重力不同的物体重复上面的实验。 【题型三】测量杠杆的机械效率。 【典型例题5】小明用如图所示的实验装置研究杠杆的机械效率，实验时，将重为G的钩码挂在铁质杠杆A点上，弹簧测力计作用于C点，现竖直向上匀速拉动弹簧测力计，此时拉力为，杠杆的机械效率为，不计摩擦，则（　　） A．仅将测力计移到B点，竖直向上匀速拉动弹簧测力计，机械效率为η2，则 B．仅将钩码移到B点，竖直向上匀速拉动弹簧测力计，机械效率为η3，则 C．仅将测力计移到B点，竖直向上匀速拉动弹簧测力计，此时拉力为F2，则 D．仅将钩码移到B点，竖直向上匀速拉动弹簧测力计，此时拉力为，则 【答案】A 【详解】A．将弹簧测力计移动到B点时，仍将钩码竖直向上匀速提升的高度，由知道，有用功不变；因杠杆的偏转角度不变，杠杆重心上升的高度不变，则由知道，克服杠杆重力做的额外功不变，由于有用功和额外功都不变，所以总功也不变，由知道，机械效率不变，即 故A正确； B．将钩码移动到B点时，仍将钩码竖直向上匀速提升的高度，由知道，有用功不变；因杠杆的偏转角度变小，杠杆重心上升的高度变小，则由知道，克服杠杆重力做的额外功变小，由于有用功不变，额外功变小，所以总功变小，由知道，机械效率变大，即 故B错误； C．将弹簧测力计移动到B点时，根据图像可知，阻力、阻力臂均不变，动力臂变小，由知道，动力变大，即 故C错误； D．将钩码移动到B点时，根据图像可知，阻力不变，阻力臂变大，动力臂不变，由知道，动力变大，即 故D错误。 故选A。 【典型例题6】小明在“探究杠杆的平衡条件”实验中： (1)挂钩码前，杠杆在如图甲所示位置静止，此时杠杆 （选填“处于”或“不处于”）平衡状态，接下来应调节杠杆两端的螺母使杠杆在水平位置平衡，此时杠杆自重的力臂为 cm； (2)图乙中，杠杆恰好处于水平平衡状态，若在A处下方拿走1个钩码，则B处所挂钩码须向左移动 格，使杠杆在水平位置再次平衡，这样做的好处是 ； (3)接着，小明又提出了新的探究问题：“若支点不在杠杆的中点时，杠杆的平衡条件是否仍然成立呢？”于是小明利用如图丙所示装置进行探究，在杠杆D点处挂上2个钩码，用弹簧测力计在C点处竖直向上拉使杠杆在水平位置处于平衡状态，此时弹簧测力计的示数如图丙所示，则弹簧测力计的拉力是 N。以弹簧测力计的拉力为动力F1，以钩码所受重力大小为阻力F2，多次调整力和力臂的大小进行测量，发现：F1、L1的乘积总是大于F2、L2的乘积，其原因主要是 ； (4)如图丁所示，小明将弹簧测力计拉力的作用点从C点移到E点，两次均缓慢匀速转动杠杆，使钩码上升相同的高度，则机械效率 。 【答案】(1) 处于 0 (2) 4 便于测量力臂 (3) 3.3 杠杆自重的影响 (4)不变 【详解】（1）[1]杠杆处于静止状态或匀速转动状态时，杠杆处于平衡状态，杠杆保持静止，此时杠杆处于静止状态，达到平衡。 [2]当杠杆在水平位置平衡时，杠杆的支点在重心处，杠杆自重的力臂为0。 （2）[1]设一个钩码的重力为G，一格的长度为L，在A处下方拿走1个钩码；根据杠杆的平衡条件G×4L=G×nL 解得n=4，故应该将B处所挂钩码须向左移动8-4=4格。 [2]实验过程中始终保持杠杆水平平衡，力臂在杠杆上，这样做的目的是便于测量力臂。 （3）[1]由图丙可知，弹簧测力计的分度值为0.1N，示数为3.3N。 [2]用如图丙所示装置进行探究，杠杆的重心没有通过支点，杠杆的自重对杠杆平衡有影响。 （4）钩码上升相同的高度，则有用功大小不变，不计摩擦，用杠杆提升钩码时，克服杠杆自身重力做的功为额外功；如果仅将拉力作用点由C移至E，仍将钩码提升相同的高度，则杠杆重心上升的高度h不变，根据W额=G杠h可知，所做的额外功不变，根据W总=W有+W额可知，总功不变，由公式可知，杠杆的机械效率不变。 【对点训练5】如图所示，不考虑摩擦，用竖直向上的力F匀速拉动均匀杠杆，使悬挂在O点的重为G的物体缓慢升高此时杠杆的机械效率为η1；若将力F的作用点由C点向左移动到B点，仍将该物体缓慢升高人时，杠杆的机械效率为η2，则η1 η2（选填“>”“<”或“=”）；在物体被提升的过程中，其重力势能 （选填“变大”“变小”或“不变”）。 【答案】 = 变大 【详解】[1]因为不考虑摩擦，则两次所做的额外功等于将杠杆提升相同高度所做的功，额外功相同，因为有用功也相同，所以总功相同，根据可知两次的机械效率相同。 [2]重力势能和物体质量与高度有关，在物体被提升的过程中质量不变，高度变大则重力势能变大。 