专题33 斜面及斜面机械效率的计算(解析版)
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2024年中考物理压轴题训练——机械效率的综合计算1.如图所示,重为600N的工人利用滑轮组将建筑材料运送到平台上,工人用400N的力竖直向上匀速拉绳子,使建筑材料以0.1m/s的速度匀速向上运动了40s,已知滑轮组的机械效率为75%,g取10N/kg,绳重、滑轮与轴的摩擦均忽略不计。
问:(1)若工人双脚与平台的总接触面积为0.04m2,则在提升建筑材料的过程中,工人对平台的压强是多少?(2)工人对绳做的功为多少?(3)建筑材料的质量为多少?2.如图所示,斜面长s=10m,高h=4m。
用沿斜面方向的推力F将重100N的物体由斜面底端A匀速推到顶端B。
运动过程中物体克服摩擦力做了100J的功,求:(1)运动过程中克服物体的重力做的功;(2)斜面的机械效率;(3)推力F的大小。
3.如图所示,用滑轮组提升重为120N的物体时,物体在10s内匀速竖直上升2m,所用拉力F为50N。
求:(1)滑轮组提升物体做的有用功;(2)拉力做功的功率;(3)该滑轮组的机械效率。
4.如图甲所示,车库出入口处常安装自动升降的横杆来控制车辆的出入,可以把图甲中的横杆简化为图乙所示。
横杆AB质量分布均匀且可绕O点转动,并通过与A端相连的电动机来自动控制横杆的升降。
当汽车靠近时,电动机可在10s内将原先处于水平位置的横杆匀速转动到竖直位置。
已知横杆重量150N,OA=0.2m,AB=3.2m,加在电动机线圈两端电压为220V,通过电动机线圈的电流为0.1A,不计空气阻力。
求:(1)在匀速转动提升横杆工的过程中,电动机对横杆的A端始终施加垂直横杆的拉力F 的大小;(2)该车库的自动升降杆装置,在上述过程中的工作效率大小(保留一位小数)。
5.如图所示,重物是体积为10dm3,密度为7.9×103kg/m3的实心金属块,将它完全浸没在水中,始终未提出水面。
若不计摩擦,绳重和动滑轮重,要保持平衡。
求:(1)重物A受到的浮力;(2)作用于绳端的拉力F:(3)若实际所用拉力为300N,此时该滑轮的效率。
探究滑轮组(斜面)机械效率中考题欣赏:(2011年29题)好动脑的同学们在甲装置木板右端又垫了一个木块,来探究斜面的机械效率。
实验前他们分析:“由于斜面不是光滑的,沿斜面向上拉物体,必定要克服摩擦做额外功,斜面的机械效率一定受摩擦力的影响”。
于是他们做了如图丁所示的实验,实验时,用弹簧测力计拉着物体沿斜面做运动。
实验表格如下:根据所给数据算出第 2 次实验中所做额外功为 J ,斜面的机械效率为。
根据表中的数据可以得出:斜面粗糙程度一定时,斜面越倾斜该物体所受的摩擦力越,机械效率越。
变式训练:1.在湛江港码头,小华看到工人利用斜面把货物推到车上,联想到上物理课时老师讲过的知识,小华想探究斜面的机械效率可能与哪些因素有关?小华提出了以下的猜想:A.斜面的机械效率可能与物体的重力有关.B.斜面的机械效率可能与斜面的倾斜程度有关.小华同学为了证实自己的猜想是否正确,于是他用同一块木板组成如图12所示的装置进行了实验探究,记录的实验数据如下表:实验次数斜面倾角θ物块重量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斜面的机械效率①300 5.0 0.6 4.2 1.2 3.0 5.0②300 3.0 0.6 2.5 1.2 1.8 60%③450 3.0 0.8 2.8 1.2 2.4 3.4 71%(1)在实验操作过程中,应沿斜面向上________拉动木块;实验时要使木板的倾斜角变大,应该把木板下面的木块向_________移动(填“左”或“右”).(2)根据表格中数据,第①次实验斜面的机械效率为_______%,第②次实验中总功为______J.(3)通过对比实验①、②数据,可验证小华的猜想_________(填写字母);通过对比实验②、③数据,可以得出的探究结论是:在其它条件相同时,_____________________.(4)此实验主要用到的研究方法是__________.(5)除了小华的猜想以外,请你猜想斜面的机械效率还可能与______(写出一个)有关.2.如图所示,在“测滑轮组机械效率”实验中,物体重为5.4N。
