資源簡介

/ 讓教學(xué)更有效 精品試卷 | 科學(xué)
3.4.2 簡單機械
化學(xué)觀念：區(qū)分定滑輪和動滑輪，了解其特點及實質(zhì);了解滑輪組的特點;能正確判斷有用功、額外功和總功，知道機械效率的公式及計算;知道斜面是一種簡單機械。
科學(xué)思維:歸納定滑輪和動滑輪的特點;經(jīng)歷從具體到抽象的研究過程，學(xué)會比較。會應(yīng)用公式進行簡單計算。經(jīng)歷從具體到抽象的研究過程，學(xué)會比較。會應(yīng)用公式進行簡單計算。
科學(xué)探究與實踐:通過利用滑輪提升重物的活動，培養(yǎng)學(xué)生動手操作觀察和描述的能力:通過畫圖的方法尋找滑輪的五要素，能得出滑輪的實質(zhì)就是杠桿的結(jié)論。在探究滑輪組機械效率中，分析總結(jié)簡單機械的效率。
科學(xué)態(tài)度與責任:學(xué)會合作和交流，體驗成功探究帶來的樂趣，感悟生活中處處有科學(xué)通過學(xué)習(xí)體會提高機械效率對節(jié)約能源和促進社會發(fā)展的重要意義。
1.定滑輪:滑輪軸固定不動;動滑輪:滑輪軸隨鉤碼一起移動。
2.定滑輪實質(zhì)是等臂杠桿，只能改變力的方向，不能改變力的大小。不省力也不省距離。改變力的方向不會改變力的大小。動滑輪實質(zhì)上是一個動力臂為阻力臂2倍的省力杠桿。省力費距離。不能改變力的方向。若力的方向不與動滑輪直徑垂直，則省的力小于一半，不是最省力的方法。動力移動的距離大于鉤碼上升的距離。
3.豎直拉物體:自由端拉力F和總重力G的關(guān)系是
繩子自由端移動的距離s與物體上升的高度h的關(guān)系是 S=nh
自由端移動速度V自和物體移動速度V物的關(guān)系 V自=nV物
水平拉物體:自由端拉力F和摩擦力f的關(guān)系是
繩子白由端移動的距離S自與物體移動距離s物的關(guān)系是S自=nS物
自由端移動速度V自和物體移動速度V物的關(guān)系 V自=nV物
注意:n為圍繞動滑輪上繩子的股數(shù)。
4.為了達到某一目的必須要做的功，叫做有用功，用W有表示；利用機械時，人們不得不額外做的功叫做額外功，用W額表示;有用功與額外功的和為總功，用W表示。W總=W有+W額。
5.科學(xué)上把有用功跟總功的比值叫做機械效率，
6.提高機械效率的方法:增加有用功，如在機械能承受的范圍內(nèi)增加每次提起重物的重力;減小額外功，如改進結(jié)構(gòu)使機械更合理、更輕巧，盡量減小摩擦力等
7.斜面的機械效率為
8.粗糙程度相同的斜面，斜面傾斜程度越大，斜面的機械效率越高。若斜面光滑無摩擦，則無額外功,有用功等于總功。
任務(wù)一:探究滑輪
【活動1】1．觀察滑輪，并指出它的結(jié)構(gòu)特點。
2．請用滑輪、細線、鐵架臺等設(shè)計兩種方案，要求利用滑輪把鉤碼提升起來，在圖 3-45中畫出實驗裝置示意圖。
3．利用設(shè)計的方案，組裝好裝置，提升鉤碼。
【答案】使用滑輪工作時,根據(jù)滑輪軸的位置是否移動,可將滑輪分成定滑輪和動滑輪兩類。
【活動2】1．如圖 3-46 甲所示，用彈簧測力計測出鉤碼的重 G1。
2．如圖 3-46 乙所示，通過定滑輪用彈簧測力計勻速向下拉動鉤碼，記錄彈簧測力計的讀數(shù) F1，并與鉤碼的重相比較。改變拉力的方向，如圖 3-46丙所示，觀察彈簧測力計的讀數(shù)是否發(fā)生變化？
3．先用彈簧測力計測出鉤碼和滑輪的總重 G2。如圖 3-46 丁所示，通過動滑輪用彈簧測力計勻速向上拉動鉤碼，記錄彈簧測力計的讀數(shù) F2，并與鉤碼和滑輪的總重相比較。同時注意觀察F2 拉過距離s與重物上升高度h間的關(guān)系。
【答案】改變拉力方向，拉力依然為F1，力的大小不變。由此可知:使用定滑輪不能省力，但能夠改變力的作用方向。
F2=1/2G2 S=2h 由此可知使用動滑輪可以省一半力，但不能改變力的作用方向，而且動力移動的距離大于鉤碼上升的距離(費距離)。
【活動3】
1．用彈簧測力計測出鉤碼和動滑輪的總重G。
2．按如圖3-48甲所示方式勻速拉動繩子，記錄此時承擔重物和動滑輪總重的繩子股數(shù)和彈簧測力計的讀數(shù)F1。
3．按如圖3-48乙所示方式勻速拉動繩子，記錄此時承擔重物和動滑輪總重的繩子股數(shù)和彈簧測力計的讀數(shù)F。
實驗 鉤碼和動滑輪的總重
（牛） 承重繩子股數(shù) 彈簧測力計的拉力
（牛）
甲
乙
【答案】
實驗 鉤碼和動滑輪的總重
（牛） 承重繩子股數(shù) 彈簧測力計的拉力
（牛）
甲 4 4 1.0
乙 4 5 0.8