【对点训练6】如图甲所示，小明在探究“杠杆的平衡条件实验中所用的实验器材有：杠杆、支架、弹簧测力计、刻度尺、细线和质量相同的钩码若干个。 (1)实验前，将杠杆中点置于支架上，当杠杆静止时，发现杠杆右端下沉，此时，应把杠杆两端的平衡螺母向 （选填“左”或者“右”）调节，使杠杆在不挂钩码时能在 位置平衡； (2)杠杆调节平衡后，小明在杠杆上A点处挂4个钩码，在B点处挂6个钩码，杠杆恰好在原位置平衡，在这个位置平衡的好处是 。于是小明便得出了杠杆的平衡条件为： （用字母表示）。他这样得出的结论不合理原因是： ； (3)实验结束后，小明提出了新的探究问题：“若支点不在杠杆的中点时，杠杆的平衡条件是否仍然成立？”于是小组同学利用如图乙所示装置进行探究，发现在杠杆左端的不同位置，用弹簧测力计竖直向上拉使杠杆处于水平平衡状态时，测出的拉力大小都与杠杆平衡条件不相符，其原因是： ； (4)小明接着利用杠杆研究机械效率，如图丙所示。实验的主要步骤如下： a.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； b.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； 请你帮小明完成下列问题： 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】(1) 左 水平 (2) 便于测量力臂 F1l1=F2l2 实验次数太少，结论不具有普遍性 (3)杠杆自重对实验有影响 (4) 【详解】（1）[1][2]杠杆右端下沉，则左端上翘，应将平衡螺母向左调节，使杠杆在不挂钩码时，保持水平并静止，达到平衡状态。 （2）[1]小明在杠杆上A点处挂4个钩码，在B点处挂6个钩码，此时力臂在杠杆上，这样做的好处是：便于在杠杆上直接测量力臂。 [2]设一个钩码重为G，杠杆上一个小格长为L，杠杆平衡，由杠杆平衡条件知道 解得n=6，即在B点挂6个钩码恰好使杠杆平衡，符合题意，由此得出杠杆平衡条件为动力与动力臂的乘积等于阻力与阻力臂的乘积，即 [3]只通过一组实验数据便得出结论，是不合理的，一次实验很具有偶然性，要多进行几次实验，避免偶然性。 （3）用如图乙所示装置进行探究，杠杆的重心没有通过支点，杠杆的重对杠杆平衡有影响，测出的拉力大小都与杠杆平衡条件不相符。 （4）根据题意知道，有用功为 总功 则机械效率的表达式 05 强化训练 【基础强化】 1．用如图所示的装置探究“斜面的机械效率”，下列描述正确的是（　　） A．实验时要匀速竖直拉动弹簧测力计 B．斜面的倾斜程度越大，斜面的机械效率越大 C．斜面的倾斜程度越大木块所受的摩擦力越大 D．影响斜面机械效率的因素只是物体与斜面间的粗糙程度 【答案】B 【详解】A．为了保证弹簧测力计的示数稳定，就要让木块做匀速直线运动，实验时要沿斜面匀速拉动弹簧测力计，故A错误； BC．其他条件一定时，斜面倾斜程度越大，物体对斜面压力越小，摩擦力越小，做额外功越少，机械效率越大，故B正确，C错误； D．斜面的机械效率跟斜面的粗糙程度和斜面的倾斜程度有关，故D错误。 故选B。 2．用如图所示的装置研究滑轮组机械效率，下列说法不正确的是（    ） A．提高机械效率可以通过减小钩码的重力来实现 B．测量机械效率的原理： C．机械效率与动滑轮重力的大小有关 D．弹簧测力计通常要竖直向上匀速拉动 【答案】A 【详解】A．减小钩码的重力，在额外功相同的情况下，有用功减小，有用功占总功的百分比减小，滑轮组的机械效率减小，故A错误，符合题意； B．由于滑轮组的机械效率为有用功占总功的百分比，所以测量机械效率的原理为 故B正确，不符合题意； C．图中滑轮组的机械效率与动滑轮的重力有关，在物重一定的条件下，动滑轮越重，机械效率越低，故C正确，不符合题意； D．在实验操作中应竖直向上匀速拉动弹簧测力计，这样弹簧测力计处于平衡状态，弹簧测力计的示数才反映了拉力的大小，故D正确，不符合题意。 故选A。 3．小明在课外兴趣小组探究“影响滑轮组机械效率的因素”时，用同一套滑轮组完成了如图所示的实验。那么他想探究的是：滑轮组机械效率的高低与下列哪个因素的关系 （　　） A．被提升物体的重力 B．动滑轮的重力 C．物体被提升的高度 D．所用拉力大小 【答案】A 【详解】滑轮组在竖直拉动物体时，机械效率与滑轮重、物重有关，与提升高度、拉力大小无关。根据控制变量法，由甲乙图对比是物重不同，则探究的是物重的影响，故A符合题意。 故选A。 