实验20 测量滑轮组的机械效率-中考物理必考实验精讲练

实验20测量滑轮组的机械效率（原卷版）在力学探究型实验中，《测量滑轮组机械效率》是最为典型的实验。通过测量滑轮组的机械效率，加深对机械效率的理解，同时准确理解有用功、额外功和总功，并对影响滑轮组机械效率的因素建立感性的认识。《测量滑轮组机械效率》虽然出现的概率不高，但此实验同样属于必考实验之一。所占分值一般在3-7分之间。该实验应着重从实验方法、实验过程和实验现象，得出的结论等方面入手，了解实验的基本内容。由于考查的环节或是角度不同，考查的方式也就明显不同，因此在平时的复习中，要尽可能的引导学生对每个知识点、每个环节要做到理解和掌握。新课程改革以来，各地中考命题中涉及不同版本教材外的物理探究实验逐年在出新。但纵观其考查内容，大都来源于学生生活实际、规律和和方法。所以学生只要抓住方法、应用得当，一般都能轻松解决。实验探究-测量滑轮组的机械效率【实验原理】【实验设计】(1)组装一个滑轮组，使用该滑轮组分别提起重力不同的物体，比较每次的机械效率；(2)换用较重的动滑轮，组装和(1)相同的滑轮组，使用该滑轮组分别提起和(1)相同的重物，比较和(1)提起相同重物时的机械效率。【实验器材】刻度尺、钩码、弹簧测力计、滑轮、长约2m的细绳、铁架台等。【实验过程】(1)用弹簧测力计测出钩码所受的重力G并填入表格；(2)按照图甲组装滑轮组，分别记下钩码和绳端的位置；(3)如图乙所示，匀速缓慢拉动弹簧测力计，使钩码升高，从弹簧测力计上读出拉力F的值，用刻度尺测出钩码上升的高度h和绳端移动的距离s，将这三个量填入表格中；(4)利用公式计算出有用功W有、总功W总、机械效率η并填入表格中；(5)改变钩码的数量，重复上面的实验（多次实验，消除偶然因素）；(6)换用较重的动滑轮组成滑轮组，重复(2)~(5)步，将实验数据记入表格。【实验数据】实验次数钩码所受的重力G/N提升高度h/m有用功W有/J拉力F/N绳端移动的距离s/m总功总J机械效率η271%0.60.7283%288%456%50.60.8471%479%【数据分析】(1)由1、2、3三次实验可知，使用同一滑轮组，当提升重为1.5N的钩码时，它的机械效率是71%；当提升重为3N的钩码时，它的机械效率是83%；当提升重为4.5N的钩码时，它的机械效率是88%；可见，同一机械在不同做功过程中使用，其机械效率不同.同一滑轮组，提升的物体越重，其机械效率越高。(2)由1、4(2、5或3、6)两次实验可知，使用两个动滑轮重量不同的滑轮组提升相同的钩码升高相同高度，做的有用功相同，动滑轮较重的所做的额外功多，机械效率低。【数据结论】(1)使用同一滑轮组提升重力不同的物体时，机械效率不同，被提升的物体越重，机械效率越高；(2)使用不同的滑轮组提升同一物体时，升高相同的高度，动滑轮较重的(或动滑轮多的)滑轮组的机械效率较低。《测量滑轮组机械效率》常考问题：1.测量过程中，物体应做什么运动：匀速直线运动；2.使用不同滑轮组提升同一物体时，影响机械效率的因素：动滑轮越重，机械效率越低；3.改进措施：（1）增加被提升物体的重力；（2）减轻动滑轮自重；（3）减小机构间的摩擦；4.机械效率的计算：利用机械效率的公式；5.改变钩码数量，进行多次测量的目的：多次测量，消除偶然因素；6.物体被提升的高度会影响滑轮组机械效率吗：不会；7.弹簧测力计的使用与读数：正确使用与读取读数；8.绳端移动的距离与物体移动距离的关系：h=ns。9.实验中分别记下钩码和弹簧测力计的起始位置的目的是：便于测量钓码和弹簧测力计移动的距离；10.实验中，为什么要匀速缓慢拉动弹簧测力计：使弹簧测力计示数稳定，便于读出拉力大小；11.同一滑轮组，改变钩码数量时，机械效率一样吗：不一样；12.机械效率的大小与钩码重有什么关系：同一滑轮组，提升的钩码越重，机械效率越大；13.如果没有刻度尺，能否测出滑轮组的机械效率：能。对于已经组装好的滑轮，s=nh，则机城效率η=W有/W总=Gh/FS=Gh/Fnh=G/nF。因此，只要查出绳子的段教，即可算出滑轮组的机械效率，无需测量h和s的大小；14.若忽略绳重和摩擦，滑轮组的机械效率除了与提升的物重有关外，还与什么因素有关：动滑轮的重力。提升的物重一定时，动滑轮越重，机械效率越低；例如：提高滑轮组机械效率的方法：①增大提升物体的重力.②减小动滑轮自身的重力.③使转动轴保持良好润滑。15.滑轮组的机械效率有关因素：（1）被提物体的重量，G越大，机械效率越高；（2）滑轮自重，滑轮组如果越多，虽然省力但是无用功多，机械效率越小；（3）绳与滑轮之间的摩擦。A组（中考真题感知）1.