1. 在测量滑轮组的机械效率的实验中:
(1)实验原理是
(2)实验需要直接测量的物理量是
(3)需要的测量工具是
(4)在测量绳端拉力时,应
(1)实验原理是
$\eta=\frac{W_{有用}}{W_{总}}×100\%$
。(2)实验需要直接测量的物理量是
钩码的重力G
、钩码上升的高度h
、拉力F
和绳端移动的距离s
。(3)需要的测量工具是
弹簧测力计
和刻度尺
。(4)在测量绳端拉力时,应
竖直
拉动弹簧测力计,使钩码缓慢匀速
上升。答案:1.(1) $\eta=\frac{W_{有用}}{W_{总}}×100\%$
(2) 钩码的重力G 钩码上升的高度h 拉力F 绳端移动的距离s
(3) 弹簧测力计 刻度尺
(4) 竖直 缓慢匀速
(2) 钩码的重力G 钩码上升的高度h 拉力F 绳端移动的距离s
(3) 弹簧测力计 刻度尺
(4) 竖直 缓慢匀速
解析:
【分析】
本题考查测量滑轮组机械效率的实验相关内容,需从实验原理、测量物理量、工具及操作要求等角度梳理思路:
1. 机械效率的定义是有用功与总功的比值,因此实验原理对应机械效率的计算公式;
2. 有用功是克服钩码重力做的功($W_{有用}=Gh$),总功是拉力做的功($W_{总}=Fs$),由此确定需测量的物理量;
3. 测量力需用弹簧测力计,测量长度需用刻度尺,对应所需工具;
4. 测量拉力时,为保证示数稳定,需规范拉动弹簧测力计,使钩码匀速上升,确保拉力测量准确。
【解析】
(1)测量滑轮组机械效率的实验原理是机械效率的计算公式,即$\eta=\frac{W_{有用}}{W_{总}}×100\%$;
(2)根据有用功和总功的计算公式,需要直接测量的物理量为:钩码的重力$G$、钩码上升的高度$h$、拉力$F$、绳端移动的距离$s$;
(3)测量力的工具是弹簧测力计,测量长度的工具是刻度尺,因此所需测量工具为弹簧测力计和刻度尺;
(4)为使拉力大小等于弹簧测力计示数,需竖直缓慢匀速拉动弹簧测力计,使钩码匀速上升。
【答案】
1.(1) $\eta=\frac{W_{有用}}{W_{总}}×100\%$
(2) 钩码的重力G 钩码上升的高度h 拉力F 绳端移动的距离s
(3) 弹簧测力计 刻度尺
(4) 竖直 缓慢匀速
【知识点】
测量滑轮组机械效率、机械效率的计算
【点评】
本题为测量滑轮组机械效率的基础实验题,考查实验原理、测量物理量、器材及操作要求等核心知识点,属于课本实验的基础内容,侧重对实验基础知识的记忆与理解。
【难度系数】
0.8
本题考查测量滑轮组机械效率的实验相关内容,需从实验原理、测量物理量、工具及操作要求等角度梳理思路:
1. 机械效率的定义是有用功与总功的比值,因此实验原理对应机械效率的计算公式;
2. 有用功是克服钩码重力做的功($W_{有用}=Gh$),总功是拉力做的功($W_{总}=Fs$),由此确定需测量的物理量;
3. 测量力需用弹簧测力计,测量长度需用刻度尺,对应所需工具;
4. 测量拉力时,为保证示数稳定,需规范拉动弹簧测力计,使钩码匀速上升,确保拉力测量准确。
【解析】
(1)测量滑轮组机械效率的实验原理是机械效率的计算公式,即$\eta=\frac{W_{有用}}{W_{总}}×100\%$;
(2)根据有用功和总功的计算公式,需要直接测量的物理量为:钩码的重力$G$、钩码上升的高度$h$、拉力$F$、绳端移动的距离$s$;
(3)测量力的工具是弹簧测力计,测量长度的工具是刻度尺,因此所需测量工具为弹簧测力计和刻度尺;
(4)为使拉力大小等于弹簧测力计示数,需竖直缓慢匀速拉动弹簧测力计,使钩码匀速上升。
【答案】
1.(1) $\eta=\frac{W_{有用}}{W_{总}}×100\%$
(2) 钩码的重力G 钩码上升的高度h 拉力F 绳端移动的距离s
(3) 弹簧测力计 刻度尺
(4) 竖直 缓慢匀速
【知识点】
测量滑轮组机械效率、机械效率的计算
【点评】
本题为测量滑轮组机械效率的基础实验题,考查实验原理、测量物理量、器材及操作要求等核心知识点,属于课本实验的基础内容,侧重对实验基础知识的记忆与理解。
【难度系数】
0.8
2. 影响滑轮组机械效率的因素有
物体的重力
、动滑轮自重
