五、机械效率 第2课时（举一反三讲义）物理苏科版2024九年级上册

五、机械效率 第2课时 目录 【学习目标】 1 【思维导图】 1 【知识梳理】 2 知识点1：实验：探究影响滑轮组机械效率的因素 2 知识点2：实验：探究杠杆机械效率的影响因素 6 知识点3：实验：探究斜面机械效率的影响因素 8 【巩固训练】 11 【学习目标】 1.掌握探究滑轮组的机械效率的实验； 2.掌握斜面机械效率的探究实验； 3.掌握杠杆机械效率的探究实验； 分类 具体内容 重点 1. 控制变量法在实验中的应用 2. 机械效率的实验探究 3. 不同机械效率的大小比较 难点 1. 滑轮组机械效率的误差分析与改进 2. 杠杆机械效率与杠杆平衡条件的结合 【思维导图】 【知识梳理】 知识点1：实验：探究影响滑轮组机械效率的因素 1．实验原理与器材 器材：钩码、铁架台、滑轮组、弹簧测力计、刻度尺 2．实验操作 ①按照图示安装滑轮组，测钩码重力G并记钩码和绳端的位置； ②用弹簧测力计沿竖直方向匀速拉动绳端，使钩码上升，读出拉力F的值，并测出钩码上升的高度h和绳端移动的距离s，记录实验数据填入表格中； 次数 钩码重力G/N 钩码上升高度h/m 有用功 W有用/J 弹簧测力计示数F/N 绳子自由端移动距离s/m 总功 W总/J 机械效率 η ③多次改变钩码的数量与绳子绕法，重复实验； ④用动滑轮质量不同的两个滑轮组去吊相同的钩码，重复实验； ⑤分别计算出各组的机械效率，分析测量结果，讨论影响机械效率的因素。 3．实验分析与结论 分析：①物体重力和动滑轮重力会影响机械效率，增大物重实质上是增大了有用功的占比，而额外功也会增大的原因是物体重力增大会导致轮轴与绳子间的摩擦力增大 ②减少机械间的摩擦、减小动滑轮的重力、增加物重都可以提高滑轮组的机械效率，而提升高度以及滑轮组绕线方式不影响机械效率 结论：在其他条件相同时，动滑轮越重，机械效率越低； 在绳子所能承受的范围内，所吊物体越重，机械效率越高。 【典例1】长沙某建筑工地上矗立的塔吊，是用电动机来带动滑轮组提升重物的设备。如何提高滑轮组机械效率，节约电能呢？为此同学们进行了“影响滑轮组机械效率因素”的实验探究，用到的装置如图，实验数据记录如下表所示： 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 2 0.1 1.2 0.3 55.6% 2 2 0.2 1.2 0.6 55.6% 3 4 0.1 1.9 0.3 70.2% 4 4 0.1 1.3 0.5 61.5% （1）实验中应沿竖直方向 拉动弹簧测力计； （2）分析表中数据可知：第4次实验是用 图所示装置来完成的； （3）通过比较1、2两次实验数据可得出：使用同一滑轮组提升相同重物，滑轮组的机械效率与重物上升高度无关； （4）通过比较 两次实验数据可得出：同一滑轮组提升的物体越重，滑轮组机械效率越高（填实验次数的序号）。 【变式1】小明在“测滑轮组机械效率”的实验中，用如图甲所示的滑轮组进行实验，实验数据如表： 序号 物重G/N 物体上升的高度h/cm 测力计的大小F/N 测力计移动的距离s/cm 机械效率η 1 2 5 0.9 15 74.1% 2 2 10 0.9 30 74.1% 3 4 10 1.7 30 78.4% 4 6 10 2.5 30 （1）在实验操作中应竖直向上 拉动弹簧测力计； （2）分析表中数据，可知滑轮组的机械效率与物体上升的高度 ，与所提物体的重力大小 ；（均选填“有关”或“无关”） （3）请用实验中所测量的物理量符号写出机械效率的表达式η= ，并算出第4次实验的机械效率为 ； （4）如果换用图乙所示装置进行实验，把同一重物提升相同高度，需要做的额外功更 ，所以机械效率更 （均选填“大”或“小”）。 【变式2】如图所示是“测量滑轮组机械效率”的实验装置图。 实验次数、 钩码的重力G/N 钩码提升高度h/m 拉力 F/N 绳端移动的距离s/m 机械效率η/% 1 2 0.1 0.9 0.3 74 2 4 0.1 1.6 0.3 83 3 6。 0.1 ① 0.3 ② (1)小明用弹簧测力计沿竖直方向 提升不同数量的钩码，记录数据如表所示； (2)第3次实验，绳端测力计示数如图所示。则表格中编号为①的空格中应填 ，编号②的空格中应填 （保留两位有效数字）； (3)从表格中的数据可得结论：用相同滑轮组提升钩码时，滑轮组的机械效率与 有关；如果使钩码升高的高度增加为原来的3倍，机械效率将 （均选填“增大”“减小”或“不变”）； (4)实验中，小明克服动滑轮的重力做的额外功一定小于 ； (5)汽车作为一种“机械”，提高效率对节能减排有重要意义。以下三种提高效率的方法中，方法 与本实验的原理相同。 方法一：鼓励人们“拼车”出行，使汽车尽量装满人员； 方法二：汽车制造厂用新材料减轻汽车重力； 方法三：经常给汽车做保养，保持良好的润滑。 知识点2：实验：探究杠杆机械效率的影响因素 1．实验原理与器材 器材：钩码、铁架台、杠杆、弹簧测力计、刻度尺 2．实验操作 ①按照图示安装杠杆，测钩码重力G并记钩码和绳端的位置； ②用弹簧测力计沿竖直方向匀速缓慢提升绳端，读出拉力F的值，并测出钩码上升的高度h和测力计移动的距离s，记录实验数据填入表格中； 钩码悬挂点 钩码重力G/N 钩码上升高度h/m 有用功 W有用/J 弹簧测力计示数F/N 测力计移动距离s/m 总功 W总/J 机械效率 η A C ③多次改变钩码的数量、钩码的悬挂点与测力计的悬挂点，重复实验； ④分别计算出各组的机械效率，分析测量结果，讨论影响机械效率的因素。 3．实验结论 物体重力、杠杆自重与摩擦会影响杠杆机械效率，减小摩擦、减小杠杆自重、增加物重都可以提高杠杆的机械效率，提升高度不会影响杠杆的机械效率。 在其他条件相同时，物体越重，杠杆越轻，杠杆机械效率越高 【典例2】小明用如图所示的实验装置测量杠杆的机械效率。实验时竖直向上拉动杠杆，使挂在杠杆下面的物体缓缓上升（支点和杠杆的摩擦不计）。问： (1)重为5N的物体挂在A点时，人的拉力F为2.5N，物体上升0.15m时，动力作用点C上升0.5m，此时机械效率η1为 ； (2)小明为了进一步研究杠杆的机械效率与哪些因素有关，仍用该实验装置，仅将物体移到B点，再次缓慢提升杠杆，使物体上升相同的高度，实验测得此时的机械效率为η2 η1（选填“>”“<”或“=”），并简述理由： 。 【变式1】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）。 【变式2】小华同学进行了“探究杠杆平衡条件”的实验。 (1)杠杆的位置如图甲所示，此时杠杆是 （平衡/不平衡）的，应调节杠杆的平衡螺母向 （左/右）移动，使杠杆在水平位置平衡，实验时施加的动力和阻力的方向都是竖直方向，这样做的好处是 。 (2)如图乙所示，杠杆在水平位置平衡，若将A、B两点下方挂的钩码同时朝远离支点O方向移动一小格， 则杠杆将 （仍保持平衡/左端下沉/右端下沉）。 (3)取下B位置的钩码， 改用弹簧测力计拉杠杆的C点，如图丙，当弹簧测力计由位置2转至位置1的过程中， 杠杆在水平位置始终保持平衡， 则测力计的示数变化情况为 。 A．变大 B．先变大后变小 C．变小 D．先变小后变大 (4)如图丁所示， 杠杆在水平位置平衡。小华将图中杠杆转至图中虚线位置并保持静止， 若不计杠杆自重和摩擦， 则轻轻松手后杠杆在虚线处 （不能/能）平衡。 (5)完成以上实验后， 小华利用杠杆来测量杠杆的机械效率， 如图戊， 实验时竖直向上拉动弹簧测力计， 使挂在杠杆下面的钩码缓缓上升。如果仅将拉力作用点由C移至B， 两次都将钩码移动相同高度， 对物体所做的有用功将 ，此杠杆的机械效率将 （两空均选填：变大/变小/不变）（不计摩擦）。 知识点3：实验：探究斜面机械效率的影响因素 1．实验原理与器材 器材：斜面、重力不同的长方体物块、弹簧测力计、刻度尺、毛巾、棉布、 2．实验操作 ①安装斜面，用弹簧测力计沿斜面方向匀速拉动物块，使物块上升，读出拉力F的值，并测出物块沿斜面上升的高度s和竖直方向移动的距离h，记录实验数据填入表格中； 斜面倾斜程度 物体的重力 G/N 斜面高度 h/m 有用功 W有/J 拉力F/N 斜面长度 s/cm 总功 W总/J 机械效率 η 最缓 G1 最缓 G2 最缓 G3 较陡 G1 最陡 G1 ②多次改变物体的重力，重复实验； ③多次改变斜面的粗糙程度，重复实验； ④分别计算出各组的机械效率，分析测量结果，讨论影响机械效率的因素。 3．实验分析与结论 分析：当其他条件保持恒定时，斜面的倾斜程度越大，机械效率越高；斜面表面越粗糙，机械效率越低；同时，物体重力对机械效率无影响。 在相同条件下，增加倾斜程度或降低表面粗糙度，可以提高斜面的机械效率 【典例3】小楠同学用如图所示的装置测定斜面的机械效率，实验记录结果如下表： 实验次数 斜面粗糙程度 物体重G/N 斜面高度h/m 拉力F/N 斜面长s/m 机械效率η 1 玻璃面 2 0.1 0.6 0.5 66.7% 2 玻璃面 2 0.15 0.8 0.5 3 玻璃面 2 0.2 1.0 0.5 80.0% 4 棉布面 2 0.2 1.2 0.5 66.7% (1)根据表格中数据，第2次实验的机械效率是 ； (2)分析第1、2、3次实验的数据可以得到的初步结论是： ，机械效率越大； (3)分析第4与第 次实验数据可知，在斜面的倾斜程度相同时，斜面越粗糙，斜面的机械效率越低。 【变式1】小金用如图所示的装置研究某斜面的机械效率与木块重力大小之间的关系，实验时控制木块与斜面的粗糙程度都相同，部分实验数据如下表： 实验 次数 斜面倾 角 木块重 G/N 斜面高度h/m 沿斜面拉力F/N 斜面长s/m 有用功 W有//J 总功W总/J 机械 效率η 1 30° 1.0 0.5 0.7 1.0 0.5 0.7 71.4% 2 30° 2.0 0.5 1.4 1.0 1.0 1.4 ① 3 30° 3.0 0.5 2.1 1.0 1.5 2.1 71.4% （1）表中空格①的值是 ； （2）小明分析实验数据得出的初步结论是：在斜面倾角和木块与斜面的粗糙程度不变时，斜面机械效率与木块重力大小无关。对此，你对小明有何建议？ ； （3）为提高测量的准确度，在用弹簧秤测拉力时，需要注意的事项是 （写一条即可）。 【变式2】小明利用斜面进行如下的实验。 （1）图中的数据是在测量斜面机械效率时得到的，由此可知此时斜面的机械效率η= ； （2）为了进一步探究斜面的特点，小明接着做了三次实验，实验数据如下表。 编号 倾斜角度 铁块重/N 拉力/N 斜面高度/cm 斜面长度/cm 机械效率 1 较小 10 4.9 10 100 20% 2 较大 10 6.7 30 100 45% 3 更大 10 8.3 50 100 60% ①分析表中数据可知，沿斜面向上匀速拉动同一物体时，斜面倾斜角度越大，机械效率越 ，拉力越 ； ②由表中第一行数据可知，此过程中铁块与斜面之间的摩擦力为 N。 【巩固训练】 1．小明用图中的动滑轮匀速拉动水平地面上的物体A，测出A移动的距离s、水平拉力F和A的重力G． （1）以上条件能否求出此时滑轮的机械效率η？ 如果能，写出η的表达式；如果条件不足，写出还需要补充的物理量的测量步骤和符号，并写出η的表达式 （η用题目已知及补充的物理量符号表示） （2）若A在10s内运动了4m，A的速度为 ． 2．（1）如图甲所示，用作用点不同，分别用沿圆的切线方向的三个力F1、F2、F3，使杠杆在水平位置保持平衡，则F1、F2、F3的大小关系是 。 （2）如图乙所示，用两种不同的滑轮将同一重物G提升到相同高度，若不计绳重、摩擦和滑轮重，F1 F2，机械效率1 2（选填“>”“<”或“=”）。 3．某实验小组利用如图所示的装置测滑轮组机械效率，记录数据如下表 试验序号 钩码G/N 钩码上升的高度h/m 绳端的拉力F/N 绳端移动的距离s/m 机械效率η/% ① 4 0.1 1.8 0.3 74.1 ② 6 0.1 2.4 0.3 （1）实验时，应沿竖直方向 拉动弹簧测力计； （2）第2次实验中，拉力做的总功是 J，滑轮组做的有用功是 J，滑轮组的机械效率η= （结果保留一位小数）； （3）由记录数据分析，两次机械效率不同的主要原因是 。 4．小明利用以下器材：刻度均匀的杠杆、支架、弹簧测力计、刻度尺、细线和质量相同的钩码若干个，对杠杆的特性进行了如下探究。 (1)实验前，杠杆静止在图甲所示的位置时，此时的杠杆 （是/不是）处于平衡状态：为了使得杠杆在水平位置平衡，应将右端的平衡螺母向 调节，这样做的目的是 ； (2)实验时，他们记录了一组数据为动力，动力臂，阻力，阻力臂，小华同学测出了这组数据后就得出了“动力×动力臂=阻力×阻力臂”的结论，小强同学认为他的结论不一定科学，理由是 ； (3)小明把右边的钩码换成弹簧测力计，使杠杆从水平位置慢慢转过一定角度并保持静止，弹簧测力计始终沿竖直方向，如图丙所示，拉力F （变大/变小/不变）； (4)如图丁所示装置，若每个钩码的重为0.5N，在A点竖直向上拉动弹簧测力计使杠杆保持水平平衡，则弹簧测力计的示数 （大于/等于/小于）4N，原因是 。 (5)为了进一步研究杠杆的机械效率与哪些因素有关，小明同学设计了下图的实验装置，先后将钩码挂在A、B两点，测量并计算得到如下表所示的两组实验数据。 