人教版（2024）机械效率习题课件ppt

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第2课时　测量滑轮组的机械效率
1.(新独家原创)小佘同学所在的实验小组采用如图所示的实验装置测量滑轮组的机械效率。
【获取证据】(1)除了图中的实验器材外还需要用到的测量工具是　　    　    ;实验中应　　　　     缓慢拉动弹簧测力计。(2)实验小组进行了3次实验,数据如表所示(不计绳重)。
【解释证据】(3)第3次实验中,滑轮组的机械效率是　　　　    (结果保留到0.1%)。(4)比较3次实验,可以得出结论:同一滑轮组,提升的物体越重,滑轮组的机械效率越　　　　    (选填“高”或“低”)。
【交流反思】(5)同学们发现测量过程中弹簧测力计示数不稳定,认为应该静止读数。你认为这种做法　　　　    (选填“正确”或“不正确”),理由是　　　 　     。(6)若用该滑轮组提升重8 N的钩码,则其机械效率最接近于　　　　    。A.58.4%     B.78.6%     C.81.3%     D.87.0%
没有考虑摩擦对滑轮组机械效率的影响,会导致测力计示数偏小
解析　(1)实验中还需测量钩码和绳子自由端移动的距离,因此还需要用到的测量工具是刻度尺;实验中为了保证弹簧测力计的示数稳定,且示数大小与绳子拉力的大小相等,应该沿竖直向上的方向匀速缓慢拉动弹簧测力计。(3)第3次实验中,有用功为W有3=G3h3=6 N×0.05 m=0.3 J,总功为W总3=F3s3=2.4 N×0.15 m=0.36 J,则滑轮组的机械效率为η3= = ≈83.3%。(4)分析3组实验数据可知,使用同一滑轮组,提升物体的重力越大,滑轮组的机械效率越高。(5)若在弹簧测力计静止时读数,
会因没有考虑到摩擦对滑轮组机械效率的影响而使得测出的拉力偏小,因此这种做法是错误的。(6)由(4)中所得结论可知,使用同一滑轮组提升重物时,重物的重力越大,滑轮组的机械效率越大,所以若用该滑轮组提升重8 N的钩码,提升钩码的重力比第3次实验的大,则滑轮组的机械效率应比第3次的机械效率大,所以D选项符合题意。
2.(新中考·分析论证)(2023江苏南通崇川期末,23,★★☆)物理学中把机械对重物施加的力与人对机械施加的力的比值叫作机械效益(用“MA”表示),根据机械效益可以比较省力程度。那么,滑轮组的机械效益与哪些因素有关呢?小明提出三个猜想:
猜想一:与物体重力大小有关;猜想二:与吊起动滑轮的绳子股数有关;猜想三:与动滑轮重力大小有关。小明组装了如图甲、乙、丙所示的滑轮组,其中图甲、乙中每个滑轮的质量为m1,图丙中每个滑轮的质量为m2,m1=2m2,利用这三个滑轮组进行实验,测得5组数据,再将图丙的滑轮先后更换两次,测得2组数据。不计绳重和摩擦,实验数据如表。
(1)分析1、2、3三组数据可知,其他条件相同时,　　　　    越大,滑轮组的机械效益越大,其省的力　　　　    (选填“越多”“越少”或“不变”)。(2)分析数据可知,当其他条件相同时,机械效益与吊起动滑轮的绳子股数n的定量关系是　　　　    。(3)　　　　    三次实验是为了探究机械效益MA与动滑轮重的关系。
(4)用表格中第7次实验的滑轮组,匀速提升重10 N的物体,则该滑轮组的机械效益为　　　　    ,机械效率为　　　      。(5)同一滑轮组的机械效益增大时,其机械效率　　　　    (选填“变小”“不变”或“变大”),机械效率与机械效益的比值　　　　    (选填“变小”“不变”或“变大”)。