分析實驗數(shù)據(jù)可以得出,在忽略摩擦、繩重及實驗誤差的條件下,彈簧測力計的示數(shù)F與鉤碼的重G以及動滑輪的重G0的關(guān)系為,即重物與動滑輪的總重由幾股繩子承擔,提起重物所用的力就是總重的幾分之一。
【思考與討論】杠桿、滑輪等簡單機械，有的省力、有的不省力，使用它們時，有的可以少移動距離，有的卻要多移動距離。在使用簡單機械時，你認為省力或費力、省距離或費距離，它們之間有什么關(guān)系？
【答案】省力的機械一定費距離，費力的機械一定省距離。
【例題】纏繞滑輪的繩子能承受的最大拉力為 300 牛，用它連接成如圖 3-49 所示的滑輪組，能否提升 600 牛的重物？（已知動滑輪重 20 牛，摩擦及繩的質(zhì)量不計）
解：在圖 3-49 所示的滑輪組中，重物和動滑輪的總重 G＝ 600 牛＋ 20 牛＝ 620 牛。因為總重是由 2 股繩子承擔，所以，所用的拉力為：F=1/2G=620牛/2=310牛
可見，拉力大于繩子所能承受的最大拉力，所以不能用來提升 600 牛的重物。
答：該滑輪組不能用來提升 600 牛的重物。
任務(wù)二:探究機械效率
【思考與討論1】1．在用動滑輪提升重物的過程中，除了克服動滑輪自重和摩擦力所做的額外功外，還需要做哪些額外功？你希望額外功大一些還是小一些？
2．請從功是能量轉(zhuǎn)化的量度的角度，對有用功、額外功和總功進行分析。怎樣描述機械工作時能量的利用率？
【答案】1.所做的額外功還有克服繩子的重力和盛重物的器具的重力所做的功。我希望額外功小一些。2.在用機械提升重物時,人提供的能量(總功)一部分轉(zhuǎn)化為重物增加的勢能(有用功)，一部分轉(zhuǎn)化為動滑輪增加的勢能和克服摩擦產(chǎn)生的內(nèi)能(額外功)。對我們有用的僅占了總能量的一部分,我們可以用有用功在總功中所占的比例大小來描述機械工作時能量的利用率。
【思考與討論2】機械功率與機械效率有什么區(qū)別？
【答案】
物理量 機械效率 機械功率
定義 有用功跟總功的比值 單位時間里完成的功
表達式 P=W/t
相關(guān)因素 有用功W有用、總功W總 功W、完成功所用的時間t
物理意義 反映機械性能的好壞 反映做功的快慢
說明 機械效率與機械功率之間沒有關(guān)系
【活動】1．如圖 3-52 所示，將 1塊長木板的一端墊高，構(gòu)成一個斜面，用刻度尺測出斜面的
長 s 和斜面的高度 h。
2．用彈簧測力計測出小車的重力。
3．用彈簧測力計沿著斜面把小車從斜面底端勻速拉到頂端，讀出彈簧測力計的讀數(shù)。
4．改變斜面的傾斜程度，重復(fù)上述步驟 2 次。
5．將測量結(jié)果記錄在下面的表格中。
表 3-3 測量斜面的機械效率
斜面的傾斜程度 小車重力G（牛） 斜面高度h（米） 沿斜面拉力F（牛） 斜面長s（米） 有用功W有用（焦） 總功W總（焦） 機械效率η
較緩
較陡
最陡
【答案】
斜面的傾斜程度 小車重力G（牛） 斜面高度h（米） 沿斜面拉力F（牛） 斜面長s（米） 有用功W有用（焦） 總功W總（焦） 機械效率η
較緩 2 0.1 0.6 0.5 0.2 0.3 67%
較陡 2. 0.2 1 0.5 0.4 0.5 80%
最陡 2 0.3 1.4 0.5 0.6 0.7 86%
結(jié)論:對于光滑程度相同的斜面,傾斜程度越大，機械效率越高。
斜面的機械效率為
總結(jié)本節(jié)的概念，梳理概念之間的聯(lián)系，畫出思維導(dǎo)圖。
1.如圖所示，下列滑輪使用過程中（不計摩擦、滑輪重力和繩重）可以省力的是（　　）
A． B． C． D．
【答案】B
【解析】【分析】根據(jù)定滑輪和動滑輪的特點分析判斷。
【解答】ACD.定滑輪不省力不費力，故A、C、D不合題意；
B.動滑輪會省一半的力，故B符合題意。
故選B。
2.如圖所示，分別用力F1、F2、F3勻速提起重物A，若不計摩擦，關(guān)于三個力的大小關(guān)系，下列選項中正確的是（　　）
A．F1＝F2＝F3 B．F1＞F2＞F3 C．F2＞F1＝F3 D．F1＜F2＜F3
【解答】解：因為定滑輪相當于一等臂杠桿，只能改變力的方向，而不省力，故定滑輪拉同一重物G，不計摩擦，沿三個不同方向，用的拉力大小相等，即F1、F2、F3都等于物體的重力。故A正確，BCD錯誤。
故選：A。
3.如圖所示，不計摩擦，把重G=16 N的物體勻速提起所用的拉力F=10 N，則關(guān)于該動滑輪的說法中錯誤的是 （　　）
A．動滑輪重4 N
B．使用該動滑輪要費距離
C．該動滑輪的機械效率為80%
D．提升物體的速度越快，機械效率越高
【答案】D
【解析】（1）已知拉力和物體的重力根據(jù)公式G動=2F-G計算即可；
（2）動滑輪不能改變力的方向，但可以省力；
（3）已知拉力和物體重力根據(jù)公式計算動滑輪的機械效率；