中考物理重难点突破:斜面机械效率1.在学校附近的建设工地上,工人把重1200N的物体沿着长L=5m、高h=1m的斜面从底部匀速拉上斜面的顶端,沿斜面所用的拉力为300N(不计空气阻力).求:(1)将物体从斜面底部匀速拉到斜面顶端的过程中,拉力做了多少功?(2)工人使用斜面做功的机械效率是多少?(3)物体和斜面之间的摩擦力是多大?2.如图,重为3.2×104N的卡车,经过一段水平路面,再以9.6×104W的功率沿与水平地面成30°角的斜坡匀速向上爬行,已知斜坡长100m,斜坡的机械效率为80%.求卡车:(1)运动过程中,克服重力做的功;(2)爬坡时的牵引力;(3)爬坡时的速度.3.如图,一卡车车厢底板据地面1.5m高,小明把一块3m长的钢板AB搭在车厢底板上,构成一个斜面,他通过这个斜面,用F=600N的力,在20s内把一个大木箱由B处推到A处,已知木箱重1000N.求:(1)小明推木箱做了多少有用功?(2)这个过程中,小明推木箱的功率。
(3)该斜面的机械效率。
(4)木箱受到的摩擦力。
4.如图,一卡车车厢底板距地面1.5m高,小明把一块3m长的钢板AB搭在车厢底板上,构成一个斜面.他通过这个斜面,用600N的力,把一个大木箱由B处推到A处,用时30S,已知木箱重为1000N.求:(1)小明推木箱的推力做的功和功率?(2)这个过程中,斜面的机械效率是多少?(结果保留一位小数)5.如图,一卡车车厢底板据地面1.5m高,小明把一块3m长的钢板AB搭在车厢底板上,构成一个斜面,他通过这个斜面,用F=600N的力,在20s内把一个大木箱由B处推到A处,已知木箱重1000N.求:(1)小明推木箱做了多少有用功?(2)这个过程中,小明推木箱的功率。
(3)该斜面的机械效率。
(4)木箱受到的摩擦力。
6.如图,重为3.2×104N的卡车,经过一段水平路面,再以9.6×104W的功率沿与水平地面成30°角的长10米,高5米的斜坡匀速向上爬行.已知车轮与地面接触的总面积为0.5m2,斜坡的机械效率为80%.求卡车:(1)对水平路面的压强;(2)爬坡时的牵引力;(3)爬坡时的速度.7.斜面也是一种简易机械.如图所不,已知斜面上木箱的质量m=40kg,人对木箱的拉力为75N,木箱沿着斜面从底端匀速运动到斜面长4m长的斜面顶端,斜面高0.5m.(g 取10N/kg)(1)斜面的机械效率.(2)木箱运动过程中受到的阻力.8.斜面在工农业生产中有着广泛的应用,如图所示,小丽在研究斜面机械效率时,用100N的力将重量为250N的物体,沿斜面从底部推到高为100cm的顶端,斜面长为400cm.求:(1)她做的有用功是多少?(2)她做的总功是多少?(3)斜面的机械效率是多少?9.如图所示,重为800N的物体在拉力F的作用下从斜面底端匀速运动到顶端,已知斜面的高h=3m,斜面长s=8m,斜面的机械效率为60%。
专题训练机械效率的计算1.如图所示,用甲、乙两种滑轮组,分别匀速竖直向上提升同一重物,从相同位置开始提升至同一高度处,g取10N/kg,求:(1)若不计绳重、滑轮重及摩擦,两次拉力F1和F2之比.(2)若不计绳重及摩擦,重物质量为400g,动滑轮质量为100g,匀速拉动过程中甲、乙两装置的机械效率.2.在斜面上将一个质量为6kg的物体匀速拉到高处,如图所示,沿斜面向上的拉力为40N,斜面长1m、高0.5m.把重物直接提升h所做的功为有用功(g取10N/kg).求:(1)拉力做的有用功.(2)此斜面的机械效率.(3)物体受到的摩擦力.3.(2019·安徽二模)如图所示,当工人师傅用拉力F向下拉绳子时,使重为680N的重物匀速上升,此过程中他对水平地面的压强为5×103Pa,滑轮组的机械效率为85%,他双脚与水平地面的接触面积是4×10-2m2,求:(1)工人师傅对绳子拉力的大小.(2)工人师傅所受重力的大小.4.(2019·安徽二模)如图所示,工人用滑轮组提升货物,每个滑轮所受的重力均为50N.(1)用滑轮组让重为750N的货物以0.2m/s的速度竖直上升10s,求工人做的有用功.(2)若绳子能够承受的最大拉力为500N,货物提升过程中绳子所受的重力和摩擦力对应的额外功始终占总功的10%,求滑轮组的最大机械效率.5.如图所示,工人用一均匀杠杆将重为1000N的货物匀速提高1m,如果动力臂与阻力臂之比为2∶1,而工人所用的拉力为600N.则:(1)提升该物体做的有用功是多少?