初中物理杠杆机械效率的测量实验试题

(12分)我国南宋远洋商贸船“南海一号”于2007年成功打捞出水.为复原我国海上丝绸之路历史提供了极其珍贵的实物资料，采用沉井包裹沉船的整体打捞方式，在世界水下考古也是一大创新。某同学为了体验“南海一号”的打捞过程，特利用滑轮组从水下打捞一重物。
如图所示，用一个底面积S=0.05m²、高h=0.2m的长方体形状的重物模拟“南海一号”，该同学站在岸边拉动绳子自由端，使重物从水底开始向上运动,假定重物一直做竖直向上的匀速直线运动，并经历三个运动阶段：第一阶段，从重物在水度开始运动到重物的上表面面刚露出水面，绳对重物的拉力 F₁="140" N, 用时t₁=40s,第二阶段,从重物上表面刚露出水面到其下表面刚离开水面，用时t₂=4s，第三阶段，从重物下表面离开水面后在空中上升, 已知动滑轮所受重力G₀="60" N, ρ_水=1.0×10³kg/m³, g=10N/g,不计绳重、轮与轴之间的摩擦及水的阻力，不考虑重物出水前后质量的变化。求：

①在第一阶段运动中，水对重物的浮力F_浮为多大?
②在第一阶段运动中，绳对重物做功W₁为多大?
③滑轮组在第一阶段运动中的机械效率η₁和第三阶段运动中的机械效率η₃分別为多大?

工人利用如图所示的滑轮组将一个重为300N的物体在10 s内匀速提升2 m，所用的拉力为150 N，不计绳重和摩擦．以下有关滑轮组的说法正确的是（    ）

A．该滑轮组的机械效率约为83.3％

B．动滑轮的重力为100N

C．拉力的功率为90 W

D．若用该滑轮组提升450 N的重物，则机械效率不变

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次实验的机械效率是    。
（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。

如下图1所示，是2008北京残奥会开幕式最后一棒火炬手侯斌，靠自己双手的力量，攀爬到火炬台底部并最终点燃圣火的照片，该点火仪式充分体现了残疾人自强自立、拼搏向上的勇气和精神．已知他和轮椅总质量为80kg，攀爬高度39m，历时约3min20s．

（1）如果不计机械装置的额外功，求他的平均功率多大？
（2）小明同学看到火炬手攀爬很费劲，想到物理课上学过利用滑轮组可以省力．小明同学如果站在地面上，用如右图2所示的哪个滑轮组拉起火炬手侯斌最合适， 理由是什么?如果该滑轮组机械效率为80％，求小明同学的拉力至少要多大？

如图所示．工人用240牛的拉力拉绳使水中的小船匀速靠岸，用10分钟将绳子拉下60米，已知小船重1．8×10^４牛，小船行进中受到的阻力是它所受重力的0．01倍，求：

（1）小船受到的浮力  （2）工人拉绳时做功的功率； （3）此装置的机械效率．

如图，工人要将一块重900N的建材运到10m高处，装置中每个滑轮重100N，建材上升的速度是0.8m/s．在施工过程中，下列说法正确的是：

A．工人的拉力为500N

B．工人拉绳的速度为2.4m/s

C．工人做功的功率为400W

D．工人做功的机械效率小于90%

在“测量滑轮组的机械效率”的实验中，某组同学用同样的滑轮安装了如图甲、乙所示的滑轮组，实验测得的数据如下表所示．

次数	物体的重力 G/N	提升高度 h/m	拉力 F/N	绳端移动的距离s/m	机械效率 η
1	2	0.1	1	0.3	66.7%
2	3	0.1	1.4	0.3	71.4%
3	4	0.1	1.8	0.3	74.1%
4	2	0.1	1.5	0.2

 
⑴表格内的第4次实验中应补充的数据是＿＿＿＿（结果精确到0.1%）．这次数据是用图中＿＿＿（填“甲”或“乙”）所示的滑轮组测得的．
⑵分析比较第1、2、3次实验数据可以判定，若要增大滑轮组的机械效率，应该＿＿＿＿＿＿＿．在第1次实验中，当拉着物体以0.1m/s的速度匀速上升时，拉力F的功率为＿＿＿＿W．
⑶某同学认为，使用相同的滑轮所组成的滑轮组提升同一个重物时，越省力的滑轮组其机械效率越大，他的想法正确吗？___________。请你利用补充完整后的表格中的数据说明你的判断依据：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿______________________________________＿＿＿．

如图是某型号起重机从水中调起一重7.9t的钢锭，L₁、L₂分别为2m、6m。(g取10N／kg，ρ_钢＝7.9×10³kg／m³) 求：

（1）钢锭全部浸在水中时受到的浮力是多大?
（2）起重机将钢锭调离水面后，起重机的作用力F₁是多大？
（3）调离水面后钢锭又匀速上升了3m，这个过程中起重机做的功为3.95×10⁵J，这时，起重机的机械效率是多少？

如图所示，工人用400N拉力通过滑轮组使重600N的箱子以0.4m/s的速度从地面匀速上升到6m高的三楼上，不计绳重和一切摩擦．问：

(1)工人吊起箱子过程中做的有用功是多少？
(2)滑轮组的机械效率是多少？
(3)工人做功的功率为多少？

如图所示，小明探究滑轮组的机械效率，动滑轮重1N，用3N的拉力F通过该滑轮组匀速拉起重4N的物体，物体沿竖直方向上升0.2m．此过程中，额外功和机械效率分别是（    ）

A．0.2J 83.3%	B．0.2J 80%
C．0.4J 80%	D．0.4J 66.7%

如图所示，用力F沿竖直方向匀速拉一个动滑轮，使挂在下面重为G的物体缓缓上升，动滑轮的重力不可忽略．现改变物体的重力G，则动滑轮的机械效率η与物体重力G的关系可能符合下列图中的

为了将重为600N的物体运送到6m高的楼顶上，甲工人利用图甲的滑轮组施加300N拉力在30s的时间内完成任务，此过程中绳子自由端移动的距离为_    _m，拉力的功率为_    _W；乙工人搭建了图乙所示的斜面，斜面长12m、高6m，乙工人沿斜面方向施加400N的拉力匀速将重物也成功运送到楼顶，该过程中斜面的机械效率为_    _，物体所受斜面的摩擦力为_    _N.

如图所示，用动滑轮匀速提升重为G的物体，不计绳重和摩擦，则下列图像中能反应动滑轮的机械效率η与物重G的关系的是（    ）

如图所示，工人用滑轮或滑轮组提升 重物，每只滑轮质量均相同，若把同一货物匀速提升相同的高度（不计绳子和滑轮间的摩擦），下列说法正确的是

A．使用C滑轮组与使用D滑轮组一样省力

B．使用D滑轮组最省力

C．其中机械效率最高的是使用C滑轮组

D．其中机械效率最高的是使用B滑轮

【改编】小明同学要探究“斜面的机械效率跟倾斜程度的关系”实验中，他需保证斜面的_________相同，改变其       。现有一块长木板、一个弹簧测力计、几个木块，一把刻度尺，请你帮他完成实验设计。