4．下列关于机械效率的说法中，正确的是 A．做功多的机械，机械效率一定高 B．越省力的机械，机械效率越高 C．使用机械的目的是为了提高机械效率 D．使用任何机械，它的机械效率都小于1 【答案】D 【分析】解答本题关键是要理解机械效率的概念，根据机械效率的概念去分析． 【详解】机械效率是有用功跟总功的比值，这个比值越大，表明机械效率越高．所以机械效率的高低是由有用功和总功这两个因素共同决定的，而与机械做功多少或是否省力无关，故选项A和B都是错误的． 我们使用机械的目的是为了省力或为了省距离，而不是为了提高机械效率，故选项C是错误的． 因为使用任何机械都不可避免的要做额外功，所以有用功总是小于总功，机械效率总是小于1，故选项D是正确的．故选D. 5．同学们“测量并探究影响滑轮组机械效率高低的因素”，使用了如图所示的装置，下列说法正确的是（每个钩码重相同）（　　　） A．实验需要用到的测量仪器弹簧测力计、刻度尺和停表 B．实验时需要匀速拉动测力计，只有这样测力计示数才能稳定 C．当钩码个数相同时，甲的机械效率比乙高 D．把钩码提高的高度越高，做的有用功越多，机械效率越高 【答案】B 【详解】A．由η＝知，要测量滑轮组的机械效率，需要测量物重、拉力，物体上升高度、绳子拉下长度，所以需要的测量仪器是弹簧测力计和刻度尺，不需要停表。故错误； B．为了保证拉力测量结果的准确，在拉动物体上升过程中需要匀速直线运动，不易时快时慢，造成拉力测量不准确。故正确； C．当钩码个数相同，提升相同高度时，做的有用功相同。但不知道动滑轮的重力、绳重及摩擦，所以不能比较额外功多少，机械效率高低不能比较。故错误； D．由据 η＝ ＝ 可知机械效率决定于物重和动滑轮重，与物体上升高度无关。故错误。 故选B。 6．小明测量斜面的机械效率实验，斜面与水平桌面夹角30°，物体B重为4N，用弹簧测力计沿斜面拉动B时，使B做 运动，实验中弹簧测力计示数如图所示，斜面的机械效率为 。 【答案】 匀速直线 80% 【详解】[1]实验时要用弹簧测力计沿斜面拉动B做匀速直线运动，这样弹簧测力计示数稳定，方便读数。 [2]如图，弹簧测力计示数为2.5N，即拉力为2.5N；斜面与水平桌面夹角30°，斜面长是高的2倍，则斜面的机械效率为 7．如图是研究滑轮组机械效率的实验。测量拉力时应拉动弹簧测力计做 （选填“匀速”或“变速”）运动。如果仅换用质量不同的动滑轮进行实验，滑轮组的机械效率 （选填“会”或“不会”）发生变化。 【答案】 匀速 会 【详解】[1]测量拉力时应拉动弹簧测力计做匀速运动，在匀速拉动时，物体处于平衡状态，物体受到的力是平衡力。 [2]如果仅换用质量不同的动滑轮进行实验，根据可知，有用功不变，额外功发生变化，故滑轮组的机械效率会发生变化。 8．有一斜面长s＝5m，高h＝2m，用弹簧测力计把一物块沿斜面从底部匀速拉到顶部，弹簧测力计的示数如图所示。若该斜面的机械效率为80%，则物体的重力为 N，物体受到斜面的摩擦力为 N，使用斜面可以 （选填“省力”或“省功”）。 【答案】 7.2 0.72 省力 【详解】[1]由图知，弹簧测力计示数为3.6N，根据 可得，物体的重力 [2]有用功为 W有＝Gh＝7.2N×2m＝14.4J 总功为 W总＝Fs＝3.6N×5m＝18J 克服物体与斜面间的摩擦做的额外功 W额＝W总﹣W有＝18J﹣14.4J＝3.6J 由W额＝fs可得，物体受到斜面的摩擦力 [3]因为F＜G，所以使用斜面能省力；因为W总＞W额，所以使用斜面不能省功。 9．如图是测定滑轮组的机械效率的实验装置，除了图中器材外，还需要 和 ；除钩码重外，还要测出的数据有 、 、 ；弹簧测力计的拉力方向应 ，钩码应 上升；将图中钩码减少一个，则滑轮组的机械效率将 。 【答案】 弹簧测力计 刻度尺 物体提升的高度 绳子自由端移动的距离 弹簧测力计的示数 竖直向上 匀速 降低 【分析】在实验中，需要的器材有刻度尺，钩码，弹簧测力计，铁架台，一个定滑轮和一个动滑轮组成的滑轮组，细绳；在实验中需要测量的物理量有：物重，拉力，物体上升的高度，拉力移动的距离；在实验过程中，为了正确测量绳端拉力需要使测力计在竖直方向匀速运动；了解增大机械效率的方法有二：一是增大有用功，即拉更重的重物；二是减小额外功，如减小摩擦、减轻动滑轮重。 