初中物理滑轮（组）机械效率的测量实验试题

如图是同学们探究“影响滑轮组机械效率因素”的实验装置，请完成以下问题：（忽略摩擦及绳重）

（1）实验中用到的测量工具除刻度尺外还有什么？

（2）下表记录了实验中的部分数据：请算出第4次实验中的机械效率。（只写出计算结果）

次数	钩码重G钩/N	动滑轮重G动/N	机械效率η
1	2	0.5	80.0%
2	3	0.5	85.7%
3	4	0.5	88.9%
4	4	1.0	80.0%

（3）分析1、2、3次实验数据，你认为他们可以探究滑轮组机械效率与什么因素的具体关系？并写出你这样认为的理由。

在日常生活和工农业生产中，提高机械效率有着重要的意义。提高机械效率，要从研究影响机械效率的因素出发，寻求办法。

（1）为了探究影响机械效率的因素，小明选取了大小相同的滑轮，利用图甲和图乙装置进行实验，并把数据整理记录在下表中。

实验 次数	滑轮 材质	钩码重 $G/N$	提升的高 度 $h/m$	有用功 $W_{\mathit{有用}}/J$	拉力 $F/N$	绳端移动 的距离 $s/m$	总功 $W_{总}/J$	机械效率。 $\eta$
1	铝	1	0.1	0.1	0.6	0.3	0.18	$56\%$
2	铝	2	0.1	0.2	1.0	0.3	0.3	$67\%$
3	铝	2	0.2	0.4	1.0	0.6	0.6	$67\%$
4	塑料	2	0.2	0.4	0.8	0.6	0.48	$83\%$
5	塑料	2	0.2	0.4	2.1	0.2	0.42	$95\%$

①比较1和2两次实验发现：在所用滑轮组一定时，提升的钩码　         　，机械效率越高。

②比较3和4两次实验发现：滑轮组的机械效率还与　        　有关。

③比较　       　两次实验发现：在所用滑轮组一定时，机械效率与提升钩码的高度无关。

④第5次实验室利用了图　         　的装置完成的，判断依据是　          　。

⑤利用图甲的装置，把重 $6N$的物体用 $2.5N$的拉力迅速拉起，滑轮组的机械效率为　      　。可见如果没有刻度尺，只有测力计，也可以测量出滑轮组的机械效率。

（2）小明利用图丙装置实验发现：斜面的机械效率与斜面的倾斜程度和摩擦有关，与物重无关。保持斜面倾斜程度不变，可以采用　      　的方法减小摩擦，从而提高斜面的机械效率。

（3）实验表明：额外功越小，总功越接近有用功：进一步推理得出：假设没有额外功，总功等于有用功；可见使用任何机械都　　       。下列物理规律的得出运用了这种研究方法的是　　        。

$A$、焦耳定律

$B$、牛顿第一定律

$C$、阿基米德原理

$D$、欧姆定律

如图为测量滑轮组机械效率的实验装置，钩码总重为 $6N$。

（1）实验时应竖直向上　   拉动弹簧测力计，测得拉力大小为 $2.5N$。

（2）若钩码上升的高度为 $10\mathit{cm}$，该滑轮组的机械效率为　　。

（3）若仅增加钩码的质量，则该滑轮组的机械效率将　　（选填“增大”、“减小”或“不变” $)$。

探究小组为探究影响滑轮组的机械效率的因素，实验装置如图所示，数据如表所示。

次数	钩码重力 $\left(N\right)$	提升高度 $\left(\mathit{cm}\right)$	有用功 $\left(J\right)$	拉力 $\left(N\right)$	总功 $\left(J\right)$	机械效率
1	1.0	40	0.4	1.1	0.88	$45\%$
2	1.5	40	0.6	1.4	1.12	$54\%$
3	2.0	30		1.7
4	2.5	40	1.0	2.0	1.60	$63\%$

（1）请把表格中三个未完成的空补充完整。

（2）甲同学根据表格数据可以得出钩码重力逐渐增大，滑轮组机械效率　　（选填“增大”、“减小”或“不变” $)$。请你解释出现这种现象的原因　　。

（3）乙同学进一步研究，测出动滑轮的质量为 $100g$，根据表格中的数据得出：总功总是大于有用功与克服动滑轮重力的功之和，即： $W_{总}>W_{有}+W_{轮}$，他猜测还有　　因素影响机械效率。（答一种因素即可）

（4）丙同学计算出每一组总功与有用功和克服动滑轮重力的功的差值△ $W=W_{总}-W_{有}-W_{轮}$，通过比较第1、2和　　组的数据，发现重物的重力越大，差值△ $W$　　（选“越大”、“越小”或“不变” $)$，请你利用所学知识对此作出解释　　。

