5. 如图所示,沿竖直方向匀速拉动动滑轮,使挂在它下面重为G的钩码缓缓上升。用弹簧测力计分别测量钩码的重力G、绳受到的拉力F,用刻度尺测出钩码上升的高度h、绳端移动的距离s。改变钩码的数量,重复上述步骤。
(1)将实验数据填入下表中,请将表格中所缺的物理量补充完整。


(2)在第①次实验中,拉力F所做的功$W_1$为
(1)将实验数据填入下表中,请将表格中所缺的物理量补充完整。
(2)在第①次实验中,拉力F所做的功$W_1$为
0.24
J,动滑轮拉钩码所做的功$W_2$为0.20
J。结合第②次和第③次实验结果可知,拉力F所做的功$W_1$大于
(选填“大于”“小于”或“等于”)动滑轮拉钩码所做的功$W_2$。你认为其原因可能是拉绳时要对动滑轮做功、拉绳时要克服摩擦做功或拉绳时要对绳子做功等
。答案
5. (1) 绳子自由端的拉力 F/N 绳子自由端移动的距离 s/m (2) 0.24 0.20 大于 拉绳时要对动滑轮做功、拉绳时要克服摩擦做功或拉绳时要对绳子做功等
解析
【分析】
要解决本题,首先明确实验需测量的物理量:研究动滑轮的功时,需测量钩码重力、钩码上升高度、绳子自由端拉力、绳子自由端移动距离,据此补充表格缺失的物理量;再利用功的公式计算拉力和动滑轮对钩码做的功,结合动滑轮的额外功来源分析两者大小关系。
【解析】
(1)实验中需测量的物理量包括钩码重力G、钩码上升高度h、绳子自由端拉力F、绳子自由端移动距离s,因此表格所缺物理量为:绳子自由端的拉力F/N、绳子自由端移动的距离s/m。
(2)根据功的计算公式$W=Fs$:
第①次实验中,拉力做的功$W_1=0.24J$;
动滑轮拉钩码做的功$W_2=Gh=0.20J$;
对比可知$W_1$大于$W_2$,原因是使用动滑轮时,拉力做的功为总功,除对钩码做的有用功外,还需克服动滑轮自身重力做功、克服绳与滑轮间的摩擦做功,或对绳子做功,因此总功大于有用功。
【答案】
(1) 绳子自由端的拉力 F/N 绳子自由端移动的距离 s/m (2) 0.24 0.20 大于 拉绳时要对动滑轮做功、拉绳时要克服摩擦做功或拉绳时要对绳子做功等
【知识点】
动滑轮、功的计算、有用功与额外功
【点评】
本题考查动滑轮实验中物理量补充、功的计算及总功与有用功的关系,属于基础实验题,需掌握功的计算公式和动滑轮额外功的来源,难度适中。
【难度系数】
0.5
要解决本题,首先明确实验需测量的物理量:研究动滑轮的功时,需测量钩码重力、钩码上升高度、绳子自由端拉力、绳子自由端移动距离,据此补充表格缺失的物理量;再利用功的公式计算拉力和动滑轮对钩码做的功,结合动滑轮的额外功来源分析两者大小关系。
【解析】
(1)实验中需测量的物理量包括钩码重力G、钩码上升高度h、绳子自由端拉力F、绳子自由端移动距离s,因此表格所缺物理量为:绳子自由端的拉力F/N、绳子自由端移动的距离s/m。
(2)根据功的计算公式$W=Fs$:
第①次实验中,拉力做的功$W_1=0.24J$;
动滑轮拉钩码做的功$W_2=Gh=0.20J$;
对比可知$W_1$大于$W_2$,原因是使用动滑轮时,拉力做的功为总功,除对钩码做的有用功外,还需克服动滑轮自身重力做功、克服绳与滑轮间的摩擦做功,或对绳子做功,因此总功大于有用功。
【答案】
(1) 绳子自由端的拉力 F/N 绳子自由端移动的距离 s/m (2) 0.24 0.20 大于 拉绳时要对动滑轮做功、拉绳时要克服摩擦做功或拉绳时要对绳子做功等
【知识点】
动滑轮、功的计算、有用功与额外功
【点评】
本题考查动滑轮实验中物理量补充、功的计算及总功与有用功的关系,属于基础实验题,需掌握功的计算公式和动滑轮额外功的来源,难度适中。
【难度系数】
0.5
6. 小明在做测量滑轮组机械效率的实验中,用如图(a)所示的滑轮组进行了三次实验,所得实验数据如下表所示。


(1) 表中有一个数据是错误的,这个数据是
(2) 在小明实验的基础上,小华多使用一个滑轮也做了此实验,如图(b)所示。
① 小华多使用一个滑轮,是为了改变
② 当小明和小华使用各自的滑轮组提升相同的重物时,若忽略绳重及摩擦,则它们的机械效率
③ 在实验过程中,小明和小华应如何拉动弹簧测力计?答:
(1) 表中有一个数据是错误的,这个数据是
17
;第③次实验中滑轮组的机械效率是80%
;该实验说明,滑轮组的机械效率与物体上升的高度
无关。(2) 在小明实验的基础上,小华多使用一个滑轮也做了此实验,如图(b)所示。
① 小华多使用一个滑轮,是为了改变
拉力的方向
。② 当小明和小华使用各自的滑轮组提升相同的重物时,若忽略绳重及摩擦,则它们的机械效率
相同
(选填“相同”或“不相同”),理由:两名同学做的有用功和额外功都相同
。③ 在实验过程中,小明和小华应如何拉动弹簧测力计?答:
匀速拉动弹簧测力计,且小明必须沿竖直方向匀速拉动
。答案
6. (1) 17 80% 物体上升的高度 (2) ① 拉力的方向 ② 相同 两名同学做的有用功和额外功都相同 ③ 匀速拉动弹簧测力计,且小明必须沿竖直方向匀速拉动
解析
【分析】
解决本题需先明确滑轮组承担物重的绳子段数,利用$s=nh$判断错误数据;根据机械效率公式$\eta=\frac{W_{有}}{W_{总}}=\frac{Gh}{Fs}$计算机械效率;结合实验数据和滑轮组特点分析影响机械效率的因素;再根据定滑轮的作用、机械效率的影响因素及实验操作要求解答后续问题。
【解析】
(1) 由图(a)可知,滑轮组承担物重的绳子段数$n=3$,根据$s=nh$,若某次实验中数据不符合该关系,则为错误数据,本题中错误数据为17;第③次实验中,代入机械效率公式计算得$\eta=\frac{Gh}{Fs}=80\%$;对比三次实验数据,物体上升高度不同但机械效率相同,说明滑轮组的机械效率与物体上升的高度无关。
(2) ① 多使用一个定滑轮,目的是改变拉力的方向;② 忽略绳重及摩擦,额外功仅来自动滑轮重力,两人提升相同重物、动滑轮相同,有用功$W_{有}=Gh$和额外功$W_{额}=G_{动}h$均相同,总功相同,故机械效率相同;③ 实验中需匀速拉动弹簧测力计,且小明使用的滑轮组要沿竖直方向匀速拉动,保证测力计示数稳定。
【答案】
6. (1) 17 80% 物体上升的高度 (2) ① 拉力的方向 ② 相同 两名同学做的有用功和额外功都相同 ③ 匀速拉动弹簧测力计,且小明必须沿竖直方向匀速拉动
【知识点】
滑轮组机械效率、影响机械效率的因素、定滑轮的作用
【点评】
本题围绕滑轮组机械效率展开,涵盖错误数据判断、机械效率计算、影响因素分析及实验操作要求,需学生熟练掌握滑轮组的基本规律和机械效率相关公式,属于基础应用类题目。
【难度系数】
0.5
解决本题需先明确滑轮组承担物重的绳子段数,利用$s=nh$判断错误数据;根据机械效率公式$\eta=\frac{W_{有}}{W_{总}}=\frac{Gh}{Fs}$计算机械效率;结合实验数据和滑轮组特点分析影响机械效率的因素;再根据定滑轮的作用、机械效率的影响因素及实验操作要求解答后续问题。
【解析】
(1) 由图(a)可知,滑轮组承担物重的绳子段数$n=3$,根据$s=nh$,若某次实验中数据不符合该关系,则为错误数据,本题中错误数据为17;第③次实验中,代入机械效率公式计算得$\eta=\frac{Gh}{Fs}=80\%$;对比三次实验数据,物体上升高度不同但机械效率相同,说明滑轮组的机械效率与物体上升的高度无关。
(2) ① 多使用一个定滑轮,目的是改变拉力的方向;② 忽略绳重及摩擦,额外功仅来自动滑轮重力,两人提升相同重物、动滑轮相同,有用功$W_{有}=Gh$和额外功$W_{额}=G_{动}h$均相同,总功相同,故机械效率相同;③ 实验中需匀速拉动弹簧测力计,且小明使用的滑轮组要沿竖直方向匀速拉动,保证测力计示数稳定。
【答案】
6. (1) 17 80% 物体上升的高度 (2) ① 拉力的方向 ② 相同 两名同学做的有用功和额外功都相同 ③ 匀速拉动弹簧测力计,且小明必须沿竖直方向匀速拉动
【知识点】
滑轮组机械效率、影响机械效率的因素、定滑轮的作用
【点评】
本题围绕滑轮组机械效率展开,涵盖错误数据判断、机械效率计算、影响因素分析及实验操作要求,需学生熟练掌握滑轮组的基本规律和机械效率相关公式,属于基础应用类题目。
【难度系数】
0.5
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