物理北师大版八年级下册 第9章 六、测滑轮组的机械效率 习题（word版带解析）

第9章 六、测滑轮组的机械效率
一、单选题
1.???不考虑摩擦及绳重，提升同一重物时，将动滑轮改为定滑轮使用，滑轮的机械效率将（　　）
A.?减小?????????????????????????
B.?不变?????????????????????????
C.?增大?????????????????????????
D.?无法判断
2.???如图所示，重12N的物体G在竖直向上大小为8N的拉力F的作用下上升了0.2m，绳子自由端拉动的速度是0.1m/s.这一过程中，能得到的结论是（　　）
A.?力F做功的时间为2s????????????????????????????????????????
B.?该动滑轮的机械效率为80%????????????????????????????????????????
C.?克服动滑轮重所做的额外功一定小于0.8J????????????????????????????????????????
D.?拉力F做功的功率为0.4W
3.???生产工具的发展促进着社会的进步，简单机械是我们生活中最常见的工具，下列关于简单机械的说法正确的是（　　）
A.?随着科技的进步，机械的效率可以达到100%
B.?使用滑轮组提升物体既可以省力又可以改变力的方向
C.?通过改进可以制造出既省力又省距离的杠杆
D.?阿基米德说给他一根足够长的杆，他可以撬动整个地球，这在现实中是可以做到的
4.???用图所示滑轮将货物匀速提升，若仅要求把货物提升的高度增加，则下列物理量保持不变的是（　　）
A.?有用功?????????????????????????
B.?总功?????????????????????????
C.?额外功?????????????????????????
D.?有用功与总功的比值
5.???如图，力F1将物体A匀速提升了s，若改用滑轮组把A匀速提升相同高度s，拉力为F2，此过程滑轮组（　　）
A.?总功为F2s????????????????????????????????????????
B.?F2做功的功率比F1做功的功率大????????????????????????????????????????
C.?机械效率η=????????????????????????????????????????
D.?两个过程物体A都匀速运动，机械能不变
6.???小军用动滑轮将质量为40kg的货物匀速提高了5m，他用250N的拉力拉了10s，下列说法正确的是（　　）
A.?有用功为200J?????????????????????????
B.?额外功为500J?????????????????????????
C.?动滑轮的机械效率为75%?????????????????????????
D.?小军的功率为200W
7.???用某滑轮组匀速提升重物，改进后提高了机械效率，若用它把同一物体匀速提到同样的高度，改进后与改进前相比较，下列说法中错误的是（　　）
A.?做的总功减少了?????????????????????????
B.?做的额外功减少了?????????????????????????
C.?做的有用功增加了?????????????????????????
D.?做的有用功跟总功的比值增大了
二、填空题
1.???小亮同学用滑轮组提升物体，绳子自由端竖直移动的距离、物体上升的高度分别随时间变化的关系如图所示。已知物体的质量为900g，动滑轮的质最为100g，绳子自由端的拉力F为3.6N，则在0～2s的过程中，拉力F的功率为______W，滑轮组的机械效率为______。
2.???某小组在“测滑轮组机械效率的实验”中小组同学发现实验过程中边拉动边读数，弹簧测力计示数不稳定，应该静止读数，你认为他的想法是______（填“正确”或“错误”）的，因为她没有考虑到______对滑轮组机械效率的影响。
3.???如图所示，用100N的水平拉力拉一个重400N的物体A，恰好使物体A沿水平地面向右做匀速直线运动，若A所受地面摩擦力为160N，假如在5s时间内，物体水平移动1m，不计绳和滑轮的自重，则在此过程中，拉力F做功为______，功率为______，该装置的机械效率为______.
