专项训练(四) 机械效率的测量及计算
(限时:35分钟)
一、实验探究题
1.[2018·泰安]图ZX4-1甲是某学习小组“测量滑轮组的机械效率”的示意图。用弹簧测力计竖直向上匀速拉动绳子自由端,将重为4.5 N的物体从A位置提升到A'位置,同时弹簧测力计从图中的B位置上升到B'位置。在这个过程中,弹簧测力计的示数如图乙所示。请你根据他们做的实验完成下列问题:
图ZX4-1
(1)物体提升的高度是 cm,拉力是 N,该滑轮组的机械效率η= 。
(2)若在图甲装置的基础上,增加一个动滑轮,改为图丙所示的装置,提升同一物体,则滑轮组的机械效率 (选填“变大”“变小”或“不变”)。
2.用如图ZX4-2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。
图ZX4-2
(1)实验中,弹簧测力计的示数F为 N,钩码总重G为1.0 N,钩码上升高度h为0.1 m,弹簧测力计上升高度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: 。
(2)林红同学用该实验装置,先后将钩码挂在A、B两点,测量并计算得到下表所示的数据。
次数
钩码悬挂点
钩码总重G/N
钩码移动距离h/m
拉力F/N
弹簧测力计移动距离s/m
机械效率η/%
1
A点
1.5
0.10
0.7
0.30
71.4
2
B点
2.0
0.15
1.2
0.30
83.3
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 。
5
二、计算题
3.如图ZX4-3所示,用沿斜面向上F=1.8 N的拉力,将一个质量m=0.45 kg的物体,从底端匀速拉到顶端,所用时间t=5 s。已知斜面长度s=1 m,斜面高度h=0.3 m。g取10 N/kg。求:
(1)该物体所受的重力。
(2)拉力F的功率。
(3)此斜面的机械效率。
图ZX4-3
4.一辆质量是1.5×103 kg的汽车不慎陷入泥泞地面,汽车司机用如图ZX4-4所示滑轮组将汽车拖出。已知整个过程中,水平拉力F是400 N,汽车沿水平方向匀速移动了2 m,滑轮组的机械效率为75%。求:
(1)拉力F做的总功。
(2)有用功的大小。
(3)汽车受到的阻力大小。
图ZX4-4
5.林红同学用如图ZX4-5所示的装置把重为1200 N的箱子从斜面底端匀速拉到顶端用时10 s,已知斜面长6 m、高2 m,此装置的机械效率为80%。求:(滑轮重、绳重、滑轮与绳之间的摩擦均不计)。
(1)拉力F做的功。
(2)拉力F做功的功率。
5
(3)拉力F的大小。
(4)箱子和斜面间的摩擦力。
图ZX4-5
6.用如图ZX4-6甲所示的滑轮组提升物体M,已知被提升的物体M重为760 N,卷扬机加在绳子自由端的拉力F,将物体M以0.5 m/s的速度匀速提升到5 m的高度。拉力做的功W随时间t的变化图像如图乙所示,不计绳重和滑轮与轴的摩擦。求:
(1)滑轮组提升重物所做的有用功W有。
(2)滑轮组提升重物的机械效率η。
(3)动滑轮的重力G动。
图ZX4-6
5
参考答案
1.(1)5.0 2 75% (2)变小
2.(1)0.5 66.7 克服杠杆与支点间摩擦及杠杆自重做的额外功
(2)不能 ①两次实验时钩码没有挂在同一位置 ②一次对比实验所得结论是不可靠的
3.解:(1)物体所受的重力为G=mg=0.45 kg×10 N/kg=4.5 N。
(2)拉力所做总功为W总=Fs=1.8 N×1 m=1.8 J,
拉力功率为P=W总t=1.8J5s=0.36 W。
(3)此过程所做的有用功为W有=Gh=4.5 N×0.3 m=1.35 J,
此斜面的机械效率为η=W有W总=1.35J1.8J=75%。
4.解:(1)由题图可知,由2股绳子拉动滑轮,n=2,则绳端移动的距离s绳=ns车=2×2 m=4 m,
拉力F做的总功W总=Fs绳=400 N×4 m=1600 J。
(2)有用功W有=W总×η=1600 J×75%=1200 J。
(3)因滑轮组做的有用功为克服汽车阻力所做的功,则汽车受到的阻力大小f=W有s车=1200J2m=600 N。
5.解:(1)有用功W有=Gh=1200 N×2 m=2400 J,
则拉力F做的功W总=W有η=2400J80%=3000 J。
(2)拉力F做功的功率P=W总t=3000J10s=300 W。
(3)由图可知此滑轮装置是一个动滑轮,绳端移动的距离
s'=2s=2×6 m=12 m,
拉力F=W总s'=3000J12m=250 N。
(4)克服摩擦力做的额外功W额=W总-W有=3000 J-2400 J=600 J,
摩擦力f=W额s=600J6m=100 N。
6.解:(1)滑轮组提升重物所做的有用功W有=Gh=760 N×5 m=3800 J。
(2)重物运动的时间t=hv=5m0.5m/s=10 s,
由图乙可知,此时10 s时拉力做的总功是4000 J,
所以滑轮组提升重物的机械效率η=W有W总=3800J4000J=95%。
(3)由图甲知通过动滑轮绳子段数n=2,
所以,绳子自由端移动的距离s绳=2h=2×5 m=10 m,
拉力F=W总s绳=4000J10m=400 N,
5
不计绳重和滑轮与轴的摩擦,由F=12(G+G动)知,动滑轮的重力G动=2F-G=2×400 N-760 N=40 N。
5
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