1.解:(1)實驗中應沿豎直方向勻速平緩帶動彈簧測力計,此時系統處于平衡狀態,拉力等于測力計示數;
(2)小組同事發覺實驗過程中邊帶動邊讀數,彈簧測力計示數不穩定機械效率怎么看繩子段數,應當靜止讀數,他的看法不正確,由于她沒有考慮到磨擦對滑車架機械效率的影響;
(3)丁圖中,繩子的有效段數為4,繩端聯通距離:
s=nh=4×0.1m=0.4m,機械效率:
η=
=
×100%=80%,表中第4次實驗數據分別為0.4和80%;
(4)甲、乙、丙、丁實驗中繩子的有效段數分別為2、3、3、4,甲、乙、丙實驗裝置相同,研究滑車架的機械效率與繩子段數的關系,要控制雖然誘因相同,只改變繩子的段數,故通過比較1、2兩次實驗數據得出推論:使用同一滑車架提高同一重物時,滑車架的機械效率與繩子段數無關;
(5)研究滑車架的機械效率與提高物體重力的關系,要控制雖然誘因相同,只改變物體的重力,通過比較2、3兩次實驗數據得出推論:同一滑車架提高重物時,物重越大,滑車架的機械效率越高。
故答案為:(1)勻速;(2)不正確;磨擦;(3)0.4;80%;(4)1、2;(5)2、3。
2.解:
(1)依據第1次的實驗數據和s=nh可得,n=
=
=3;
因而滑車架由3股繩子承當物重,應從動滑輪繞起,小寒組裝的滑車架如右圖:
;
(2)測滑車架機械效率的實驗中,實驗原理是η=
×100%;
(3)要確切測出拉力的大小,小寒要豎直向下勻速帶動彈簧測力計;
第一次的機械效率:η=
=
×100%=66.7%;
第二次的有用功,W有用2=Gh=2N×0.15m=0.3J,
第二次的總功,W總2=Fs=0.8N×0.45m=0.36J,
第二次的機械效率:η′=
=
×100%=83.3%;
(4)已知提高物體繩子的股數,由η=
=
=
=
可知,只須要檢測G和F,就可以測出滑車架的機械效率,因而檢測工具只須要彈簧測力計,不須要刻度尺;
則這時滑車架機械效率的表達式應為η=
×100%。
(5)在額外功不變的情況下,減小提高的鉤碼的重力,有用功會減小,有用功在總功中所占的比列減小,故機械效率將變大。
(6)通過表格數據和3小題的估算可以得到的推論是:同一滑車架,被提高的物重越大,機械效率越高。
故答案為:(1)如上圖;(2)η=
×100%;(3)豎直向下勻速;(4)刻度尺;η=
×100%;(5)變大;(6)同一滑車架,被提高的物重越大,機械效率越高。
3.解:(1)由η=
=
剖析可知鉤碼上升高度、繩子自由端聯通距離須要刻度尺;
(2)由圖可知,彈簧測力計的分度值為0.2N,繩自由端所受拉力F=2.4N;
總功:W總=Fs=2.4N×0.6m=1.44J,
有用功:W有用=Gh=6N×0.2m=1.2J,
滑車架的機械效率:η=
×100%=
×100%≈83%;
故a=2.4,b=83%;
(3)假如拉彈簧測力計時使勁較大,使物體運動的速率越來越大,此時所測的拉力偏大,則估算出的總功偏大,有用功不變,所以機械效率偏小;
(4)用同一滑車架提高不同重物至同一高度,由W=Gh可知,克服動滑輪的重所做的額外功相同,提高的物重降低時,克服物重所做的有用功降低,滑車架的機械效率變大,學習小組改變提起鉤碼數又做了兩次實驗,探究同一滑車架,機械效率與提高物體的重力是否有關。此探究需保持動滑輪重和滑輪的輪與軸之間的磨擦不變。
故答案為:(1)刻度尺;(2)2.4;83%;(3)偏小;(4)提高物體的重力;滑輪的輪與軸之間的磨擦。
4.解:(1)如圖,繩子的有效段數為3,繩子自由端聯通的距離s為物體下降高度h的3倍,s=3h,
該滑車架機械效率的表達式為:η=
×100%=
×100%=
×100%=
×100%;
(2)實驗過程中拉力F應當在彈簧測力計做勻速運動時讀數,若某同事為了便捷,若在測力計靜止時讀數,則沒有檢測出機械的磨擦力,檢測出的拉力變小,按照W=Fs,求出的總功變小,故測出的機械效率將比真實值偏大;
