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6. 某同学用如图所示的实验装置测量动滑轮的机械效率,相关实验数据如下表所示。
|实验序号|钩码重/N|钩码上升的高度/m|绳端的拉力/N|绳端移动的距离/m|机械效率|
|1|4|0.10|2.5|0.2| |
|2|6|0.10|3.6|0.2| |
|3|6|0.15|3.6|0.2| |
(1)实验中,竖直向上________拉动弹簧测力计,使钩码升高,读出拉力F的值,用刻度尺测出钩码上升高度h和绳端移动距离s。
(2)第3次实验中,绳端移动的距离为________m,动滑轮的机械效率为________。
(3)在不计绳重和摩擦的情况下,提升重物的重力变大时,所做额外功大小________,动滑轮的机械效率________。(两空均选填“变大”“变小”或“不变”)
|实验序号|钩码重/N|钩码上升的高度/m|绳端的拉力/N|绳端移动的距离/m|机械效率|
|1|4|0.10|2.5|0.2| |
|2|6|0.10|3.6|0.2| |
|3|6|0.15|3.6|0.2| |
(1)实验中,竖直向上________拉动弹簧测力计,使钩码升高,读出拉力F的值,用刻度尺测出钩码上升高度h和绳端移动距离s。
(2)第3次实验中,绳端移动的距离为________m,动滑轮的机械效率为________。
(3)在不计绳重和摩擦的情况下,提升重物的重力变大时,所做额外功大小________,动滑轮的机械效率________。(两空均选填“变大”“变小”或“不变”)
答案
匀速
0.3
83.3%
不变
变大
0.3
83.3%
不变
变大
解析
【解析】
(1) 实验中，竖直向上匀速拉动弹簧测力计，此时弹簧测力计的示数等于绳端拉力大小，可稳定读出拉力值。
(2) 动滑轮的绳端移动距离$ s = 2h $，第3次实验中$ h = 0.15m $，则$ s = 2×0.15m = 0.3m $；
机械效率$ \eta = \frac{W_{有}}{W_{总}}×100\% = \frac{Gh}{Fs}×100\% = \frac{6N×0.15m}{3.6N×0.3m}×100\% ≈ 83.3\% $。
(3) 不计绳重和摩擦时，额外功$ W_{额} = G_{动}h $，提升重物重力变大时，动滑轮重力不变，额外功不变；
机械效率$ \eta = \frac{G}{G+G_{动}}×100\% $，当提升的重物重力$ G $变大时，机械效率变大。
【答案】
(1) 匀速
(2) 0.3；83.3%
(3) 不变；变大
【知识点】
动滑轮机械效率测量；机械效率计算；机械效率影响因素
【点评】
本题考查动滑轮机械效率的测量实验，涵盖实验操作要点、机械效率计算及效率变化规律，需掌握额外功来源与机械效率公式的应用。
【难度系数】
0.6
(1) 实验中，竖直向上匀速拉动弹簧测力计，此时弹簧测力计的示数等于绳端拉力大小，可稳定读出拉力值。
(2) 动滑轮的绳端移动距离$ s = 2h $，第3次实验中$ h = 0.15m $，则$ s = 2×0.15m = 0.3m $；
机械效率$ \eta = \frac{W_{有}}{W_{总}}×100\% = \frac{Gh}{Fs}×100\% = \frac{6N×0.15m}{3.6N×0.3m}×100\% ≈ 83.3\% $。
(3) 不计绳重和摩擦时，额外功$ W_{额} = G_{动}h $，提升重物重力变大时，动滑轮重力不变，额外功不变；
机械效率$ \eta = \frac{G}{G+G_{动}}×100\% $，当提升的重物重力$ G $变大时，机械效率变大。
【答案】
(1) 匀速
(2) 0.3；83.3%
(3) 不变；变大
【知识点】
动滑轮机械效率测量；机械效率计算；机械效率影响因素
【点评】
本题考查动滑轮机械效率的测量实验，涵盖实验操作要点、机械效率计算及效率变化规律，需掌握额外功来源与机械效率公式的应用。
【难度系数】