小马和小李设计了如图甲、乙所示两种滑轮组来提升同一重物，在讨论滑轮组机械效率时两人产生了分歧，小马认为："甲滑轮组的动滑轮个数少，机械效率高"；小李却认为："乙滑轮组更省力，机械效率高"。两人谁也说服不了谁，于是决定进行实验来验证自己的猜想是否正确。

物理量滑轮组	装置甲	装置乙
钩码重 $\mathit{G}\mathbf{/}\mathit{N}$	4	4
钩码上升高度 $\mathit{h}\mathbf{/}\mathit{m}$	0.1	0.1
绳端拉力 $\mathit{F}\mathbf{/}\mathit{N}$	1.6	1.4
绳端移动距离 $\mathit{s}\mathbf{/}\mathit{m}$	0.3	0.4
机械效率 $\mathit{\eta }$		$\mathbf{71}\mathbf{.}\mathbf{4}\mathbf{\%}$

（所用每个滑轮的重相同，绳重和摩擦忽略不计），他们在实验中得到的数据如下表所示：

（1）根据所测数据，请计算一个动滑轮的重力是 　　 $\mathit{N}$ ，甲滑轮组的机械效率是 　　；

（2）由计结果可以确定 　　的说法是正确的，这个实验说明了影响滑轮组机械效率的因素是 　　，由此可知，可采用 　　的方法来提高滑轮组的机械效率。

（3）随后小马又设计了一个方案，如图丙所示，你认为和图甲装置对比，在提升同一重物时，装置丙的机械效率 　　（选填"大于""等于"或"小于"）装置甲的机械效率。

某小组同学测量滑轮组的机械效率。实验步骤有：

$\left(i\right)$按照如图所示安装滑轮组，测钩码重力 $G$并记钩码和绳端的位置；

$\left(\mathit{ii}\right)$用弹簧测力计缓慢拉动绳端，使钩码上升，读出拉力 $F$的值，并测出钩码上升的高度 $h$和绳端移动的距离 $s$；

$\left(\mathit{iii}\right)$记录实验数据填入表格中（表格略）；

$\left(\mathit{iv}\right)$多次改变钩码的数量，重复上述实验；

$\left(v\right)$用动滑轮质量不同的两个滑轮组吊相同的钩码，分别测机械效率；

$\left(\mathit{vi}\right)$分析测量结果，讨论影响机械效率的因素

回答以下问题：

（1）除了如图所示器材和弹簧测力计外，还需要的器材是　　。

（2）滑轮组机械效率的计算公式是 $\eta =$　　（用直接测得的物理量符号表示）。

（3）关于影响滑轮组机械效率的因素，该小组同学讨论后得到以下认识，你认为正确的有　　（填序号，可能不止一项正确）。

$A$．在相同情况下，摩擦越大，机械效率越小

$B$．在相同情况下，摩擦越大，机械效率越大

$C$．忽略摩擦，定滑轮质量相同，则机械效率相同

$D$．忽略摩擦，动滑轮质量相同，则机械效率相同

$E$．忽略摩擦，动滑轮质量相同，所吊重物质量越大，则机械效率越大

$F$．忽略摩擦，动滑轮质量相同，所吊重物质量越大，则机械效率越小

某实验小组在“测滑轮组机械效率”的实验中得到的数据如下表所示，第1、2、3次实验装置分别如图中的甲、乙、丙所示。

次数	钩码重 G/N	钩码上升 高度h/m	有用功 W有/J	测力计 拉力F/N	测力计移动 距离s/m	总功 W总/J	机械 效率η
1	2	0.1	0.2	0.9	0.3	0.27	74.1%
2	4	0.1	0.4	1.6	0.3	0.48	83.3%
3	4	0.1		1.1	0.5	0.55

 

（1）实验中应沿竖直方向       拉动弹簧测力计，使钩码上升。
（2）比较第1次实验和第2次实验，可得结论：使用同样的滑轮组，提起的钩码越重，滑轮组的机械效率越      。
（3）第3次实验中所做的有用功是      J，机械效率是     。
（4）第3次实验中动滑轮个数比第2次实验多，把同一重物提升相同高度对动滑轮所做的额外功       (选填“增大”或“减小”)，因而，由第2、3次实验可知：滑轮组的机械效率与动滑轮自重大小有关。
（5）综合上述结论，提高机械效率的方法有增大有用功，       额外功(选填“增大”或“减小”)。