【详解】[1][2]根据已准备的实验器材，可知还需要弹簧测力计和刻度尺； [3][4][5]根据公式，可知，已知钩码的重，所以需要测量的物理量为：物体提升的高度，绳子自由端移动的距离，弹簧测力计的示数； [6]要正确测量绳端拉力，需使测力计在竖直方向做匀速运动，故弹簧测力计的拉力方向应竖直向上； [7]由题意可知，弹簧测力计匀速向上拉动时，钩码应匀速上升； [8]使用的滑轮组不变，所做的额外功相同，被提升物体的重力变小，有用功在总功中占的比值越小，故机械效率降低。 10．某实验小组在“测滑轮组机械效率”的实验中实验装置如图所示，得到的数据如表所示： (1)实验中应沿竖直方向 拉动弹簧测力计使钩码上升；如果测量中弹簧测力计静止时读数，会导致测量的机械效率 （选填“偏大”、“偏小”或“不变”）；实验中若缺少刻度尺 （选填“能”或“不能”）完成实验； (2)通过表中数据可分析出第1次实验是用 图所示装置做的实验； 实验次数 钩码重G/N 钩码上升高度h/m 绳端拉力F/N 绳端移动距离s/m 机械效率η 1 4 0.1 1.8 0.3 74.1% 2 4 0.1 1.6 0.4 62.5% 3 6 0.1 2.4 0.3 (3)通过第1次实验和第2次实验的数据分析可得出结论：使用不同的滑轮组提升相同的重物时，动滑轮的个数越多（动滑轮的质量越大），滑轮组的机械效率 ； (4)小组同学再用第1次实验中使用的装置做第3次实验，表中第3次实验中滑轮组的机械效率η= （百分号前保留一位小数）； (5)比较第1次实验和第3次实验可得出结论：使用同一滑轮组， ，机械效率越高。 【答案】(1) 匀速 偏大 能 (2)甲 (3)越低 (4)83.3% (5)提升物体的重力越大 【详解】（1）[1]实验中应沿竖直方向匀速拉动弹簧测力计使钩码上升，此时钩码受力平衡，拉力等于重力。 [2]如果测量中弹簧测力计静止时读数，不用克服绳子与滑轮之间的摩擦，会导致额外功偏小，测量的机械效率偏大。 [3]机械效率为 可知机械效率与物体移动距离无关，所以即使没有刻度尺也能完成实验探究。 （2）由表中数据可知，钩码上升0.1m，绳端移动距离为0.3m，可知n=3，图甲中n=3，图乙中n=4，所以实验1是由甲图所示装置做的实验。 （3）第2次实验钩码上升0.1m，绳端移动距离为0.4m，可知n=4，所以实验2是由乙图所示装置做的实验，乙图中动滑轮有2个，机械效率为62.5%，小于实验1的机械效率，可得：使用不同的滑轮组提升相同的重物时，动滑轮的个数越多（动滑轮的质量越大），滑轮组的机械效率越低。 （4）第3次实验中滑轮组的机械效率 （5）第1次实验和第3次实验使用的是同一滑轮组，第3次实验中提升的物体重力更大，机械效率更高，故可得：使用同一滑轮组，提升的物体重力越大，机械效率越高。 【素养提升】 1．如图所示，小明同学探究“影响滑轮组的机械效率的因素”，他用质量相同的滑轮做了如图所示的实验，并测算了各次实验的机械效率。下列说法中正确的是（　　）    A．实验时，弹簧测力计应在静止时读数 B．根据甲、乙两次实验可知：滑轮组的机械效率与绳子的绕法有关 C．根据乙、丙两次实验可知：同一滑轮组，提升的物体越重，机械效率越高 D．实验时，换用不同装置进行多次实验，目的是为了减小误差 【答案】C 【详解】A．在实验中，测绳端拉力F时，应竖直向上匀速拉动弹簧测力计且在拉动过程中读数，若静止不能测量摩擦力的影响，故A错误； B．甲、乙两次实验中绳子绕法不同，提升物重相同，机械效率都是70%，因此，说明滑轮组的机械效率与绳子的绕法无关，故B错误； C．乙、丙两次实验可知用的是同一滑轮组，丙中提升的物重大，乙的机械效率小于丙，说明同一滑轮组提起物重越大，机械效率越高， 故C正确； D．为避免实验的偶然性，应换用不同的装置进行多次实验归纳得出普遍规律，故D错误。 故选C。 2．用图所示的动滑轮匀速提升钩码，测量动滑轮的机械效率，下表中已填入某次实验时测量出的数据。下列说法正确的是（　　） 钩码重G/N 提升高度h/m 绳自由端拉力F/N 绳自由端移动距离s/m 机械效率 2 0.1 1.2 0.2    A．实验中应在弹簧测力计保持静止时读数 B．本次实验中，动滑轮的机械效率为60% C．该动滑轮的机械效率不会改变 D．若只增加钩码受到的重力，该动滑轮的机械效率会变大 【答案】D 【详解】A．实验时，在弹簧测力计静止时拉力不需要克服绳与轮之间的摩擦，所以测得的拉力偏小，故A错误； B．本次实验中，动滑轮的机械效率为 故B错误； CD．若只增加钩码受到的重力，上升的高度相同，额外功不变，有用功增大，由 可知该动滑轮的机械效率会变大，故D正确，C错误。 故选D。 