九年级上册物理苏科版五、机械效率第2课时（举一反三讲义）（学生版）

五、机械效率第2课时目录【学习目标】 1【思维导图】 1【知识梳理】 2知识点1：实验：探究影响滑轮组机械效率的因素 2知识点2：实验：探究杠杆机械效率的影响因素 6知识点3：实验：探究斜面机械效率的影响因素 8【巩固训练】 11【学习目标】1.掌握探究滑轮组的机械效率的实验；2.掌握斜面机械效率的探究实验；3.掌握杠杆机械效率的探究实验；分类具体内容重点1.控制变量法在实验中的应用2.机械效率的实验探究3.不同机械效率的大小比较难点1.滑轮组机械效率的误差分析与改进2.杠杆机械效率与杠杆平衡条件的结合【思维导图】【知识梳理】知识点1：实验：探究影响滑轮组机械效率的因素1．实验原理与器材器材：钩码、铁架台、滑轮组、弹簧测力计、刻度尺2．实验操作①按照图示安装滑轮组，测钩码重力G并记钩码和绳端的位置；②用弹簧测力计沿竖直方向匀速拉动绳端，使钩码上升，读出拉力F的值，并测出钩码上升的高度h和绳端移动的距离s，记录实验数据填入表格中；次数钩码重力G/N钩码上升高度h/m有用功W有用/J弹簧测力计示数F/N绳子自由端移动距离s/m总功W总/J机械效率η③多次改变钩码的数量与绳子绕法，重复实验；④用动滑轮质量不同的两个滑轮组去吊相同的钩码，重复实验；⑤分别计算出各组的机械效率，分析测量结果，讨论影响机械效率的因素。3．实验分析与结论分析：①物体重力和动滑轮重力会影响机械效率，增大物重实质上是增大了有用功的占比，而额外功也会增大的原因是物体重力增大会导致轮轴与绳子间的摩擦力增大②减少机械间的摩擦、减小动滑轮的重力、增加物重都可以提高滑轮组的机械效率，而提升高度以及滑轮组绕线方式不影响机械效率结论：在其他条件相同时，动滑轮越重，机械效率越低；在绳子所能承受的范围内，所吊物体越重，机械效率越高。【典例1】长沙某建筑工地上矗立的塔吊，是用电动机来带动滑轮组提升重物的设备。如何提高滑轮组机械效率，节约电能呢？为此同学们进行了“影响滑轮组机械效率因素”的实验探究，用到的装置如图，实验数据记录如下表所示：实验次数钩码重G/N钩码上升高度h/m绳端拉力F/N绳端移动距离s/m机械效率η120.11.20.355.6%220.21.20.655.6%340.11.90.370.2%440.11.30.561.5%（1）实验中应沿竖直方向拉动弹簧测力计；（2）分析表中数据可知：第4次实验是用图所示装置来完成的；（3）通过比较1、2两次实验数据可得出：使用同一滑轮组提升相同重物，滑轮组的机械效率与重物上升高度无关；（4）通过比较两次实验数据可得出：同一滑轮组提升的物体越重，滑轮组机械效率越高（填实验次数的序号）。【变式1】小明在“测滑轮组机械效率”的实验中，用如图甲所示的滑轮组进行实验，实验数据如表：序号物重G/N物体上升的高度h/cm测力计的大小F/N测力计移动的距离s/cm机械效率η1250.91574.1%22100.93074.1%34101.73078.4%46102.530（1）在实验操作中应竖直向上拉动弹簧测力计；（2）分析表中数据，可知滑轮组的机械效率与物体上升的高度，与所提物体的重力大小；（均选填“有关”或“无关”）（3）请用实验中所测量的物理量符号写出机械效率的表达式η=，并算出第4次实验的机械效率为；（4）如果换用图乙所示装置进行实验，把同一重物提升相同高度，需要做的额外功更，所以机械效率更（均选填“大”或“小”）。