0.6
7. 如图,用40N的拉力,在10s内将重100N的重物匀速提升3m,则：
(1)绳端移动的距离为________m。
(2)有用功为________J。
(3)拉力做功的功率为________W。
(4)此时滑轮组的机械效率为________。(结果保留三位有效数字)
(5)动滑轮的重________(选填“大于”“小于”或“等于”)20N。
(6)若提升重150N的重物,滑轮组的机械效率________(选填“变大”“变小”或“不变”)。
(1)绳端移动的距离为________m。
(2)有用功为________J。
(3)拉力做功的功率为________W。
(4)此时滑轮组的机械效率为________。(结果保留三位有效数字)
(5)动滑轮的重________(选填“大于”“小于”或“等于”)20N。
(6)若提升重150N的重物,滑轮组的机械效率________(选填“变大”“变小”或“不变”)。
答案
9
300
36
83.3%
小于
变大
300
36
83.3%
小于
变大
解析
【解析】
(1) 由图可知滑轮组承担物重的绳子段数n=3，根据s=nh，可得绳端移动距离s=3×3m=9m。
(2) 有用功是克服物体重力做的功，W有=Gh=100N×3m=300J。
(3) 拉力做的总功W总=Fs=40N×9m=360J，拉力做功的功率P=W总/t=360J/10s=36W。
(4) 滑轮组的机械效率η=W有/W总×100%=300J/360J×100%≈83.3%。
(5) 不计绳重和摩擦时，由F=(G+G动)/n可得G动=3×40N-100N=20N，实际存在绳重和摩擦，所以动滑轮的重小于20N。
(6) 提升更重的重物时，有用功占总功的比例增大，滑轮组的机械效率变大。
【答案】
(1) 9
(2) 300
(3) 36
(4) 83.3%
(5) 小于
(6) 变大
【知识点】
滑轮组的计算；机械效率；功率计算
【点评】
本题综合考查滑轮组的距离、功、功率、机械效率的计算，以及机械效率的影响因素，是滑轮组的典型综合题，需注意绳重和摩擦对动滑轮重力计算的影响，以及物重对机械效率的影响。
【难度系数】
0.6
(1) 由图可知滑轮组承担物重的绳子段数n=3，根据s=nh，可得绳端移动距离s=3×3m=9m。
(2) 有用功是克服物体重力做的功，W有=Gh=100N×3m=300J。
(3) 拉力做的总功W总=Fs=40N×9m=360J，拉力做功的功率P=W总/t=360J/10s=36W。
(4) 滑轮组的机械效率η=W有/W总×100%=300J/360J×100%≈83.3%。
(5) 不计绳重和摩擦时，由F=(G+G动)/n可得G动=3×40N-100N=20N，实际存在绳重和摩擦，所以动滑轮的重小于20N。
(6) 提升更重的重物时，有用功占总功的比例增大，滑轮组的机械效率变大。
【答案】
(1) 9
(2) 300
(3) 36
(4) 83.3%
(5) 小于
(6) 变大
【知识点】
滑轮组的计算；机械效率；功率计算
【点评】
本题综合考查滑轮组的距离、功、功率、机械效率的计算，以及机械效率的影响因素，是滑轮组的典型综合题，需注意绳重和摩擦对动滑轮重力计算的影响，以及物重对机械效率的影响。
【难度系数】
0.6
8. 用动滑轮在水平地面上沿直线匀速拉动重为G的物体,如图所示。已知水平拉力为F,物体受到地面的摩擦力为f,物体移动的距离为s,则拉力做的功为________,机械效率为________。(均用已知量的字母表示)
答案
2Fs
$\frac{f}{2F}$
$\frac{f}{2F}$
解析
【解析】
由图可知，该动滑轮的绳子段数$n=2$，拉力移动的距离$s'=2s$。
拉力做的总功：$W_{总}=F× s'=F×2s=2Fs$；
克服摩擦力做的有用功：$W_{有用}=fs$；
机械效率：$\eta=\frac{W_{有用}}{W_{总}}=\frac{fs}{2Fs}=\frac{f}{2F}$。
【答案】
$2Fs$；$\frac{f}{2F}$