4.???定滑轮的实质是______杠杆，使用定滑轮的优点______。某工人站在地面上，用定滑轮将27kg的物品吊运到10m高处，若匀速吊运时的实际拉力是300N，则工人所做的功为______J．该滑轮的机械效率是______%。
5.???用动滑轮水平匀速拉动物体沿水平面运动，物体运动的s-t图象如图所示。已知物体重50N，在0-6s内，弹簧测力计示数为8.4N，作用在绳子末端的拉力F为5N，此时动滑轮的效率是______，与之前相比，6-12s内该动滑轮的机械效率______（选填“增大”、“减小”或“不变”）。
6.???利用一个动滑轮以0.2m/s的速度将重力为10N的物体提升0.1m，拉力F为6N，拉力的功率是______，动滑轮的机械效率是______。
三、实验探究题
1.???物理兴趣小组的同学们测量滑轮组的机械效率，实验过程如下：
请根据实验过程和实验记录，思考并回答：
（1）实验过程中应该用弹簧测力计竖直向上______拉动绳子自由端；
（2）在第一次实验中，粗心的小冬同学忘记在表格中填写绳端移动的距离s及总功，
请你帮他计算出第一次实验的总功是______J；
（3）根据表中数据，可计算得出第二次实验的机械效率为______；
（4）根据表中数据，分析得出所用动滑轮的重为______N；（绳重和摩擦忽略不计）
（5）分析三次实验中的数据，可以发现用同一个滑轮组提升重物，提升的物体越重，滑轮组的机械效率______。（选填“越高”、“越低”或“不变”）
实验次数
物体重力
G/N
提升高度h/m
有用功W有/J
拉力F/N
绳端移动距离s/m
总功W总/J
机械效率η
1
6
0.3
1.8
3
66.7%
2
9
0.3
2.7
4
0.9
3.6
3
12
0.3
3.6
5
0.9
4.5
80%
四、计算题
1???如图，质量为60kg的工人用滑轮组提升重物，每个滑轮的重力均为100N，用滑轮组让重力为250N的物体匀速上升2m。
（1）工人做的有用功为多少？
（2）若不计绳重和摩擦，此时滑轮组的机械效率是多少？
（3）实际使用中绳子能够承受的最大拉力为400N，重物提升过程中绳子重和摩擦对应的额外功始终占总功的10%，求滑轮组的最大机械效率。
五、综合题
1.???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。
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如表中。
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η
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次实验是利用了图______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的拉力匀速拉起，滑轮组的机械效率为______。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，测的机械效率会______。（选填“不变”、“偏大”、“偏小”）
⑥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______的方法提高斜面的机械效率。
⑦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______。
第9章 六、测滑轮组的机械效率
【答案】
1.??C???????2.??C???????3.??B???????4.??D???????
5.??C???????6.??B???????7.??C???????
【解析】
1.??
解：
在不计绳重和摩擦时，用动滑轮提升物体时，要克服滑轮的重做额外功，而用定滑轮时不需要克服滑轮的重做额外功，则定滑轮的机械效率等于100%，所以将动滑轮改为定滑轮使用，滑轮的机械效率将增大。
故选：C。
使用机械时，人们为完成某项任务必须做的功叫有用功，对完成任务没有用但不得不做的功叫额外功；有用功与额外功之和叫总功，有用功与总功之比为机械效率。
本题考查定滑轮和动滑轮特点和机械效率的理解，关键是能分析出利用动滑轮提升物体要克服动滑轮重做额外功。
2.??
解：动滑轮绳子的有效股数n=2。
A．绳端移动的距离s=nh=2×0.2m=0.4m，由v=s/t可得，力F做功的时间t=4s，故A错误；
B．拉力做的总功W总=Fs=8N×0.4m=3.2J，拉力做的有用功W有=Gh=12N×0.2m=2.4J，则动滑轮的机械效率η=75%，故B错误；
C．额外功W额=W总-W有=3.2J-2.4J=0.8J，因实际上需要克服摩擦和绳重做一部分额外功，所以克服动滑轮重所做的额外功一定小于0.8J，故C正确；
D．拉力F做功的功率P=0.8W，故D错误；
故选：C。
（1）动滑轮绳子的有效股数为2，根据s=nh求出绳端移动的距离，利用v=s/t求出力F做功的时间；
（2）根据W=Fs求出拉力做的总功，利用W=Gh求出拉力做的有用功，再求出动滑轮的机械效率；
（3）拉力做的总功减去有用功即为额外功，额外功等于克服动滑轮和绳子重力所做的功以及克服摩擦所做的功之和；
（4）根据P=W/t求出拉力F做功的功率。
本题考查了速度公式和做功公式、机械效率公式、功率公式的应用，明确有用功和总功以及额外功之间的关系是关键。
3.??