(2)杠杆的机械效率是多少?(3)如果克服摩擦做功40J,则此杠杆的自重为多少?6.工人用如图甲所示的滑轮组运送建材上楼,每次运送量不定.滑轮组的机械效率随建材重力变化的图象如图乙所示,滑轮和钢绳的摩擦力及绳重忽略不计,g取10N/kg.(1)若某次运送建材的质量为40kg,则建材受到的重力是多少?(2)当滑轮组的机械效率为90% 时,运送建材的重力是多少?答案:1、(1)由图知,甲图中,n 1=2,乙图中,n 2=3,若不计绳重、滑轮重及摩擦,则拉力F =1nG , 两次拉力F 1和F 2之比F 1∶F 2=1n 1G ∶1n 2G =12∶13=3∶2. (2)重物的重力G =mg =0.4kg ×10N/kg =4N ,动滑轮的重力G 轮=m 轮g =0.1kg ×10N/kg =1N ,不计绳重及摩擦时,滑轮组的机械效率η=W 有W 总=Gh Gh +G 轮h =G G +G 轮, 由于两装置中物重和动滑轮重均相同,所以甲、乙两装置的机械效率η1=η2=G G +G 轮=4N 4N +1N×100%=80%. 2、(1)拉力做的有用功W 有=Gh =mgh =6kg ×10N/kg ×0.5m =30J.(2)拉力做的总功W 总=Fs =40N ×1m =40J ,斜面的机械效率η=W 有W 总×100%=30J 40J ×100%=75%. (3)额外功W 额=W 总-W 有=40J -30J =10J ,由W 额=fs 得,物体受到的摩擦力f =W 额s =10J 1m=10N.3、(1)由图知,n =2,拉力端移动的距离s =2h ,因为滑轮组的机械效率η=W 有W 总=Gh Fs =Gh 2Fh =G 2F, 所以拉力F =G 2η=680N 2×85%=400N. (2)由p =F S得人对地面的压力 F 压=pS =5×103Pa ×4×10-2m 2=200N ,而人对地面的压力F 压=G 人-F ,所以人的重力G 人=F 压+F =200N +400N =600N.4、(1)由v =s t可得物体升高的高度 h =v t =0.2m/s ×10s =2m ,工人做的有用功W 有=Gh =750N ×2m =1500J.(2)由题知,货物提升过程中绳子所受的重力和摩擦力对应的额外功始终占总功的10%,当以绳子能够承受的最大拉力提升货物时,拉力做的总功为Fs ,则有Fs =G 物h +G 动h +10%Fs ,①由图可知n =2,则s =2h ,②将②代入①可得1.8F =G 物+G 动即提升物体的最大重力G 物=1.8F -G 动=1.8×500N -50N =850N ,则滑轮组的最大机械效率η=G 物h Fs ×100%=G 物2F ×100%=850N 2×500N×100%=85%. 5、(1)W 有用=Gh =1000N ×1m =1000J.(2)由题知,动力臂与阻力臂之比为2∶1,即l 动=2l 阻,则动力移动距离s 是阻力移动距离的二倍,所以拉力移动的距离s =2h =2×1m =2m ,拉力做的总功W 总=Fs =600N ×2m =1200J ,η=W 有W 总×100%=1000J 1200J ×100%≈83.3%. (3)根据W 总=W 有+W 额可知,拉力做的额外功W 额=W 总-W 有=1200J -1000J =200J ,已知克服摩擦做功40J ,克服杠杆自重做的额外功W 额1=W 额-W 额2=200J -40J =160J ,由W 额1=G 杠杆h 可知杠杆自重G 杠杆=W 额1h =160J 1m=160N.6、(1)G =mg =40kg ×10N/kg =400N.(2)由η=W 有W 总=G ″h G ″h +G 轮h =G ″G ″+G 轮=200N 200N +G 轮=80%,解得G 轮=50N.当滑轮组的机械效率为90%时η′=W ′有W ′总×100%=G ′G ′+G 轮×100%=G ′G ′+50N×100%=90%,解得G ′=450N.。
第十三课简单机械第2节滑轮斜面机械效率基础知识过关一、滑轮二、斜面和轮轴名称斜面轮轴示意图定义一个与水平面成一定夹角的倾斜平面由轮和轴组成,能绕共同轴线转动的简单机械叫做轮轴;半径较大的是轮,半径较小的是轴特点省力机械能够连续旋转的杠杆三、功的分类1.有用功:无论是否使用机械,必须要做的功,用W 有表示。
