登录
1. ★ 新素养 科学思维 同学们在探究“影响滑轮组机械效率高低的因素”时提出了下列假设:(1)滑轮组机械效率的高低可能与动滑轮的重力有关。(2)滑轮组机械效率的高低可能与被提升物体的重力有关。(3)滑轮组机械效率的高低可能与物体被提升的高度有关。(4)滑轮组机械效率的高低可能与承重绳子的段数有关。若一名同学设计了如图所示的两个滑轮组(所用器材相同,钩码上升的高度也相同),进行对比实验来验证提出的假设,则该实验验证的假设是 （
A.(1)
B.(2)
C.(3)
D.(4)
B
）A.(1)
B.(2)
C.(3)
D.(4)
答案
B
解析
【分析】
探究滑轮组机械效率与某一因素的关系时，需运用控制变量法，即只改变要探究的因素，控制其他所有可能影响机械效率的因素保持不变。观察题图中的两个滑轮组，动滑轮的重力相同，钩码上升的高度相同，仅被提升的钩码数量不同（即被提升物体的重力不同），因此该实验的变量是被提升物体的重力，用于验证对应假设。
【解析】
要验证滑轮组机械效率的影响因素，需遵循控制变量法：
1. 确定实验中的不变量：两个滑轮组的动滑轮重力相同，钩码上升高度相同，动滑轮、定滑轮的规格均相同，因此动滑轮重、提升高度等无关变量保持不变；
2. 确定实验中的变量：两个滑轮组所挂的钩码数量不同，即被提升物体的重力不同；
3. 对比题目中的假设，该实验的变量对应假设（2）“滑轮组机械效率的高低可能与被提升物体的重力有关”，因此答案为B。
【答案】
B
【知识点】
滑轮组机械效率、控制变量法
【点评】
本题结合控制变量法考查探究滑轮组机械效率影响因素的实验，核心是明确控制变量法在实验探究中的应用，需准确区分实验中的不变量和变量，从而确定验证的假设。
【难度系数】
0.6
探究滑轮组机械效率与某一因素的关系时，需运用控制变量法，即只改变要探究的因素，控制其他所有可能影响机械效率的因素保持不变。观察题图中的两个滑轮组，动滑轮的重力相同，钩码上升的高度相同，仅被提升的钩码数量不同（即被提升物体的重力不同），因此该实验的变量是被提升物体的重力，用于验证对应假设。
【解析】
要验证滑轮组机械效率的影响因素，需遵循控制变量法：
1. 确定实验中的不变量：两个滑轮组的动滑轮重力相同，钩码上升高度相同，动滑轮、定滑轮的规格均相同，因此动滑轮重、提升高度等无关变量保持不变；
2. 确定实验中的变量：两个滑轮组所挂的钩码数量不同，即被提升物体的重力不同；
3. 对比题目中的假设，该实验的变量对应假设（2）“滑轮组机械效率的高低可能与被提升物体的重力有关”，因此答案为B。
【答案】
B
【知识点】
滑轮组机械效率、控制变量法
【点评】
本题结合控制变量法考查探究滑轮组机械效率影响因素的实验，核心是明确控制变量法在实验探究中的应用，需准确区分实验中的不变量和变量，从而确定验证的假设。
【难度系数】
0.6
2. 用如图所示的实验装置测量杠杆的机械效率。实验时,竖直向上匀速拉动弹簧测力计,使挂在较长杠杆下面的钩码缓缓上升。
(1) 图中测力计的示数 $ F $ 为
(2) 为了进一步探究杠杆的机械效率与哪些因素有关,一名同学使用该实验装置,先后将钩码挂在 $ A $、$ B $ 两点,测量并计算得到如表所示的两组数据。
根据表中数据,
(1) 图中测力计的示数 $ F $ 为
0.5
N,钩码总重 $ G $ 为1.0 N,将杠杆拉至图中虚线位置,钩码上升的高度 $ h $ 为0.1 m,测力计移动的距离 $ s $ 为0.3 m,则杠杆的机械效率约为66.7
%(结果精确到0.1%)。请写出使用该杠杆做额外功的一个原因:需要克服杠杆自重(或摩擦力)做功
。(2) 为了进一步探究杠杆的机械效率与哪些因素有关,一名同学使用该实验装置,先后将钩码挂在 $ A $、$ B $ 两点,测量并计算得到如表所示的两组数据。
根据表中数据,
不能
(能/不能)得出“杠杆的机械效率与所挂钩码的重力有关,钩码越重,其机械效率越高”的结论。请简要说明两条理由:两次实验时钩码没有挂在同一位置
;仅根据一次对比实验所得的结论不可靠
。答案
0.5
66.7
需要克服杠杆自重(或摩擦力)做功
不能
两次实验时钩码没有挂在同一位置
仅根据一次对比实验所得的结论不可靠
66.7
需要克服杠杆自重(或摩擦力)做功
不能
两次实验时钩码没有挂在同一位置
仅根据一次对比实验所得的结论不可靠
解析
【分析】
