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12. 测定某滑轮组机械效率的实验如图所示。
(1)实验器材有钩码、一个定滑轮和一个动滑轮组成的滑轮组、细绳，还有
(2)若将重2 N的钩码匀速提升10 cm，弹簧测力计的示数如图所示，将实验数据填入下面表格中。
(3)有用功$W_{有用}=$
(1)实验器材有钩码、一个定滑轮和一个动滑轮组成的滑轮组、细绳，还有
弹簧测力计、刻度尺
。(2)若将重2 N的钩码匀速提升10 cm，弹簧测力计的示数如图所示，将实验数据填入下面表格中。
(3)有用功$W_{有用}=$
0.2
J，总功$W_{总}=$0.24
J，滑轮组机械效率$\eta\approx$83.3%
(结果精确到0.1%)。答案
12. (1)弹簧测力计、刻度尺
(2)2 0.8 0.1 0.3
(3)0.2 0.24 83.3%
(2)2 0.8 0.1 0.3
(3)0.2 0.24 83.3%
解析
【分析】
本题围绕测定滑轮组机械效率的实验展开，解题思路为：①根据实验原理确定所需测量的物理量，进而补充实验器材；②结合滑轮组结构判断绳子段数，读取弹簧测力计示数后完成实验数据填写；③利用有用功、总功及机械效率的公式进行计算。
【解析】
(1) 测定滑轮组机械效率的实验原理为$\eta=\frac{W_{有用}}{W_{总}}=\frac{Gh}{Fs}$，需要测量钩码重力$G$、拉力$F$、钩码上升高度$h$、绳子自由端移动距离$s$，因此除题目给出的器材外，还需要弹簧测力计（测$G$和$F$）、刻度尺（测$h$和$s$）。
(2) 弹簧测力计示数为$0.8\ \mathrm{N}$；钩码重$G=2\ \mathrm{N}$，提升高度$h=10\ \mathrm{cm}=0.1\ \mathrm{m}$；一个定滑轮和一个动滑轮组成的滑轮组，承担物重的绳子段数$n=3$，故绳子自由端移动距离$s=nh=3×0.1\ \mathrm{m}=0.3\ \mathrm{m}$，表格数据依次为$2$、$0.8$、$0.1$、$0.3$。
(3) 有用功$W_{有用}=Gh=2\ \mathrm{N}×0.1\ \mathrm{m}=0.2\ \mathrm{J}$；总功$W_{总}=Fs=0.8\ \mathrm{N}×0.3\ \mathrm{m}=0.24\ \mathrm{J}$；机械效率$\eta=\frac{W_{有用}}{W_{总}}×100\%=\frac{0.2\ \mathrm{J}}{0.24\ \mathrm{J}}×100\%\approx83.3\%$。
【答案】
(1) 弹簧测力计、刻度尺；(2) 2、0.8、0.1、0.3；(3) 0.2、0.24、83.3%
【知识点】
滑轮组机械效率、功的计算
【点评】
本题为力学基础实验题，考查实验器材选择、滑轮组数据处理及机械效率计算，需掌握实验原理和滑轮组绳子段数判断方法，属于常规题型。
【难度系数】
0.6
本题围绕测定滑轮组机械效率的实验展开，解题思路为：①根据实验原理确定所需测量的物理量，进而补充实验器材；②结合滑轮组结构判断绳子段数，读取弹簧测力计示数后完成实验数据填写；③利用有用功、总功及机械效率的公式进行计算。
【解析】
(1) 测定滑轮组机械效率的实验原理为$\eta=\frac{W_{有用}}{W_{总}}=\frac{Gh}{Fs}$，需要测量钩码重力$G$、拉力$F$、钩码上升高度$h$、绳子自由端移动距离$s$，因此除题目给出的器材外，还需要弹簧测力计（测$G$和$F$）、刻度尺（测$h$和$s$）。
(2) 弹簧测力计示数为$0.8\ \mathrm{N}$；钩码重$G=2\ \mathrm{N}$，提升高度$h=10\ \mathrm{cm}=0.1\ \mathrm{m}$；一个定滑轮和一个动滑轮组成的滑轮组，承担物重的绳子段数$n=3$，故绳子自由端移动距离$s=nh=3×0.1\ \mathrm{m}=0.3\ \mathrm{m}$，表格数据依次为$2$、$0.8$、$0.1$、$0.3$。
(3) 有用功$W_{有用}=Gh=2\ \mathrm{N}×0.1\ \mathrm{m}=0.2\ \mathrm{J}$；总功$W_{总}=Fs=0.8\ \mathrm{N}×0.3\ \mathrm{m}=0.24\ \mathrm{J}$；机械效率$\eta=\frac{W_{有用}}{W_{总}}×100\%=\frac{0.2\ \mathrm{J}}{0.24\ \mathrm{J}}×100\%\approx83.3\%$。