（4）根據(jù)公式可知，動滑輪的機械效率只與物體重力和動滑輪的重力有關(guān)，與其它因素無關(guān)。
【解答】A.動滑輪的重力為：G動=2F-G=2×10N-16N=4N，故A正確不合題意；
B.使用該動滑輪要費距離，故B正確不合題意；
C.動滑輪的機械效率為：，故C正確不合題意；
D.滑輪組的機械效率與物體重力和動滑輪的重力有關(guān)，與提升物體的速度無關(guān)，故D錯誤符合題意。
故選D。
4.現(xiàn)有史籍中最早討論滑輪的是《墨經(jīng)》。書中將向上提舉重物的力稱為“挈”，將自由往下降落稱為“收”，將整個滑輪稱為“繩制”（圖1）。現(xiàn)分別用甲、乙兩個力替代“收”（圖2），使重物在相同的時間內(nèi)勻速上升相同高度。不計繩重和摩擦，下列說法正確的是（　　）
A．使用這個滑輪能省力
B．甲拉力大小等于乙拉力大小
C．甲拉力做的功大于乙拉力做的功
D．甲拉力使繩自由端移動的速度小于乙拉力使繩自由端移動的速度
【答案】B
【解析】【分析】A.由圖可知，圖中的滑輪是定滑輪，使用定滑輪只能改變力的方向，不能省力，由此得出結(jié)論；
B.定滑輪是等臂杠桿，由于阻力和阻力臂不變，動力臂都等于滑輪的半徑，根據(jù)杠桿的平衡條件可得出結(jié)論；
C.由題意可知，重物上升的距離相同；在使用定滑輪中，繩子移動的距離等于重物上升的距離；由于甲、乙拉力大小相等，根據(jù)W=Fs可知甲、乙拉力做功的大小，由此可得出結(jié)論；
D.由題意可知，重物在相同時間內(nèi)上升的距離相同；在使用定滑輪中，繩子移動的距離等于重物上升的距離，由此可得出結(jié)論。
【解答】 A.由圖可知，圖中的滑輪是定滑輪，使用定滑輪只能改變力的方向，不能省力，故A錯誤；
B.定滑輪是等臂杠桿，由于阻力和阻力臂不變，動力臂都等于滑輪的半徑，即甲、乙拉力的力臂相等，根據(jù)杠桿的平衡條件F1l1=F2l2，可知，甲拉力大小等于乙拉力的大小，故B正確；
C.由題意可知，重物上升的距離相同；在使用定滑輪中，繩子移到的距離等于重物上升的距離；由于甲、乙拉力大小相等，根據(jù)W=Fs可知甲、乙拉力做功的大小相等，故C錯誤；
D.由題意可知，重物在相同時間內(nèi)上升的距離相同，即重物上升的速度相同；在使用定滑輪中，繩子移動的距離等于重物上升的距離，繩子移動的時間和重物上升的時間相同，根據(jù)可知，甲、乙拉力移動的速度都等于重物上升的速度，故D錯誤。
故選B。
5.小明用如圖裝置“測量大氣壓”時，發(fā)現(xiàn)彈簧秤的量程太小，無法拉開緊貼在地面上的吸盤，于是他加了一個輕質(zhì)滑輪，若不計滑輪自重和摩擦，下列操作最有可能完成實驗的是（　　）
A． B．
C． D．
【解答】解：AB、AB圖中兩個滑輪均為定滑輪，定滑輪不省力，只能改變力的方向，故AB錯誤；
C、滑輪作為動滑輪使用，不計滑輪自重和摩擦，能省一半的力，故C正確；
D、滑輪作為動滑輪使用，彈簧測力計作用在滑輪軸上，不計滑輪自重和摩擦，彈簧測力計拉力為繩子拉力的2倍，故D錯誤。
故選：C。
6.在野外用滑輪組拉越野車脫困時的情景如圖所示，有關(guān)力的分析正確的是（　　）
A．車對地面的壓力與車的重力是一對平衡力
B．車拉滑輪組的力與滑輪組對車的拉力是一對平衡力
C．脫困必需2400N的拉力時，繩索自由端的力F至少為1200N
D．脫困必需2400N的拉力時，繩索自由端的力F至少為800N
【答案】C
【解析】AB.平衡力的條件：大小相等、方向相反、作用在同一直線和同一物體上；
CD.根據(jù)圖片確定動滑輪上承擔拉力的繩子段數(shù)n，根據(jù)F=nF拉計算繩索的拉力。
【解答】A.車對地面的壓力與車的重力，二者的方向都是豎直向下的，二者不是平衡力，故A錯誤；
B.車拉滑輪組的力作用在滑輪組上，而滑輪組對車的拉力作用在車上，二者沒有作用在同一物體上，不是平衡力，故B錯誤；
CD.根據(jù)圖片可知，滑輪組上承擔拉力的繩子段數(shù)n=2，則繩子自由端的拉力為：，故C正確，D錯誤。
故選C。
7.如圖所示，用下列裝置提升同一重物，若不計滑輪自重及摩擦，則最省力的是（　　）
A． B． C． D．
【答案】C
【解析】【解答】解：A、此圖是動滑輪，由動滑輪及其工作特點可知，省一半的力，即F=G；
B、此圖是定滑輪，由定滑輪及其工作特點可知，不省力，即F=G；
C、此圖是滑輪組，繞在動滑輪上的繩子由3股，則F=G；
D、此圖是滑輪組，繞在動滑輪上的繩子由2股，則F= G．
由以上可知：在滑輪重及摩擦不計的情況下最省力的是C．
故選C
【分析】根據(jù)滑輪組繩子拉力的計算，定滑輪及其工作特點和動滑輪及其工作特點對各個選項注意分析即可
8.一個滑輪組經(jīng)改進后提高了機械效率,用它把同一物體勻速提升同樣的高度，改進后與改進前相比（　　）