在“探究影响滑轮组机械效率的因素”的实验中，小明用同一滑轮组进行了三次实验，实验数据如表：

序号	动滑轮重 $G_{动}/N$	物重 $G/N$	物体上升的 高度 $h/m$	绳端受到的拉力 $F/N$	绳端移动的距离 $s/m$	滑轮组的机械效率 $\eta /\%$
1	0.5	1	0.1	0.6	0.3	55.6
2	0.5	2	0.1	1.0	0.3	66.7
3	0.5	4	0.1		0.3

（1）根据表格中的数据，在图甲中画出滑轮组的绕绳方法。

（2）实验中，沿竖直方向匀速拉动弹簧测力计，使物体缓缓上升，在测量绳端所受的拉力时，弹簧测力计应　　（选填“保持静止”或“匀速上升” $)$

（3）第三次试验时，测力计示数如图乙所示，此时绳端受到的拉力为　　 $N$，滑轮组的机械效率为　　 $\%$

（4）根据表格中的数据分析可知：

①随着物重的增大，额外功　　（选填“变小”、“不变”或“变大” $)$，原因是　　

②要提高同一滑轮组机械效率，可以采取　　的措施。

下表是小明测一滑轮组机械效率时收集的有关数据。

序号	动滑轮重 G动/N	物重 G/N	钩码上升 高度h/m	动力 F/N	动力作用点 移动距离	滑轮组的 机械效率η
1	0.5	1	0.1	0.7	0.3	47.6%
2	0.5	2	0.1	1.1	0.3	60.6%
3	0.5	4	0.1	2	0.3

（1）请在图中画出实验中滑轮组的绕绳方法。
（2）第三次实验中，钩码上升0.1m所用的时间为1.5s，则动力的功率为____W，滑轮组的机械效率为____。
（3）分析表格中数据发现：用同一滑轮组提升不同重物至同一高度，提升的物重增加时，所做额外功将____，滑轮组的机械效率____（两空选填“变大”、“变小”或“不变”）。

某实验小组测一滑轮组机械效率的数据如下表：

（1）请你在图中画出本实验的绕绳方法．
（2）若用同一滑轮组提升不同重物至同一高度，则：克服动滑轮的重力所做的额外功    （相同／不同）；提升的物重增加时，克服摩擦和绳重所做的额外功变    ，滑轮组的机械效率变    ．
（3）多次改变提升的物重测量滑轮组的机械效率，目的是为了    （填字母）．
A．减小摩擦
B．多次测量取平均值减小误差
C．获得多组数据归纳出物理规律
（4）由本实验    （能／不能）推断：任何机械的机械效率跟物重均有关．

实验探究

（1）探究重力与质量的关系

①某同学用质量已知的钩码进行实验，根据测得的数据作出的 $G-m$关系图象是一条过原点的直线 $a$由此得出结论：物体受到的重力与它的质量成　     　比。

②他又正确测量了一个木块的质量和重力，并在同一坐标系中正确描点得到点 $A$，如图所示。点 $A$不在直线 $a$上的主要原因是　      　。

（2）探究阻力对物体运动的影响

如图所示，将棉布铺在水平木板上，让小车从斜面顶端由静止滑下，小车在水平面上由于受到阻力，滑行一段距离后停止；去掉木板上的棉布，再次让小车从斜面顶端由静止滑下，运动的小车所受到的阻力减小，滑行的距离增大。

进一步推理：如果运动的小车受到的阻力为零，它将　      　。通过上述实验和推理可得：力不是维持物体运动状态的原因，而是　       　物体运动状态的原因。

（3）测量滑轮组的机械效率

实验装置和数据记录表如下：

次数	钩码重力 $G/N$	钩码上升的高度 $h/m$	绳端拉力 $F/N$	绳端移动的距离 $s/m$	机械效率 $\eta$
1	2.0	0.10	0.9	0.30	$74.1\%$
2	2.0	0.15	0.9	0.45	$74.1\%$
3	2.0	0.20	0.9	0.60	$74.1\%$
4	4.0	0.20	1.6	0.60

①第4次实验测得的机械效率为　     　。

②分析表中数据可得：利用相同的滑轮组提升同一物体，物体上升的高度不同，滑轮组的机械效率　    　；提升不同的物体，物体的重力越大，滑轮组的机械效率越　     　。