解析　(1)分析1、2、3三组数据可知,其他条件相同时,物重越大,滑轮组的机械效益越大,计算物重与拉力的差可知其省的力越多;(2)分析2、4、5三次数据可知,当其他条件相同时,机械效益与吊起动滑轮绳子股数的定量关系是MA=0.8n;(3)根据控制变量法可知探究机械效益MA与动滑轮重的关系时,需改变动滑轮的重力,控制其他条件相同,由题意可知5、6、7三次实验是为了探究机械效益与动滑轮重的关系;(4)第7次实验中动滑轮的重力G动=nF-G=4×3.5 N-8 N=6 N,匀速提升
重10 N的物体,拉力F '= (G'+G动)= ×(10 N+6 N)=4 N,则该滑轮组的机械效益为MA= = =2.5,机械效率为η= = = = =62.5%;(5)由题意可知同一滑轮组的机械效益MA= = =n× ,同一滑轮组的机械效率η= = = = = ,同一滑轮组中绳子的股数是一个定值,所以同一滑轮组的机械效益增大时,其机
械效率变大;机械效率与机械效益的比值 = = ,所以机械效率与机械效益的比值不变。
3.(2024广东汕头期末)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的母亲缓缓上行。为估测中年人推轮椅时所用力的大小,小明进行了实验测量。如图乙,他制作了与无障碍通道坡度相同的斜面,确定了斜面底部的A点以及与其相距1 m的B点。
(1)选用车轮材料与轮椅车轮材料相同的小车作为研究对象,进行实验操作:①测出小车重为2.0 N。②将弹簧测力计与斜面平行放置,沿斜面方向匀速直线拉动
小车,弹簧测力计的示数如图乙所示。③将小车从A点拉到B点的过程中,拉力所做的功为　　　   J;此时,该斜面的机械效率为　　　　    ;结论:斜面可以省　　　　    (选填“力”“距离”或“功”)。(2)在小车上逐渐添加重物,重复上述实验,计算出小车从A点到B点过程中的总功W1、有用功W2,并根据数据画出W1和W2与小车总重G的关系图像,如图丙中图线a和b所示。①由图像可知:用该通道斜面提升物体的机械效率与物重    　　　    (选填“有关”或“无关”)。
②图甲中的无障碍通道上坡的机械效率与图乙中斜面的相同。若母亲的质量为55 kg,所坐的轮椅质量为15 kg,则中年人用沿着通道斜面方向的力F '推轮椅匀速上坡时,这位母亲的动能　　　　    (选填“增大”“不变”或“减小”),力F'的大小为　　　　    N。(g=10 N/kg)
解析　(1)刻度尺的分度值为1 mm,则B点所处的高度为h=9.00 cm=0.09 m;由图乙可知,弹簧测力计的分度值是0.02 N,示数为F=0.3 N;将小车从A点拉到B点的过程中,s=1 m,则拉力做的总功为W总=Fs=0.3 N×1 m=0.3 J。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W有用=Gh=2.0 N×0.09 m=0.18 J,该斜面的机械效率为η= = =60%。小车重为2.0 N,拉力为0.3 N,故拉力小于重力,则使用斜面可以省力,但是费距离,任何机械都不能省功。(2)①由图像可得,当小车
的总重G增大到5 N时,将小车从A点拉到B点所做的总功W1=0.75 J,有用功W2=0.45 J,此时的机械效率为η'= = =60%;因为η'=η,所以由图像可知:用该通道斜面提升物体时的机械效率与物重无关。②中年人用沿着通道斜面方向的力推轮椅匀速上坡时,这位母亲的速度和质量不变,故具有的动能不变。这位母亲和所坐轮椅的总重力为G总=m总g=(55 kg+15 kg)×10 N/kg=700 N,图甲中的无障碍通道上坡的机械效率与图乙中斜面的相同,假设中年人用沿着斜面方向的力推
轮椅从 A点匀速上升到B点,所做的有用功为W有用'=G总h=700 N×0.09 m=63 J,由η= 得,中年人所做的总功为W总'= = =105 J,由W总=Fs得,力的大小为F '= = =105 N。