解：
A、有用功和额外功的和称为总功，有用功是总功的一部分，故机械效率总是小于100%的，故A错误；
B、使用滑轮组既可以省力又可以改变力的方向，故B正确；
C、既省力又省距离就是省功，根据功的原理可知，任何机械都不省功，故C错误；
D、阿基米德说给他一根足够长的杆，他可以撬动整个地球，这在现实中时不可以做到的，因为没有足够长的杠杆，故D错误。
故选：B。
（1）机械效率是指有用功和总功的比值；有用功和额外功的和称为总功，有用功是总功的一部分，故机械效率总是小于100%的；
（2）将定滑轮和动滑轮组合使用，组成滑轮组，既能省力、又能改变用力方向；
（3）根据功的原理省功的机械是不存在；
（4）阿基米德说给他一根足够长的杆，他可以撬动整个地球，这在现实中时不可以做到的，因为没有足够长的杠杆。
本题涉及到的简单机械的内容比较多，平日注意相关知识的积累，难度还是不大的。
4.??
解：ABC、设物体提升的高度为h，做的有用功：W有用=Gh；
绳子自由端移动的距离s=h，做的总功：
W总=Fs=Fh，
做的额外功：
W额外=W总-W有用=Fh-Gh=（F-G）h，
若仅要求把货物提升的高度增加，故做的有用功和总功及额外功都变大；
D、有用功与总功的比值，η=W有/W总，故有用功与总功的比值不变。
只有D符合题意。
故选：D。
ABC、设物体提升的高度为h，得出做的有用功表达式；
绳子自由端移动的距离s=h，得出做的总功表达式，从而得出做的额外功的表达式，根据已知条件分析有用功、总功和额外功的变化；
D、η=W有/W总分析有用功与总功的比值的变化。
本题考查功的公式和机械效率公式的运用，要掌握。
5.??
解：
A、由图知，n=3，则拉力端移动的距离s′=3s，拉力做的总功：W总=F2s′=F2×3s=3F2s，故A错误；
B、由题知，F2做功多，但不知将物体提升相同高度的时间关系，根据P=W/t知无法确定两个做功的功率大小，故B错误；
C、使用滑轮组做的有用功（直接对物体做的功）：W有用=F1s；
则滑轮组的机械效率：
η=W有/W总=F1/3F2，故C正确。
D、两个过程物体A均匀速运动，速度不变，质量不变，动能不变，高度增加，重力势能增加，其机械能增加，故D错误。
故选：C。
（1）由图知，n=3，拉力端移动距离等于物体升高高度的3倍，利用W=Fs求使用滑轮组时拉力做的总功；
（2）将物体匀速提升相同高度，但不知时间，由公式P=W/t分析两个力的功率；
（3）滑轮组的机械效率等于有用功与总功之比；
（4）动能与质量和速度有关，重力势能与质量和高度有关，动能与势能统称为机械能。
本题考查了功率和机械效率公式的应用、物体升高的高度与绳子运动距离的关系、机械能的认识和理解，正确认识有用功和总功是解题的关键。
6.??