2.额外功:使用机械时,克服动滑轮本身所受的重力以及摩擦力等因素的影响而多做的一些功,用W 额表示。
3.总功:有用功与额外功之和,用W 总表示。
四、机械效率1.定义:物理学中,将有用功和总功的比值叫做机械效率,用符号η表示。
2.计算公式:η=有总。
注意:机械效率通常用百分数表示。
3.滑轮组和斜面的机械效率机械图示有用功总功机械效率W 有=Gh,G为物重,h 是物体上升的高度W 总=Fs,F 是拉力,s 为绳子移动的距离,s=nh,n 为承担物重的绳子段数η=有总=K F=BW总=FL,F是拉力,Lη=有总=K F为拉力移动的距离高频考点过关考点一:滑轮、滑轮组的相关计算1.(2022•菏泽)如图所示,在快递仓库内工人把重为600N的货物用滑轮组以0.2m/s的速度匀速提升,忽略摩擦及绳重,该过程中滑轮组的机械效率为80%,则()A.工人所用的拉力为200NB.动滑轮的重力为100NC.拉力的功率为150WD.提升重力不同的货物时,此滑轮组机械效率不变【答案】C【解答】解:A、由图知有3段绳子提升重物,所以s=3h,根据η=====80%,解得工人所用的拉力为:F=250N,故A错误;B、忽略摩擦及绳重,根据F=(G+G动)知动滑轮的重力为:G动=3F﹣G=3×250N﹣600N=150N,故B错误;C、由图知有3段绳子提升重物,则绳子移动的速度为:v绳=3v物=3×0.2m/s=0.6m/s,拉力的功率为:P===Fv=250N×0.6m/s=150W,故C正确;D、忽略摩擦及绳重,根据η=====知提升重力不同的货物时,此滑轮组机械效率不同,故D错误。
12.3 机械效率(解析版)考点1 有用功和额外功(1)有用功:利用机械做功的时候,对人们有用的功就叫做有用功。
(2)额外功:并非我们需要但又不得不做的功叫做额外功。
(3)总功:有用功与额外功的和叫总功。
(4)总功的计算:W 总=Fs ;W 总=W 有用+W 额外(5)有用功的计算方法:W 有用=Gh ;W 有用=W 总-W 额外(6)额外功的计算方法:W 额外=G ′h ,W 额外=f 摩s ;W 额外=W 总-W 有用【典例1】(2019•信阳模拟)甲同学用水桶从井里提水,乙同学用绳把掉在井中的桶捞上来,水桶里带了一些水,关于两同学做有用功、额外功的说法正确的是( )A .甲提水桶做的功都是有用功B .乙提水桶做的功都是有用功C .甲提水桶对桶做的功是额外功D .乙提水桶对桶做的功是额外功典例分析+变式训练考点直击【答案】C。
【分析】从两个同学做功的目的出发,分析哪个功才是需要的有用功。
【解答】解:甲同学的目的是提水,所以对水做的功是有用功。
但是对桶又不得不做功,则对桶做的是额外功。
乙同学的目的是提桶,所以对桶做的功是有用功。
但是对水又不得不做功,则对水做的是额外功。
故选:C。
【典例2】(春•广饶县期末)当你用桶从井中提水的时候,你对桶所做的功 额外功 ;如果桶掉进井里,从井里捞桶的时候,桶里带着一些水,这时你对桶做的功是 有用功 。
(填“总功”、“有用功”或“额外功”)。
【答案】额外功;有用功。
【分析】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。
【解答】解:用水桶从井中提水的时候,目的是提水,所以对水做的是有用功,同时还要将水桶提起来,所以对桶做的是额外功;从井中提水桶的过程中,目的是捞桶,所以对桶做的是有用功,同时,还要将桶中的部分水提起来,所以对水做的是额外功。
故答案为:额外功;有用功。
【变式训练1】(2019秋•南丹县期中)分别用杠杆、斜面和滑轮组将同一物体举升相同高度,做的有用功( )A.杠杆最多B.斜面最多C.滑轮组最多D.一样多【答案】D。
中考物理一轮复习——有关斜面机械效率的计算题专题练习(有答案)1.已知斜面倾角为30°,斜面高为2m.小兵同学用绳子沿斜面将重为400N的木箱由斜面底端匀速拉到顶端。
拉力大小为250N,绳重不计。
求:(1)小兵对木箱做的有用功;(2)斜面的机械效率;(3)斜面对物体施加的摩擦力。
【答案】 800J 80% 50N2.如图所示,斜面长s=8m,高h=3m。
用平行于斜面F=50N的拉力,将重力为G=100N 的物体,由斜面的底端匀速拉到顶端,用时t=10s。
求:(1)有用功W有(2)拉力做功的功率P(3)物体受到的摩擦力f(4)该斜面的机械效率η。