【变式2】如图所示是“测量滑轮组机械效率”的实验装置图。实验次数、钩码的重力G/N钩码提升高度h/m拉力F/N绳端移动的距离s/m机械效率η/%120.10.90.374240.11.60.38336。0.1①0.3②(1)小明用弹簧测力计沿竖直方向提升不同数量的钩码，记录数据如表所示；(2)第3次实验，绳端测力计示数如图所示。则表格中编号为①的空格中应填，编号②的空格中应填（保留两位有效数字）；(3)从表格中的数据可得结论：用相同滑轮组提升钩码时，滑轮组的机械效率与有关；如果使钩码升高的高度增加为原来的3倍，机械效率将（均选填“增大”“减小”或“不变”）；(4)实验中，小明克服动滑轮的重力做的额外功一定小于；(5)汽车作为一种“机械”，提高效率对节能减排有重要意义。以下三种提高效率的方法中，方法与本实验的原理相同。方法一：鼓励人们“拼车”出行，使汽车尽量装满人员；方法二：汽车制造厂用新材料减轻汽车重力；方法三：经常给汽车做保养，保持良好的润滑。知识点2：实验：探究杠杆机械效率的影响因素1．实验原理与器材器材：钩码、铁架台、杠杆、弹簧测力计、刻度尺2．实验操作①按照图示安装杠杆，测钩码重力G并记钩码和绳端的位置；②用弹簧测力计沿竖直方向匀速缓慢提升绳端，读出拉力F的值，并测出钩码上升的高度h和测力计移动的距离s，记录实验数据填入表格中；钩码悬挂点钩码重力G/N钩码上升高度h/m有用功W有用/J弹簧测力计示数F/N测力计移动距离s/m总功W总/J机械效率ηAC③多次改变钩码的数量、钩码的悬挂点与测力计的悬挂点，重复实验；④分别计算出各组的机械效率，分析测量结果，讨论影响机械效率的因素。3．实验结论物体重力、杠杆自重与摩擦会影响杠杆机械效率，减小摩擦、减小杠杆自重、增加物重都可以提高杠杆的机械效率，提升高度不会影响杠杆的机械效率。在其他条件相同时，物体越重，杠杆越轻，杠杆机械效率越高【典例2】小明用如图所示的实验装置测量杠杆的机械效率。实验时竖直向上拉动杠杆，使挂在杠杆下面的物体缓缓上升（支点和杠杆的摩擦不计）。问：(1)重为5N的物体挂在A点时，人的拉力F为2.5N，物体上升0.15m时，动力作用点C上升0.5m，此时机械效率η1为；(2)小明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，仅将物体移到B点，再次缓慢提升杠杆，使物体上升相同的高度，实验测得此时的机械效率为η2η1（选填“>”“<”或“=”），并简述理由：。【变式1】如图甲所示，小明在探究“杠杆的平衡条件实验中所用的实验器材有：杠杆、支架、弹簧测力计、刻度尺、细线和质量相同的钩码若干个。(1)实验前，将杠杆中点置于支架上，当杠杆静止时，发现杠杆右端下沉，此时，应把杠杆两端的平衡螺母向（选填“左”或者“右”）调节，使杠杆在不挂钩码时能在位置平衡；(2)杠杆调节平衡后，小明在杠杆上A点处挂4个钩码，在B点处挂6个钩码，杠杆恰好在原位置平衡，在这个位置平衡的好处是。于是小明便得出了杠杆的平衡条件为：（用字母表示）。他这样得出的结论不合理原因是：；(3)实验结束后，小明提出了新的探究问题：“若支点不在杠杆的中点时，杠杆的平衡条件是否仍然成立？”于是小组同学利用如图乙所示装置进行探究，发现在杠杆左端的不同位置，用弹簧测力计竖直向上拉使杠杆处于水平平衡状态时，测出的拉力大小都与杠杆平衡条件不相符，其原因是：；(4)小明接着利用杠杆研究机械效率，如图丙所示。实验的主要步骤如下：a.