A．有用功減少，總功減少 B．有用功增加，總功增加
C．有用功不變，總功不變 D．有用功不變，總功減少
【答案】D
【解析】【分析】根據(jù)W有=Gh比較有用功的大小，根據(jù)公式比較總功的大小。
【解答】同一物體的重力相等，提升相同的高度h，根據(jù)公式W有=Gh可知，有用功不變；根據(jù)公式可知，當有用功相同時，機械效率與總功成反比。因為滑輪組的機械效率提高了，所以總功減少了，故D正確，而A、B、C錯誤。
故選D。
9.用如上圖甲所示的滑輪組緩慢提升不同物體每次物體被提升的高度均為0.5m，滑輪組的機械效率與物體受到重力的關(guān)系如圖乙所示，不計繩重和摩擦，下列分析正確的是( )
A.動滑輪的重力為5N B.該滑輪組的機械效率可以達到100%
C.滑輪組的機械效率越高，拉力做功越少 D.每次提升重物時，滑輪組做的額外功為5J
【答案】D
【解析】A.由圖乙可知，提升物重G=10N時，滑輪組的機械效率η=50%，
不計繩重和摩擦，根據(jù)滑輪組的機械效率得到：；
解得：G動=10N，故A錯誤；
B.使用滑輪組時，需要提升動滑輪做額外功，使得有用功小于總功，滑輪組的機械效率總小于100%，故B錯誤；
C.滑輪組的機械效率越高，說明有用功與總功的比值越大，拉力做功不一定少，故C錯誤；
D.利用滑輪組每次物體被提升的高度均為0.5m，提升動滑輪上升的高度也都是0.5m，則每次提升重物時，滑輪組做的額外功都為：W額=G動h=10N×0.5m=5J，故D正確。
10.“建設(shè)美麗城市，優(yōu)化市內(nèi)交通”，寧波市計劃建設(shè)地鐵五號線。地鐵的建造過程需要大型機械——盾構(gòu)機。如圖是地鐵建設(shè)施工挖隧道的盾構(gòu)機正面，下列關(guān)于工作中的盾構(gòu)機說法正確的是（　　）
A．做的功越多，機械效率越高
B．做功多的盾構(gòu)機，功率大
C．延長工作時間，可提高機械效率
D．做功越快的盾構(gòu)機，功率越大
【解答】解：A、根據(jù)可知，當盾構(gòu)機做的總功相同時，有用功越多，則機械效率越高，選項缺條件，故A錯誤；
B、根據(jù)可知，當做功時間相同時，做功越多，則功率越大，選項缺條件，故B錯誤；
C、工作時間對機械效率沒有影響，故C錯誤；
D、功率是表示物體做功快慢的物理量，故D正確。
故選D。
11.工人要把貨物搬到汽車上，如圖所示，用400牛的拉力，將重為500牛的物體，在5秒內(nèi)勻速拉上1米高的車內(nèi)，木板長為2米。則下列說法正確的是（　　）
A．拉力做的有用功為400焦 B．拉力做的總功為1000焦
C．拉力做的額外功為200焦 D．斜面對物體的摩擦力為150牛
【答案】D
【解析】A．拉力做的有用功W有=Gh=500N×1m=500J故A錯誤；
B．拉力做的總功W總=Fs=400N×2m=800J故B錯誤；
C．拉力做的額外功為W額= W總- W有=800J-500J=300J故C錯誤；
D．斜面對物體的摩擦力為 故D正確。
12.螺絲釘是被擰成圓柱形的斜面，螺絲釘上的螺紋就像圖甲中形成的紋路，一圈圈螺紋的長相當于斜面的長度。仔細觀察如圖乙、丙所示的兩個螺絲釘，則（　　）
A．乙更省力 B．丙更省力
C．乙、丙省力情況相同 D．乙、丙都能省功
【答案】A
【解析】【分析】根據(jù)功的原理可知，使用任何機械都不能省功，斜面越長越省力。
【解答】擰相同的深度時，做的功多少相同，斜面越長越省力，由圖示可知乙的斜面最長，用的力最小，故A符合題意，BCD不符合題意。
故答案為：A
13.質(zhì)量為m的同一物體，先用滑輪組（如圖甲）勻速提升，后沿斜面（如圖乙）勻速拉升，兩次物體提升高度均為h，兩次拉力大小均為0.8mg，斜面長AB＝2h，則兩次提升物體的機械效率（　　）
A．η甲＞η乙 B．η甲＜η乙
C．η甲＝η乙 D．條件不足無法判斷
【解答】解：兩次提升物體時，提升物體的高度相同，根據(jù)W有＝Gh可知，有用功相同；
由圖可知，提升物體繩子的條數(shù)為2，則自由端移動的距離s＝2h；
物體在斜面通過的距離為AB＝2h，根據(jù)W總＝Fs可知，拉力做的總功相同；
由η100%可知，兩次提升物體的機械效率相等，即η甲＝η乙。
故選：C。
14.如圖1所示，甲物體重3N，乙物體重10N，用繩繞過定滑輪相連（不計繩重與摩擦）。乙靜止于水平地面上，則a繩對甲的拉力為___________N。
（2）在分析b繩對乙的拉力時，小明認為是3N，小慧認為是7N。小明做了以下實驗：用彈簧測力計測出某物體的重力（如圖2）；然后將繩子靠著定滑輪（不計繩重與摩擦），如圖3所示，彈簧測力計依次放在A、B、C、D位置時，其示數(shù)保持不變。由此可見，定滑輪的特點是_________。
