人教版八下物理机械效率相关练习题、变式以及答案解析

5.为了将放置在水平地面上、重G=100N的重物提升到高处。

小明同学设计了图甲所示的滑轮组装置。

当小明用图乙所示随时间变化的竖直向下拉力F拉绳时，重物的速度υ和上升的高度h随时间t变化的关系图象分别如图丙和丁所示．若重物与地面的接触面积S=5×10-2m2，不计摩擦，绳对滑轮的拉力方向均可看成在竖直方向。

求：
（1）在1～2s内，若重物上升1.25m，拉力F做的功W。

（2）在2～3s内，拉力F的功率P及滑轮组的机械效率η。

（3）若绳子能承受的最大拉力是1500N，小李体重600N，他站在地面向下拉绳子使物体匀速上升，最大能提升多重的物体？
【思路点拨】由滑轮组的结构可以看出，承担物重的绳子股数n=3，则拉力F移动的距离s=3h.
（1）由F-t图象得出在1～2s内的拉力F，由h-t图象得出重物上升的高度，求出拉力F的作用点下降的速度，利用W=Fs求此时拉力做功；根据拉力和物体的重力，求出动滑轮的重力；
（2）由F-t图象得出在2～3s内的拉力F，由v-t图象得出重物上升的速度，求出拉力F的作用点下降的速度，利用求拉力做功功率，知道拉力F和物重G
大小，以及S与h的关系，利用公式求滑轮组的机械效率。

（3）当绳子的拉力超过小李的体重时，他就会被拉起，所以要想站在地面向下拉绳子，绳子的最大拉力为600N，再根据动滑轮上的绳子段数求出物体的最大重力。

【答案与解析】（1）在1～2s内，拉力F1=50N，重物上升高度h1=1.25m；
拉力F的作用点下降的距离，
拉力做的功：；
绳子自由端的拉力：
动滑轮的重力为：；
内，重物做匀速运动，，拉力，
的作用点下降的速度，
拉力做功功率（总功率）：；
滑轮组的机械效率：
，所以物体的最大重力为：；所以：。

（3）比较两次实验的机械效率可得出结论：____________。

这里用到的研究方法是____________。

（填字母）
A．类比法B．控制变量法C．等效替代法
（4）改变图中滑轮组的绕线方法，提起同一重物时，不计摩擦及绳重，滑轮组的机械效率__________（填“变大”、“变小”或“不变”）。

【思路点拨】（1）用滑轮组竖直拉动物体上升时，绳端的弹簧测力计要竖直方向拉动弹簧测力计。

（2）由图判断绳子的段数，根据绳子的段数，判断第1次实验的错误数据。

知道物重、
物体升高的距离、拉力、拉力移动的距离，根据求出机械效率。

（3）同一滑轮组，提起的物体越重，滑轮组的机械效率越高。

滑轮组的机械效率跟动滑轮的重、绳重、摩擦、提起物体的重有关，探究滑轮组机械效率跟提起物重的关系时，控制绳重、动滑轮重、摩擦不变，这种方法是控制变量法。

（4）滑轮组的机械效率跟动滑轮的重、绳重、摩擦、提起物体的重有关，跟滑轮组的绕法、物体升高的距离等都没有关系。

【答案】（1）匀速；（2）60.6%；（3）同一滑轮组，提起的物体越重，机械效率越大；B；（4）不变
【解析】（1）如图，弹簧测力计要竖直向上匀速拉动绳子。

（2）如图，物体有三段绳子承担，s=3h，h=0.1m，所以，s=3×0.1m=0.3m。

所以第一
次实验中绳子自由端上升的距离0.2m是错误的。

（3）第1和2次实验时物体升高的距离，使用的同一个滑轮组，滑轮组提起的物体越重，滑轮组的机械效率越高。

所以，同一滑轮组，提起的物体越重，机械效率越大。

在探究滑轮组机械效率时，控制物体升高的距离、动滑轮的重、绳重、摩擦等都不变，只是改变提起的物体重，这种方法是控制变量法。

（4）在其它条件相同时，滑轮组的机械效率跟滑轮组的绕法没有关系。

【总结升华】掌握影响滑轮组机械效率高低的因素，利用控制变量法探究滑轮组机械效率跟各因素之间的关系。

【变式】如图甲所示的滑轮组。

不计绳重和摩擦，物体重G从400N开始逐渐增加，直到绳子被拉断。

每次均匀速拉动绳子将物体提升同样的高度。

图乙记录了在此过程中滑轮组的机械效率随物体重力的增加而变化的图象。

（1）当滑轮组的机械效率为40%时，绳子的拉力为多大？
（2）2个滑轮总重多少？
（3）绳子能承受的最大拉力是多少？
（4）当滑轮组的机械效率为80%时，物体重多少？
【答案与解析】（1）从甲图中可知，n=4；从乙图中可知，当η=40%时，G=400N，根据机械效率：，即：。

（2）设两个动滑轮总重G总，则
即：。

（3）由乙图可知：当物重最大为G′=3200N时，绳子刚好被拉断，则绳子能承受的最大拉力：。

（4）根据机械效率：，可得：
答：（1）当滑轮组的机械效率为40%时，绳子的拉力为250N；
（2）2个滑轮总重600N；
（3）绳子能承受的最大拉力是950N；
（4）当滑轮组的机械效率为80%时，物体重2400N。