用轻绳悬挂杠杆一端的O点作为支点，在A点用轻绳悬挂总重为G的钩码，在B点用轻绳竖直悬挂一个弹簧测力计，使杠杆保持水平；b.竖直向上拉动弹簧测力计缓慢匀速上升（保持O点位置不变），在此过程中弹簧测力计的读数为F，利用刻度尺分别测出A、B两点上升的高度为h1、h2；请你帮小明完成下列问题：杠杆机械效率的表达式为η＝（用已知或测量的物理量符号表示）。【变式2】小华同学进行了“探究杠杆平衡条件”的实验。(1)杠杆的位置如图甲所示，此时杠杆是（平衡/不平衡）的，应调节杠杆的平衡螺母向（左/右）移动，使杠杆在水平位置平衡，实验时施加的动力和阻力的方向都是竖直方向，这样做的好处是。(2)如图乙所示，杠杆在水平位置平衡，若将A、B两点下方挂的钩码同时朝远离支点O方向移动一小格，则杠杆将（仍保持平衡/左端下沉/右端下沉）。(3)取下B位置的钩码，改用弹簧测力计拉杠杆的C点，如图丙，当弹簧测力计由位置2转至位置1的过程中，杠杆在水平位置始终保持平衡，则测力计的示数变化情况为。A．变大 B．先变大后变小 C．变小 D．先变小后变大(4)如图丁所示，杠杆在水平位置平衡。小华将图中杠杆转至图中虚线位置并保持静止，若不计杠杆自重和摩擦，则轻轻松手后杠杆在虚线处（不能/能）平衡。(5)完成以上实验后，小华利用杠杆来测量杠杆的机械效率，如图戊，实验时竖直向上拉动弹簧测力计，使挂在杠杆下面的钩码缓缓上升。如果仅将拉力作用点由C移至B，两次都将钩码移动相同高度，对物体所做的有用功将，此杠杆的机械效率将（两空均选填：变大/变小/不变）（不计摩擦）。知识点3：实验：探究斜面机械效率的影响因素1．实验原理与器材器材：斜面、重力不同的长方体物块、弹簧测力计、刻度尺、毛巾、棉布、2．实验操作①安装斜面，用弹簧测力计沿斜面方向匀速拉动物块，使物块上升，读出拉力F的值，并测出物块沿斜面上升的高度s和竖直方向移动的距离h，记录实验数据填入表格中；斜面倾斜程度物体的重力G/N斜面高度h/m有用功W有/J拉力F/N斜面长度s/cm总功W总/J机械效率η最缓G1最缓G2最缓G3较陡G1最陡G1②多次改变物体的重力，重复实验；③多次改变斜面的粗糙程度，重复实验；④分别计算出各组的机械效率，分析测量结果，讨论影响机械效率的因素。3．实验分析与结论分析：当其他条件保持恒定时，斜面的倾斜程度越大，机械效率越高；斜面表面越粗糙，机械效率越低；同时，物体重力对机械效率无影响。在相同条件下，增加倾斜程度或降低表面粗糙度，可以提高斜面的机械效率【典例3】小楠同学用如图所示的装置测定斜面的机械效率，实验记录结果如下表：实验次数斜面粗糙程度物体重G/N斜面高度h/m拉力F/N斜面长s/m机械效率η1玻璃面20.10.60.566.7%2玻璃面20.150.80.53玻璃面20.21.00.580.0%4棉布面20.21.20.566.7%(1)根据表格中数据，第2次实验的机械效率是；(2)分析第1、2、3次实验的数据可以得到的初步结论是：，机械效率越大；(3)分析第4与第次实验数据可知，在斜面的倾斜程度相同时，斜面越粗糙，斜面的机械效率越低。【变式1】小金用如图所示的装置研究某斜面的机械效率与木块重力大小之间的关系，实验时控制木块与斜面的粗糙程度都相同，部分实验数据如下表：实验次数斜面倾角木块重G/N斜面高度h/m沿斜面拉力F/N斜面长s/m有用功W有//J总功W总/J机械效率η130°1.00.50.71.00.50.771.4%230°2.00.51.41.01.01.4①330°3.00.52.11.01.52.171.4%（1）表中空格①的值是；（2）小明分析实验数据得出的初步结论是：在斜面倾角和木块与斜面的粗糙程度不变时，斜面机械效率与木块重力大小无关。