【知识点】
动滑轮的功；机械效率计算
【点评】
本题考查水平动滑轮的功与机械效率计算，需注意水平使用动滑轮时，有用功是克服摩擦力做功，拉力移动距离是物体移动距离的2倍。
【难度系数】
0.6
由图可知，该动滑轮的绳子段数$n=2$，拉力移动的距离$s'=2s$。
拉力做的总功：$W_{总}=F× s'=F×2s=2Fs$；
克服摩擦力做的有用功：$W_{有用}=fs$；
机械效率：$\eta=\frac{W_{有用}}{W_{总}}=\frac{fs}{2Fs}=\frac{f}{2F}$。
【答案】
$2Fs$；$\frac{f}{2F}$
【知识点】
动滑轮的功；机械效率计算
【点评】
本题考查水平动滑轮的功与机械效率计算，需注意水平使用动滑轮时，有用功是克服摩擦力做功，拉力移动距离是物体移动距离的2倍。
【难度系数】
0.6
9. 如图所示,斜面高为1m,长为3m,工人用400N沿斜面方向的力将重为840N的箱子匀速推到车上,在这个过程中箱子的机械能变________；工人克服摩擦力做功为________J；斜面的机械效率为________。
答案
大
360
70%
360
70%
解析
【解析】
1. 机械能变化：箱子被匀速推到车上，质量不变，速度不变则动能不变，高度升高重力势能增大，机械能为动能与势能之和，因此箱子的机械能变大。
2. 工人克服摩擦力做功：
总功 $ W_{\mathrm{总}} = Fs = 400\,\mathrm{N} × 3\,\mathrm{m} = 1200\,\mathrm{J} $，
有用功 $ W_{\mathrm{有}} = Gh = 840\,\mathrm{N} × 1\,\mathrm{m} = 840\,\mathrm{J} $，
克服摩擦力做的额外功 $ W_{\mathrm{额}} = W_{\mathrm{总}} - W_{\mathrm{有}} = 1200\,\mathrm{J} - 840\,\mathrm{J} = 360\,\mathrm{J} $。
3. 斜面的机械效率：
$ \eta = \frac{W_{\mathrm{有}}}{W_{\mathrm{总}}} × 100\% = \frac{840\,\mathrm{J}}{1200\,\mathrm{J}} × 100\% = 70\% $。
【答案】
大；360；70%
【知识点】
机械能的变化、斜面机械效率、功的计算
【点评】
本题考查机械能变化的判断、斜面机械效率及额外功的计算，需掌握总功、有用功、额外功的关系，理解机械能的组成，是力学综合基础题。
【难度系数】
0.7
1. 机械能变化：箱子被匀速推到车上，质量不变，速度不变则动能不变，高度升高重力势能增大，机械能为动能与势能之和，因此箱子的机械能变大。
2. 工人克服摩擦力做功：
总功 $ W_{\mathrm{总}} = Fs = 400\,\mathrm{N} × 3\,\mathrm{m} = 1200\,\mathrm{J} $，
有用功 $ W_{\mathrm{有}} = Gh = 840\,\mathrm{N} × 1\,\mathrm{m} = 840\,\mathrm{J} $，
克服摩擦力做的额外功 $ W_{\mathrm{额}} = W_{\mathrm{总}} - W_{\mathrm{有}} = 1200\,\mathrm{J} - 840\,\mathrm{J} = 360\,\mathrm{J} $。
3. 斜面的机械效率：
$ \eta = \frac{W_{\mathrm{有}}}{W_{\mathrm{总}}} × 100\% = \frac{840\,\mathrm{J}}{1200\,\mathrm{J}} × 100\% = 70\% $。
【答案】
大；360；70%
【知识点】
机械能的变化、斜面机械效率、功的计算
【点评】
本题考查机械能变化的判断、斜面机械效率及额外功的计算，需掌握总功、有用功、额外功的关系，理解机械能的组成，是力学综合基础题。
【难度系数】
0.7
