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机械效率实验分析

图1(1)根据表格中的数据,在图甲种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.图2[点拨]“影响滑轮组机械效率的因素”是滑轮组机械效率的实验探究题的常见考点,本题涉及的都是基本实验方法的考查.具体点拨如下:(1)要确定滑轮组的绕绳方法,首先应根据物体上升的高度h与绳端移动的距离s的关系n=s/h,确定与动滑轮相连的绳子的股数从而确定绕绳方法.(2)探究滑轮组的机械效率时,要沿竖直方向匀速向上拉动弹簧测力计,这样能使物体处于匀速上升平衡状态,此时弹簧测力计示数为绳端所受的拉力;(3)根据图乙的测力计指针位置和测力计的分度值确定读数,可得到绳端的拉力.

根据滑轮组机械效率η=W有W总×100%=GhFs×100%公式,可求出此时滑轮组的机械效率η为74.1%.(4)①随着物重的增大时,摩擦力也相应变大,克服摩擦力所做的功为额外功,所以额外功将变大.②分析表中的第1、2、3次实验数据可知,动滑轮重一定,钩码重依次为1N、2N、4N,则滑轮组的机械效率依次为55.6%、66.7%、74.1%,这说明在使用同一滑轮组提升重物时,钩码越重,机械效率越高;可得:要提高同一滑轮组机械效率,可以采取增大所提重物的质量的措施.图2[答案](1)如图2所示(2)匀速上升(3)1.874.1(4)①变大克服摩擦做功更多②增加提起的物重或减轻动滑轮重例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)实验中,将杠杆拉至图中虚线位置,测力计的示数F为N,钩码总重G为1.0N,钩码上升高度h为0.1m,测力计移动距离s为0.3m,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:.(2)为了进一步研究杠杆的机械效率与哪些因素有关,一位同学用该实验装置,先后将钩码挂在A、B两点,测量并计算得到下表所示的两组数据:根据表中数据,能否得出“杠杆的机械效率与所挂钩码的重有关,钩码越重其效率越高”的结论?答:;请简要说明两条理由:①;②.[点拨](1)前两问是常考题,属于较易题.相信同学们对这类问题能很好掌握了.对于第三问,我们可以从杠杆本身的自重和摩擦这两因素去思考,问题不难解决.(2)在探究杠杆的机械效率是否与钩码悬挂点的位置和钩码的总重有关时,应采用控制变量法.

如在探究杠杆的机械效率是否与所挂钩码的总重有关时,应保持钩码悬挂点的位置、钩码升高的高度等因素不变;此外,应多次(至少三次)改变钩码的总重,测出多组数据,通过比较、分析才能得出结论.本题中仅有两组数据,且未控制变量,故不具有可比性,因此,不能得出结论.[答案](1)0.566.7使用杠杆时需要克服杠杆自重、摩擦力等做功(2)不能①两次实验时钩码没有挂在同一位置②仅根据一次对比实验所得的结论不可靠[点评]对实验结论进行评估时,应从下列方面进行考虑:实验方法是否科学,实验步骤是否合理,实验图4结论是否具有普遍性.[变式](2016杭州)小金用如图4所示的实验装置测量杠杆的机械效率.实验时竖直向上拉动杠杆,使挂在杠杆下面的钩码缓缓上升(支点和杠杆的摩擦不计).问:(1)重为5N的钩码挂在A点时,人的拉力F为4N,钩码上升0.3m时,动力作用点C上升0.5m,此时机械效率η1为.(2)小金为了进一步研究杠杆的机械效率与哪些因素有关,仍用该实验装置,将钩码移到B点,再次缓慢提升杠杆使动力作用点C仍然上升0.5m.问:人的拉力F与第一次相比___(选填“变大”“变小”或“不变”).比较此时的机械效率η2与η1的大小并用学过的知识给以推导.[答案](1)75%(2)变小此时的机械效率η2<η1推导过程如下:杠杆的机械效率可表示为:η=W有用W有用+W额=11+W额W有用杠杆升高的高度不变,所以克服杠杆自重所做的额外功不变(即W额=G杠杆h杠杆不变);由于悬挂点B更接近支点,所以钩码提升的高度减小,根据W有用=Gh可知,有用功减小;从上面η的表达式可知:W有用减小、W额不变,所以W额/W有用变大,分母变大,η就减小;即η2<η1.

作者:蔡雪华

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