粤沪版物理九年级上册课课练：11.3　如图何提高机械效率　第3课时　综合应用（含答案）

[11.3　如图何提高机械效率　第3课时　综合应用]
一、选择题
1.[2020·广州] 如图所示,小明分别使用甲、乙、丙、丁四种机械匀速提升物体(绳长不变),测得拉力和物体M、N所受的重力如图下表所示,则 (　　)
F甲 F乙 F丙 F丁 GM GN
5.5 N 12 N 5.5 N 8 N 5 N 10 N
A.甲的机械效率比丙的大
B.乙、丁的机械效率相同
C.使用丙提升物体M时省力
D.根据实验测得的数据无法算出机械效率
2.某实验小组分别用如图所示的甲、乙两个滑轮组(每个滑轮等重),在相同时间内把重物G提升相同高度,F1和F2大小相等,不计绳重及摩擦,下列说法中正确的是 (　　)
A.力F1和F2做功的功率相同
B.力F1和F2做的总功相同
C.乙滑轮组更省力,两个滑轮组机械效率一样大
D.甲滑轮组的机械效率比乙滑轮组大
3.[2019·广州] 如图所示,把重为G的物体甲从A点竖直向上匀速拉至B点,此过程中绳的拉力对甲做的功为WAB;用平行于斜面的拉力把重为G的物体乙沿斜面从C点匀速拉至与B等高的D点,在此过程中绳的拉力对乙做的功为WCD,斜面的机械效率为 (　　)
A.×100% B.×100%
C.×100% D.×100%
4.如图所示,在大小为150 N的拉力F作用下,物体A在水平桌面上以0.2 m/s的速度向右匀速运动了2 m,已知A的重力为2000 N,桌面对A的摩擦力为360 N,则下列说法中正确的是 (　　)
A.有用功为4000 J
B.拉力做的功为90 J
C.滑轮组的机械效率为80%
D.拉力做功的功率为30 W
二、填空题
5.小明用如图所示的动滑轮提起重140 N的水桶,动滑轮重20 N,不计绳重和摩擦,小明拉绳子的动力为　　　　N;如图果向水桶内再加入40 N的水,提起时动滑轮的机械效率
　　　　(选填“变大”“变小”或“不变”)。
6.[2019·丹东] 斜面长1 m、高0.4 m,用大小为10 N、沿斜面向上的拉力F,将重为20 N的铁块匀速拉到斜面顶端,此过程中斜面的机械效率为　　　　,铁块受到的摩擦力为　　　　
N。
三、实验探究题
7.[2020·朝阳] 在“测量滑轮组的机械效率”的实验中,实验小组用如图所示的装置进行了实验,实验数据记录如图下表所示,第3次实验时的拉力如图图所示。
实验 次数 钩码所受 的重力 G/N 钩码上升 的高度 h/cm 拉力F/N 绳自由端 移动的距 离s/cm 机械 效率η
1 2 10 0.8 30 83.3%
2 4 10 1.5 30 ②
3 6 10 ① 30 *
(1)实验中应　　　　　　　　拉动弹簧测力计使钩码上升。
(2)表格中编号①的数据应为　　　　;编号②的数据应为　　　　。
(3)分析比较实验数据,可得出的结论是:使用同样的滑轮组,　。
(4)如图果在第1次实验时,忽略绳重和摩擦,可以计算出动滑轮的重力为　　　　N。
8.用如图所示的实验装置测杠杆的机械效率。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。实验中,将杠杆拉至图中虚线位置,弹簧测力计的示数F为　　　N,钩码总重G为1.0 N,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,则杠杆的机械效率为　　　　。请写出使用该杠杆做额外功的一个原因:　 　。
9.小华同学对“斜面的机械效率跟什么因素有关”这一课题提出了一些值得探究的猜想:
A.跟斜面的倾斜程度有关;
B.跟斜面的粗糙程度有关;
C.跟物体的重力有关。
他为了证实自己的猜想是否正确,设计了如图所示的装置,并将实验数据记录在表格中(小华拉着物体在斜面上每次都做匀速直线运动)。
实验 序号 斜面 倾角 斜面 材料 物重 G/N 斜面 高度 h/m 沿斜 面拉 力F/N 斜面 长度 s/m 有用功 W有用/J 总功 W总/J 机械 效率η
1 30° 玻璃 7 0.5 4.9 1 3.5 4.9 71.4%
2 30° 木板 7 0.5 6.0 1 3.5
3 30° 毛巾 7 0.5 6.5 1 3.5 6.5 53.8%
4 20° 木板 7 0.34 4.9 1 2.38 4.9 48.6%
5 15° 毛巾 7 0.26 5.1 1 1.82 5.1 35.7%
(1)在第2次实验中,拉力做的总功是　　　　J,斜面的机械效率是　　　　。
(2)通过对比第1、2、3次实验数据,可验证猜想　　　　(填字母)。
(3)通过对比第2、4或第3、5次实验数据,可以得出探究结论:当斜面的粗糙程度一定时,斜面的倾斜程度越大,斜面的机械效率越　　　　。
(4)若要验证猜想C,应控制斜面的倾斜程度和　　　　　　　　　　　不变。
(5)实验还发现,斜面材料相同时,斜面的倾角越小,越　　　　(选填“省力”或“费力”)。
四、计算题
10.[2020·遂宁] 小雨同学家装修新房,看到工人师傅使用如图所示的一种自制的简易起重装置向楼上吊装笨重的装修材料,感觉该装置简单易制、方便快捷,大大减少了工人搬运材料的劳动强度。小雨观察到电动机的输出功率为800 W,将两袋水泥(每袋质量为50 kg)匀速提升到10 m高的4楼需要用时15 s。假设电动机的输出功率恒定不变。求:(g取10 N/kg)