解：
A、物体的重力G=mg=40kg×10N/kg=400N；
克服物体重力做的功为有用功，所以W有=Gh=400N×5m=2000J，故A错；
B、使用动滑轮时，通过动滑轮绳子段数n=2，则s=2h，
小军拉力做的功为总功，所以W总=Fs=F×2h=250N×2×5m=2500J，
额外功：W额=W总-W有用=2500J-2000J=500J，故B正确；
C、动滑轮的机械效率：η=80%，故C错；
D、小军的功率P=250W，故D错。
故选：B。
由W有=Gh计算有用功；由W总=Fs计算总功，从而得到额外功；由η=W有/W总计算机械效率；由P=W/t计算功率。
本题考查了有用功、额外功、总功、机械效率、功率的计算，灵活运用公式是解题的关键。
7.??
解：
由题知，把同一物体匀速提到同样的高度，利用滑轮组做的有用功W有用相同，故C错；
因为滑轮组的机械效率η=W有/W总，机械效率η增大，
所以利用滑轮组做的总功W总减小，故A正确；
因为W总=W有用+W额，W总减小，W有不变，
所以使用滑轮组做的额外功W额减小，故B正确；
机械效率等于有用功与总功之比，η增大了，所以做的有用功跟总功的比值就增大，故D正确。
故选：C。
知道利用滑轮组把同一物体匀速提到同样的高度，根据W=Gh得出有用功相同；但机械效率提高了，根据效率公式知道总功减小，而总功等于有用功加上额外功，也就知道额外功减小了，据此判断。
本题考查了学生对有用功、额外功、总功、机械效率的概念和之间关系的了解与掌握，属于基础题目。
【填空题答案】
??0.36? 62.5%???????
2.??错误? 摩擦力???????
3.??200J? 40W? 80%???????
4.??等臂? 改变力的方向? 3000? 90???????
5.??84%? 不变???????
6.??2.4W? 83.3%???
【解析】
1.??
解：由图知，在0～2s的过程中，物体上升高度为5cm时绳子自由端移动的距离为20cm，
拉力的功率为：
P=0.36W；
（2）滑轮组的机械效率为：
η=62.5%。
故答案为：0.36；62.5%。
本题考查了使用滑轮组时有用功、总功、机械效率的计算，分析题图得出相关信息是关键。
2.??
解：在弹簧测力计静止时读出了数据，由于不会克服轮与轴、绳与轮之间的摩擦，所以测力计示数偏小，他的想法是错误的。
故答案为：错误；摩擦力。
在测力计静止时，不会克服轮与轴、绳与轮之间的摩擦。
本题测滑轮组机械效率，考查注意事项，常见题目。
3.??
解：
（1）由图可知，该滑轮为动滑轮，绳子的有效股数n=2，则绳端移动的距离：s绳=ns物=2×1m=2m，拉力F做的功W总=Fs绳=100N×2m=200J；
（2）拉力F做功的功率P=40W；
（3）所受地面的摩擦力约为160N，则有用功W有=fs物=160N×1m=160J，该装置的机械效率η=80%。
故答案为：200J；40W；80%。
本题考查了功的计算公式、功率公式、机械效率公式的应用，明确有用功和总功是关键。
4.??
解：定滑轮的动力臂和阻力臂都等于滑轮的半径，所以定滑轮实际上是等臂杠杆，因此使用定滑轮不能省力，但可以改变力的方向。
物体重力：G=mg=27kg×10N/kg=270N，
定滑轮的实质是个等臂杠杆，使用定滑轮的目的是可以改变施力方向，但不能省力。
所以若不计绳重和摩擦，匀速吊运所需的拉力是F′=G=270N；
若匀速吊运时的实际拉力是300N，
W总=Fs=300N×10m=3000J，
W有用=Gh=270N×10m=2700J，
η=90%
故答案为：等臂；改变力的方向；3000；90。
（1）知道定滑轮实质上是个等臂杠杆，所以定滑轮不能省力，但能改变动力的方向。
（2）利用G=mg求重力，利用W总=Fs求总功，再利用W有用=Gh求有用功，即可求机械效率。
本题考查定滑轮的使用特点，要熟练掌握重力、有用功、总功和机械效率的公式，只有公式熟练了解题的准确度就高了。
5.??