对此，你对小明有何建议？；（3）为提高测量的准确度，在用弹簧秤测拉力时，需要注意的事项是（写一条即可）。【变式2】小明利用斜面进行如下的实验。（1）图中的数据是在测量斜面机械效率时得到的，由此可知此时斜面的机械效率η=；（2）为了进一步探究斜面的特点，小明接着做了三次实验，实验数据如下表。编号倾斜角度铁块重/N拉力/N斜面高度/cm斜面长度/cm机械效率1较小104.91010020%2较大106.73010045%3更大108.35010060%①分析表中数据可知，沿斜面向上匀速拉动同一物体时，斜面倾斜角度越大，机械效率越，拉力越；②由表中第一行数据可知，此过程中铁块与斜面之间的摩擦力为N。【巩固训练】1．小明用图中的动滑轮匀速拉动水平地面上的物体A，测出A移动的距离s、水平拉力F和A的重力G．（1）以上条件能否求出此时滑轮的机械效率η？如果能，写出η的表达式；如果条件不足，写出还需要补充的物理量的测量步骤和符号，并写出η的表达式（η用题目已知及补充的物理量符号表示）（2）若A在10s内运动了4m，A的速度为．2．（1）如图甲所示，用作用点不同，分别用沿圆的切线方向的三个力F1、F2、F3，使杠杆在水平位置保持平衡，则F1、F2、F3的大小关系是。（2）如图乙所示，用两种不同的滑轮将同一重物G提升到相同高度，若不计绳重、摩擦和滑轮重，F1F2，机械效率12（选填“>”“<”或“=”）。3．某实验小组利用如图所示的装置测滑轮组机械效率，记录数据如下表试验序号钩码G/N钩码上升的高度h/m绳端的拉力F/N绳端移动的距离s/m机械效率η/%①40.11.80.374.1②60.12.40.3（1）实验时，应沿竖直方向拉动弹簧测力计；（2）第2次实验中，拉力做的总功是J，滑轮组做的有用功是J，滑轮组的机械效率η=（结果保留一位小数）；（3）由记录数据分析，两次机械效率不同的主要原因是。4．小明利用以下器材：刻度均匀的杠杆、支架、弹簧测力计、刻度尺、细线和质量相同的钩码若干个，对杠杆的特性进行了如下探究。(1)实验前，杠杆静止在图甲所示的位置时，此时的杠杆（是/不是）处于平衡状态：为了使得杠杆在水平位置平衡，应将右端的平衡螺母向调节，这样做的目的是；(2)实验时，他们记录了一组数据为动力，动力臂，阻力，阻力臂，小华同学测出了这组数据后就得出了“动力×动力臂=阻力×阻力臂”的结论，小强同学认为他的结论不一定科学，理由是；(3)小明把右边的钩码换成弹簧测力计，使杠杆从水平位置慢慢转过一定角度并保持静止，弹簧测力计始终沿竖直方向，如图丙所示，拉力F（变大/变小/不变）；(4)如图丁所示装置，若每个钩码的重为0.5N，在A点竖直向上拉动弹簧测力计使杠杆保持水平平衡，则弹簧测力计的示数（大于/等于/小于）4N，原因是。(5)为了进一步研究杠杆的机械效率与哪些因素有关，小明同学设计了下图的实验装置，先后将钩码挂在A、B两点，测量并计算得到如下表所示的两组实验数据。实验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测力计移动距离s/m机械效率1A点1.50.100.70.3071.4%2B点2.00.151.20.3083.3%①根据表格中的实验数据可知：使用该杠杆提升钩码做功时，也存在额外功。