【答案】(1)300J(2)40W(3)12.5N(4)75%.3.如图所示,在“测量斜面的机械效率”实验中,斜面长S=1m,高h=0.2m,将10N重的物体从斜面底端匀速拉到斜面顶端,克服物体所受的摩擦力做了0.5J的功.求:(1)人手做的有用功;(2)斜面的机械效率.【答案】(1)2J;(2)80%4.重750N的小车在长5m高1m的斜面上,用平行于斜面的拉力使小车以2m/s的速度向斜面顶运动,拉力的功率是500W.求:(1)拉力是多少?(2)斜面的机械效率是多少?【答案】(1)250N;(2)60%.5.如图所示,斜面长s=10m,高h=4m。
用沿斜面方向的推力F,将一个重为100N的物体由斜面底端A匀速推到顶端B,运动过程中物体克服摩擦力做了100J的功。
求:(1)运动过程中克服物体的重力做的功;(2)斜面的机械效率;(3)推力F的大小。
【答案】(1)400J;(2)80%;(3)50N。
6.现有一重为3000N的包装箱,工人师傅想把它搬到1.2m高的车厢上,他们用木板在车厢与地面之间搭成一个长度约为4m的简易斜面,如图所示,工人师傅站在地上用1200N的推力沿斜面把包装箱匀速推上车.求:2(1)该斜面的机械效率是多少?(2)包装箱在斜面上运动时所受摩擦力多大?【答案】(1)75% (2)300N7.如图所示,斜面长5m、高1.6m,用400N的拉力将重为1000N的物体,沿斜面匀速向上从底端拉到顶端.求:(1)物体克服重力做的功;(2)拉力对物体做的功;(3)斜面的机械效率.【答案】(1)物体克服重力做的有用功为1600J;(2)拉力对物体做的总功为2000J;(3)斜面的机械效率为80%.8.如图所示,为方便残疾人上下台阶,一些公共场所设计了残疾人专用通道(如图所示),其实质是斜面.小明将重750N的人和轮椅沿8m长的斜面推上1m高的平台,沿斜面所用的推力为125N,所用时间为10s.试求:(1)该斜面的机械效率.(2)推力的功率.(3)若斜面的机械效率为η,将轮椅匀速推上斜面时所需的推力为F,轮椅与斜面间的摩擦力为f,试推导:f=(1-η)F.【答案】(1)75%;(2)100W;(3)详见解析9.建筑工人要向楼上运送货物,为了省力,他在一个斜面上安装了一个滑轮组,做成如图1的装置,已知斜面长为6m,高为3m,且固定在在水平面上。
机械效率知识点的例题及其解析【例题1】如图所示,物体在沿斜面向上拉力的作用下,从倾角为30°的斜面底端匀速拉到斜面的顶端,已知物体所受重力为G,斜面的机械效率为75%,若物体受到的拉力和摩擦力分别用F和f表示,则()A.F=G f=G B.F=G f=GC.F=G f=G D.F=G f=G答案:B解析:有用功:W有用=Gh,拉力做的功为总功:W总=FL;由倾角为30°的斜面可得L=2h,斜面的机械效率:η====,代入数据,75%=,解得F=G;额外功就是克服摩擦所做的功:W额=W总﹣W有用=FL﹣Gh=fL=FL﹣G×=fL,由FL﹣G×=fL,约去L,所以可得;f=F﹣=G﹣=G,选B。
【例题2】如图所示,重400N的物体在30N的水平拉力F的作用下,以0.1m/s的速度沿水平地面向左匀速直线运动了10s,滑轮组的机械效率为80%,则在此过程中,下列说法正确的是()A.绳子自由端移动的距离为3m B.有用功为400JC.拉力F的功率为9W D.物体与地面间的滑动摩擦力为72N答案:ACD解析:A、由图知,n=3,则绳子自由端移动的距离:s绳=3s物=3v物t=3×0.1m/s×10s=3m,故A正确;B、拉力做功为:W总=Fs绳=30N×3m=90J,有用功:W有=ηW总=80%×90J=72J,故B 错误;C、拉力做功的功率:P===9W,故C正确;D、有用功W有=fs物,拉力做的总功W总=Fs绳,由η====得,物体与地面间的滑动摩擦力:f=η×3F=80%×3×30N=72N,故D正确。
【例题3】如图所示,是一辆汽车通过滑轮组将深井中的物体拉至井口的装置图。
已知井深12m ,物体重3610G N =⨯,汽车重G 车=3×104N ,汽车匀速拉绳子时的拉力32.210F N =⨯,汽车受到的阻力为车重的0.1倍。
九年级元月调考物理复习专题- 杠杆、斜面及其机械效率中考标高:1、认识简单机械在生活的应用,杠杆公式简单计算,平衡条件。
b2、通过实验探究影响斜面的机械效率因素。