实验次数 钩码悬挂点 钩码总重G/N 钩码移动距离h/m 拉力F/N 测力计移动距离s/m 机械效率 1 A点 1.5 0.10 0.7 0.30 71.4% 2 B点 2.0 0.15 1.2 0.30 83.3% ①根据表格中的实验数据可知：使用该杠杆提升钩码做功时，也存在额外功。不计空气阻力，其额外功的主要来源是 ； ②根据表格中的实验数据不能得出“杠杆的机械效率与所挂钩码的重力有关，钩码越重其效率越高”的实验结论。理由是 。 5．如图是小明同学斜面机械效率跟什么因素有关的实验装置。实验时他用弹簧测力计拉着同一物块沿粗糙程度相同的斜面向上做匀速直线运动。实验的部分数据如下： 实验 次数 斜面的 倾斜程度 物块重量 G/N 斜面高度 h/m 沿斜面拉力 F/N 斜面长 s/m 机械效率 1 较缓 10 0.1 5.0 1 2 较陡 10 0.3 6.7 1 45% 3 最陡 10 0.5 8.4 1 60% （1）在第1次实验中，斜面的机械效率为 ； （2）分析表格中数据可以得出结论：在斜面粗糙程度相同时， ； （3）若要探究斜面机械效率跟斜面的粗糙程度的关系，应保持 不变。 6．在“测量滑轮组的机械效率”实验中，小丽用如图所示的同一滑轮组提升不同钩码的方法，分别做了甲、乙、丙3次实验，实验数据记录如表： 实验 次数 钩码所受的 重力 提升高度 拉力 绳端移动的 距离 机械效率 1 2 2 4 3 6 （1）实验中要竖直向上 拉动弹簧测力计，使钩码升高； （2）表格中编号处数据应为 ，编号处数据应为 ； （3）分析以上实验数据可以得出如下结论：同一滑轮组的机械效率主要与 有关； （4）若将此滑轮组换一种绕绳方法，不计摩擦及绳重，提升相同的物体时，滑轮组的机械效率 选填“变大”“变小”或“不变”。 7．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表所示，装置如图所示。 实验次数 l 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 1.6 2.4 绳端移动距离s/m 0.3 0.4 机械效率η 74.1% 62.5% （1）实验中，沿竖直方向匀速拉动弹簧测力计，使物体缓缓上升，在测量绳端所受的拉力时，弹簧测力计应 ；（保持静止/匀速上升） （2）小组同学做第3次实验时，滑轮组的机械效率η＝ ；通过比较第1、3次两次实验数据，请对提高滑轮组的机械效率提出一条针对性建议： ； （3）如果采用第3次装置，改变动滑轮重，提升同一物体进行多次实验，获得数据并绘制出如图甲的图像，分析可知：被提升物体所受的重力相同时，动滑轮越轻，机械效率 （越高/不变/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） （4）若第2次实验中克服摩擦做的额外功为0.04J，则动滑轮总重为 N。（不计绳重） 8．如图小明拉着质量为30kg行李箱匀速经过一段长度、高度的斜坡路面，用时10s，若此过程拉力F方向沿斜面向上，大小为125N。行李箱放在水平地面时与地面接触面积为，（）。求： （1）行李箱静止放在水平地面上时受到的重力大小和对地面的压强； （2）小明对行李箱做的有用功和斜面的机械效率； （3）拉力F做功的功率。 9．阅读短文，回答问题。 螺旋在生产生活中的应用 根据斜面可以省力的原理，人们在生活中发明了螺旋状的机械工具，如螺栓、螺钉、螺旋千斤顶等（如图所示）螺旋千斤顶又称机械式千斤顶，是通过人力旋转手柄，使螺杆上升，从而达到将重物举起的目的。 普通螺旋千斤顶靠螺纹自锁作用支持重物，最大起重量能达10吨，且构造简单，但传动效率低，返程慢。自降螺旋千斤顶的螺纹无自锁作用，装有制动器，放松制动器，重物即可自行快速下降，缩短返程时间，但这种千斤顶构造较复杂。    （1）生活中为了将螺钉旋入木板中，用螺丝刀旋转螺钉时，可以省 ，但不能省 ； （2）为了使螺栓使用时更省力，可以在螺纹上涂抹一些润滑油，这是为了减小 ，盘山公路也可以看成一种螺旋，其目的主要是为了省 ； （3）使用螺旋千斤顶时升起同一重物时，能提高螺旋千斤顶效率的主要办法是 （选填“加润滑油”或“加长手柄”）。 10．请阅读《龙骨水车》并回答问题。 龙骨水车 陆游在《春晚即景》中写道：“龙骨车鸣水入塘，雨来犹可望丰穰，”诗中的龙骨车即为龙骨水车，因其结构形如长龙骨架而得此名，是一种用于排水和灌溉的机械。龙骨水车约始于我国东汉时期，三国时期的机械大师马钧予以改进，之后一直在农业上发挥着巨大的作用。 如图甲所示，龙骨水车的主体由两部分组成，一是取水部分的车桶、大龙头轴、小龙头轴、刮水板等；二是人操作部分的扶手和脚踏板等。龙骨水车通体由木质板材构成，并大部分采用榫接和链接结构，简单的材料、成熟的技艺，使龙骨水车很容易制作。 龙骨水车在工作时主要利用链轮传动原理，即当主动轴旋转时，链条与固定在主动轴上的链轮相咬合，从而带动固定在从动轴上的链轮旋转，使从动轴获得动力。如图乙所示，小龙头轴及刮水板浸入低处的水中，人握住扶手用脚踏动脚踏板，驱动大龙头轴（主动轴）转动，带动链条（由刮水板等组成）运动，进而带动小龙头轴（从动轴）转动，这一过程中刮水板将水带入车桶内，板叶刮水上行，将低处的水刮传至高处的农田中，实现灌溉。 如图甲、乙所示的龙骨水车是用脚踩驱动的，称为脚力水车。根据龙骨水车驱动力的不同，还有手摇驱动的手摇水车、流水驱动的水转水车、风力驱动的风力水车等。相比之下，脚力翻车较为轻便、易于搬运、对环境要求低、取水效率高，在农业灌溉中使用最广。 龙骨水车在我国已使用了近两千年，目前仍然有地区在用其灌溉，劳动人民的智慧历经千年洗练，仍然闪耀着光芒！ 请根据上述材料，回答下列问题： (1)龙骨水车在工作时主要是利用了 原理； (2)刮板的面积越大，水车旋转一周提升的水就越多，对水所做的功越 ，当工人踩动脚踏的速度加快时，提升水的功率会变 ； (3)若工人某次使用龙骨水车灌溉面积为的稻田，使稻田的平均水深达到，灌溉过程中水被龙骨水车提升的高度为，所用时间为20分钟，工人做功的平均功率为，则该过程中工人做的总功为 J，机械效率为 %（保留整数，不计水渗透和蒸发等损耗，水的密度为，g取）。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $$ 五、机械效率 第2课时 目录 【学习目标】 1 【思维导图】 1 【知识梳理】 2 知识点1：实验：探究影响滑轮组机械效率的因素 2 知识点2：实验：探究杠杆机械效率的影响因素 8 知识点3：实验：探究斜面机械效率的影响因素 13 【巩固训练】 16 【学习目标】 1.掌握探究滑轮组的机械效率的实验； 2.