下面是小明和小红的“测量滑轮组的机械效率”实验报告。

实验名称：测量滑轮组的机械效率

实验步骤：

（1）用弹簧测力计测量钩码所受的重力 $G$并填入表格。

（2）按如安装滑轮组，分别记下钩码和弹簧测力计的位置。

（3）拉动弹簧测力计并读出拉力 $F$的值，用刻度尺测出的钩码上升的高度 $h$和弹簧测力计移动的距离 $s$，将这三个量填入表格。

（4）算出有用功 $W_{有}$、总功 $W_{总}$、机械效率 $\eta$并填入表格。

（5）改变钩码上升的高度，重复上面的实验，记录并计算实验数据。

实验记录：

实验次数	钩码重力 $G/N$	物体上升的高度 $h/\mathit{cm}$	有用功 $W_{有}/J$	拉力 $F/N$	弹簧测力计移动的距离 $s/\mathit{cm}$	总功 $W_{总}/J$	机械效率 $\eta$
1	6	3.00	18.00	2.38	9.00	21.42	$84.0\%$
2	6	5.00	30.00	2.40	15.00	36.00	$83.3\%$
3	6	8.00	48.00	2.36	24.00	56.64	$84.7\%$
4	6	10.00	60.00	2.35	30.00	70.50	$85.1\%$

实验结论：在忽略绳子的重力和摩擦的情况下，滑轮组的机械效率与所提升物体的重力和高度无关。

请你评价小明和小红的实验报告。

（1）指出实验步骤中存在的错误和不足；

（2）从理论上分析说明他们实验结论的局限性。

交流与评估是科学探究的一个重要环节.光明中学的同学，利用如图所示的实验装置完成了“测滑轮组机械效率”的实验以后，进行了小组交流，下表是各小组的实验数据记录：

实验小组	钩码重G（N）	动滑轮G′（N）	拉力F（N）	滑轮组的机械效率η
1	0.5	0.4	0.35	47.6％
2	0.5	0.4	0.38	43.9％
3	1	0.6	0.62	53.8％
4	1	0.8	0.71	46.9％
5	2	0.6	0.98	68.0％
6	2	0.8	1.06	62.9％

请你对表中各小组的实验数据进行分析比较，回答下列问题：

（1）实验中影响滑轮组效率的主要因素是什么？_
（2）1、2两个小组的动滑轮重相同，提起的钩码重也相同，测出的滑轮机械效率却不同，原因不可能是下列的（  ）
A．滑轮的轮与轴间的摩擦力大小不同    B．测拉力时没有使测力计匀速上升
C．测拉力时拉力的方向没有竖直向上    D．钩码被提升的高度不同
（3）请你就如何提高滑轮组的机械效率提出自己的建议（要求写两点）:
①____________________________________________________
②___ _________________________________________________

【2015年贵州省黔南州中考物理】某班同学在“探究滑轮组的机械效率与哪些因素有关”时，他们猜想滑轮组的机械效率可能与动滑轮的个数、物重和物体上升的高度等因素有关，各小组利用如图所示的装置进行验证，杨阳那组得到的实验数据如表：

实验次数	物重 （N）	物体上升的高度（m）	拉力（N）	绳子自由端移动的距离（m）	机械效率（%）
1	1	0.1	0.6	0.2	83.3
2	1	0.1	0.4	0.4	62.5
3	2	0.1	0.65	0.4	76.9
4	1	0.2	0.6	0.4	83. 3

（1）比较第1、2次实验数据得出：用不同的滑轮组提升相同的物体，动滑轮个数越多，      ；比较第2、3次实验数据得出：同一个滑轮组，提升的物体越重，      ；比较第1、4实验数据得出：同一个滑轮组的机械效率与物体上升的高度      ．
（2）在测拉力时，某同学觉得很难使测力计做匀速直线运动，不便于读数，就让弹簧测力计处于静止状态时才读数，该同学的读数与实际相比      （选填“偏大”、“偏小”或“不变”），测得机械效率      （选填“偏高”、“偏低”或“不变”），说明滑轮组的机械效率还与      有关．
（3）有两个组所用的动滑轮重量相同，提升的物体也相同，测的机械效率却不同，原因可能是绳子滑轮或滑轮轴之间的      不同，影响了测量结果．所以，我们在生活中经常给各种机械加润滑油，是为了      它的机械效率．

【2015年湖北省潜江市中考物理】如图所示，是测量滑轮组机械效率的实验装置．

（1）用弹簧测力计竖直向上缓慢拉动重为5N的钩码，由图示可知拉力大小为           N，将弹簧测力计向上移动12cm，则钩码上升的高度为       cm，该滑轮组的机械效率是        （结果保留到0.1%）．
（2）提高机械效率的主要办法是改进结构，使它更轻巧．若如图装置中动滑轮的重为G₁，用它提升一重物，滑轮组的机械效率为75%；改用一个轻质材料制作的重为G₂的动滑轮后，再提升同一重物，滑轮组的机械效率提高到了90%，则G₂与G₁之比为                       （不计绳重及各处的摩擦）．