（2023·绥化）如图所示，在“测量滑轮组机械效率”的实验中，利用甲、乙、丙三个实验装置进行实验，测得的实验数据如下表。（钩码规格相同、动滑轮个数越多重力越大）实验次数钩码重力G/N提升高度h/m绳端拉力F/N绳端移动距离s/m机械效率η140.10.3283.3%380.12.00.580.0%（1）在实验中，应沿竖直方向___________拉动弹簧测力计；（2）第一次实验中，如图所示，弹簧测力计的示数是______N，机械效率是________（精确到0.1%）；（3）由1、2两次实验数据可得出结论：___________；（4）由___________两次实验数据可得出结论：使用不同滑轮组提升相同重物，动滑轮越重，机械效率越低；（5）在第三次实验操作的基础上，如图丁所示改变绳端拉力方向，测得的滑轮组机械效率将______。（选填“偏高”“偏低”或“不变”）2.（2023·怀化）提高机械效率能够充分发挥机械设备的作用，一组同学在“测量滑轮组的机械效率”实验中，实验测得的数据如表所示。次数物体的重力提升的高度拉力绳端移动的距离机械效率120.110.366.7%71.4%3474.1%（1）实验中应尽量竖直向上______（选填“匀速”或“加速”）拉动弹簧测力计；（2）计算出第3组实验的有用功______J，机械效率是______（结果精确到0.1%）；（3）分析比较第1、2、3次实验数据可以判定，使用同一个滑轮组提升物体时，被提升的物体越重，滑轮组的机械效率______（选填“越高”或“越低”或“不变”）；分析比较第3、4次实验数据可得，机械效率与物体上升的高度______（选填“有关”或“无关”）。3.（2023·湘潭）用图所示装置测量滑轮组的机械效率，部分实验数据如下表：实验次数钩码重力G/N钩码上升高度h/cm拉力F/N绳子自由端移动距离s/cm机械效率η12.051.01566.7%24.051.81574.1%34.0101.83074.1%46.052.515（1）实验过程中，缓慢竖直拉动弹簧测力计，使钩码向上做________运动。第1次实验时，钩码上升的时间为3s，此过程中，绳子自由端上升的速度为________m/s；（2）第4次实验时所做的有用功为________J，滑轮组的机械效率是________%；（3）分析1、2、4次实验的数据可知，使用同一滑轮组提升重物时，重物重力越________（选填“大”或“小”），滑轮组的机械效率越高；分析2、3次实验的数据可知，滑轮组的机械效率与钩码上升的高度________（选填“有关”或“无关”）；（4）用滑轮组提升重物时，下列选项中也可提高机械效率的是________。A．换用更轻的动滑轮B．加快提升物体的速度4.（2023·扬州）在学习了机械效率的相关知识后，课外研究小组有同学猜想：同一个机械的机械效率是不变的。为了验证猜想，他们用如图所示的滑轮组进行实验，改变钩码个数，用弹簧测力计沿竖直方向拉着细绳，使钩码匀速向上运动，测得的数据如表1。表1实验次数钩码重钩码上升的高度绳端拉力绳端移动距离有用功总功机械效率120.11.0066.70.30.4271.430.50.6675.8（1）分析表中的数据，他的猜想是__________（选填“正确”或“错误”）的；（2）实验小组又进行了如下的探究：改变滑轮的个数组成不同的滑轮组，仍用弹簧测力计沿竖直方向向上匀速拉动细绳，测得的数据如表2；表2实验次数动滑轮个数钩码重绳端拉力钩码上升的高度绳端移动距离有用功总功机械效率41.21.4483.3521.21.9262.5631.22.6445.5分析数据可知：物重相同，动滑轮个数越多越省力，但机械效率越__________。进一步分析还发现，当滑轮组越来越省力时，它的额外功越来越大，甚至会出现额外功__________有用功的情况，所以设计一个机械模型时，既要考虑省力，还要考虑__________；（3）根据表2中的数据，如果增加动滑轮个数继续实验，将会出现的困难是__________，你的改进方法是__________。5.（2023·枣庄）提高机械效率可以充分发挥机械设备的作用，对节能减排、提高经济效益有重要的意义。某科技创新小组根据生活经验和客观事实，对影响滑轮组机械效率的因素作出如下猜想：猜想I：滑轮组的机械效率与物体被提升的高度有关猜想Ⅱ：滑轮组的机械效率与动滑轮的重力有关猜想Ⅲ：滑轮组的机械效率与所提物体的重力有关根据猜想，运用如图甲、乙、丙所示的装置进行了实验探究，测得的实验数据如下表所示。