掌握斜面机械效率的探究实验； 3.掌握杠杆机械效率的探究实验； 分类 具体内容 重点 1. 控制变量法在实验中的应用 2. 机械效率的实验探究 3. 不同机械效率的大小比较 难点 1. 滑轮组机械效率的误差分析与改进 2. 杠杆机械效率与杠杆平衡条件的结合 【思维导图】 【知识梳理】 知识点1：实验：探究影响滑轮组机械效率的因素 1．实验原理与器材 器材：钩码、铁架台、滑轮组、弹簧测力计、刻度尺 2．实验操作 ①按照图示安装滑轮组，测钩码重力G并记钩码和绳端的位置； ②用弹簧测力计沿竖直方向匀速拉动绳端，使钩码上升，读出拉力F的值，并测出钩码上升的高度h和绳端移动的距离s，记录实验数据填入表格中； 次数 钩码重力G/N 钩码上升高度h/m 有用功 W有用/J 弹簧测力计示数F/N 绳子自由端移动距离s/m 总功 W总/J 机械效率 η ③多次改变钩码的数量与绳子绕法，重复实验； ④用动滑轮质量不同的两个滑轮组去吊相同的钩码，重复实验； ⑤分别计算出各组的机械效率，分析测量结果，讨论影响机械效率的因素。 3．实验分析与结论 分析：①物体重力和动滑轮重力会影响机械效率，增大物重实质上是增大了有用功的占比，而额外功也会增大的原因是物体重力增大会导致轮轴与绳子间的摩擦力增大 ②减少机械间的摩擦、减小动滑轮的重力、增加物重都可以提高滑轮组的机械效率，而提升高度以及滑轮组绕线方式不影响机械效率 结论：在其他条件相同时，动滑轮越重，机械效率越低； 在绳子所能承受的范围内，所吊物体越重，机械效率越高。 【典例1】长沙某建筑工地上矗立的塔吊，是用电动机来带动滑轮组提升重物的设备。如何提高滑轮组机械效率，节约电能呢？为此同学们进行了“影响滑轮组机械效率因素”的实验探究，用到的装置如图，实验数据记录如下表所示： 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 2 0.1 1.2 0.3 55.6% 2 2 0.2 1.2 0.6 55.6% 3 4 0.1 1.9 0.3 70.2% 4 4 0.1 1.3 0.5 61.5% （1）实验中应沿竖直方向 拉动弹簧测力计； （2）分析表中数据可知：第4次实验是用 图所示装置来完成的； （3）通过比较1、2两次实验数据可得出：使用同一滑轮组提升相同重物，滑轮组的机械效率与重物上升高度无关； （4）通过比较 两次实验数据可得出：同一滑轮组提升的物体越重，滑轮组机械效率越高（填实验次数的序号）。 【答案】 匀速 丙 1、3 【解析】（1）[1]为了准确测出滑轮组的机械效率，应使弹簧测力计沿竖直方向做匀速直线运动。 （2）[2]在第四次实验中 由可得 即承担物重的绳子股数 所以第4次实验是用丙图所示装置来完成的。 （4）[3]1、3两次实验 由可得 使用同样的滑轮组，即使用的甲、乙两图，通过得出的实验数据可知提升的物体重力越大，滑轮组的机械效率越高，得出结论：同一滑轮组提升的物体越重，滑轮组机械效率越高。 【变式1】小明在“测滑轮组机械效率”的实验中，用如图甲所示的滑轮组进行实验，实验数据如表： 序号 物重G/N 物体上升的高度h/cm 测力计的大小F/N 测力计移动的距离s/cm 机械效率η 1 2 5 0.9 15 74.1% 2 2 10 0.9 30 74.1% 3 4 10 1.7 30 78.4% 4 6 10 2.5 30 （1）在实验操作中应竖直向上 拉动弹簧测力计； （2）分析表中数据，可知滑轮组的机械效率与物体上升的高度 ，与所提物体的重力大小 ；（均选填“有关”或“无关”） （3）请用实验中所测量的物理量符号写出机械效率的表达式η= ，并算出第4次实验的机械效率为 ； （4）如果换用图乙所示装置进行实验，把同一重物提升相同高度，需要做的额外功更 ，所以机械效率更 （均选填“大”或“小”）。 【答案】 匀速 无关 有关 80% 大 小 【解析】（1）[1]为了排除摩擦力对实验的影响，应竖直向上匀速拉动弹簧测力计。 （2）[2]由1和2可知，同一滑轮组，提升物体的重力不变，滑轮组的机械效率与物体被提升的高度无关。 [3]由2和3、4可知，同一滑轮组，增大重力，机械效率增大，滑轮组的机械效率与物体的重力有关。 （3）[4]滑轮组的机械效率 [5]由表中第4次实验数据可知，滑轮组效率 （4） [6][7]乙图动滑轮的个数增多，所以所做额外功更大，有用功不变，因此机械效率降低。 【变式2】如图所示是“测量滑轮组机械效率”的实验装置图。 实验次数、 钩码的重力G/N 钩码提升高度h/m 拉力 F/N 绳端移动的距离s/m 机械效率η/% 1 2 0.1 0.9 0.3 74 2 4 0.1 1.6 0.3 83 3 6。 0.1 ① 0.3 ② (1)小明用弹簧测力计沿竖直方向 提升不同数量的钩码，记录数据如表所示； (2)第3次实验，绳端测力计示数如图所示。则表格中编号为①的空格中应填 ，编号②的空格中应填 （保留两位有效数字）； (3)从表格中的数据可得结论：用相同滑轮组提升钩码时，滑轮组的机械效率与 有关；如果使钩码升高的高度增加为原来的3倍，机械效率将 （均选填“增大”“减小”或“不变”）； (4)实验中，小明克服动滑轮的重力做的额外功一定小于 ； (5)汽车作为一种“机械”，提高效率对节能减排有重要意义。以下三种提高效率的方法中，方法 与本实验的原理相同。 方法一：鼓励人们“拼车”出行，使汽车尽量装满人员； 方法二：汽车制造厂用新材料减轻汽车重力； 方法三：经常给汽车做保养，保持良好的润滑。 【答案】(1)匀速 (2) 2.2 91 (3) 钩码的重力 不变 (4)小明做的总功 (5)一 【解析】（1）用弹簧测力计沿竖直方向匀速拉动弹簧测力计，此时物体和测力计都处于受力平衡状态，测力计示数等于拉力大小。 （2）[1]图中测力计的分度值为0.2N，示数为2.2N，故表格中编号为①的空格中应填2.2。 [2]机械效率 所以编号②的空格中应填91%。 （3）[1]由表中数据可知，使用相同的滑轮组提升钩码，从实验1至实验3，钩码的重力逐渐变大，机械效率也逐渐变大，由74%上升至91%，故可得：用相同滑轮组提升重物时，滑轮组的机械效率与重物的重力有关，且重物的重力越大，滑轮组的机械效率越高。 [2]机械效率 可知机械效率与物体上升高度无关，所以使钩码升高的高度增加为原来的3倍，机械效率将不变。 （4）小明做的总功等于额外功加有用功，所以小明克服动滑轮的重力做的额外功一定小于小明做的总功。 （5）实验得出的结论是在额外功一定时，增大有用功可以提高机械效率。 