解：
（1）由物体的s-t图象可知在0～6s内物体移动的距离s物=3m，
因为使用动滑轮时，n=2，拉力端移动的距离s=2s物=2×3m=6m，
拉力做的总功：
W总=Fs=5N×6m=30J；
因为物体匀速运动，物体受到摩擦力的大小等于拉力（弹簧测力计的示数）大小，
则物体受到的摩擦力：
f=F拉=8.4N，
拉力做的有用功：
W有用=fs物=8.4N×3m=25.2J；
动滑轮的效率：
η=84%；
（2）由物体的s-t图象可知在6-12s内物体移动的距离s物2=1m，则物体水平移动的速度减小；动滑轮的机械效率与物体水平移动的速度无关，因此如果物体水平移动的速度变小，动滑轮的机械效率不变。
故答案为：84%；不变。
（1）由物体的s-t图象可知在0～6s内物体移动的距离；由于使用动滑轮时，n=2，拉力端移动的距离等于物体移动距离的2倍，利用W=Fs求拉力做的总功；
由于物体匀速运动，物体受到摩擦力的大小等于拉力（弹簧测力计的示数）大小，可求物体受到的摩擦力，利用W=Fs求拉力做的有用功；
动滑轮的效率等于有用功与总功之比。
本题考查了水平使用动滑轮时有用功、总功、机械效率的计算，要知道水平使用动滑轮时克服物体受到的摩擦力做的功为有用功是关键。
6.??
解：
（1）使用动滑轮时，n=2，拉力端移动的距离：
s=2h=2×0.1m=0.2m，
拉力做的总功：
W总=Fs=6N×0.2m=1.2J，
做功时间t=0.5s，
拉力F做功的功率：
P=2.4W；
（2）所做的有用功：
W有用=Gh=10N×0.1m=1J，
动滑轮的机械效率：
η≈83.3%。
故答案为：2.4W；83.3%。
（1）使用动滑轮时，n=2，拉力端移动的距离s=2h，利用W=Fs求拉力做的总功；利用速度公式求做功时间，再求拉力做功功率；
（2）利用W=Gh求所做的有用功，动滑轮的机械效率等于有用功与总功之比。
本题考查了使用动滑轮时有用功、总功、功率和机械效率的计算，明确有用功、总功的含义是关键。
【探究题计算题综合题答案】
1.??匀速? 2.7? 75%? 3? 越高???????
1.??解：（1）工人做的有用功：
W有=Gh=250N×2m=500J；
（2）不计绳重和摩擦，克服动滑轮重力和物体重力做的功为总功，
则W总=（G+G动）h=（250N+100N）×2m=700J，
滑轮组的机械效率：
η≈71.43%；
（3）当以绳子能够承受的最大拉力提升物体时，滑轮组的机械效率最大，
由图可知，n=2，则绳端移动的距离s=nh=2h，
拉力做的总功：W总′=Fs=F×2h=2Fh，
克服动滑轮重力做的额外功：W额1=G动h，
因重物提升过程中绳子重和摩擦做的额外功始终占总功的10%，
所以，重物提升过程中克服绳子重和摩擦做的额外功：
W额2=10%W总=10%×2Fh=0.2Fh，
滑轮组做的有用功：
W有′=W总′-W额1-W额2=2Fh-G动h-0.2Fh=1.8Fh-G动h，
则滑轮组的最大机械效率：
η=77.5%。
答：（1）工人做的有用功为500J；
（2）若不计绳重和摩擦，此时滑轮组的机械效率是71.43%；
（3）实际使用中绳子能够承受的最大拉力为400N，重物提升过程中绳子重和摩擦对应的额外功始终占总功的10%，则滑轮组的最大机械效率为77.5%。???????
1.??越重? 动滑轮的重力? 2、3? 乙? 第5次试验绳端移动的距离与物块提升的高度一致? 80%? 不变? 减小接触面粗糙程度? 都不省功???????
【解析】
1.??