本题围绕杠杆机械效率的测量与探究展开，解题思路如下：
1. 第一问需先读取弹簧测力计示数，再利用机械效率公式计算，明确有用功、总功的计算方式，额外功源于杠杆自重或摩擦力；
2. 第二问探究机械效率与钩码重力的关系需用控制变量法，需保证其他变量不变，实验中未控制关键变量且仅一次对比，故无法得出结论。
【解析】
(1) 弹簧测力计分度值为0.1N，示数F=0.5N；
有用功：$W_{有}=Gh=1.0N×0.1m=0.1J$；
总功：$W_{总}=Fs=0.5N×0.3m=0.15J$；
机械效率：$\eta=\frac{W_{有}}{W_{总}}×100\%=\frac{0.1J}{0.15J}×100\%\approx66.7\%$；
额外功原因：需要克服杠杆自重（或转轴处的摩擦力）做功。
(2) 探究机械效率与钩码重力的关系需控制钩码悬挂位置等变量相同，实验中两次钩码挂在不同位置，且仅一次对比实验，结论不具普遍性，故不能得出题目结论。
【答案】
0.5；66.7；需要克服杠杆自重(或摩擦力)做功；不能；两次实验时钩码没有挂在同一位置；仅根据一次对比实验所得的结论不可靠
【知识点】
杠杆的机械效率、功的计算、控制变量法
【点评】
本题考查杠杆机械效率计算、额外功来源及实验探究的控制变量法应用，是初中力学常规题型，需熟练掌握机械效率公式，理解实验探究中控制变量的必要性，避免单次实验的偶然性。
【难度系数】
0.5
本题围绕杠杆机械效率的测量与探究展开，解题思路如下：
1. 第一问需先读取弹簧测力计示数，再利用机械效率公式计算，明确有用功、总功的计算方式，额外功源于杠杆自重或摩擦力；
2. 第二问探究机械效率与钩码重力的关系需用控制变量法，需保证其他变量不变，实验中未控制关键变量且仅一次对比，故无法得出结论。
【解析】
(1) 弹簧测力计分度值为0.1N，示数F=0.5N；
有用功：$W_{有}=Gh=1.0N×0.1m=0.1J$；
总功：$W_{总}=Fs=0.5N×0.3m=0.15J$；
机械效率：$\eta=\frac{W_{有}}{W_{总}}×100\%=\frac{0.1J}{0.15J}×100\%\approx66.7\%$；
额外功原因：需要克服杠杆自重（或转轴处的摩擦力）做功。
(2) 探究机械效率与钩码重力的关系需控制钩码悬挂位置等变量相同，实验中两次钩码挂在不同位置，且仅一次对比实验，结论不具普遍性，故不能得出题目结论。
【答案】
0.5；66.7；需要克服杠杆自重(或摩擦力)做功；不能；两次实验时钩码没有挂在同一位置；仅根据一次对比实验所得的结论不可靠
【知识点】
杠杆的机械效率、功的计算、控制变量法
【点评】
本题考查杠杆机械效率计算、额外功来源及实验探究的控制变量法应用，是初中力学常规题型，需熟练掌握机械效率公式，理解实验探究中控制变量的必要性，避免单次实验的偶然性。
【难度系数】
0.5
3. 在“探究影响动滑轮机械效率的因素”的实验中,小明用同一动滑轮进行了4次实验,实验装置如图所示,实验数据如表所示。
(1) 实验时,小明应竖直向上
(2) 第2次实验时,弹簧测力计的示数如图所示,此时绳端受到的拉力为
(3) 分析表中数据可知:用同一动滑轮匀速提升重物,当物重增加时,拉力所做的额外功占总功的比值将
(4) 另一位同学也用该装置提升重4 N的钩码,测量相关数据后算得动滑轮的机械效率为86.7%,与表中小明算得的83.3%有较大差别,造成上述较大差别的原因可能是该同学在实验操作中
A. 提升的高度比小明实验时的大得多
B. 弹簧测力计静止时读出拉力大小
C. 拉着弹簧测力计向上加速运动
D. 未沿竖直方向拉动弹簧测力计
(1) 实验时,小明应竖直向上
匀速
拉动弹簧测力计。(2) 第2次实验时,弹簧测力计的示数如图所示,此时绳端受到的拉力为
1.3
N,提升重物所做的有用功为0.6
J,动滑轮的机械效率为76.9
%。(3) 分析表中数据可知:用同一动滑轮匀速提升重物,当物重增加时,拉力所做的额外功占总功的比值将
减小
;第4次实验中,减小物体提升的高度,动滑轮的机械效率不变
。(增大/不变/减小)(4) 另一位同学也用该装置提升重4 N的钩码,测量相关数据后算得动滑轮的机械效率为86.7%,与表中小明算得的83.3%有较大差别,造成上述较大差别的原因可能是该同学在实验操作中
B
(单选)。A. 提升的高度比小明实验时的大得多