【答案】3 能改變力的方向，但不改變力的大小
【解析】（1）根據(jù)圖1可知，物體甲繩子向上的拉力，受到豎直向下的重力。由于甲處于靜止狀態(tài)，那么拉力和重力平衡，即a繩對甲的拉力F=G甲=3N
（2）根據(jù)圖3可知，無論測力計沿哪個方向，其示數(shù)都不變，因此定滑輪不能省力。直接拉動物體時方向向上，而使用定滑輪時拉力方向向下，即定滑輪可以改變力的方向。則定滑輪的特點為：能改變力的方向，但不改變力的大小。
15.如圖所示，當拉力F為5牛時，木塊以0.2米/秒的速度向右做勻速直線運動。該滑輪是________（選填“定滑輪”或“動滑輪”），此時，木塊受到的摩擦力為________牛，拉力F的功率是________。（滑輪重、繩重及滑輪摩擦均不計）
【答案】動滑輪 10 2W
【解析】[1]當物體向右運動時，滑輪的軸隨著物體一塊向右運動，該滑輪是動滑輪。
[2]滑輪重、繩重及滑輪摩擦均不計，木塊受到的摩擦力f=2F=2×5N=10N
[3]拉力的速度v=2v物=2×0.2m/s=0.4m/s
拉力F的功率
16.在探究動滑輪使用特點的實驗中，各小組按照如圖中所示的實驗器材進行實驗，每個小組的實驗器材都相同，每次都勻速提起鉤碼，實驗中不計繩重和摩擦。
（1）由所學(xué)知識我們知道：使用動滑輪可以省一半的力，根據(jù)A、B兩圖求出他們所用動滑輪的重力為 N。
（2）比較B、C、D三圖可知，使用動滑輪勻速提起同一重物時的拉力大小可能會不同，其拉力大小不同的原因是 。
（3）根據(jù)如果家里安裝日光燈，你認為更合理的是 。
【解答】解：
（1）由A、B兩圖實驗數(shù)據(jù)可知G＝2.0N，F(xiàn)＝1.1N；
不計繩重和摩擦，由動滑輪的特點可得：F（G+G動），
則動滑輪的重力為：
G動＝2F﹣G＝2×1.1N﹣2.0N＝0.2N；
（2）分析B、C、D三圖的實驗數(shù)據(jù)可知，使用動滑輪勻速提起同一重物時，測力計與豎直方向夾角不同，拉力的大小不同，并且拉力與豎直方向夾角越大，拉力也越大；
（3）根據(jù)（2）得出的結(jié)論“拉力與豎直方向夾角越大，拉力也越大”可知，圖乙繩子承受的拉力大，應(yīng)該選用甲圖比較合理。
故答案為：（1）0.2；（2）拉力與豎直方向夾角不同；（3）甲。
17.如圖所示，小Q同學(xué)重G人=600牛，物體重G物=1000N，動滑輪重G動=200N，他站在地面上拉繩子的一端，使物體以1m/s的速度勻速上升2m（繩重和摩擦不計）。
（1）小Q在繩子上所施加的拉力；
（2）小Q拉力所做的總功；
（3）求小Q 同學(xué)使用該機械提升重物時的最大機械效率。
【答案】（1）由圖可知，承擔重力的繩子段數(shù)n=3，繩重和摩擦不計，則小Q在繩子上所施加的拉力：F=（G物+G動）=×（1000N+200N）=400N；
（2）繩重和摩擦不計，克服動滑輪重力做的功為額外功，
拉力做的總功：W總=（G物+G動）h=（1000N+200N）×2m=2400J；
（3）小Q同學(xué)的重力為600N，為了避免繩子將人拉上去，則該同學(xué)對繩子的最大拉力為：F'=G人=600N，
根據(jù)F'=（G'+G動）可得，提升物體的最大重力為：G'=nF'-G動=3×600N-200N=1600N；
該滑輪組的最大機械效率：。
【解析】 （1）根據(jù)圖片確定承擔重力的繩子段數(shù)n，再根據(jù)F=（G物+G動）求出人施加的拉力；
（2）繩重和摩擦不計，克服動滑輪重力做的功為額外功，根據(jù)W總=（G物+G動）h求出拉力做的總功；
（3）小Q同學(xué)的重力為600N，則該同學(xué)對繩子的最大拉力為：F'=G人=600N，根據(jù)F'=（G'+G動）求出提升物體的最大重力，最后根據(jù)機械效率公式求出該滑輪組的最大機械效率。
18.如圖所示，在兩個等長、等高但材質(zhì)不同的甲、乙斜面上，用平行于斜面的拉力F，分別將質(zhì)量為m和2m的A、B兩物體從斜面底部勻速拉到頂端。此過程中，甲、乙兩斜面上的拉力F所做的功分別為W甲、W乙，斜面的機械效率分別為η甲、η乙，物體在斜面上受到的摩擦力分別為f甲、f乙，則W甲　 　W乙；η甲　 　η乙；f甲　 　f乙（以上三空均選填“<”“=”或“>”）。
【答案】=；<；>
【解析】在斜面上，拉力F做的功即總功：W總=Fs；利用W額外=W總-W有可求額外功。
【解答】由題知，兩斜面等長，將A、B兩物體從斜面底部勻速拉到頂端，則s相等，拉力均為F，根據(jù)W=Fs可知，甲、乙兩斜面上的拉力所做的功（即總功）：W甲=W乙；
由題知，兩斜面等高，且m甲＜m乙，根據(jù)W有=Gh=mgh可知，有用功W甲有＜W乙有，
由機械效率可知，η甲＜η乙；