3．某同学探究“影响滑轮组的机械效率的因素”，他用质量相同的滑轮做了如图所示的实验，并测算了各次实验的机械效率（如图），下列相关说法中正确的是（　　） ①实验时，弹簧测力计应在竖直匀速拉动时读数 ②根据甲、乙两次实验可知：滑轮组的机械效率与绳子的绕法有关 ③根据乙、丙两次实验可知：同一滑轮组，提升的物体越重，机械效率越高 ④实验时，换用不同装置进行多次实验，目的是为了减小误差 A．只有①② B．只有②④ C．只有①③ D．只有③④ 【答案】C 【详解】①在实验中，测绳端拉力F时，应竖直向上匀速拉动弹簧测力计且在拉动过程中读数，故①正确； ②甲、乙两次实验中绳子绕法不同，提升物重相同，机械效率都是70%，因此，说明滑轮组的机械效率与绳子的绕法无关，故②错误； ③乙、丙两次实验可知用的是同一滑轮组，丙中提升的物重大，②的机械效率小于③，说明同一滑轮组提起物重越大，机械效率越高，故③正确； ④为避免实验的偶然性，应换用不同的装置进行多次实验归纳得出普遍规律，故④错误。 故选C。 4．某同学探究“影响滑轮组的机械效率的因素”，他做了如图所示的实验，并测算了各次实验的机械效率，关于他的实验过程，下列说法中不正确的是（　　） A．实验时弹簧测力计应在静止时读数 B．根据①、②两次实验可知：滑轮组的机械效率与绳子的绕法无关 C．根据②、③两次实验可知：同一滑轮组提起物重越大，机械效率越高 D．为使实验的结论更具可靠性，应换用不同的装置进行多次实验归纳得出普遍规律 【答案】A 【详解】A．实验时应匀速竖直向上拉动弹簧测力计，匀速拉动时，滑轮受到的是动摩擦力，故A错误，符合题意； B．①、②两次实验，同一滑轮组，绳子绕法不同，提升物重相同时，机械效率都是70%，可以说明同一滑轮组，提升相同的重物时，其机械效率与绳子的绕法无关，故B正确，不符合题意； C．②、③两次实验滑轮组相同，提升的物重越重时效率越高，即③的机械效率大于②，说明同一滑轮组提起物重越大，机械效率越高，故C正确，不符合题意； D．为避免实验的偶然性，使实验的结论更具可靠性、普遍性，应换用不同的装置进行多次实验得出结论，故D正确，不符合题意。 故选A。 5．在探究“斜面的机械效率”的实验中，以下说法正确的是（　　） A．用弹簧测力计沿斜面匀速向上拉木块时拉力和摩擦力是一对平衡力 B．斜面的倾斜程度影响斜面的机械效率 C．斜面的粗糙程度对机械效率没有影响 D．斜面的倾斜程度越大，沿斜面所用的拉力越小 【答案】B 【详解】A．木块在上升过程中受到重力、支持力、拉力和摩擦力四个力的作用，由于重力使物体有下滑的趋势，所以，要使物体匀速上升，拉力应大于摩擦力，拉力和摩擦力不是一对平衡力，故A错误； B．其他条件一定时，斜面倾斜程度越大，机械效率越高，故B正确； C．在斜面倾斜程度一定时，斜面粗糙程度越大，克服摩擦做的额外功越多，机械效率越低，故C错误； D．斜面的倾斜程度越小，越省力，沿斜面所用的拉力越小，故D错误。 故选B。 6．如图甲小华在“测量滑轮组机械效率”的实验中，用弹簧测力计匀速竖直向上提升重物，不计绳重和摩擦，每个钩码重2N，弹簧测力计所测拉力F如图乙为 N，则此次实验中滑轮组的机械效率为 ，若只增大被提升物体的质量，则该滑轮组的机械效率将 （选填“变大”“变小”或“不变”）。 【答案】 2.5 80% 变大 【详解】[1]第2次实验中弹簧测力计的示数如图所示，测力计分度值为0.1N，示数为2.5N。 [2]每个钩码重2N，由图可知，物重G＝6N，不计绳重和摩擦，实验滑轮组的机械效率为 [3]因为不计绳重和摩擦时 所以增大所提升物体的质量时，该滑轮组的机械效率将变大。 7．如图为“测动滑轮机械效率”时情形，实验中弹簧测力计应处于 （选填“静止”或“匀速直线运动”）状态下读数。弹簧测力计示数如图所示，钩码重为1N，钩码上升0.4m所用时间为4s。此过程中拉力的功率为 W，动滑轮的机械效率为 %（保留三位有效数字）。 【答案】 匀速直线运动 0.12 83.3 【详解】[1]在使用滑轮组时，滑轮组还要克服一些机械摩擦，为了正确测量滑轮组提升物体时的拉力，实验中弹簧测力计应处于匀速直线运动状态下读数。 [2]由图知，测力计的分度值为0.1N，所以其示数为0.6N，由图可知n＝2，绳子自由端移动的距离 拉力做的总功 拉力做功的功率 [3]动滑轮的机械效率 8．