B. 弹簧测力计静止时读出拉力大小
C. 拉着弹簧测力计向上加速运动
D. 未沿竖直方向拉动弹簧测力计
答案
匀速
1.3
0.6
76.9
减小
不变
B
1.3
0.6
76.9
减小
不变
B
解析
【分析】
要解答本题，需结合动滑轮机械效率的实验原理、操作要求、机械效率计算方法、影响因素及误差分析思路：
1. 实验操作时，需让动滑轮处于平衡状态，保证拉力等于绳子张力，因此要匀速拉动弹簧测力计；
2. 弹簧测力计读数需看分度值，有用功用公式$W_{有}=Gh$计算，总功用$W_{总}=Fs$计算，机械效率$\eta=\frac{W_{有}}{W_{总}}×100\%$；
3. 同一动滑轮的额外功主要来自动滑轮重力和摩擦，物重增加时有用功占总功的比例增大，额外功占比减小；机械效率与提升高度无关；
4. 机械效率偏大的误差分析，需考虑拉力测量的误差来源，逐一分析选项即可。
【解析】
(1) 实验时，竖直向上匀速拉动弹簧测力计，此时动滑轮受力平衡，拉力大小等于弹簧测力计示数，故填“匀速”；
(2) 弹簧测力计分度值为0.2N，示数为1.3N；第2次实验中，有用功$W_{有}=Gh=3N×0.2m=0.6J$；动滑轮的绳端移动距离$s=2h=0.4m$，总功$W_{总}=Fs=1.3N×0.4m=0.52J$，机械效率$\eta=\frac{0.6J}{0.52J}×100\%\approx76.9\%$；
(3) 同一动滑轮，额外功主要是动滑轮重力和摩擦，当物重增加时，有用功在总功中的占比增大，额外功占总功的比值减小；机械效率与提升重物的高度无关，所以减小提升高度，机械效率不变；
(4) 分析选项：A. 提升高度不影响机械效率，错误；B. 弹簧测力计静止时读数，未克服摩擦，拉力测量值偏小，总功偏小，机械效率偏大，正确；C. 加速运动时拉力偏大，总功偏大，机械效率偏小，错误；D. 未沿竖直方向拉动，拉力偏大，总功偏大，机械效率偏小，错误，故选B。
【答案】
匀速；1.3；0.6；76.9；减小；不变；B
【知识点】
动滑轮机械效率、滑轮组机械效率、影响机械效率的因素
【点评】
本题为探究动滑轮机械效率的实验题，综合考查实验操作、机械效率计算、影响因素及误差分析，需学生掌握实验原理和操作细节，难度适中。
【难度系数】
0.5
要解答本题，需结合动滑轮机械效率的实验原理、操作要求、机械效率计算方法、影响因素及误差分析思路：
1. 实验操作时，需让动滑轮处于平衡状态，保证拉力等于绳子张力，因此要匀速拉动弹簧测力计；
2. 弹簧测力计读数需看分度值，有用功用公式$W_{有}=Gh$计算，总功用$W_{总}=Fs$计算，机械效率$\eta=\frac{W_{有}}{W_{总}}×100\%$；
3. 同一动滑轮的额外功主要来自动滑轮重力和摩擦，物重增加时有用功占总功的比例增大，额外功占比减小；机械效率与提升高度无关；
4. 机械效率偏大的误差分析，需考虑拉力测量的误差来源，逐一分析选项即可。
【解析】
(1) 实验时，竖直向上匀速拉动弹簧测力计，此时动滑轮受力平衡，拉力大小等于弹簧测力计示数，故填“匀速”；
(2) 弹簧测力计分度值为0.2N，示数为1.3N；第2次实验中，有用功$W_{有}=Gh=3N×0.2m=0.6J$；动滑轮的绳端移动距离$s=2h=0.4m$，总功$W_{总}=Fs=1.3N×0.4m=0.52J$，机械效率$\eta=\frac{0.6J}{0.52J}×100\%\approx76.9\%$；
(3) 同一动滑轮，额外功主要是动滑轮重力和摩擦，当物重增加时，有用功在总功中的占比增大，额外功占总功的比值减小；机械效率与提升重物的高度无关，所以减小提升高度，机械效率不变；
(4) 分析选项：A. 提升高度不影响机械效率，错误；B. 弹簧测力计静止时读数，未克服摩擦，拉力测量值偏小，总功偏小，机械效率偏大，正确；C. 加速运动时拉力偏大，总功偏大，机械效率偏小，错误；D. 未沿竖直方向拉动，拉力偏大，总功偏大，机械效率偏小，错误，故选B。
【答案】
匀速；1.3；0.6；76.9；减小；不变；B
【知识点】
动滑轮机械效率、滑轮组机械效率、影响机械效率的因素
【点评】
本题为探究动滑轮机械效率的实验题，综合考查实验操作、机械效率计算、影响因素及误差分析，需学生掌握实验原理和操作细节，难度适中。
【难度系数】
0.5