(1)此次吊装过程中绳子自由端移动的速度。
(2)电动机对绳子的拉力。
(3)该滑轮组的机械效率。
答案
1.A　 设承担物重的绳子股数为n,则拉力端移动的距离s=nh,拉力做的有用功W有用=Gh,拉力做的总功W总=Fs=F×nh=nFh,机械效率η=×100%=×100%=×100%=×100%。图甲中,使用的是定滑轮,n甲=1,机械效率:η甲=×100%=×100%≈90.9%;图乙中,使用的是定滑轮,n乙=1,机械效率:η乙=×100%=×100%≈83.3%;图丙中,使用的是动滑轮,n丙=2,机械效率:η丙=×100%=×100%≈45.5%;图丁中,使用的是滑轮组,n丁=2,机械效率:η丁=×100%=×100%=62.5%。
由上面的计算可知,η甲≈90.9%,η丙≈45.5%,所以甲的机械效率比丙的大,故A正确;η乙≈83.3%,η丁=62.5%,所以乙的机械效率比丁的大,故B错误;使用丙提升物体M时,GM=5 N,F丙=5.5 N,F丙>GM,是费力的,故C错误;利用实验测得的数据可以算出机械效率,故D错误。
2.D　 由图可知,甲滑轮组中承担动滑轮重和物重的绳子股数n1=3,乙滑轮组中承担动滑轮重和物重的绳子股数n2=4。若重物上升高度为h,则两滑轮组中绳端移动的距离分别为s甲=3h,s乙=4h;甲滑轮组中拉力做的总功为W甲总=3F1h,乙滑轮组中拉力做的总功为W乙总=4F2h,已知F1=F2,所以W甲总η乙,故D正确。
3.A　 本题考查机械效率的计算。根据题意可知,将重物甲提升高度H做的有用功为W有用=G×HAB=WAB,总功为W总=F×sCD=WCD,机械效率为η=×100%=×100%。
4.C
5.80　变大　 由图可知,该滑轮为动滑轮,有两股绳子拉着动滑轮和水桶,不计绳重和摩擦,则拉绳子的动力:F=(G+G动)=×(140 N+20 N)=80 N;使用同一滑轮组,在提升高度相同时,增加水的重力,所做的额外功基本不变,增大了有用功,所以有用功在总功中所占的比例变大,机械效率变大。
6.80%　2　 (1)拉力做的有用功:W有用=Gh=20 N×0.4 m=8 J;
拉力做的总功:W总=Fs=10 N×1 m=10 J,
斜面的机械效率:
η=×100%=×100%=80%。
(2)因为W总=W有用+W额外,
所以额外功:W额外=W总-W有用=10 J-8 J=2 J,
由W额外=fs得摩擦力:
f===2 N。
7.(1)竖直向上匀速　(2)2.2　88.9%
(3)提升的物体越重,滑轮组的机械效率越高　(4)0.4
(1)实验中应竖直向上匀速拉动弹簧测力计使钩码上升,此时系统处于平衡状态,测力计示数大小才等于拉力大小。
(2)由图知,弹簧测力计的分度值为0.2 N,拉力为2.2 N;第2次实验的机械效率:η=×100%=×100%=×100%≈88.9%。
(3)实验选用的同一滑轮组,动滑轮的重力不变,由表中实验数据分析可知,同一滑轮组提升的物体越重,滑轮组的机械效率越高。
(4)根据表中数据,第1次实验做的总功:
W总1=F1s1=0.8 N×0.3 m=0.24 J,
做的有用功:
W有用1=G1h=2 N×0.1 m=0.2 J,
做的额外功:
W额外1=W总1-W有用1=0.24 J-0.2 J=0.04 J,
因忽略绳重和摩擦,故所做额外功是克服动滑轮重力所做的功,则动滑轮的重力:
G动===0.4 N。
8.0.5　66.7%　克服杠杆重力做功
由图可知,弹簧测力计的分度值是0.1 N,所以它的示数是0.5 N。在实验过程中,有用功:W有用=Gh=1 N×0.1 m=0.1 J,总功:W总=Fs=0.5 N×0.3 m=0.15 J,所以杠杆的机械效率:η=×100%=×100%≈66.7%。
9.(1)6.0　58.3%　
(2)B　(3)高
(4)斜面的粗糙程度　
(5)省力
(1)第2次实验中,拉力做的总功:W总=Fs=6.0 N×1 m=6.0 J,机械效率:η=×100%=×100%≈58.3%。(2)第1、2、3次实验中,斜面的倾斜程度、物重、斜面高度、斜面长度均相同,只有斜面的粗糙程度不同,机械效率不同,故可验证猜想B。(3)比较第2、4或第3、5次实验数据可得出结论:当斜面的粗糙程度一定时,斜面的倾斜程度越大,斜面的机械效率越高。(4)研究斜面的机械效率与物体重力的关系时,应控制斜面的倾斜程度和粗糙程度不变,改变物体的重力。(5)比较第3、5或第2、4次实验数据可得:斜面材料相同时,斜面的倾角越小,越省力。
10.(1)物体上升的速度:v=== m/s,
由图可知,承重绳子股数为3,则此次吊装过程中绳子自由端移动的速度:
v绳=3v=3× m/s=2 m/s。
(2)由P=可得,电动机做的功:
W总=Pt=800 W×15 s=1.2×104 J,
由W总=Fs可得,电动机对绳子的拉力:
F===400 N。
(3)有用功:
W有用=Gh=2×50 kg×10 N/kg×10 m=1×104 J。
该滑轮组的机械效率:
η=×100%=×100%≈83.3%。