B3、学会斜面机械效率及摩擦力的计算。
b课时安排:3课时 一、知识点复习1、杠杆的五要素为 ,杠杆的平衡条件为 。
2、斜面的主要功能为 ,物体在斜面上匀速上滑时,受到的摩擦力为 。
3、影响斜面机械效率的因素有: ,与物体拉动的距离和高 ,与拉动物体时的速度 ,计算公式为: 。
4、在利用斜面拉动物体时,有用功为: ,总功为 ,额外功为 。
二、典型例题例一: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钩码缓缓上升.实验中,将杠杆拉至图中虚线位置测力计的示数F= 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: .例二:下图是探究斜面的机械效率跟什么因素有关的实验装置。
(1)实验器材有木块、铁块、垫块、各处粗糙程度相同的长木板、弹簧测力计各一个,砝码若干。
为了完成实验,还需要的测量工具是_______。
(2)实验时某同学在木块或铁块上放置不同的砝码,改变物块的重力,用弹簧测力计拉着②在第3次试验中,木块受到的摩擦力为 ,在第4次实验中,斜面的机械效率为______。
例三: 如图所示,某小组研究“杠杆的平衡条件”,器材:有刻度的杠杆、若干个相同的钩码、弹簧测力计等,O 为杠杆的支点.①实验前,应先调节杠杆在 位置平衡.这样做,除了可以消除自身的重力影响,还可以方便地测量或读出 .调节时,如发现杠杆左端偏高,应如何操作: .②某实验小组记录两组数据如下:根据分析,这组数据中,实验序号为 选填:“1”或“2”)的一组肯定有错误.检查发现是测量动力臂时读错了,动力臂的实际值比记录值 (选填:大或小).③如图所示,弹簧测力计在C 处由竖直向上逐渐向右倾斜拉动杠杆,仍使杠杆在水平位置保持平衡,则弹簧测力计的示数将 (选填:变大、变小或保持不变),其原因是 .④某次实验中,若采取如图所示的方式悬挂钩码,杠杆也能在水平位置保持平衡(杠杆上每格等距),但老师却往往提醒大家不要采用这种方式,这主要是以下哪种原因 (选填字母).A .一个人无法独立操作B .需要使用太多的钩码C .力臂与杠杆不重合D .力和力臂数目过多⑤如图所示,实验小组选用长1.6m 、粗细均匀的一只金属杆,绕O 点在竖直平面内自由转动,同时将一个“拉力--位移传感器”竖直作用在杆上,并使杠杆在水平位置始终保持平衡.该传感器显示其拉力F 与作用点到O 点距离x 的变化关系如图所示.由图可知金属杆重 N .例四:如图甲所示,我国“向阳红09”母船正在进行投放“蛟龙号”载人深潜器试验,调控两根伸缩杆,使“∩”形架绕固定在甲板上的转轴旋转至如甲所示位置时停止,然后由固定在“∩”形架顶部的绞车通过钢缆释放深潜器。
专题33 斜面及斜面机械效率的计算斜面及斜面的机械效率是初中物理力学中重要知识,也是中考中常考实验之一。
通过斜面及斜面的机械效率考查,能很好考查学生的对机械效率知识的掌握情况,加深对机械效率的理解。
在中考试卷中,结合测力计读数、功、机械效率的计算等知识考查,侧重考查有用功、总功、机械效率的计算以及影响斜面机械效率高低的因素,主要以实验、计算形式考查,分值在2分—6分左右。
一、斜面定义、特点及实际应用:1、斜面的定义:斜面是一个与水平面成一定夹角的倾斜平面。
2、斜面特点:斜面是一种省力的简单机械。
用斜面把重力为G的物体推到高处时,如果不计摩擦力,已知斜面长为L,高为h,倾角为α,推力F所做的功W F=FL,不用斜面而由人直接将该重物提到同一高度时克服重力所做的功W G=Gh,根据机械功的原理(使用任何机械都不省功),得FL=Gh,所以sinGhF GLα==,由于L>h,所以可以省力。
3、应用:螺旋(木螺丝、螺母、螺杆、饮料瓶瓶盖)、盘山公路等。
例题1 (2022全国九年级)如图所示,将同一物体G分别沿光滑斜面由B、C匀速提升到A时,如若沿斜面的拉力分别为F B、F C,各个过程拉力做功为W B、W C,则它们的大小关系正确的是()A.W B>W C,F B<F C B.W B=W C,F B<F CC.W B>W C,F B=F C D.W B=W C,F B=F C【答案】B。