方法一：鼓励人们“拼车”出行，使汽车尽量装满人员，在额外功一定时，通过增大有用功来提高机械效率，符合题意； 方法二：汽车制造厂用新材料减轻汽车重力，是通过减小额外功来提高机械效率，不符合题意； 方法三：经常给汽车做保养，保持良好的润滑，是通过减小额外功来提高机械效率，不符合题意。 故选方法一。 知识点2：实验：探究杠杆机械效率的影响因素 1．实验原理与器材 器材：钩码、铁架台、杠杆、弹簧测力计、刻度尺 2．实验操作 ①按照图示安装杠杆，测钩码重力G并记钩码和绳端的位置； ②用弹簧测力计沿竖直方向匀速缓慢提升绳端，读出拉力F的值，并测出钩码上升的高度h和测力计移动的距离s，记录实验数据填入表格中； 钩码悬挂点 钩码重力G/N 钩码上升高度h/m 有用功 W有用/J 弹簧测力计示数F/N 测力计移动距离s/m 总功 W总/J 机械效率 η A C ③多次改变钩码的数量、钩码的悬挂点与测力计的悬挂点，重复实验； ④分别计算出各组的机械效率，分析测量结果，讨论影响机械效率的因素。 3．实验结论 物体重力、杠杆自重与摩擦会影响杠杆机械效率，减小摩擦、减小杠杆自重、增加物重都可以提高杠杆的机械效率，提升高度不会影响杠杆的机械效率。 在其他条件相同时，物体越重，杠杆越轻，杠杆机械效率越高 【典例2】小明用如图所示的实验装置测量杠杆的机械效率。实验时竖直向上拉动杠杆，使挂在杠杆下面的物体缓缓上升（支点和杠杆的摩擦不计）。问： (1)重为5N的物体挂在A点时，人的拉力F为2.5N，物体上升0.15m时，动力作用点C上升0.5m，此时机械效率η1为 ； (2)小明为了进一步研究杠杆的机械效率与哪些因素有关，仍用该实验装置，仅将物体移到B点，再次缓慢提升杠杆，使物体上升相同的高度，实验测得此时的机械效率为η2 η1（选填“>”“<”或“=”），并简述理由： 。 【答案】(1)60% (2) > 两次对物体做的有用功相同，但后一次对杠杆做的额外功更少，所以机械效率变高 【解析】（1）重为5N的物体挂在A点时，人的拉力F为2.5N，物体上升0.15m时，动力作用点C上升0.5m，有用功 总功 机械效率 （2）[1][2]钩码的悬挂点在A点时，由于杠杆的重力会阻碍杠杆转动，则由杠杆的平衡条件得 钩码的悬挂点在B点时，则由杠杆的平衡条件得 观察比较可知，悬挂点移至B点时，OB大于OA，即钩码重力的力臂变大，所以拉力F也变大。此时杠杆的机械效率为 因为物体上升的高度不变，所以有用功不变，但杠杆上升的高度变低，故克服杠杆重力做的额外功变小，由上面的的表达式可得，不变，变小，所以分母变小，就变大；即，故理由为：两次对物体做的有用功相同，但后一次对杠杆做的额外功变少，所以机械效率变高。 【变式1】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) 【解析】（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 【变式2】小华同学进行了“探究杠杆平衡条件”的实验。 (1)杠杆的位置如图甲所示，此时杠杆是 （平衡/不平衡）的，应调节杠杆的平衡螺母向 （左/右）移动，使杠杆在水平位置平衡，实验时施加的动力和阻力的方向都是竖直方向，这样做的好处是 。 (2)如图乙所示，杠杆在水平位置平衡，若将A、B两点下方挂的钩码同时朝远离支点O方向移动一小格， 则杠杆将 （仍保持平衡/左端下沉/右端下沉）。 (3)取下B位置的钩码， 改用弹簧测力计拉杠杆的C点，如图丙，当弹簧测力计由位置2转至位置1的过程中， 杠杆在水平位置始终保持平衡， 则测力计的示数变化情况为 。 A．变大 B．先变大后变小 C．变小 D．先变小后变大 (4)如图丁所示， 杠杆在水平位置平衡。小华将图中杠杆转至图中虚线位置并保持静止， 若不计杠杆自重和摩擦， 则轻轻松手后杠杆在虚线处 （不能/能）平衡。 (5)完成以上实验后， 小华利用杠杆来测量杠杆的机械效率， 如图戊， 实验时竖直向上拉动弹簧测力计， 使挂在杠杆下面的钩码缓缓上升。如果仅将拉力作用点由C移至B， 两次都将钩码移动相同高度， 对物体所做的有用功将 ，此杠杆的机械效率将 （两空均选填：变大/变小/不变）（不计摩擦）。 【答案】(1) 平衡 右 便于测量力臂 (2)左端下沉 (3)D (4)能 (5) 不变 不 变 【解析】（1）[1]由图甲可知，杠杆此时静止，则杠杆处于平衡状态。 [2] 杠杆静止时，放手后发现杠杆左端下沉，右端上翘，要想使杠杆在水平位置平衡，无论左端还是右端的平衡螺母都向上翘的一端调节，则应将平衡螺母向右端调节。 [3]杠杆在水平位置平衡，力臂在杠杆上，这要做的好处是便于测量力臂，简化实验。 （2）设杠杆一格长为L，一个钩码重是G，由图可知，将A、B两点下方挂的钩码同时朝远离支点O方向移动一小格，则 3G×3L>2G×4L 则杠杆左边的乘积比较大，故左端下沉。 （3）取下B位置的钩码，改用弹簧测力计拉杠杆的C点，如图丙，当弹簧测力计由位置2转至位置1的过程中，拉力的力臂先变大后变小，阻力和阻力臂不变，根据杠杆平衡条件可知测力计的示数先变小后变大。 故选D。 （4）由题可知，杠杆能在图中虚线位置保持静止，说明杠杆左侧动力与动力臂的乘积等于右侧阻力与阻力臂的乘积，则松手后杠杆在虚线处保持平衡。 （5） [1]用杠杆提升钩码时，对钩码做的功为有用功，因为两次都将钩码移动相同高度，且钩码的重力不变，所以对物体所做的有用功不变。 [2]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B，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。 知识点3：实验：探究斜面机械效率的影响因素 1．实验原理与器材 器材：斜面、重力不同的长方体物块、弹簧测力计、刻度尺、毛巾、棉布、 2．实验操作 ①安装斜面，用弹簧测力计沿斜面方向匀速拉动物块，使物块上升，读出拉力F的值，并测出物块沿斜面上升的高度s和竖直方向移动的距离h，记录实验数据填入表格中； 斜面倾斜程度 物体的重力 G/N 斜面高度 h/m 有用功 W有/J 拉力F/N 斜面长度 s/cm 总功 W总/J 机械效率 η 最缓 G1 最缓 G2 最缓 G3 较陡 G1 最陡 G1 ②多次改变物体的重力，重复实验； ③多次改变斜面的粗糙程度，重复实验； ④分别计算出各组的机械效率，分析测量结果，讨论影响机械效率的因素。 3．实验分析与结论 分析：当其他条件保持恒定时，斜面的倾斜程度越大，机械效率越高；斜面表面越粗糙，机械效率越低；同时，物体重力对机械效率无影响。 