解：
（1）实验中要竖直向上匀速拉动弹簧测力计，弹簧测力计示数不变，便于读数；
（2）由图知，绳子的段数为n=3，
所以第一次实验时绳子移动的距离为s1=3h1=3×0.3m=0.9m，
第一次实验的总功为：
W总1=F1s1=3N×0.9m=2.7J；
（3）根据表中数据，可计算得出第二次实验的机械效率为：
η2=75%；
（4）不计绳重和摩擦，绳子自由端的拉力：F=（G动+G）/3，
结合第一次实验的数据可得，所用动滑轮的重：G动=3F-G=3×3N-6N=3N；
（5）纵向分析三次实验中的数据，可以发现用同一个滑轮组提升重物，物重越大，滑轮组的机械效率越大。
故答案为：（1）匀速；（2）2.7；（3）75%；（4）3；（5）越高。
（1）实验过程中要匀速直线拉动弹簧测力计，弹簧测力计示数不变，便于读数；
（2）根据图判断出绳子的段数，进而算出第一次实验时绳子移动的距离，根据W=Fs算出第一次实验的总功；
（3）根据表中数据，算得出第二次实验的机械效率；
（4）不计绳重和摩擦，绳子自由端的力：F=（G动+G）/3，据此求出G动；
（5）纵向分析三次实验中的数据得出结论。
本题测量滑轮组的机械效率，考查s=nh、η及作用绳子自由端的力计算和影响机械效率。
2.??
（1）知道物体的重力和提升的高度，根据W=Gh求出工人做的有用功；
（2）若不计绳重和摩擦，克服自身重力和动滑轮重力做的功为总功，根据W=Gh求出总功，求出滑轮组的机械效率；
（3）当以绳子能够承受的最大拉力提升物体时，滑轮组的机械效率最大，拉力做的总功W总=Fs=2Fh；克服动滑轮重力做的额外功W额1=G动h，克服绳子重和摩擦做的额外功W额2=10%W总，滑轮组做的有用功W有=W总-W额1-W额2，利用效率公式求滑轮组的最大机械效率。
本题考查了使用滑轮组时有用功、总功、功率、机械效率的计算，难点在第三问，能求出两种额外功的大小是关键。
3.??
解：①比较1和2两次实验发现：在所用滑轮组相同，提升物体的重力越大，机械效率越高；
②比较3和4两次实验知，提升物体的重力相同，两滑轮的材质不同，而体积相同，根据G=mg=ρVg，两滑轮的重力不同，发现：滑轮组的机械效率还与动滑轮的重力有关；
③研究机械效率与提升钩码的高度的关系，要控制其它因素相同，只改变提升高度，故比较2、3两次实验发现：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次试验绳端移动的距离与物块提升的高度一致，说明使用的是定滑轮，即图乙。
⑤利用图甲的装置，把重6N的物体用2.5N的拉力迅速拉起，图甲中有三段绳子拉着动滑轮，滑轮组的机械效率为：
η=80%；
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。
⑥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，可以采用减小接触面粗糙程度的方法减小摩擦，从而提高斜面的机械效率。
⑦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；可见使用任何机械不省功。
故答案为：①越重；②动滑轮的重力；③2、3； ④乙；第5次试验绳端移动的距离与物块提升的高度一致；⑤80%；不变；⑥减小接触面粗糙程度；⑦都不省功。
①比较1和2两次实验找出相同的量和不同的量，分析得出机械效率与变化量的关系；
②根据G=mg=ρVg，比较3和4两次实验找出相同的量和不同的量，分析得出机械效率与变化量的关系；
③研究机械效率与提升钩码的高度的关系，要控制其它因素相同，只改变提升高度；
④第5次试验绳端移动的距离与物块提升的高度一致，说明使用的是定滑轮；
⑤求出滑轮组的机械效率；
⑥通过减小接触面粗糙程度的方法可减小摩擦；
⑦可见使用任何机械不省功。
本题考查控制变量法、数据分析、重力公式的运用、滑轮组的机械效率的求法和减小摩擦的方法及功的原理，综合性强。