故答案:(1)
×100%;(2)磨擦力。
5.解:(1)為了確切測出滑車架的機械效率,應使彈簧測力計沿豎直方向做勻速直線運動;
(2)在第四次實驗中,s=0.5m,h=0.1m,由s=nh可得n=5,即承當物重的繩子股數n=5,所以第4次實驗是用丙圖所示裝置來完成的;
(3)要探究滑車架的機械效率與重物上升高度無關,須要用使用同一滑車架提高相同重物,物體上升的高度不同,滑車架的機械效率相同,通過比較實驗1、2數據可得出;
(4)1、3兩次實驗,s=0.3m,h=0.1m,由s=nh可得n=3,使用同樣的滑車架,即使用的甲、乙兩圖,通過得出的實驗數據可知提高的物體重力越大,滑車架的機械效率越高,得出推論:同一滑車架提高的物體越重,滑車架機械效率越高;
(5)要提升滑車架的機械效率,可以:
A、減輕動滑輪重力,在提高相同重物、提升相同高度時,減少額內功,而有用功不變,總功減少,有用功與總功的比值減小,增強了滑車架的機械效率;故A正確;
B、由實驗得出的推論可知,減小提高的物體重力,可以提升滑車架的機械效率,故B正確;
C、機械加潤滑油,在提高相同重物、提升相同高度時,減少額內功,而有用功不變,總功減少,有用功與總功的比值減小,增強了滑車架的機械效率;故C正確;
D、滑車架的機械效率:η=
=
=
=
,可見滑車架的機械效率與提高物體的高度無關,所以,降低重物上升高度,不能提升滑車架的機械效率;故D錯誤。
故答案為:(1)勻速;(2)丙;(3)1、2;(4)高;(5)ABC。
6.解;(1)由圖可知,n=3,則彈簧測力計豎直向下聯通的速率v繩=nv物=3×0.1m/s=0.3m/s;
(2)按照圖乙可知,被提高物體所受的重力相同時,動滑輪越重,滑車架的機械效率越低;
(3)忽視繩重和磨擦,提高物體重力所做的功為有用功,提高物體和動滑輪重力所做的功為總功,
所以,滑車架的機械效率η=
=
=
,
由圖乙可知,G動=1N,η=80%,則80%=
機械效率怎么看繩子段數,
解得:G=4N;
(4)小紅朋友分別使用動滑輪重相同的甲、丙滑車架提高相同的重物時,若忽視繩重及磨擦,則克服動滑輪重做的功為額外功,額外功相同,做的有用功相同,因而總功相同,由η=
×100%,則甲、丙滑車架的機械效率相同,甲滑車架的機械效率等于丙滑車架的機械效率。
故答案為:(1)0.3;(2)低;(3)4;(4)等于。
7.解:(1)由圖可知,承當物重的繩子股數n=3,為此,繩子自由端聯通距離:s=3h=3×10cm=30cm,
滑車架所做有用功:W有=Gh=20N×0.1m=2J,
滑車架做的總功:W總=Fs=10N×0.3m=3J
機械效率:η=
,
由題意可知,繩重及磨擦所做的功仍然占總功的10%,則拉力對繩重及磨擦所做的功:
W1=10%W總=10%×3J=0.3J,
拉力對動滑輪所做的功:
W動=W總﹣W1﹣W有=3J﹣0.3J﹣2J=0.7J,
由公式W=Gh可知,動滑輪重:
,
(2)若繩子自由端相對于動滑輪聯通的豎直距離為30cm,則有s′=h′+30cm=
s′+30cm,
解得,繩子自由端聯通的距離:s′=45cm,
為此,第二次實驗中,拉力所做的功:W總′=Fs′=10N×0.45m=4.5J。
故答案為:(1)30;2;66.7%;7;(2)4.5。
8.解:(1)為了確切測出滑車架的機械效率,應使彈簧測力計沿豎直方向做勻速直線運動;
(2)在第四次實驗中,s=0.5m,h=0.1m,由s=nh可得n=5,即承當物重的繩子股數n=5,所以第4次實驗是用丙圖所示裝置來完成的;
(3)要提升滑車架的機械效率,可以:
A、減輕動滑輪重力,在提高相同重物、提升相同高度時,減少額內功,而有用功不變,總功減少,有用功與總功的比值減小,增強了滑車架的機械效率;故A正確;
B、滑車架的機械效率η=
=
=
=