现用如图甲所示的装置来探究滑轮组的机械效率与所挂物重的关系，改变，竖直向上匀速拉动弹簧测力计，计算并绘出与关系如图乙所示，若不计绳重和摩擦，则：动滑轮自重为 N；图乙中曲线表明，同一滑轮组的机械效率随所挂物重的增大而增大，最终 （会/不会）达到100%；仅改变图甲中的绕绳方式、重复上述实验，所得到的图线与图乙所示曲线 （相同/不同）。    【答案】 3 不会 相同 【详解】[1] 若不计绳重和摩擦，则滑轮组的额外功就是克服动滑轮重做的功，由乙图可知，当物重时，，则有 解得。 [2]因为要克服动滑轮重做额外功，所以根据 可知机械效率永远不可能达到100%。 [3]由可知，机械效率与滑轮组的绕线方式无关，所以仅改变图甲中的绕绳方式、重复上述实验，所得到的图线与图乙所示曲线相同。 9．如图所示，小华利用斜面拉一重50N的木块到0.3m高处，木块沿斜面向上移动1m，共耗时10s。已知拉力为20N，则小华做的有用功为 J，拉力的功率为 W，斜面的机械效率为 。 【答案】 15 2 75% 【详解】[1]拉力做的有用功为 [2]拉力做的总功 拉力的功率 [3]斜面的机械效率 10．某实验小组利用图示装置探究杠杆的机械效率，实验的主要步骤如下： ①将质地均匀的杠杆O点悬挂，能自由转动，在A点悬挂总重为6N的钩码，在B点用弹簧测力计竖直向上拉，使杠杆保持水平静止，其中AO＝10cm，AB＝20cm； ②竖直向上缓慢匀速拉动弹簧测力计，使物体上升5cm（保持O点位置不变），在此过程中弹簧测力计的读数为3N，回答下列问题： (1)在步骤①中，若杠杆自重和摩擦不计，弹簧测力计示数应为 N； (2)步骤②中，计算出杠杆的机械效率为 （精确到0.1%）； (3)若将测力计的悬挂点由B移至C，O、A位置不变，仍将钩码提升相同的高度，则杠杆的机械效率将 （选填“变大”“不变”或“变小”）。 【答案】(1)2 (2)66.7% (3)不变 【详解】（1）在步骤①中，若杠杆自重和摩擦不计，由杠杆平衡条件知，弹簧测力计的示数为 （2）由几何关系可知，当物体上升5cm时，B端上升的高度为 故总功为 W总＝FhB＝3N×15×10-2m＝0.45J 有用功为 W有＝Gh＝6N×5×10-2m＝0.3J杠杆的机械效率为 （3）若将测力计的悬挂点由B移至C，使钩码上升同样的高度，有用功不变；杠杆重心上升的高度不变，克服杠杆重力做的额外功不变，则总功不变，根据机械效率公式知，机械效率不变，所以若将测力计的悬挂点由B移至C，杠杆的机械效率将不变。 【能力培优】 1．在“测量滑轮组机械效率”的实验中，用同一滑轮组进行了两次实验，得出的数据如下表，分析数据，下列说法正确的是（　　） 次数 钩码重/N 钩码上升高度/cm 弹簧测力计示数/N 弹簧测力计移动的距离/cm 1 2 10 1.2 20 2 5 10 2.7 20 A．此实验中至少需要2个动滑轮 B．第 1次实验过程中机械所做有用功为 20 J C．第 2 次实验过程中滑轮组的机械效率约为 83.3% D．比较两次实验说明同一机械提升货物越重，滑轮组的机械效率越高 【答案】D 【详解】A．分析数据知道，弹簧测力计移动距离是钩码上升高度的2倍，故应有2段绳子吊着动滑轮，所以，动滑轮要有1个，定滑轮要有1个，共需要2个滑轮来组成滑轮组，故A错误； B．由 知道，第 1次实验过程中机械所做有用功 故B错误； C．第二次的机械效率为 故C错误； D．将数据代入 第一次的机械效率 与C比较知道，说明同一机械提升货物越重，滑轮组的机械效率越高，故D正确。 故选D。 2．如图所示，小明分别使用甲、乙、丙、丁四种机械匀速提升物体（绳长不变），测得拉力和物体M、N所受的重力如表所示，则下面说法正确的是（　　） 5.5N 12N 5.5N 8N 5N 10N A．甲的机械效率比丙的小 B．使用丙提升物体M时省力 C．甲的机械效率比乙的大 D．实验测得的数据无法算出机械效率 【答案】C 【详解】设物体上升的距离为h，甲机械绳子自由端移动距离和物体上升的距离相等，所以甲机械的机械效率为 乙机械绳子自由端移动距离和物体上升的距离相等，所以乙机械的机械效率为 丙机械中绳子的有效段数n=2，所以丙机械的机械效率为 丁机械中绳子的有效段数n=2，所以丁机械的机械效率为 由表中数据可知，使用丙提升物体M时与用甲提升时相同，并不省力。 故选C。 3．如图所示，在探究“斜面的机械效率”的实验中，以下说法正确的是（　　） A．木块所受摩擦力等于弹簧测力计对木块的拉力 B．用弹簧测力计沿斜面向上拉木块时，应尽量匀速 C．木块与斜面间的摩擦对机械效率没有影响 D．斜面的倾斜程度越大，沿斜面所用的拉力越小 【答案】B 【详解】A．