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6. 智慧小组测滑轮组的机械效率的实验装置如图所示。测得的实验数据如表所示。
| 实验次数 | 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)第三次实验中滑轮组的机械效率约为
(3)分析表中实验数据可知,同一滑轮组,物重
(4)若在第三次实验中,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,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,指针指在零刻度线下方
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所使用的
| 实验次数 | 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
匀速缓慢
拉动弹簧测力计。(2)第三次实验中滑轮组的机械效率约为
74.1%
。(3)分析表中实验数据可知,同一滑轮组,物重
越大
,滑轮组的机械效率越高。(4)若在第三次实验中,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,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,指针指在零刻度线下方
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所使用的
答案
6.(1)匀速缓慢 (2)74.1% (3)越大 (4)0.54 (5)C
解析
【分析】
本题围绕滑轮组机械效率的实验展开，需结合实验操作要求、机械效率公式、功率公式及影响机械效率的因素逐一分析：
1. 实验中拉动弹簧测力计时，需保证拉力稳定，因此要匀速缓慢拉动；
2. 机械效率计算公式为η=W有/W总×100%，其中有用功W有=Gh，总功W总=Fs，代入第三次实验数据即可计算；
3. 对比三次实验的物重和机械效率，可总结物重对机械效率的影响；
4. 拉力的功率需结合绳端速度与拉力计算，绳端速度是物体速度的n倍（由s=nh得n=3）；
5. 分析各选项对机械效率的影响，判断创新小组测量值偏大的原因。
【解析】
(1) 实验过程中，为保证弹簧测力计示数稳定，应竖直向上匀速缓慢拉动弹簧测力计；
(2) 第三次实验中，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) 由表中数据可知，物重从1N到2N再到4N，机械效率逐渐升高，因此同一滑轮组，物重越大，机械效率越高；
(4) 物体上升速度为0.1m/s，由s=nh得n=3，故绳端速度v绳=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A：弹簧测力计指针在零刻度线下方，测得的拉力偏大，总功偏大，机械效率偏小，错误；选项B：加速上升时拉力偏大，总功偏大，机械效率偏小，错误；选项C：动滑轮重力越小，额外功越少，机械效率越高，正确，故选C。
【答案】
(1)匀速缓慢 (2)74.1% (3)越大 (4)0.54 (5)C
【知识点】
滑轮组的机械效率、功率计算、功的计算
【点评】
本题综合考查滑轮组机械效率的实验操作、公式应用及误差分析，需熟练掌握机械效率、功率的计算公式，理解影响滑轮组机械效率的因素，属于中等难度的实验探究题。
【难度系数】
0.5
本题围绕滑轮组机械效率的实验展开，需结合实验操作要求、机械效率公式、功率公式及影响机械效率的因素逐一分析：
1. 实验中拉动弹簧测力计时，需保证拉力稳定，因此要匀速缓慢拉动；
2. 机械效率计算公式为η=W有/W总×100%，其中有用功W有=Gh，总功W总=Fs，代入第三次实验数据即可计算；
3. 对比三次实验的物重和机械效率，可总结物重对机械效率的影响；
4. 拉力的功率需结合绳端速度与拉力计算，绳端速度是物体速度的n倍（由s=nh得n=3）；
5. 分析各选项对机械效率的影响，判断创新小组测量值偏大的原因。
【解析】
(1) 实验过程中，为保证弹簧测力计示数稳定，应竖直向上匀速缓慢拉动弹簧测力计；
(2) 第三次实验中，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) 由表中数据可知，物重从1N到2N再到4N，机械效率逐渐升高，因此同一滑轮组，物重越大，机械效率越高；
(4) 物体上升速度为0.1m/s，由s=nh得n=3，故绳端速度v绳=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A：弹簧测力计指针在零刻度线下方，测得的拉力偏大，总功偏大，机械效率偏小，错误；选项B：加速上升时拉力偏大，总功偏大，机械效率偏小，错误；选项C：动滑轮重力越小，额外功越少，机械效率越高，正确，故选C。
【答案】
(1)匀速缓慢 (2)74.1% (3)越大 (4)0.54 (5)C
【知识点】
滑轮组的机械效率、功率计算、功的计算
【点评】
本题综合考查滑轮组机械效率的实验操作、公式应用及误差分析，需熟练掌握机械效率、功率的计算公式，理解影响滑轮组机械效率的因素，属于中等难度的实验探究题。
【难度系数】
0.5
7.如图甲所示,用滑轮组提升矿井内重7 840 N的物体M,汽车匀速前进了20 m。此过程中,汽车拉力F所做的功W随汽车运动的距离s的变化关系如图乙所示。不计绳重和摩擦,动滑轮有重力。
(1)由图可知,拉力F总共做的功W=
(2)物体M上升的高度是多少?