【答案】
(1) 弹簧测力计、刻度尺；(2) 2、0.8、0.1、0.3；(3) 0.2、0.24、83.3%
【知识点】
滑轮组机械效率、功的计算
【点评】
本题为力学基础实验题，考查实验器材选择、滑轮组数据处理及机械效率计算，需掌握实验原理和滑轮组绳子段数判断方法，属于常规题型。
【难度系数】
0.6
五、计算题
13. 如图所示，通过滑轮组用200 N的拉力在20 s内将重为480 N的物体匀速提高2 m，不计绳重和摩擦，求：
(1)动滑轮的重力。
(2)绳自由端的移动速度。
(3)若重物的重力再增加150 N，要使重物匀速上升，作用在绳自由端的拉力至少为多大？
13. 如图所示，通过滑轮组用200 N的拉力在20 s内将重为480 N的物体匀速提高2 m，不计绳重和摩擦，求：
(1)动滑轮的重力。
(2)绳自由端的移动速度。
(3)若重物的重力再增加150 N，要使重物匀速上升，作用在绳自由端的拉力至少为多大？
答案
13. 解:这个滑轮组是由一个动滑轮和两个定滑轮组成的,由3段绳子承担着物体和动滑轮的总重,绳子自由端是由定滑轮拉出的,改变了力的方向。
(1)由 $F=\frac{1}{3}(G+G_{动})$,得
$G_{动}=3F-G=3×200\ \mathrm{N}-480\ \mathrm{N}=120\ \mathrm{N}$。
(2)绳自由端的移动速度 $v=\frac{s}{t}=\frac{3×2\ \mathrm{m}}{20\ \mathrm{s}}=0.3\ \mathrm{m/s}$。
(3)绳自由端的拉力 $F'=\frac{1}{3}(G'+G_{动})=\frac{1}{3}×(480\ \mathrm{N}+150\ \mathrm{N}+120\ \mathrm{N})=250\ \mathrm{N}$。
答:(1)动滑轮的重力为 120 N。
(2)绳自由端的移动速度为 0.3 m/s。
(3)作用在绳自由端的拉力至少为250 N。
(1)由 $F=\frac{1}{3}(G+G_{动})$,得
$G_{动}=3F-G=3×200\ \mathrm{N}-480\ \mathrm{N}=120\ \mathrm{N}$。
(2)绳自由端的移动速度 $v=\frac{s}{t}=\frac{3×2\ \mathrm{m}}{20\ \mathrm{s}}=0.3\ \mathrm{m/s}$。
(3)绳自由端的拉力 $F'=\frac{1}{3}(G'+G_{动})=\frac{1}{3}×(480\ \mathrm{N}+150\ \mathrm{N}+120\ \mathrm{N})=250\ \mathrm{N}$。
答:(1)动滑轮的重力为 120 N。
(2)绳自由端的移动速度为 0.3 m/s。
(3)作用在绳自由端的拉力至少为250 N。
解析
【分析】
本题考查滑轮组的相关计算，解题思路为：首先确定滑轮组中承担总重（物重+动滑轮重）的绳子段数n；再利用不计绳重和摩擦时的滑轮组拉力公式，结合已知条件计算动滑轮重力；接着根据绳端移动距离与物体上升高度的关系，结合速度公式求出绳自由端的移动速度；最后计算物重增加后的总重力，再次利用拉力公式求出新的绳端拉力。
【解析】
(1) 由图可知，承担物重和动滑轮总重的绳子段数 $ n=3 $，不计绳重和摩擦时，滑轮组拉力公式为 $ F=\frac{1}{n}(G+G_{动}) $，变形得动滑轮重力：
$ G_{动}=3F - G = 3×200\ \mathrm{N} - 480\ \mathrm{N}=120\ \mathrm{N} $。
(2) 重物上升高度 $ h=2\ \mathrm{m} $，则绳自由端移动距离 $ s=nh=3×2\ \mathrm{m}=6\ \mathrm{m} $，绳自由端移动速度：
$ v=\frac{s}{t}=\frac{6\ \mathrm{m}}{20\ \mathrm{s}}=0.3\ \mathrm{m/s} $。
(3) 物重增加后，总重力 $ G'=G + 150\ \mathrm{N} + G_{动}=480\ \mathrm{N}+150\ \mathrm{N}+120\ \mathrm{N}=750\ \mathrm{N} $，此时绳自由端拉力：
$ F'=\frac{1}{3}G'=\frac{1}{3}×750\ \mathrm{N}=250\ \mathrm{N} $。