在相同条件下，增加倾斜程度或降低表面粗糙度，可以提高斜面的机械效率 【典例3】小楠同学用如图所示的装置测定斜面的机械效率，实验记录结果如下表： 实验次数 斜面粗糙程度 物体重G/N 斜面高度h/m 拉力F/N 斜面长s/m 机械效率η 1 玻璃面 2 0.1 0.6 0.5 66.7% 2 玻璃面 2 0.15 0.8 0.5 3 玻璃面 2 0.2 1.0 0.5 80.0% 4 棉布面 2 0.2 1.2 0.5 66.7% (1)根据表格中数据，第2次实验的机械效率是 ； (2)分析第1、2、3次实验的数据可以得到的初步结论是： ，机械效率越大； (3)分析第4与第 次实验数据可知，在斜面的倾斜程度相同时，斜面越粗糙，斜面的机械效率越低。 【答案】(1)75% (2)斜面的粗糙程度相同时，斜面越陡，斜面的机械效率越大 (3)3 【解析】（1）根据表格中数据，第2次实验的机械效率 （2）根据控制变量法的思想，分析第1、2、3组实验数据可知，斜面的粗糙程度相同时，斜面越陡，机械效率越高。 （3）根据控制变量法的思想，要想探究斜面的机械效率与斜面粗糙程度的关系，需控制斜面的倾斜程度相同，斜面粗糙程度不同，故分析第4与第3次实验数据可知，在斜面的倾斜程度相同时，斜面越粗糙，斜面的机械效率越低。 【变式1】小金用如图所示的装置研究某斜面的机械效率与木块重力大小之间的关系，实验时控制木块与斜面的粗糙程度都相同，部分实验数据如下表： 实验 次数 斜面倾 角 木块重 G/N 斜面高度h/m 沿斜面拉力F/N 斜面长s/m 有用功 W有//J 总功W总/J 机械 效率η 1 30° 1.0 0.5 0.7 1.0 0.5 0.7 71.4% 2 30° 2.0 0.5 1.4 1.0 1.0 1.4 ① 3 30° 3.0 0.5 2.1 1.0 1.5 2.1 71.4% （1）表中空格①的值是 ； （2）小明分析实验数据得出的初步结论是：在斜面倾角和木块与斜面的粗糙程度不变时，斜面机械效率与木块重力大小无关。对此，你对小明有何建议？ ； （3）为提高测量的准确度，在用弹簧秤测拉力时，需要注意的事项是 （写一条即可）。 【答案】 71.4% 见解析 见解析 【解析】（1）[1]第2次实验时斜面的机械效率 （2）[2]实验时，只在某一确定的斜面倾角和斜面粗糙程度的情况下，改变木块重力进行了实验，结论具有偶然性，应该多次改变斜面的倾角和斜面的粗糙程度，进行多次实验，才能使得到的结论具有普遍性。 （3）[3]实验中，要匀速地拉动弹簧测力计，才能使弹簧测力计的示数稳定，提高准确度。 【变式2】小明利用斜面进行如下的实验。 （1）图中的数据是在测量斜面机械效率时得到的，由此可知此时斜面的机械效率η= ； （2）为了进一步探究斜面的特点，小明接着做了三次实验，实验数据如下表。 编号 倾斜角度 铁块重/N 拉力/N 斜面高度/cm 斜面长度/cm 机械效率 1 较小 10 4.9 10 100 20% 2 较大 10 6.7 30 100 45% 3 更大 10 8.3 50 100 60% ①分析表中数据可知，沿斜面向上匀速拉动同一物体时，斜面倾斜角度越大，机械效率越 ，拉力越 ； ②由表中第一行数据可知，此过程中铁块与斜面之间的摩擦力为 N。 【答案】 高 大 3.9 【解析】（1）[1]图中弹簧测力计的分度值为0.05N，故此时的拉力大小为，故此时斜面的机械效率为 （2）[2][3]从表中数据可以发现，随着斜面倾斜角度增大，斜面的机械效率由20%增加到60%，拉力由4.9N增加到8.3N，由此可知：沿斜面向上匀速拉动同一物体时，斜面倾斜角度越大，机械效率越高，拉力越大。 [4]由表中第一行数据可知，有用功为 拉力做的总功为 所以，拉力做的额外功为 所以，铁块与斜面之间的摩擦力为 【巩固训练】 1．小明用图中的动滑轮匀速拉动水平地面上的物体A，测出A移动的距离s、水平拉力F和A的重力G． （1）以上条件能否求出此时滑轮的机械效率η？ 如果能，写出η的表达式；如果条件不足，写出还需要补充的物理量的测量步骤和符号，并写出η的表达式 （η用题目已知及补充的物理量符号表示） （2）若A在10s内运动了4m，A的速度为 ． 【答案】 不能 用弹簧测力计测出物体A在水平面上匀速移动时所受的摩擦力f η= 0.4m/s 【解析】（1）由机械效率的公式可知单独根据以上条件不能求出此时滑轮的机械效率；要想求出滑轮组的机械效率还需知道物体在水平面上匀速移动时受到的摩擦力f的大小，设摩擦力为f,则A物体在拉力F 的作用下移动距离为s时，所做的有用功W有＝fs,W总＝F,所以, （2）若A在10s内运动了4m，A的速度为v＝＝0.4m/s 2．（1）如图甲所示，用作用点不同，分别用沿圆的切线方向的三个力F1、F2、F3，使杠杆在水平位置保持平衡，则F1、F2、F3的大小关系是 。 （2）如图乙所示，用两种不同的滑轮将同一重物G提升到相同高度，若不计绳重、摩擦和滑轮重，F1 F2，机械效率1 2（选填“>”“<”或“=”）。 【答案】 F1=F2=F3 ˂ = 【解析】（1）[1]图甲中分别用沿圆的切线方向的三个力F1、F2、F3，此时圆心(支点)到力的作用线的距离都是相同的(等 于圆的半径)，根据力臂的定义可知，此时三个力的力臂都相同；由杠杆平衡条件可知：在阻力、阻力臂、动力臂都不变的情况下，动力的大小也不变，即F1=F2=F3，故F1、F2、F3的大小相等。 （2）[2]图乙中第一个图是动滑轮，可以省一半的力，不计绳重、摩擦和滑轮重，则；第二个图是定滑轮，不省力，则F2=G，所以F1˂F2。 [3]若不计绳重、摩擦和滑轮重，则W有用= W总，两种情况下的机械效率为1，即η1 = η2。 3．某实验小组利用如图所示的装置测滑轮组机械效率，记录数据如下表 试验序号 钩码G/N 钩码上升的高度h/m 绳端的拉力F/N 绳端移动的距离s/m 机械效率η/% ① 4 0.1 1.8 0.3 74.1 ② 6 0.1 2.4 0.3 （1）实验时，应沿竖直方向 拉动弹簧测力计； （2）第2次实验中，拉力做的总功是 J，滑轮组做的有用功是 J，滑轮组的机械效率η= （结果保留一位小数）； （3）由记录数据分析，两次机械效率不同的主要原因是 。 【答案】 匀速 0.72 0.6 83.3% 钩码重不同 【解析】（1）[1]实验中应该匀速竖直向上拉动弹簧测力计，以保证拉力大小恒定。 （2）[2][3][4]由表可知，第二次实验中绳自由端拉力2.4N，移动距离0.3m，则拉力所做总功为 钩码重6N，上升高度0.1m，则滑轮组所做有用功为 滑轮组机械效率为 （3）[5]根据第1次和第2次数据可知，用同一滑轮组将不同重物提升高度相同时，由于钩码重相差较大，导致所做的有用功相差较大，但额外功相差无几，所以两次实验机械效率不同，即两次机械效率不同的主要原因为钩码重不同。 4．