实验次数钩码的重力G/N钩码上升高度h/m绳端拉力F/N绳端移动的距离S/m机械效率η120.10.900.374.1%240.11.500.388.9%3440.21.500.588.9%（1）实验时应沿竖直方向__________缓慢向上拉动弹簧测力计；（2）分析表中数据可知：第3次实验是利用了图__________的装置完成的，它的机械效率η=__________；（3）比较2、4两次实验数据，可验证猜想I是__________（选填“正确”或“错误”）的；（4）通过比较__________（填实验序号）两次实验数据得出结论：同一滑轮组提升重物时，物重越大，滑轮组的机械效率越高；（5）通过比较2、3两次实验数据可得出结论：不同滑轮组提升相同重物时，动滑轮越重，滑轮组的机械效率__________。6.（2020•湘潭）测量如图所示滑轮组的机械效率，部分实验数据如下表。实验次数钩码重力G/N钩码上升高度h/cm拉力F/N绳端移动距离s/cm机械效率η11.051555.6%21.550.81532.051.01566.7%42.0101.03066.7%（1）实验过程中，应缓慢拉动弹簧测力计，使钩码竖直向上做运动。第1次实验时，弹簧测力计示数如图所示，为N。（2）第2次实验时所做的有用功为J，滑轮组的机械效率是。（3）分析1、2、3次实验的数据可知，使用同一滑轮组提升重物时，重物重力越（选填“大”或“小”），滑轮组的机械效率越高；分析3、4次实验的数据可知，滑轮组的机械效率与钩码上升的高度（选填“有关“或“无关”）。（4）结合生产生活实际，用滑轮组提升重物时，下列选项中也可提高机械效率的是。A．增大绳重B．减轻动滑轮重C．加快物体提升的速度7．（2020•长沙）某实验小组用下图的实验装置测量滑轮组的机械效率，部分实验数据如表所示。（1）实验中应尽量竖直向上拉动弹簧测力计；（2）第一次实验中测得滑轮组的机械效率为%；（3）分析以上数据可知，使用同一个滑轮组提升重物时，被提升物体的重力越，滑轮组的机械效率越高。实验次数物理量1234钩码重G物/N0.51.01.52.0钩码上升高度h/m0.1绳端拉力F/N0.9绳端移动距离s/m0.3机械效率η67%71%74%8．（2020•天津）在探究影响滑轮组机械效率的因素时，小明提出了如下猜想：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为了验证猜想，准备的器材如下：两个相同的滑轮、一根细绳、钩码若干、刻度尺和弹簧测力计。小明把两个滑轮分别作为定滑轮和动滑轮组装成滑轮组，用该滑轮组提升不同数量的钩码进行了三次实验，数据如表所示：实验次数钩码所受的重力G/Ν提升高度h/m拉力F/Ν绳端移动的距离s/m机械效率η12.00.11.00.366.7%24.074.1%36.0请你解答如下问题：（1）表中第3次实验时滑轮组的机械效率为；根据表中数据在图中画出该滑轮组的绕线方式；（2）分析表中数据可知：用同一滑轮组提升不同的物体，物体越重，滑轮组的机械效率（选填“越高”“越低”或“不变”）；（3）为了验证猜想二，还需增加的实验器材是。B组（限时针对训练）1.课后延时服务社团活动中，“勇创”兴趣小组计划探究“影响滑轮组机械效率的因素”的实践活动，提出如下科学猜想；猜想一：滑轮组机械效率可能与被提升物体的重力大小有关猜想二：滑轮组机械效率可能与被提升物体的高度有关现有实验器材支架、细绳、轻质滑轮2个、弹簧测力计（量程合适）、规格2N的钩码多个，实验装置如图所示；请你协助“勇创”兴趣小组完成实验；（1）除上述实验器材，完成该实验还需要的测量工具是______；（2）实验数据记录如下表：次数物体重力（N）物体上升的高度（cm）弹簧测力计的示数（N）绳子自由端移动的距离（cm）机械效率12101.03066.7524101.73036102.43083.3%①根据表格中的数据，第二次实验时滑轮组的机械效率为______；②分析实验数据可得出结论同一滑轮组，物体提升相同高度，______，机械效率越高；③若要验证猜想二，你的关键操作是______。2.在“测量滑轮组的机械效率”的实验中，实验小组用如图所示的装置进行了实验，实验数据记录如表所示，第三次实验时的拉力如图所示。实验次数钩码所受的重力G/N钩码上升的高度h/cm拉力F/N绳自由端移动的距离s/cm机械效率η12100.83083.3%24101.530②3610①30*（1）实验中应竖直向上___________拉动弹簧测力计使钩码上升；（2）表格中编号①的数据应为___________；编号②的数据应为___________；（3）比较实验数据可得出的实验结论是：使用同样的滑轮组，提升的物体越重，滑轮组的机械效率越___________；（4）如果在第一次实验时，忽略绳重和摩擦，可以计算出动滑轮的重力为___________N；（5）结合生产生活实际，用滑轮组提升重物时，下列选项中也可提高机械效率的是___________。