,可見滑車架的機械效率與繩端聯通的距離無關,所以,減輕繩端聯通的距離,不能提升滑車架的機械效率;故B錯誤;
C、適當降低所提物體重,可以減小有用功,而額外功不變,有用功與總功的比值減小,可以提升滑車架的機械效率,故C正確;
D、滑車架的機械效率η=
=
=
=
,可見滑車架的機械效率與提高物體的高度無關,所以,降低重物上升高度,不能提升滑車架的機械效率;故D錯誤;
故選AC;
(4)實驗表明:額外功越小,總功越接近有用功:進一步推理得出:假定沒有額外功,總功等于有用功;可見使用任何機械不省功(采用了理想化推理法):
AC、平面鏡成像的規律、阿基米德原理可通過實驗直接驗證;
B、而牛頓第一定理不能用實驗直接驗證,是在實驗的基礎下推理得出的;
故選B。
故答案為:(1)豎直;勻速;(2)丙;(3)AC;(4)B。
9.解:
(1)由實驗數據可知,s=3h,所以滑車架由3段繩子承當物重,因而繩子應從動滑輪里面的掛鉤開始繞起,如圖所示:
;
(2)第4次實驗的機械效率:η=
×100%=
×100%=
×100%≈66.7%;
這次實驗做的總功是:
W總=Fs=2N×0.3m=0.6J;
(3)由第1、2組數據可知,動滑輪重、鉤碼重均相同,鉤碼被提高的高度不同,但機械效率相同,可知同一滑車架的機械效率與物體被提高的高度無關;
(4)由第1、3、4組數據可知,動滑輪重、鉤碼被提高的高度相同,被提高的鉤碼重不同,機械效率不同,物重越大,機械效率越大,故推論為:同一滑車架勻速提高重物時,機械效率隨被提高的物的降低而減小。
故答案為:(1)見上圖;(2)66.7;0.6;(3)物體被提高的高度;(4)被提高的物重。
10.解:(1)在此實驗中,提高的物體是鉤碼,同時須要用到測力計檢測鉤碼的重力和繩端拉力;
(2)動滑輪的重力不可忽視,則克服動滑輪的重和繩與滑輪間的磨擦所做的功為額外功,從磨擦角度考慮,隨著物體重力的降低,滑輪與繩子間磨擦會一定程度減小;
同時,物重減小,有用功逐步減小,有用功占總功的比值在減小,所以機械效率逐步減小,但因為磨擦也在減小,故機械效率η與物體重力G的關系并不成反比,故C符合題意
(3)為了驗證推測二,滑車架機械效率與動滑輪所受的重力有關,要改變動滑輪的重力,故還需降低的實驗器材是幾個自重不同的滑輪;
(4)第一組實驗數據知nF﹣G物=2×0.7N﹣1N=0.4N,第二組實驗數據知nF﹣G物′=2×1.2N﹣2N=0.4N,第三組實驗數據知nF﹣G物″=2×1.7N﹣3N=0.4N,
故依照nF=G物+G動得:
假如繩子能承受的最大拉力是2.2N,由F=
(G物+G動)可得,
提起物體的重力:
G″=2F最大﹣G輪=2×2.2N﹣0.4N=4N,
所以滑車架的機械效率最大為:
η=
=
=
=
≈90.9%,
按照F=
(G物+G動)知要保持省力的情況下提高物體,G物>G動,
滑車架的機械效率最小為:
η′=
=
=
>
=
=50%,故滑車架的機械效率范圍是小于50%大于等于90.9%。
故答案為:(1)彈簧測力計;(2)C;(3)幾個重力不同的動滑輪;(4)小于50%大于等于90.9%。
11.解:(1)要使滑車架最省力,須要承當物重的繩子段數最多,所以要從動滑輪繞起如圖所示:
;
(2)按照甲中的繞線方法可知,有3段繩子拉著動滑輪,則鉤碼上升的高度為:h=
=
=0.1m;
則有用功為:W有用=Gh=2N×0.1m=0.2J;總功為:W總=Fs=1N×0.3m=0.3J;
(3)要驗證滑車架機械效率與重物上升高度是否有關時,須要控制滑車架的繞法相同、物體的重力相同,上升的高度不同,需選第1次、第2次實驗數據作比較;
(4)依據第1、3次實驗數據可知,鉤碼上升的高度相同,鉤碼的重力不同,鉤碼重力越高,機械效率越大,故降低提高物體的重力可以增強機械效率。
故答案為:(1)看法析;(2)0.1;0.3;0.2;(3)第1次、第2次;(4)降低提高物體的重力。