小明利用以下器材：刻度均匀的杠杆、支架、弹簧测力计、刻度尺、细线和质量相同的钩码若干个，对杠杆的特性进行了如下探究。 (1)实验前，杠杆静止在图甲所示的位置时，此时的杠杆 （是/不是）处于平衡状态：为了使得杠杆在水平位置平衡，应将右端的平衡螺母向 调节，这样做的目的是 ； (2)实验时，他们记录了一组数据为动力，动力臂，阻力，阻力臂，小华同学测出了这组数据后就得出了“动力×动力臂=阻力×阻力臂”的结论，小强同学认为他的结论不一定科学，理由是 ； (3)小明把右边的钩码换成弹簧测力计，使杠杆从水平位置慢慢转过一定角度并保持静止，弹簧测力计始终沿竖直方向，如图丙所示，拉力F （变大/变小/不变）； (4)如图丁所示装置，若每个钩码的重为0.5N，在A点竖直向上拉动弹簧测力计使杠杆保持水平平衡，则弹簧测力计的示数 （大于/等于/小于）4N，原因是 。 (5)为了进一步研究杠杆的机械效率与哪些因素有关，小明同学设计了下图的实验装置，先后将钩码挂在A、B两点，测量并计算得到如下表所示的两组实验数据。 实验次数 钩码悬挂点 钩码总重G/N 钩码移动距离h/m 拉力F/N 测力计移动距离s/m 机械效率 1 A点 1.5 0.10 0.7 0.30 71.4% 2 B点 2.0 0.15 1.2 0.30 83.3% ①根据表格中的实验数据可知：使用该杠杆提升钩码做功时，也存在额外功。不计空气阻力，其额外功的主要来源是 ； ②根据表格中的实验数据不能得出“杠杆的机械效率与所挂钩码的重力有关，钩码越重其效率越高”的实验结论。理由是 。 【答案】(1) 是 右 便于测量力臂 (2)一组实验数据太少，具有偶然性，不能作为普遍规律 (3)不变 (4) 大于 杠杆重力对杠杆的平衡有影响 (5) 见解析 见解析 【解析】（1）[1]杠杆的平衡状态是指杠杆处于静止或匀速转动状态，图甲中杠杆处于静止状态，因而杠杆是平衡状态。 [2][3]为了便于测量力臂，应使杠杆在水平位置平衡，由图知，右端偏高，为使杠杆在水平位置平衡，需要将平衡螺母向右调节。 （2）只有一次实验得出杠杆平衡的条件是：动力×动力臂＝阻力×阻力臂，这种结论很具有偶然性，不合理，要进行多次实验，总结得出杠杆平衡条件。 （3）力臂等于支点到力的作用线的距离，竖直向下拉弹簧测力计，使杠杆从水平位置缓慢转过一定角度，如图丙所示，此过程中，弹簧测力计拉力的力臂变小，钩码对杠杆拉力的力臂也变小，但是根据三角形的相似性，动力臂和阻力臂的比值是不变的，所以拉力大小不变。 （4）若不计杠杆的重力，根据杠杆的平衡条件 F向上L向上＝F向下L向下 得 F′×3L＝3×0.5N×8L 解得F′＝4N，由于杆的重心在杆的中点，方向竖直向下，重力与钩码同时使杠杆向逆时针方向转动，所以弹簧测力计的示数应大于4N才能维持平衡。 （5）[1]在实验中，弹簧测力计向上拉力做的功是总功，克服钩码重力做的功是有用功，克服摩擦以及杠杆自重做的功是额外功，所以额外功产生的原因：克服机械的重做功、克服摩擦做功。 [2]分析机械效率的影响因素采取控制变量法，研究提起的物重和机械效率的关系时，应保持位置不变。应进行多次实验，分析多组数据，才能得出正确结论。只凭一次实验数据做出结论是不科学的。 5．如图是小明同学斜面机械效率跟什么因素有关的实验装置。实验时他用弹簧测力计拉着同一物块沿粗糙程度相同的斜面向上做匀速直线运动。实验的部分数据如下： 实验 次数 斜面的 倾斜程度 物块重量 G/N 斜面高度 h/m 沿斜面拉力 F/N 斜面长 s/m 机械效率 1 较缓 10 0.1 5.0 1 2 较陡 10 0.3 6.7 1 45% 3 最陡 10 0.5 8.4 1 60% （1）在第1次实验中，斜面的机械效率为 ； （2）分析表格中数据可以得出结论：在斜面粗糙程度相同时， ； （3）若要探究斜面机械效率跟斜面的粗糙程度的关系，应保持 不变。 【答案】 20% 见解析 斜面的倾斜程度 【解析】（1）[1]第1次实验的机械效率 （2）[2]分析表中数据可知：在斜面粗糙程度相同时，斜面的倾斜程度越大，斜面的机械效率越高。 （3）[3]根据控制变量法可知，要探究斜面机械效率和斜面粗糙程度的关系，就要控制斜面的倾斜程度不变，改变斜面的粗糙程度。 6．在“测量滑轮组的机械效率”实验中，小丽用如图所示的同一滑轮组提升不同钩码的方法，分别做了甲、乙、丙3次实验，实验数据记录如表： 实验 次数 钩码所受的 重力 提升高度 拉力 绳端移动的 距离 机械效率 1 2 2 4 3 6 （1）实验中要竖直向上 拉动弹簧测力计，使钩码升高； （2）表格中编号处数据应为 ，编号处数据应为 ； （3）分析以上实验数据可以得出如下结论：同一滑轮组的机械效率主要与 有关； （4）若将此滑轮组换一种绕绳方法，不计摩擦及绳重，提升相同的物体时，滑轮组的机械效率 选填“变大”“变小”或“不变”。 【答案】 匀速 提起物体受到的重力 不变 【解析】（1）[1]实验中为使物体处于平衡状态，应竖直向上匀速拉动弹簧测力计，使钩码升高； （2）[2][3]弹簧测力计的分度值为0．2N，表格中编号①处数据应为2．4N，第三实验中， （3）[4]分析以上实验数据钩码所受的重力越大机械效率越高，可以得出如下结论：同一滑轮组的机械效率主要与所提物体受到的重力有关； （4）[5]若将此滑轮组换一种绕绳方法，不计摩擦及绳重，提升相同的物体时， ， 由于动滑轮的重力不变，滑轮组的机械效率不变。 7．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表所示，装置如图所示。 实验次数 l 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 1.6 2.4 绳端移动距离s/m 0.3 0.4 机械效率η 74.1% 62.5% （1）实验中，沿竖直方向匀速拉动弹簧测力计，使物体缓缓上升，在测量绳端所受的拉力时，弹簧测力计应 ；（保持静止/匀速上升） （2）小组同学做第3次实验时，滑轮组的机械效率η＝ ；通过比较第1、3次两次实验数据，请对提高滑轮组的机械效率提出一条针对性建议： ； （3）如果采用第3次装置，改变动滑轮重，提升同一物体进行多次实验，获得数据并绘制出如图甲的图像，分析可知：被提升物体所受的重力相同时，动滑轮越轻，机械效率 （越高/不变/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） （4）若第2次实验中克服摩擦做的额外功为0.04J，则动滑轮总重为 N。（不计绳重） 【答案】 匀速上升 83.3% 增加物重 越高 3 2 【解析】（1）[1]在测量绳端受到的拉力时，为了使装置处于平衡状态，方便读弹簧测力计的拉力，应使弹簧测力计匀速上升。 （2）[2][3]在第3次实验中，由图可知，绳子的股数n＝3，则绳端移动的距离 s＝nh＝3×0.1m＝0.3m 提升物体做的有用功 W有用＝Gh＝6N×0.1m＝0.6J 提升物体做的总功 W总＝Fs＝2.4N×0.3m＝0.72J 所以滑轮组的机械效率 比较第1、3次实验，由 η1＜η3 得 G1＜G3 可知提起的物体越重，效率越高，所以，应增加物重。 （3）[4][5]由图甲分析可知，提升物体所受的重力相同时，动滑轮越轻，机械效率越高；A点对应的动滑轮重G动＝1N，η＝75%，根据效率公式 则 （4）[6]在不计绳重的情况下，额外功指提升动滑轮所做的功和克服摩擦所做的功。在第2次实验中，做的总功 W总＝F2s2＝1.6N×0.4m＝0.64J 有用功 W有用＝G2h2＝4N×0.1m＝0.4J 则额外功 W额＝W总﹣W有用＝0.64J﹣0.4J＝0.24J 已知克服摩擦所做的额外功 Wf＝0.04J 所以克服动滑轮重所做的额外功 W动＝W额﹣Wf＝0.24J﹣0.04J＝0.2J 因为动滑轮上升的高度和物体上升的高度相等 8．如图小明拉着质量为30kg行李箱匀速经过一段长度、高度的斜坡路面，用时10s，若此过程拉力F方向沿斜面向上，大小为125N。行李箱放在水平地面时与地面接触面积为，（）。求： （1）行李箱静止放在水平地面上时受到的重力大小和对地面的压强； （2）小明对行李箱做的有用功和斜面的机械效率； （3）拉力F做功的功率。 【答案】（1）300N，7.5×105Pa；（2）300J，80%（3）37.5W 【解析】解：（1）行李箱静止放在水平地面上时受到的重力大小 行李箱静止放在水平地面上时，对地面的压强 （2）小明对行李箱做的有用功 小明对行李箱做的总功 斜面的机械效率 （3）拉力F做功的功率 答：（1）行李箱静止放在水平地面上时受到的重力大小300N和对地面的压强7.5×105Pa； （2）小明对行李箱做的有用功300J和斜面的机械效率80%； （3）拉力F做功的功率37.5W。 9．阅读短文，回答问题。 螺旋在生产生活中的应用 根据斜面可以省力的原理，人们在生活中发明了螺旋状的机械工具，如螺栓、螺钉、螺旋千斤顶等（如图所示）螺旋千斤顶又称机械式千斤顶，是通过人力旋转手柄，使螺杆上升，从而达到将重物举起的目的。 普通螺旋千斤顶靠螺纹自锁作用支持重物，最大起重量能达10吨，且构造简单，但传动效率低，返程慢。自降螺旋千斤顶的螺纹无自锁作用，装有制动器，放松制动器，重物即可自行快速下降，缩短返程时间，但这种千斤顶构造较复杂。    （1）生活中为了将螺钉旋入木板中，用螺丝刀旋转螺钉时，可以省 ，但不能省 ； （2）为了使螺栓使用时更省力，可以在螺纹上涂抹一些润滑油，这是为了减小 ，盘山公路也可以看成一种螺旋，其目的主要是为了省 ； （3）使用螺旋千斤顶时升起同一重物时，能提高螺旋千斤顶效率的主要办法是 （选填“加润滑油”或“加长手柄”）。 【答案】 力 功 摩擦力 力 加润滑油 【解析】（1）[1][2]使用省力的机械时，通过的距离会增大，即费距离，所以使用螺丝刀旋转螺钉时，可以省力，但不能省功。 （2）[3]在螺纹上涂抹润滑油，可在压力一定时，减小接触面的粗糙程度从而减小摩擦力。 [4]盘山公路可以看成一种螺旋，根据斜面可以省力的原理，盘山公路主要是为了省力。 （3）[5]使用螺旋千斤顶升起同一重物时，所做的有用功相同，加润滑油可减小摩擦力，从而减小额外功，所以能提高千斤顶的效率。加长手柄，能省力，但不能省功，所以不能提高效率。 10．请阅读《龙骨水车》并回答问题。 龙骨水车 陆游在《春晚即景》中写道：“龙骨车鸣水入塘，雨来犹可望丰穰，”诗中的龙骨车即为龙骨水车，因其结构形如长龙骨架而得此名，是一种用于排水和灌溉的机械。龙骨水车约始于我国东汉时期，三国时期的机械大师马钧予以改进，之后一直在农业上发挥着巨大的作用。 如图甲所示，龙骨水车的主体由两部分组成，一是取水部分的车桶、大龙头轴、小龙头轴、刮水板等；二是人操作部分的扶手和脚踏板等。龙骨水车通体由木质板材构成，并大部分采用榫接和链接结构，简单的材料、成熟的技艺，使龙骨水车很容易制作。 龙骨水车在工作时主要利用链轮传动原理，即当主动轴旋转时，链条与固定在主动轴上的链轮相咬合，从而带动固定在从动轴上的链轮旋转，使从动轴获得动力。如图乙所示，小龙头轴及刮水板浸入低处的水中，人握住扶手用脚踏动脚踏板，驱动大龙头轴（主动轴）转动，带动链条（由刮水板等组成）运动，进而带动小龙头轴（从动轴）转动，这一过程中刮水板将水带入车桶内，板叶刮水上行，将低处的水刮传至高处的农田中，实现灌溉。 如图甲、乙所示的龙骨水车是用脚踩驱动的，称为脚力水车。根据龙骨水车驱动力的不同，还有手摇驱动的手摇水车、流水驱动的水转水车、风力驱动的风力水车等。相比之下，脚力翻车较为轻便、易于搬运、对环境要求低、取水效率高，在农业灌溉中使用最广。 龙骨水车在我国已使用了近两千年，目前仍然有地区在用其灌溉，劳动人民的智慧历经千年洗练，仍然闪耀着光芒！ 请根据上述材料，回答下列问题： (1)龙骨水车在工作时主要是利用了 原理； (2)刮板的面积越大，水车旋转一周提升的水就越多，对水所做的功越 ，当工人踩动脚踏的速度加快时，提升水的功率会变 ； (3)若工人某次使用龙骨水车灌溉面积为的稻田，使稻田的平均水深达到，灌溉过程中水被龙骨水车提升的高度为，所用时间为20分钟，工人做功的平均功率为，则该过程中工人做的总功为 J，机械效率为 %（保留整数，不计水渗透和蒸发等损耗，水的密度为，g取）。 【答案】(1)链轮传动 (2) 多 大 (3) 48000 42 【解析】（1）由材料可知，龙骨水车在工作时主要利用链轮传动原理，即当主动轴旋转时，链条与固定在主动轴上的链轮相咬合，从而带动固定在从动轴上的链轮旋转，使从动轴获得动力。 （2）[1][2]刮板的面积越大，水车旋转一周提升的水就越多，克服水重力做功就越多；当工人踩动脚踏的速度加快时，由 可知，提升水的功率会变大。 （3）[1]溉过程中水被龙骨水车提升的高度为2m，所用时间为20分钟，工人做功的平均功率为40W，则该过程中工人做的总功 W=Pt=40W×20×60s=48000J [2]工人某次使用龙骨水车灌溉面积为10m2的稻田，使稻田的平均水深达到0.1m，灌溉过程中水被龙骨水车提升的高度为2m，克服水的重力做的有用功 W有=Gh=mgh=ρVgh=1.0×103kg/m3×10m2×0.1m×10N/kg×2m=2×104J 机械效率为 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $$null