(3)该滑轮组的机械效率为多大?
(1)由图可知,拉力F总共做的功W=
80 000
J。(2)物体M上升的高度是多少?
(3)该滑轮组的机械效率为多大?
答案
7.(1)80 000 (2)10 m (3)98%
解析 (1)由题图乙知,汽车匀速前进20 m时,拉力F总共做的功$W_总=80 000\ \mathrm{J}$。
(2)由题图甲知,$n=2$,因为绳子自由端移动的距离$s=2h$,所以物体M上升的高度$h=\dfrac{1}{2}s=10\ \mathrm{m}$。
(3)有用功$W_{有用}=Gh=7\ 840\ \mathrm{N}×10\ \mathrm{m}=78\ 400\ \mathrm{J}$。滑轮组的机械效率
$\eta=\dfrac{W_{有用}}{W_总}=\dfrac{78\ 400\ \mathrm{J}}{80\ 000\ \mathrm{J}}=98\%$。
解析 (1)由题图乙知,汽车匀速前进20 m时,拉力F总共做的功$W_总=80 000\ \mathrm{J}$。
(2)由题图甲知,$n=2$,因为绳子自由端移动的距离$s=2h$,所以物体M上升的高度$h=\dfrac{1}{2}s=10\ \mathrm{m}$。
(3)有用功$W_{有用}=Gh=7\ 840\ \mathrm{N}×10\ \mathrm{m}=78\ 400\ \mathrm{J}$。滑轮组的机械效率
$\eta=\dfrac{W_{有用}}{W_总}=\dfrac{78\ 400\ \mathrm{J}}{80\ 000\ \mathrm{J}}=98\%$。
解析
【分析】
本题分为三个小问，解题思路如下：
1. 第一问：直接从拉力做功W与汽车运动距离s的关系图（图乙）中，找到汽车前进20m时对应的拉力总功；
2. 第二问：先确定滑轮组承担物重的绳子段数n，再根据滑轮组中绳子自由端移动距离s与物体上升高度h的关系s=nh，计算物体M上升的高度；
3. 第三问：利用机械效率公式，先计算提升物体的有用功W有用=Gh，再结合第一问的总功W总，代入η=W有用/W总×100%求出滑轮组的机械效率。
【解析】
(1) 由图乙可知，当汽车匀速前进s=20m时，拉力总共做的功W总=80000 J；
(2) 观察图甲的滑轮组，承担物重的绳子段数n=2，根据滑轮组的特点，绳子自由端移动的距离s=2h，因此物体M上升的高度h = s/2 = 20m/2 = 10 m；
(3) 提升物体做的有用功W有用=Gh=7840 N×10 m=78400 J，滑轮组的机械效率η=W有用/W总×100% = (78400 J / 80000 J)×100% = 98%。
【答案】
(1)80000；(2)10 m；(3)98%
【知识点】
滑轮组的功、机械效率计算
【点评】
本题考查滑轮组的基础计算，核心是确定滑轮组的绳子段数，理解有用功、总功的概念，难度适中，属于学生应掌握的常规题型。
【难度系数】
0.6
本题分为三个小问，解题思路如下：
1. 第一问：直接从拉力做功W与汽车运动距离s的关系图（图乙）中，找到汽车前进20m时对应的拉力总功；
2. 第二问：先确定滑轮组承担物重的绳子段数n，再根据滑轮组中绳子自由端移动距离s与物体上升高度h的关系s=nh，计算物体M上升的高度；
3. 第三问：利用机械效率公式，先计算提升物体的有用功W有用=Gh，再结合第一问的总功W总，代入η=W有用/W总×100%求出滑轮组的机械效率。
【解析】
(1) 由图乙可知，当汽车匀速前进s=20m时，拉力总共做的功W总=80000 J；
(2) 观察图甲的滑轮组，承担物重的绳子段数n=2，根据滑轮组的特点，绳子自由端移动的距离s=2h，因此物体M上升的高度h = s/2 = 20m/2 = 10 m；
(3) 提升物体做的有用功W有用=Gh=7840 N×10 m=78400 J，滑轮组的机械效率η=W有用/W总×100% = (78400 J / 80000 J)×100% = 98%。
【答案】
(1)80000；(2)10 m；(3)98%
【知识点】
滑轮组的功、机械效率计算
【点评】
本题考查滑轮组的基础计算，核心是确定滑轮组的绳子段数，理解有用功、总功的概念，难度适中，属于学生应掌握的常规题型。
【难度系数】
0.6