考点透视迷津点拨与点对点讲练【解析】斜面光滑说明摩擦力为0,拉力除了克服物体重力做功之外没有做额外功,则两次做的功都等于克服物体重力做的功,两次分别把同一物体提升到相同的高度,克服物体重力做的功相同,所以拉力做功也相同,即W B =W C ,斜面BA 的倾斜角度小于斜面CA 的倾斜角度,所以s AB >s AC ,由W=Fs 可知所以物体沿BA 运动时拉力较小,即F B <F C ,故选B 。
【点拨】斜面是一个可以看成一个省力的简单机械,省力的大小与斜面的粗糙程度有关,还有斜面的倾斜角度有关。
对点练:(2021山东八年级期末)如图所示,AC>BC ,在相同时间内把同一物体分别沿斜面AC 、BC 匀速推上顶端,推力分别为F 1、F 2,功率分别为P 1、P 2,推力做功为W 1、W 2,在不考虑摩擦的情况下:F 1______F 2,P 1______P 2,W 1______W 2(均选填“>”“<”或“=”)。
【答案】< = =。
【解析】由题意可知,AC>BC ,斜面AC 倾斜角度小于BC ,,所以物体沿AC 运动时拉力较小,即F 1<F 2;不计摩擦,使用光滑的斜面没有额外功,拉力在两斜面上做功相同,等于克服物体重力所做的功,即W 1=W 2;拉力做功相同,所用时间相同,根据WP t=可知,拉力做功的功率相同,即P 1=P 2。
二、斜面的机械效率的计算:斜面装置有用功 不用机械直接将重物提到h 时克服重力所做的功 W 有用=Gh总功 拉力所做的功 W 总=FL 或W 总=Gh+fL 额外功克服摩擦力做的功W 额外=W 总-W 有用或W 额外=fL 机械效率 用用功与总功的比值100%Gh FL η=⨯或100%GhGh fLη=⨯+ 的拉力为2N 斜面长4m ,高1m ,斜面的机械效率为___________,物体所受的摩擦力为___________N 。
【答案】62.5% 0.75。
【解析】在此过程中,拉力做的总功为W 总=Fs=2N ×4m=8J ,对物体做的有用功为W 有用=Gh=5N ×1m=5J ,则斜面的机械效率为5J100%62.5%8JW W η=⨯==有用总; 克服摩擦力做的额外功为W 额外=W 总-W 有用=8J-5J=3J ,则摩擦力大小为3J0.75N 4mW f s===额外。
【点拨】斜面的机械效率有两种表达方式:100%GhFLη=⨯或100%Gh Gh fL η=⨯+,通过两种方法都能求出摩擦力的大小,因为在将物体沿斜面推上去时,克服摩擦力做额外功,即-W W W f LL==额总有用。
对点练:(2021陕西)如图所示,工人师傅用沿斜面向上1000 N 的推力。
将重为2000 N 的物体从斜面底端匀速推至斜面顶端。
已知斜面长4m 、高1.5m ,则此过程中的有用功为______J ,斜面的机械效率为______。
使用斜面可以______ (选填“省力”或“省功”)。
【答案】3×103 75 % 省力。
【解析】斜面作为简单机械使用时,有用功等于克服物体重力做的功,因此W 有用=Gh=2000N ×1.5m=3×103J ;总功等于推力做的功,因此W 总=Fs =1000N×4m=4×103J ,所以,机械效率为33310J100%100%75%410JW W η⨯=⨯=⨯=⨯有总; 任何机械都不能省功,反而会需要做额外功。
使用斜面的时候,推力比重力小,因此可以省力。
三、实验:探究影响斜面的机械效率的因素:1、实验器材:斜面、重力不同长方体物块、弹簧测力计、刻度尺、毛巾、棉布2、实验原理:100%GhFLη=⨯ 3、实验方法:控制变量法(1)探究斜面的机械效率与斜面倾斜程度的关系时,控制物体重力、与斜面接触面积、斜面长L不变,改变的是斜面的高度h从而改变斜面倾斜程度;(2)探究斜面的机械效率与物体斜面之间接触面大小的关系时,控制木块的重量G不变,斜面长L不变,斜面的高度h不变,改变的是物体斜面接触面积使(用同一个长方体物块,使它的不同面与题意个斜面接触)(3)探究斜面的机械效率与它的粗糙程度的关系时,控制木块的重量G不变,斜面长L不变,斜面的高度h不变,改变的是斜面的粗糙程度(使用同一个长方体物块的同一个面,使它分别在倾角相同的木板、铺由毛巾、棉布的斜面上运动);(4)探究斜面的机械效率与物体的重力的关系时,控制斜面粗糙程度相同、接触面积相同,斜面长L不变,斜面的高度h不变,改变物体重力G。
4、结论:a. 在其他条件一定时,斜面的倾斜程度越大,机械效率越高;b. 斜面的机械效率与物体斜面之间接触面大小无关;c. 在其他条件一定时,斜面表面粗糙程度越大,机械效率越低;d. 斜面的机械效率与物体重力无关。