和绳重及绳与滑轮间的摩擦
等。答案:2. 物体的重力 动滑轮自重 绳重及绳与滑轮间的摩擦
解析:
【分析】要确定影响滑轮组机械效率的因素,需从机械效率的定义和计算公式入手:机械效率η=W有用/W总,有用功是提升物体所做的功(W有用=Gh),总功是拉力做的功(W总=Fs),额外功包括提升动滑轮做的功、克服绳重及绳与滑轮间摩擦做的功,因此影响机械效率的因素与有用功、额外功的相关因素有关。
【解析】根据滑轮组机械效率公式η=W有/W总=Gh/(Fs),总功W总=Gh + G动h + G绳h + fh(f为绳与滑轮间的摩擦),可知:提升物体的重力会影响有用功,动滑轮自重、绳重及绳与滑轮间的摩擦会影响额外功,这些因素都会改变机械效率的大小。
【答案】物体的重力 动滑轮自重 绳重及绳与滑轮间的摩擦
【知识点】滑轮组机械效率 影响机械效率的因素
【点评】本题考查滑轮组机械效率的基础影响因素,核心是理解有用功和额外功的来源,属于需识记的基础知识点。
【难度系数】0.8
【解析】根据滑轮组机械效率公式η=W有/W总=Gh/(Fs),总功W总=Gh + G动h + G绳h + fh(f为绳与滑轮间的摩擦),可知:提升物体的重力会影响有用功,动滑轮自重、绳重及绳与滑轮间的摩擦会影响额外功,这些因素都会改变机械效率的大小。
【答案】物体的重力 动滑轮自重 绳重及绳与滑轮间的摩擦
【知识点】滑轮组机械效率 影响机械效率的因素
【点评】本题考查滑轮组机械效率的基础影响因素,核心是理解有用功和额外功的来源,属于需识记的基础知识点。
【难度系数】0.8
1. 如图所示为智慧小组“测滑轮组的机械效率”实验装置。测得的实验数据如表所示。


|实验序号|物重G/N|物体上升高度h/m|拉力F/N|绳端移动距离s/m|机械效率η|
| ---- | ---- | ---- | ---- | ---- | ---- |
|1|1|0.1|0.6|0.3|55.6%|
|2|2|0.1|1.0|0.3|66.7%|
|3|4|0.1|1.8|0.3| |
(1)实验过程中,应竖直向上
(2)第3次实验中滑轮组的机械效率约是
(3)分析表中数据可知:在用同一滑轮组将物体匀速提升相同的高度时,若仅增加被提升物体的重力,则拉力所做的额外功
(4)若在第3次实验中,物体上升的速度为0.1 m/s,则拉力F的功率为
(5)创新小组也利用重为1 N、2 N、4 N的物体进行了三次实验,若每次测得的机械效率均大于智慧小组的测量值,则创新小组测量值偏大的原因可能是
A. 测拉力时,弹簧测力计未调零,指针指在“0”刻度线下方
B. 弹簧测力计每次拉动物体时均加速上升
C. 所使用的动滑轮的重力小于智慧小组
|实验序号|物重G/N|物体上升高度h/m|拉力F/N|绳端移动距离s/m|机械效率η|
| ---- | ---- | ---- | ---- | ---- | ---- |
|1|1|0.1|0.6|0.3|55.6%|
|2|2|0.1|1.0|0.3|66.7%|
|3|4|0.1|1.8|0.3| |
(1)实验过程中,应竖直向上
缓慢匀速
拉动弹簧测力计。(2)第3次实验中滑轮组的机械效率约是
74.1%
(结果精确到0.1%)。(3)分析表中数据可知:在用同一滑轮组将物体匀速提升相同的高度时,若仅增加被提升物体的重力,则拉力所做的额外功
增大
,滑轮组的机械效率增大
。(增大/不变/减小)(4)若在第3次实验中,物体上升的速度为0.1 m/s,则拉力F的功率为
0.54
W。(5)创新小组也利用重为1 N、2 N、4 N的物体进行了三次实验,若每次测得的机械效率均大于智慧小组的测量值,则创新小组测量值偏大的原因可能是
C
(填字母)。A. 测拉力时,弹簧测力计未调零,指针指在“0”刻度线下方
B. 弹簧测力计每次拉动物体时均加速上升
C. 所使用的动滑轮的重力小于智慧小组
答案:1.(1) 缓慢匀速
(2) 74.1%
(3) 增大 增大
(4) 0.54
(5) C
(2) 74.1%
(3) 增大 增大
(4) 0.54
(5) C
解析:
【分析】
本题围绕“测滑轮组的机械效率”实验展开,需结合实验原理、公式及误差分析逐一解决问题:
1. 实验操作要求:匀速拉动弹簧测力计才能保证拉力等于测力计示数,使受力平衡;
2. 机械效率计算:利用公式η=W有/W总×100%,代入对应数据计算;
3. 额外功与机械效率变化:同一滑轮组额外功主要来自动滑轮重和摩擦,物重增加时额外功增大,有用功占比提升,机械效率增大;
4. 拉力功率计算:先确定绳端速度(由s=nh得n=3),再用P=Fv绳计算;
5. 误差分析:逐一分析选项对总功、有用功的影响,判断机械效率的变化。
【解析】
(1)实验过程中,需竖直向上缓慢匀速拉动弹簧测力计,此时物体处于平衡状态,拉力大小等于弹簧测力计的示数,保证测量准确;
(2)第3次实验中,有用功W有=Gh=4N×0.1m=0.4J,总功W总=Fs=1.8N×0.3m=0.54J,机械效率η=W有/W总×100%=0.4J/0.54J×100%≈74.1%;
(3)同一滑轮组,额外功主要来自动滑轮重力和摩擦,提升相同高度时,物重增加,额外功随摩擦增大而增大;有用功W有=Gh增大,机械效率η=W有/(W有+W额),有用功占总功的比例增大,故机械效率增大;
(4)由表格数据知s=3h,即承担物重的绳子段数n=3,物体上升速度v物=0.1m/s,则绳端移动速度v绳=nv物=3×0.1m/s=0.3m/s,拉力的功率P=Fv绳=1.8N×0.3m/s=0.54W;
(5)选项分析:A. 弹簧测力计未调零,指针在0刻度线下方,测得的拉力偏大,总功偏大,机械效率偏小;B. 加速上升时拉力大于平衡拉力,总功偏大,机械效率偏小;C. 动滑轮重力更小,额外功更小,总功更小,机械效率更大,故选C。
【答案】
(1) 缓慢匀速;(2) 74.1%;(3) 增大;增大;(4) 0.54;(5) C
【知识点】
滑轮组的机械效率、功的计算、功率的计算
【点评】
本题是滑轮组机械效率的综合实验题,涵盖实验操作、公式计算、数据分析及误差判断,考查学生对实验原理和相关公式的掌握,属于中等难度的实验题。
【难度系数】
0.6
本题围绕“测滑轮组的机械效率”实验展开,需结合实验原理、公式及误差分析逐一解决问题:
1. 实验操作要求:匀速拉动弹簧测力计才能保证拉力等于测力计示数,使受力平衡;
2. 机械效率计算:利用公式η=W有/W总×100%,代入对应数据计算;
3. 额外功与机械效率变化:同一滑轮组额外功主要来自动滑轮重和摩擦,物重增加时额外功增大,有用功占比提升,机械效率增大;
4. 拉力功率计算:先确定绳端速度(由s=nh得n=3),再用P=Fv绳计算;
5. 误差分析:逐一分析选项对总功、有用功的影响,判断机械效率的变化。
【解析】
(1)实验过程中,需竖直向上缓慢匀速拉动弹簧测力计,此时物体处于平衡状态,拉力大小等于弹簧测力计的示数,保证测量准确;
(2)第3次实验中,有用功W有=Gh=4N×0.1m=0.4J,总功W总=Fs=1.8N×0.3m=0.54J,机械效率η=W有/W总×100%=0.4J/0.54J×100%≈74.1%;
(3)同一滑轮组,额外功主要来自动滑轮重力和摩擦,提升相同高度时,物重增加,额外功随摩擦增大而增大;有用功W有=Gh增大,机械效率η=W有/(W有+W额),有用功占总功的比例增大,故机械效率增大;
(4)由表格数据知s=3h,即承担物重的绳子段数n=3,物体上升速度v物=0.1m/s,则绳端移动速度v绳=nv物=3×0.1m/s=0.3m/s,拉力的功率P=Fv绳=1.8N×0.3m/s=0.54W;
(5)选项分析:A. 弹簧测力计未调零,指针在0刻度线下方,测得的拉力偏大,总功偏大,机械效率偏小;B. 加速上升时拉力大于平衡拉力,总功偏大,机械效率偏小;C. 动滑轮重力更小,额外功更小,总功更小,机械效率更大,故选C。
【答案】
(1) 缓慢匀速;(2) 74.1%;(3) 增大;增大;(4) 0.54;(5) C
【知识点】
滑轮组的机械效率、功的计算、功率的计算
【点评】
本题是滑轮组机械效率的综合实验题,涵盖实验操作、公式计算、数据分析及误差判断,考查学生对实验原理和相关公式的掌握,属于中等难度的实验题。
【难度系数】
0.6