木块在上升过程中受到重力、支持力、拉力和摩擦力四个力的作用，由于重力使物体有下滑的趋势，所以，要使物体上升，拉力和摩擦力不是一对平衡力，拉力应大于摩擦力，故A错误； B．为了保证弹簧测力计的示数稳定且准确，应该让木块做匀速直线运动，故B正确； C．利用斜面提升物体时，克服摩擦力做的功为额外功，摩擦力越大，额外功越大，在有用功相同时总功越大，则斜面的机械效率越低，故C错误； D．斜面倾斜程度越大（越陡），沿斜面所用的拉力越大，越费力，故D错误。 故选B。 4．小华用图装置测量动滑轮的机械效率，下列说法正确的是（　　） A．实验中为测量方便，让弹簧测力计在静止时读数 B．弹簧测力计对绳子的拉力与物体的重力是一对平衡力 C．增大物体被提升的高度，可以提高动滑轮的机械效率 D．增大物体重力与动滑轮重力的比值，可以提高动滑轮的机械效率（不计绳重和摩擦） 【答案】D 【详解】A．测量动滑轮的机械效率，需要匀速拉动弹簧测力计，不能在弹簧测力计静止时读数，故A错误； B．弹簧测力计对绳子的拉力，作用在绳子上；物体的重力，作用在提升的物体上，即二力作用在两个物体上，不是一对平衡力，故B错误； C．使用动滑轮，承担物重的绳子股数n=2，滑轮的机械效率 η= 增大物体被提升的高度，不能提高动滑轮的机械效率，故C错误； D．不计绳重和摩擦，动滑轮的机械效率 增大物体重力与动滑轮重力的比值，可以提高动滑轮的机械效率，故D正确。 故选D。 5．如图甲所示，用F1将物体A匀速直线拉动一段距离s，若借助如图乙所示装置用F2将物体A在同样的水平面上做匀速直线运动移动相同的距离s，下列说法正确的是（　　） ①图乙中有用功W有＝F1s ②图乙中总功W总＝F2s ③图乙中额外功W额＝3F2s﹣F1s ④图乙中的机械效率η＝ A．只有①和③ B．只有③和④ C．只有①和④ D．只有②和④ 【答案】A 【详解】①由题知道，两次物体均在同样的水平面上做匀速直线运动，且物体移动相同的距离s，图乙用的是滑轮组，滑轮组对物体的拉力也等于F1，则图乙中有用功是：W有用＝F1s；故①正确； ②图乙中n＝3，此时拉力端移动的距离是：s′＝3s， 则图乙中的总功是：W总＝F2s′＝F2×3s＝3F2s，故②错； ③图乙中的额外功是：W额＝W总﹣W有＝3F2s﹣F1s，故③正确； ④滑轮组的机械效率是：，故④错误． 6．用相同的滑轮和绳子分别组成如图所示的甲、乙两个滑轮组，把相同的重物匀速提升相同的高度；（不计绳重及摩擦） （1）绳子受的拉力F1和F2大小关系是F1 F2； （2）滑轮组的机械效率η1和η2大小关系是η1 η2； （3）绳子自由端移动的距离s1和s2大小关系是s1 s2； （4）拉力对滑轮组所做的功W1和W2大小关系是W1 W2。（均选填“>”、“=”或“<”） 【答案】 > = < = 【解析】【小题1】由图可知，甲由2段绳子承担物重，不计绳重及机械摩擦，所以 乙由3段绳子承担物重，所以 所以 F1>F2 【小题2】因为动滑轮重相同，提升的物体重和高度相同，所以利用滑轮组做的有用功相同、额外功相同，总功相同，根据 可知，滑轮组的机械效率相同，即 【小题3】因为绳子自由端移动的距离 提升物体的高度h相同，所以 ， 则 【小题4】不计绳重及摩擦，拉力做的功分别为 所以 7．现用如图甲所示的装置来探究滑轮组的机械效率η与所挂物重G物的关系，改变G物，竖直向上匀速拉动弹簧测力计，计算并绘出η与G物关系如图乙所示，若不计绳重和摩擦，则：动滑轮自重是 N；当G物=10N时，重物以v=0.2m/s速度匀速上升，拉力F做功的功率是 W，此时滑轮组的机械效率是 ；根据你对滑轮组的认识，图乙中同一滑轮组的机械效率η随所挂物重G物的增大而增大，最终 （会/不会）达到100%；仅改变图甲中的绕绳方式、重复上述实验，所得到的η﹣G物图线与图乙所示曲线 （相同/不同）。 【答案】 2 2.4 83.3% 不会 相同 【详解】[1]由图乙可知，物重G物=8N时，滑轮组的机械效率η=80%，因不计绳重和摩擦，克服物重做的功为有用功，克服动滑轮重力和物重做的功为总功，所以，滑轮组的机械效率 解得 [2]由图可知，n=3，不计绳重和摩擦，拉力的大小 绳端移动的速度 则拉力F做功的功率 [3]此时滑轮组的机械效率为 [4]不计绳重和摩擦，使用滑轮组提升物体时，需要克服动滑轮重力做额外功，有用功一定小于总功，滑轮组的机械效率达不到100%。 [5]不计绳重和摩擦，用滑轮组提升相同的物体上升相同的高度时，改变图甲中的绕绳方式，所做的有用功相同，克服物体重力和动滑轮重力所做的总功不变，则滑轮组的机械效率不变，所以，重复上述实验，所得到的η﹣G物图线与图乙所示曲线相同。 8．如图是某商场的自动扶梯。扶梯的部分几何尺寸如图所示，质量为50kg的小华站在该扶梯上从商场一楼到二楼，已知扶梯以1m/s的速度匀速上行，则扶梯对他做的功是 J，对他做功的功率是 W。如果站在扶梯上的人数增多，扶梯的效率将 (选填 “变大”、“变小”或“不变”) (g取10N/kg) 。 【答案】 1500 300 变大 【详解】[1]扶梯对小华做的功 [2]扶梯的长度 由可得，扶梯上升时间 因此扶梯对他做功的功率 [3]它克服人的重力做的功为有用功，当站在扶梯上的人数增多，有用功变大，额外功不变由可知，扶梯的效率将变大。 9．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母亲缓缓上行，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点沿斜面确定了相距1m处的B点。（g取10N/kg） （1）使刻度尺“0”刻度线与水平地面对齐，正确测量B点高度。 （2）选用车轮与轮椅相同材质、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2.0N； ②将弹簧测力计与斜面平行放置并校零，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 N，可见使用斜面可以省 （选填“力”、“距离”或“功”）； 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点时的机械效率为 。 （3）在小车上逐渐添加重物，测出小车的总重G，测出沿斜面匀速拉动小车需要的力，计算出拉小车从A点到B点所做的功；计算出竖直向上将小车从水平地面提升到B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G的关系图像，分别如图丙中的线段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 （选填“有关”或“无关”）； ②若这位母亲的质量为60kg，所坐的轮椅质量为20kg，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】 0.3 力 0.3 60% 无关 120 【详解】（2）②[1]由图知道，弹簧测力计的分度值是0.02N，弹簧测力计的示数为0.3N。 [2]由图知道，弹簧测力计的分度值是0.1N，弹簧测力计的示数为0.3N＜2.0N，说明使用斜面可以省力。 ③[3]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“0”刻度线与水平地面对齐，B点所处高度为9.00cm，将小车从A点拉到B点的过程中，拉力做的功为 [4]利用斜面将小车从水平地面提升到B点时所做的有用功为 机械效率为 （3）①[5]由图像知道，当小车的总重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点时的机械效率为 即 所以由图像知道，用该通道斜面提升物体时的机械效率与物重无关。 ②[6]这位母亲和所坐的轮椅总重力为 中年人用沿着通道斜面方向的力推轮椅匀速上坡时，从A点到B点所做的有用功为 由知道，中年人用沿着通道斜面方向的力推轮椅匀速上坡时，从A点到B点所做的总功为 由得，力的大小为 10．如图所示，用滑轮组拉着重600N的物体A沿水平方向匀速移动，在40S内移动了8m，拉力F做的功为1280J． （1）求拉力F的大小； （2）若滑轮组的机械效率为 95%，求动滑轮的重力（不计绳重及绳子与滑轮间的摩擦）． 【答案】（1）80N；（2）8N 【详解】试题分析：（1）拉力通过的距离：S=nh=2×8m=16m，由W总=F•S得F=W总/S=1280J/16m=80N； （2）由η＝W有用/W总得：W有用=W总×η=1280J×0．95=1216J，W额外 =W总-W有用=1280J-1216J=64J， 因为W额外=G动×h，所以G动=W额外/h=64J/8m=8N． 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$