因為W額外=W總-W有，所以W額甲＞W(wǎng)額乙，由可知，f甲＞f乙。
故答案為：=；＜；＞。
19.如圖，小型牽引機通過滑輪組勻速打撈起井中的物體。已知物體質(zhì)量為120kg，密度為1.6×103kg/m3，物體在被拉出水面前后，牽引車作用在繩子上的拉力之比為1∶2，不計摩擦、繩重及水的阻力。
（1）物體的體積多大？
（2）物體浸沒在水中時所受的浮力是多少？
（3）物體出水面前，滑輪組的機械效率是多少？
【答案】（1）0.075m3；（2）750N；（3）60%
【解析】解：（1）物體的體積
（2）物體浸沒在水中時所受的浮力F浮=ρ水gV排=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.075m3=750N
（3）物體的重力G=mg=120kg×10N/kg=1200N
設(shè)物體在水中受到的拉力為F1，由力的平衡得到F1+F浮=G
所以拉力F1=G-F浮=1200N-750N=450N
設(shè)出水面前、后牽引力作用在繩端的拉力為F、F′，動滑輪的重力為G1，因不計摩擦、繩重及水的阻力所以，物體出水面前拉力①
物體出水面后拉力②
由①②兩式相比可得，解得G1=300N
根據(jù)①式得
物體出水面前的機械效率
20.如圖甲所示的裝置，A是重12N的空吊籃，小科將A提升到高處，施加的拉力F隨時間t變化關(guān)系如圖乙所示，A上升的速度隨時間t變化關(guān)系如圖丙所示。忽略繩重及摩擦。求：
(1)1~2s內(nèi)拉力F的功率；
(2)動滑輪所受的重力；
(3)用此裝置勻速提升34N重物時的機械效率（重物放在空吊籃內(nèi)）
【答案】(1)40W (2)4N (3)68%
【詳解】（1）由乙圖可知，1~2s拉力F的大小為8N，由丙圖可知，1~2s吊籃上升速度為2.5m/s，由圖甲可知，動滑輪上有2股繩，則繩端速度
v繩=2v物=2×2.5m/s=5m/s
則拉力F的功率
（2）由丙圖可知，1~2s吊籃和動滑輪勻速上升，吊籃和動滑輪受到的拉力等于重力，由乙圖可知，1~2s拉力F的大小為8N，由于動滑輪上有2股繩，則動滑輪的重力
G動=2F-G籃=2×8N-12N=4N
（3）用此裝置勻速提升34N重物時的機械效率
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3.4.2 簡單機械
化學(xué)觀念：區(qū)分定滑輪和動滑輪，了解其特點及實質(zhì);了解滑輪組的特點;能正確判斷有用功、額外功和總功，知道機械效率的公式及計算;知道斜面是一種簡單機械。
科學(xué)思維:歸納定滑輪和動滑輪的特點;經(jīng)歷從具體到抽象的研究過程，學(xué)會比較。會應(yīng)用公式進行簡單計算。經(jīng)歷從具體到抽象的研究過程，學(xué)會比較。會應(yīng)用公式進行簡單計算。
科學(xué)探究與實踐:通過利用滑輪提升重物的活動，培養(yǎng)學(xué)生動手操作觀察和描述的能力:通過畫圖的方法尋找滑輪的五要素，能得出滑輪的實質(zhì)就是杠桿的結(jié)論。在探究滑輪組機械效率中，分析總結(jié)簡單機械的效率。
科學(xué)態(tài)度與責任:學(xué)會合作和交流，體驗成功探究帶來的樂趣，感悟生活中處處有科學(xué)通過學(xué)習(xí)體會提高機械效率對節(jié)約能源和促進社會發(fā)展的重要意義。
1.定滑輪:滑輪軸 ;動滑輪:滑輪軸 。
2.定滑輪實質(zhì)是 ， 改變力的方向， 改變力的大小。 省力 省距離。改變力的方向 改變力的大小。動滑輪實質(zhì)上是一個 。 力 距離。 改變力的方向。若力的方向不與動滑輪直徑垂直，則省的力 一半， 最省力的方法。動力移動的距離大于鉤碼上升的距離。
3.豎直拉物體:自由端拉力F和總重力G的關(guān)系是
繩子自由端移動的距離s與物體上升的高度h的關(guān)系是
自由端移動速度V自和物體移動速度V物的關(guān)系
水平拉物體:自由端拉力F和摩擦力f的關(guān)系是
繩子白由端移動的距離S自與物體移動距離s物的關(guān)系是
自由端移動速度V自和物體移動速度V物的關(guān)系
注意:n為圍繞動滑輪上繩子的股數(shù)。
4. ，叫做有用功，用W有表示；利用機械時，人們 叫做額外功，用W額表示;有用功與額外功的和為 ，用W表示。W總= 。
5.科學(xué)上把 叫做機械效率，
6.提高機械效率的方法: 等
7.斜面的機械效率為
8.粗糙程度相同的斜面，斜面傾斜程度越大，斜面的機械效率越 。若斜面光滑無摩擦，則無 ,有用功 總功。
任務(wù)一:探究滑輪
【活動1】1．觀察滑輪，并指出它的結(jié)構(gòu)特點。