2. 某实验小组分别用如图所示的甲、乙两个滑轮组(每个滑轮重相同)匀速提起相同的重物,所用的拉力分别为$F_{1}$和$F_{2}$,机械效率分别为$\eta _{1}$和$\eta _{2}$,不计绳重及摩擦,下列判断正确的是(

A.$F_{1}>F_{2},\eta _{1}=\eta _{2}$
B.$F_{1}<F_{2},\eta _{1}=\eta _{2}$
C.$F_{1}<F_{2},\eta _{1}>\eta _{2}$
D.$F_{1}>F_{2},\eta _{1}<\eta _{2}$
A
)A.$F_{1}>F_{2},\eta _{1}=\eta _{2}$
B.$F_{1}<F_{2},\eta _{1}=\eta _{2}$
C.$F_{1}<F_{2},\eta _{1}>\eta _{2}$
D.$F_{1}>F_{2},\eta _{1}<\eta _{2}$
答案:2. A
解析:
【分析】
要解决此题,需分两步:①确定甲、乙滑轮组承担物重的绳子段数,利用不计绳重及摩擦时的拉力公式比较拉力大小;②根据机械效率公式,结合重物和动滑轮的情况判断机械效率关系。首先数出甲滑轮组承担物重的绳子段数$n_1=2$,乙滑轮组$n_2=3$;再代入拉力公式$F=\frac{G_{物}+G_{动}}{n}$比较拉力;最后根据机械效率公式$\eta=\frac{G_{物}}{G_{物}+G_{动}}$判断机械效率。
【解析】
不计绳重及摩擦时,滑轮组的拉力公式为$F=\frac{G_{物}+G_{动}}{n}$($n$为承担物重的绳子段数)。
甲滑轮组:承担物重的绳子段数$n_1=2$,因此拉力$F_1=\frac{G_{物}+G_{动}}{2}$;
乙滑轮组:承担物重的绳子段数$n_2=3$,因此拉力$F_2=\frac{G_{物}+G_{动}}{3}$;
由于$G_{物}$和$G_{动}$均相同,可得$F_1>F_2$。
机械效率$\eta=\frac{W_{有}}{W_{总}}=\frac{G_{物}h}{G_{物}h+G_{动}h}=\frac{G_{物}}{G_{物}+G_{动}}$,甲、乙滑轮组的$G_{物}$相同,动滑轮重$G_{动}$也相同,因此$\eta_1=\eta_2$。
综上,$F_1>F_2$,$\eta_1=\eta_2$,对应选项A。
【答案】
A
【知识点】
滑轮组拉力计算;滑轮组机械效率
【点评】
本题考查滑轮组拉力和机械效率的比较,核心是正确数出承担物重的绳子段数,理解不计绳重及摩擦时机械效率仅与物重和动滑轮重有关,属于基础题型,需掌握公式应用。
【难度系数】
0.5
要解决此题,需分两步:①确定甲、乙滑轮组承担物重的绳子段数,利用不计绳重及摩擦时的拉力公式比较拉力大小;②根据机械效率公式,结合重物和动滑轮的情况判断机械效率关系。首先数出甲滑轮组承担物重的绳子段数$n_1=2$,乙滑轮组$n_2=3$;再代入拉力公式$F=\frac{G_{物}+G_{动}}{n}$比较拉力;最后根据机械效率公式$\eta=\frac{G_{物}}{G_{物}+G_{动}}$判断机械效率。
【解析】
不计绳重及摩擦时,滑轮组的拉力公式为$F=\frac{G_{物}+G_{动}}{n}$($n$为承担物重的绳子段数)。
甲滑轮组:承担物重的绳子段数$n_1=2$,因此拉力$F_1=\frac{G_{物}+G_{动}}{2}$;
乙滑轮组:承担物重的绳子段数$n_2=3$,因此拉力$F_2=\frac{G_{物}+G_{动}}{3}$;
由于$G_{物}$和$G_{动}$均相同,可得$F_1>F_2$。
机械效率$\eta=\frac{W_{有}}{W_{总}}=\frac{G_{物}h}{G_{物}h+G_{动}h}=\frac{G_{物}}{G_{物}+G_{动}}$,甲、乙滑轮组的$G_{物}$相同,动滑轮重$G_{动}$也相同,因此$\eta_1=\eta_2$。
综上,$F_1>F_2$,$\eta_1=\eta_2$,对应选项A。
【答案】
A
【知识点】
滑轮组拉力计算;滑轮组机械效率
【点评】
本题考查滑轮组拉力和机械效率的比较,核心是正确数出承担物重的绳子段数,理解不计绳重及摩擦时机械效率仅与物重和动滑轮重有关,属于基础题型,需掌握公式应用。
【难度系数】
0.5