【答案】
(1) 动滑轮的重力为120 N；
(2) 绳自由端的移动速度为0.3 m/s；
(3) 作用在绳自由端的拉力至少为250 N。
【知识点】
滑轮组的计算、速度的计算
【点评】
本题是滑轮组的基础计算题，核心是确定承担总重的绳子段数，牢记不计绳重和摩擦时的滑轮组拉力公式，结合速度公式即可顺利求解，属于常规题型。
【难度系数】
0.3
本题考查滑轮组的相关计算，解题思路为：首先确定滑轮组中承担总重（物重+动滑轮重）的绳子段数n；再利用不计绳重和摩擦时的滑轮组拉力公式，结合已知条件计算动滑轮重力；接着根据绳端移动距离与物体上升高度的关系，结合速度公式求出绳自由端的移动速度；最后计算物重增加后的总重力，再次利用拉力公式求出新的绳端拉力。
【解析】
(1) 由图可知，承担物重和动滑轮总重的绳子段数 $ n=3 $，不计绳重和摩擦时，滑轮组拉力公式为 $ F=\frac{1}{n}(G+G_{动}) $，变形得动滑轮重力：
$ G_{动}=3F - G = 3×200\ \mathrm{N} - 480\ \mathrm{N}=120\ \mathrm{N} $。
(2) 重物上升高度 $ h=2\ \mathrm{m} $，则绳自由端移动距离 $ s=nh=3×2\ \mathrm{m}=6\ \mathrm{m} $，绳自由端移动速度：
$ v=\frac{s}{t}=\frac{6\ \mathrm{m}}{20\ \mathrm{s}}=0.3\ \mathrm{m/s} $。
(3) 物重增加后，总重力 $ G'=G + 150\ \mathrm{N} + G_{动}=480\ \mathrm{N}+150\ \mathrm{N}+120\ \mathrm{N}=750\ \mathrm{N} $，此时绳自由端拉力：
$ F'=\frac{1}{3}G'=\frac{1}{3}×750\ \mathrm{N}=250\ \mathrm{N} $。
【答案】
(1) 动滑轮的重力为120 N；
(2) 绳自由端的移动速度为0.3 m/s；
(3) 作用在绳自由端的拉力至少为250 N。
【知识点】
滑轮组的计算、速度的计算
【点评】
本题是滑轮组的基础计算题，核心是确定承担总重的绳子段数，牢记不计绳重和摩擦时的滑轮组拉力公式，结合速度公式即可顺利求解，属于常规题型。
【难度系数】
0.3
六、趣味题
14. 人在自然界中进化，逐渐学会了利用工具。同时身体也开发出各种机能。其中就有许多简单机械。你能列举出身体中有哪些简单机械吗？
14. 人在自然界中进化，逐渐学会了利用工具。同时身体也开发出各种机能。其中就有许多简单机械。你能列举出身体中有哪些简单机械吗？
答案
14. 手臂(肱二头肌)是一个费力杠杆。牙齿切碎食物时相当于斜面。(合理即可)
解析
【分析】首先明确简单机械的常见类型有杠杆、斜面、轮轴等；接着结合人体结构与功能，思考哪些部位符合简单机械特点：手臂运动时，肘关节为支点，肌肉提供动力，手处产生阻力，动力臂短于阻力臂，属于费力杠杆；牙齿外形类似斜面，斜面是省力的简单机械，切碎食物时利用斜面原理更省力，据此可列举符合要求的例子。
【解析】简单机械在人体中也有应用：①手臂：手臂运动时，肘关节作为支点，肱二头肌等肌肉收缩提供动力，手处的物体产生阻力，动力臂小于阻力臂，属于费力杠杆；②牙齿：牙齿的外形类似斜面，斜面是可省力的简单机械，切碎食物时利用斜面特点，能减小所需的力，更易切断食物，合理例子均可。
【答案】手臂(肱二头肌)是一个费力杠杆。牙齿切碎食物时相当于斜面。(合理即可)
【知识点】简单机械、杠杆、斜面
【点评】本题将物理知识与人体结构结合，以趣味题形式考查简单机械的应用，引导学生联系生活实际分析物理原理，体现了物理学科的实用性，难度适中，能激发学生的探究兴趣。
【难度系数】0.5
【解析】简单机械在人体中也有应用：①手臂：手臂运动时，肘关节作为支点，肱二头肌等肌肉收缩提供动力，手处的物体产生阻力，动力臂小于阻力臂，属于费力杠杆；②牙齿：牙齿的外形类似斜面，斜面是可省力的简单机械，切碎食物时利用斜面特点，能减小所需的力，更易切断食物，合理例子均可。
【答案】手臂(肱二头肌)是一个费力杠杆。牙齿切碎食物时相当于斜面。(合理即可)
【知识点】简单机械、杠杆、斜面
【点评】本题将物理知识与人体结构结合，以趣味题形式考查简单机械的应用，引导学生联系生活实际分析物理原理，体现了物理学科的实用性，难度适中，能激发学生的探究兴趣。
【难度系数】0.5