5、提高斜面机械效率的方法:在其他条件一定时,斜面的倾斜程度越大,机械效率越高,斜面表面粗糙程度越小,机械效率越高。
所以提高斜面机械效率的方法是增大斜面的倾斜程度、减小斜面表面粗糙程度。
例题3 (2021四川绵阳)用如图所示装置探究斜面省力大小及机械效率是否与斜面倾角、表面粗糙程度有关。
甲、乙斜面倾角相等,与丙的不相等;甲、丙斜面表面粗糙程度相同,与乙的不相同。
先用弹簧测力计竖直向上匀速缓慢提升重物0.24m高,弹簧测力计示数F0=20.0N;再分别在三个斜面上沿斜面向上匀速缓慢拉动这个重物到同一高度,弹簧测力计示数和斜面长度如表所示。
次数斜面弹簧测力计示数F/N斜面长度L/m省力大小ΔF/N(ΔF=F0﹣F)机械效率η%1 甲17.4 0.30 ?92.02 乙18.2 0.30 1.8 87.93 丙14.0 0.40 6.0 ?(1)斜面甲省力大小ΔF甲=_______N;(2)斜面丙的机械效率η丙=_______;(3)比较甲、乙实验结果,可以认为_______;比较甲、丙实验结果,可以认为_______(选填序号,有可能不止一项正确)。
A.斜面省力大小与斜面倾角有关B.斜面省力大小与斜面表面粗糙程度有关C.斜面省力大小与斜面倾角和表面粗糙程度都有关D.斜面机械效率与斜面倾角有关E.斜面机械效率与斜面表面粗糙程度有关F.斜面机械效率与斜面倾角和表面粗糙程度都有关【答案】(1)2.6 (2) 85.7%(3)当斜面的倾斜程度一定时,斜面越粗糙,斜面的机械效率越低 AD【解析】(1)斜面甲省力大小ΔF甲=F0-F甲=20N-17.4N=2.6N;(2)提升物体所做的有用功W有用=F0h=20N×0.24m=4.8J;沿斜面丙拉动物体所做的总功W总=F丙L丙=14N×0.4m=5.6J,该斜面的机械效率4.8J=100=1005.6JWWη⨯⨯≈有总%%85.7%;(3)甲、乙两次实验过程中,斜面的倾斜程度相同,粗糙程度不同,由表中数据可知,当斜面的倾斜程度一定时,斜面越粗糙,斜面的机械效率越低;甲、丙两次实验过程中,斜面的粗糙程度相同,斜面的倾斜程度不同。
分析表中数据可知,斜面倾角越小越省力,机械效率越低, AD正确,BCEF错误。
故选AD。
【点拨】实验中拉动物体时,应使物体匀速直线运动,但此时测力计的拉力并不等于摩擦力,而是大于摩擦力;测拉力时,要在物体匀速运动时读数;物体沿斜面上升时,额外功主要来自克服摩擦做功,所以WfL=额外。
对点练:(2020河北)斜面是一种简单机械,在生活和生产中使用斜面的好处是可以省力,如:______。
那么斜面的省力情况与哪些因素有关呢?(使用斜面的省力情况可以通过比较沿斜面拉力F与物体重力G的比值大小来判定,比值越小,越省力)小明做了如下猜想:猜想1:与斜面的表面材料有关;猜想2:与斜面的倾斜程度有关;猜想3:与物体受到的重力大小有关。
小明为验证上述猜想,利用如图所示的装置进行了实验。
实验中所用的物块材料及其表面粗糙程度相同,在沿斜面拉力的作用下,在斜面上做匀速直线运动。
实验中相关的记录如表。
实验序号 1 2 3 4 5 6斜面倾角θθθθθ1(θ1>θ)θ2(θ2>θ1)斜面的表面材料木板毛巾木板木板木板木板物块重G/N 2.0 2.0 4.0 6.0 2.0 2.0沿斜面拉力F/N 1.35 1.52 2.70 4.05 1.52 1.70回答下列问题:(1)通过对比实验______中的数据可知,使用斜面省力的情况与斜面的表面材料有关;(2)通过对比实验1、5、6中的数据,得出的结论是:在其他条件相同时,______;(3)为验证猜想3,小明做了实验______(填写实验序号),分析实验数据后,小明认为这几次实验省力情况相同,依据是______。
【拓展】完成实验后,小明沿斜面用1.8N的拉力,将重为4.5N的物体从斜面底端匀速拉到了顶端。
已知斜面长1.2m、高0.3m,则斜面的机械效率是______%。
(把重物直接提升0.3m 所做的功作为有用功)【答案】盘山公路(1)1和2 (2)斜面的倾斜程度越小,提升物体越省力(3)1、3、4 根据1、3、4的实验数据可知,物体的重力变为原来的几倍,拉力会变为原来的几倍,即沿斜面的拉力F与物体的重力G的比值大小相等【拓展】 62.5。