题目内容

11.小红在“探究滑轮组的机械效率”的实验中,用如图甲所示的同一滑轮组进行两次实验,实验所记录的数据如表所示.
次数钩码重力/N钩码上升高度/m弹簧测力计示数/N弹簧测力计移动距离/m
110.20.50.6
240.21.50.6
(1)在图甲中画出实验时滑轮组的绕线方法.
(2)第2次实验时的有用功W有用=0.8J,总功W总=0.9J,机械效率η=88.9%(结果保留一位小数).
(3)从上述两次实验数据可得出,滑轮组的机械效率与所挂钩码重力的关系:同一滑轮组,提起的物体越重,滑轮组的机械效率越高.
(4)设每个滑轮的重力及摩擦情况相同,若改用如图乙中的滑轮组同样提起4N重的钩码,则机械效率变小(选填“不变”或“变大”或“变小”).

分析 (1)物体被提高的高度为h,绳子末端移动的距离为s,则s=nh,求出绳子段数n后,按“奇动偶定”的原则绕线.
(2)知道钩码重、钩码移动的距离、拉力、拉力移动的距离,求出有用功、总功、机械效率.
(3)求出两次实验的机械效率,比较同一滑轮组,滑轮组的机械效率跟提起物重的关系.
(4)提升相同的物体,所做的有用功相同,动滑轮重力越大,所做额外功越多,机械效率越低.

解答 解:(1)绳子自由端移动的距离为0.3m,钩码升高的距离为0.1m,则承担物重的绳子段数为:
n=$\frac{s}{h}$=$\frac{0.6m}{0.2m}$=3,
3为奇数,所以绳子起始端要系在动滑轮的挂钩上,然后往定滑轮的边框开始绕线,如右图所示:
.
(2)第2次实验:W有=Gh=4N×0.2m=0.8J
W总=Fs=1.5N×0.6m=0.9J.
机械效率:η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{总}}$×100%=$\frac{0.8J}{0.9J}$×100%≈88.9%,
(3)第1次实验的机械效率:η'=$\frac{{W}_{有}′}{{W}_{总}′}$×100%=$\frac{G′h}{F′s}$×100%=$\frac{1N×0.2m}{1.5N×0.6m}$×100%≈66.7%,
由分析可知,同一滑轮组,提起的物体越重,滑轮组的机械效率越高.
(4)图乙的动滑轮个数较多,所做额外功较多,将相同的物体提升相同的高度,有用功相同,所以有用功在总功中所占比例较大,可知机械效率较低.
故答案为:(1)如上图;(2)0.8;0.9;88.9%;(3)同一滑轮组,提起的物体越重,滑轮组的机械效率越高;(4)变小.

点评 (1)“n”表示承担物重的绳子股数,是与动滑轮相连的绳子的股数,包括连在动滑轮的挂钩(或边框)及从动滑轮引出的拉绳的自由端,如“n”是奇数,从动滑轮挂钩连起;如“n”是偶数,从定滑轮挂钩连起,简称“奇动偶定”.
(2)同一滑轮组机械效率不是固定不变的,提升物体越重,机械效率越大.

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