不计空气阻力，其额外功的主要来源是；②根据表格中的实验数据不能得出“杠杆的机械效率与所挂钩码的重力有关，钩码越重其效率越高”的实验结论。理由是。5．如图是小明同学斜面机械效率跟什么因素有关的实验装置。实验时他用弹簧测力计拉着同一物块沿粗糙程度相同的斜面向上做匀速直线运动。实验的部分数据如下：实验次数斜面的倾斜程度物块重量G/N斜面高度h/m沿斜面拉力F/N斜面长s/m机械效率1较缓100.15.012较陡100.36.7145%3最陡100.58.4160%（1）在第1次实验中，斜面的机械效率为；（2）分析表格中数据可以得出结论：在斜面粗糙程度相同时，；（3）若要探究斜面机械效率跟斜面的粗糙程度的关系，应保持不变。6．在“测量滑轮组的机械效率”实验中，小丽用如图所示的同一滑轮组提升不同钩码的方法，分别做了甲、乙、丙3次实验，实验数据记录如表：实验次数钩码所受的重力提升高度拉力绳端移动的距离机械效率122436（1）实验中要竖直向上拉动弹簧测力计，使钩码升高；（2）表格中编号处数据应为，编号处数据应为；（3）分析以上实验数据可以得出如下结论：同一滑轮组的机械效率主要与有关；（4）若将此滑轮组换一种绕绳方法，不计摩擦及绳重，提升相同的物体时，滑轮组的机械效率选填“变大”“变小”或“不变”。7．物理实验小组在“测滑轮组机械效率”的实验中得到的数据如表所示，装置如图所示。实验次数l23钩码重G/N446钩码上升高度h/m0.10.10.1绳端拉力F/N1.81.62.4绳端移动距离s/m0.30.4机械效率η74.1%62.5%（1）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；（保持静止/匀速上升）（2）小组同学做第3次实验时，滑轮组的机械效率η＝；通过比较第1、3次两次实验数据，请对提高滑轮组的机械效率提出一条针对性建议：；（3）如果采用第3次装置，改变动滑轮重，提升同一物体进行多次实验，获得数据并绘制出如图甲的图像，分析可知：被提升物体所受的重力相同时，动滑轮越轻，机械效率（越高/不变/越低）；分析图像中的A点可知，被提升物体所受的重力为N；（忽略绳重和摩擦）（4）若第2次实验中克服摩擦做的额外功为0.04J，则动滑轮总重为N。（不计绳重）8．如图小明拉着质量为30kg行李箱匀速经过一段长度、高度的斜坡路面，用时10s，若此过程拉力F方向沿斜面向上，大小为125N。行李箱放在水平地面时与地面接触面积为，（）。求：（1）行李箱静止放在水平地面上时受到的重力大小和对地面的压强；（2）小明对行李箱做的有用功和斜面的机械效率；（3）拉力F做功的功率。9．阅读短文，回答问题。螺旋在生产生活中的应用根据斜面可以省力的原理，人们在生活中发明了螺旋状的机械工具，如螺栓、螺钉、螺旋千斤顶等（如图所示）螺旋千斤顶又称机械式千斤顶，是通过人力旋转手柄，使螺杆上升，从而达到将重物举起的目的。普通螺旋千斤顶靠螺纹自锁作用支持重物，最大起重量能达10吨，且构造简单，但传动效率低，返程慢。自降螺旋千斤顶的螺纹无自锁作用，装有制动器，放松制动器，重物即可自行快速下降，缩短返程时间，但这种千斤顶构造较复杂。

（1）生活中为了将螺钉旋入木板中，用螺丝刀旋转螺钉时，可以省，但不能省；（2）为了使螺栓使用时更省力，可以在螺纹上涂抹一些润滑油，这是为了减小，盘山公路也可以看成一种螺旋，其目的主要是为了省；（3）使用螺旋千斤顶时升起同一重物时，能提高螺旋千斤顶效率的主要办法是（选填“加润滑