2．請用滑輪、細線、鐵架臺等設(shè)計兩種方案，要求利用滑輪把鉤碼提升起來，在圖 3-45中畫出實驗裝置示意圖。
3．利用設(shè)計的方案，組裝好裝置，提升鉤碼。
【活動2】1．如圖 3-46 甲所示，用彈簧測力計測出鉤碼的重 G1。
2．如圖 3-46 乙所示，通過定滑輪用彈簧測力計勻速向下拉動鉤碼，記錄彈簧測力計的讀數(shù) F1，并與鉤碼的重相比較。改變拉力的方向，如圖 3-46丙所示，觀察彈簧測力計的讀數(shù)是否發(fā)生變化？
3．先用彈簧測力計測出鉤碼和滑輪的總重 G2。如圖 3-46 丁所示，通過動滑輪用彈簧測力計勻速向上拉動鉤碼，記錄彈簧測力計的讀數(shù) F2，并與鉤碼和滑輪的總重相比較。同時注意觀察F2 拉過距離s與重物上升高度h間的關(guān)系。
【活動3】
1．用彈簧測力計測出鉤碼和動滑輪的總重G。
2．按如圖3-48甲所示方式勻速拉動繩子，記錄此時承擔重物和動滑輪總重的繩子股數(shù)和彈簧測力計的讀數(shù)F1。
3．按如圖3-48乙所示方式勻速拉動繩子，記錄此時承擔重物和動滑輪總重的繩子股數(shù)和彈簧測力計的讀數(shù)F。
實驗 鉤碼和動滑輪的總重
（牛） 承重繩子股數(shù) 彈簧測力計的拉力
（牛）
甲
乙
【思考與討論】杠桿、滑輪等簡單機械，有的省力、有的不省力，使用它們時，有的可以少移動距離，有的卻要多移動距離。在使用簡單機械時，你認為省力或費力、省距離或費距離，它們之間有什么關(guān)系？
【例題】纏繞滑輪的繩子能承受的最大拉力為 300 牛，用它連接成如圖 3-49 所示的滑輪組，能否提升 600 牛的重物？（已知動滑輪重 20 牛，摩擦及繩的質(zhì)量不計）
任務(wù)二:探究機械效率
【思考與討論1】1．在用動滑輪提升重物的過程中，除了克服動滑輪自重和摩擦力所做的額外功外，還需要做哪些額外功？你希望額外功大一些還是小一些？
2．請從功是能量轉(zhuǎn)化的量度的角度，對有用功、額外功和總功進行分析。怎樣描述機械工作時能量的利用率？
【思考與討論2】機械功率與機械效率有什么區(qū)別？
【活動】1．如圖 3-52 所示，將 1塊長木板的一端墊高，構(gòu)成一個斜面，用刻度尺測出斜面的
長 s 和斜面的高度 h。
2．用彈簧測力計測出小車的重力。
3．用彈簧測力計沿著斜面把小車從斜面底端勻速拉到頂端，讀出彈簧測力計的讀數(shù)。
4．改變斜面的傾斜程度，重復(fù)上述步驟 2 次。
5．將測量結(jié)果記錄在下面的表格中。
表 3-3 測量斜面的機械效率
斜面的傾斜程度 小車重力G（牛） 斜面高度h（米） 沿斜面拉力F（牛） 斜面長s（米） 有用功W有用（焦） 總功W總（焦） 機械效率η
較緩
較陡
最陡
總結(jié)本節(jié)的概念，梳理概念之間的聯(lián)系，畫出思維導(dǎo)圖。
1.如圖所示，下列滑輪使用過程中（不計摩擦、滑輪重力和繩重）可以省力的是（　　）
A． B． C． D．
2.如圖所示，分別用力F1、F2、F3勻速提起重物A，若不計摩擦，關(guān)于三個力的大小關(guān)系，下列選項中正確的是（　　）
A．F1＝F2＝F3 B．F1＞F2＞F3 C．F2＞F1＝F3 D．F1＜F2＜F3
3.如圖所示，不計摩擦，把重G=16 N的物體勻速提起所用的拉力F=10 N，則關(guān)于該動滑輪的說法中錯誤的是 （　　）
A．動滑輪重4 N
B．使用該動滑輪要費距離
C．該動滑輪的機械效率為80%
D．提升物體的速度越快，機械效率越高
4.現(xiàn)有史籍中最早討論滑輪的是《墨經(jīng)》。書中將向上提舉重物的力稱為“挈”，將自由往下降落稱為“收”，將整個滑輪稱為“繩制”（圖1）。現(xiàn)分別用甲、乙兩個力替代“收”（圖2），使重物在相同的時間內(nèi)勻速上升相同高度。不計繩重和摩擦，下列說法正確的是（　　）
A．使用這個滑輪能省力
B．甲拉力大小等于乙拉力大小
C．甲拉力做的功大于乙拉力做的功
D．甲拉力使繩自由端移動的速度小于乙拉力使繩自由端移動的速度
5.小明用如圖裝置“測量大氣壓”時，發(fā)現(xiàn)彈簧秤的量程太小，無法拉開緊貼在地面上的吸盤，于是他加了一個輕質(zhì)滑輪，若不計滑輪自重和摩擦，下列操作最有可能完成實驗的是（　　）
A． B．
C． D．
6.在野外用滑輪組拉越野車脫困時的情景如圖所示，有關(guān)力的分析正確的是（　　）
A．車對地面的壓力與車的重力是一對平衡力
B．車拉滑輪組的力與滑輪組對車的拉力是一對平衡力
C．脫困必需2400N的拉力時，繩索自由端的力F至少為1200N
D．脫困必需2400N的拉力時，繩索自由端的力F至少為800N
7.如圖所示，用下列裝置提升同一重物，若不計滑輪自重及摩擦，則最省力的是（　　）
A． B． C． D．