A．增大绳重B．减轻动滑轮重C．加快物体提升的速度3.某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，实验装置如图所示：实验次数123钩码重G/N446钩码上升高度h/m绳端拉力F/N绳端移动距离s/m机械效率74%83%（1）第2次实验中测得的机械效率为__________；（2）通过表中数据可分析出第2次实验是用__________（填“甲”、“乙”）图做的实验；（3）比较1和2两次的实验数据，可以看出滑轮组的机械效率与__________有关；（4）若将甲图中的滑轮组换一种绕绳方法，请在图丙中画出绳子的绕法__________；通过实验可知，滑轮组的机械效率与绳子的绕法__________（选填“有关”、“无关”）。4.在“测量滑轮组的机械效率”实验中，小明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：实验次数钩码的重力G/N钩码提升高度h/m拉力F/N绳端移动距离s/m机械效率η%甲20.051.00.1566.7乙40.051.70.1578.4丙60.05①0.15②（1）实验中要竖直向上________拉动弹簧测为计，使钩码升高；（2）表格中编号②处数据应为________；（3）分析以上实验数据可以得出结论：同一滑轮组的机械效率主要与________有关；若想提高滑轮组的机械效率，请列举一条改良措施：________；（4）若使用此滑轮组将同一物体提升不同的高度，滑轮组的机械效率________，（选填“变大”“变小”或“不变”）。5.生活和生产中，提高机械效率有着重要的意义。（1）为了探究影响机械效率的因素，小辉选取了大小相同的滑轮，利用图甲和图乙装置进行实验，并把数据记录在下表中。①比较1和2两次实验发现：在所用滑轮组一定时，提升的钩码___________，机械效率越高。②比较___________两次实验发现：在所用滑轮组一定时，机械效率与提升钩码的高度无关。③第5次实验是利用图___________的装置完成的。④利用图甲的装置，把重6N的物体用2.5N的拉力匀速拉起，滑轮组的机械效率为___________。可见如果没有刻度尺，只有测力计，也可以测量出滑轮组的机械效率。实验次数滑轮材质钩码重G/N提升的高度h/m有用功W有用/J拉力F/N绳端移动的距离s/m总功W总/J机械效率η1铝0.30.1856%2铝0.30.367%3铝0.60.667%4塑料0.60.4883%5塑料0.20.4295%（2）实验表明：额外功越小，总功越接近有用功：进一步推理得出：假如没有额外功，总功等于有用功；可见使用任何机械都不省功。你所学物理知识中运用了这种研究方法得出的物理规律是___________。6.某小组在“测滑轮组机械效率的实验”中，利用如图所示的实验装置甲乙丙测量，数据如图表所示，实验中使用的每个动滑轮的大小、重量均相同。实验装置物块重量G/N物块上升高度h/m绳端拉力F/N绳端移动距离s/m机械效率甲74%乙74%丙（1）实验中应沿竖直方向拉动弹簧测力计，使钩码上升；（2）请将表中的数据填写完整；（3）通过（选填“甲和乙”、“乙和丙”或“甲和丙”）两次实验得到滑轮组的机械效率与绳的绕法无关；（4）通过乙和丙两次实验得到滑轮组的机械效率与有关，其关系是；（5）在分析实验数据过程中发现，有两个小组，他们所用的动滑轮个数以及绳的长短及绕法都相同，提升的物重也相同，但测得机械效率却不同。忽略读数等误差的影响，其原因可能是影响了测量结果，所以在生活中我们经常给各种机械，来提高它的机械效率；（6）在最后交流环节，某同学根据实验的结论认为滑轮组的机械效率还与动滑轮的重有关，其关系为：在其它情况相同时，用同样大小形状、不同重量的动滑轮（相同的个数）提升同一重物，动滑轮越重，机械效率越低。这种说法正确吗？7.某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，实验装置如图所示。（1）实验中应沿竖直方向______拉动弹簧测力计使钩码上升。实验中若缺少刻度尺______（“能”或“不能”）完成实验；物理量实验次数123钩码重446钩码上升高度绳端拉力绳端移动距离机械效率（2）通过表中数据可分析出第2次实验是用______（选填“甲”或“乙”）图所示装置做的实验，若不计绳重和摩擦，这组滑轮组的动滑轮总重为______N；（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