8.一個滑輪組經(jīng)改進后提高了機械效率,用它把同一物體勻速提升同樣的高度，改進后與改進前相比（　　）
A．有用功減少，總功減少 B．有用功增加，總功增加
C．有用功不變，總功不變 D．有用功不變，總功減少
9.用如上圖甲所示的滑輪組緩慢提升不同物體每次物體被提升的高度均為0.5m，滑輪組的機械效率與物體受到重力的關(guān)系如圖乙所示，不計繩重和摩擦，下列分析正確的是( )
A.動滑輪的重力為5N B.該滑輪組的機械效率可以達到100%
C.滑輪組的機械效率越高，拉力做功越少 D.每次提升重物時，滑輪組做的額外功為5J
10.“建設(shè)美麗城市，優(yōu)化市內(nèi)交通”，寧波市計劃建設(shè)地鐵五號線。地鐵的建造過程需要大型機械——盾構(gòu)機。如圖是地鐵建設(shè)施工挖隧道的盾構(gòu)機正面，下列關(guān)于工作中的盾構(gòu)機說法正確的是（　　）
A．做的功越多，機械效率越高
B．做功多的盾構(gòu)機，功率大
C．延長工作時間，可提高機械效率
D．做功越快的盾構(gòu)機，功率越大
11.工人要把貨物搬到汽車上，如圖所示，用400牛的拉力，將重為500牛的物體，在5秒內(nèi)勻速拉上1米高的車內(nèi)，木板長為2米。則下列說法正確的是（　　）
A．拉力做的有用功為400焦 B．拉力做的總功為1000焦
C．拉力做的額外功為200焦 D．斜面對物體的摩擦力為150牛
12.螺絲釘是被擰成圓柱形的斜面，螺絲釘上的螺紋就像圖甲中形成的紋路，一圈圈螺紋的長相當于斜面的長度。仔細觀察如圖乙、丙所示的兩個螺絲釘，則（　　）
A．乙更省力 B．丙更省力
C．乙、丙省力情況相同 D．乙、丙都能省功
13.質(zhì)量為m的同一物體，先用滑輪組（如圖甲）勻速提升，后沿斜面（如圖乙）勻速拉升，兩次物體提升高度均為h，兩次拉力大小均為0.8mg，斜面長AB＝2h，則兩次提升物體的機械效率（　　）
A．η甲＞η乙 B．η甲＜η乙
C．η甲＝η乙 D．條件不足無法判斷
14.如圖1所示，甲物體重3N，乙物體重10N，用繩繞過定滑輪相連（不計繩重與摩擦）。乙靜止于水平地面上，則a繩對甲的拉力為___________N。
（2）在分析b繩對乙的拉力時，小明認為是3N，小慧認為是7N。小明做了以下實驗：用彈簧測力計測出某物體的重力（如圖2）；然后將繩子靠著定滑輪（不計繩重與摩擦），如圖3所示，彈簧測力計依次放在A、B、C、D位置時，其示數(shù)保持不變。由此可見，定滑輪的特點是_________。
15.如圖所示，當拉力F為5牛時，木塊以0.2米/秒的速度向右做勻速直線運動。該滑輪是________（選填“定滑輪”或“動滑輪”），此時，木塊受到的摩擦力為________牛，拉力F的功率是________。（滑輪重、繩重及滑輪摩擦均不計）
16.在探究動滑輪使用特點的實驗中，各小組按照如圖中所示的實驗器材進行實驗，每個小組的實驗器材都相同，每次都勻速提起鉤碼，實驗中不計繩重和摩擦。
（1）由所學(xué)知識我們知道：使用動滑輪可以省一半的力，根據(jù)A、B兩圖求出他們所用動滑輪的重力為 N。
（2）比較B、C、D三圖可知，使用動滑輪勻速提起同一重物時的拉力大小可能會不同，其拉力大小不同的原因是 。
（3）根據(jù)如果家里安裝日光燈，你認為更合理的是 。
17.如圖所示，小Q同學(xué)重G人=600牛，物體重G物=1000N，動滑輪重G動=200N，他站在地面上拉繩子的一端，使物體以1m/s的速度勻速上升2m（繩重和摩擦不計）。
（1）小Q在繩子上所施加的拉力；
（2）小Q拉力所做的總功；
（3）求小Q 同學(xué)使用該機械提升重物時的最大機械效率。
18.如圖所示，在兩個等長、等高但材質(zhì)不同的甲、乙斜面上，用平行于斜面的拉力F，分別將質(zhì)量為m和2m的A、B兩物體從斜面底部勻速拉到頂端。此過程中，甲、乙兩斜面上的拉力F所做的功分別為W甲、W乙，斜面的機械效率分別為η甲、η乙，物體在斜面上受到的摩擦力分別為f甲、f乙，則W甲　 　W乙；η甲　 　η乙；f甲　 　f乙（以上三空均選填“<”“=”或“>”）。
19.如圖，小型牽引機通過滑輪組勻速打撈起井中的物體。已知物體質(zhì)量為120kg，密度為1.6×103kg/m3，物體在被拉出水面前后，牽引車作用在繩子上的拉力之比為1∶2，不計摩擦、繩重及水的阻力。
（1）物體的體積多大？
（2）物體浸沒在水中時所受的浮力是多少？
（3）物體出水面前，滑輪組的機械效率是多少？
20.如圖甲所示的裝置，A是重12N的空吊籃，小科將A提升到高處，施加的拉力F隨時間t變化關(guān)系如圖乙所示，A上升的速度隨時間t變化關(guān)系如圖丙所示。忽略繩重及摩擦。求：
(1)1~2s內(nèi)拉力F的功率；
(2)動滑輪所受的重力；
(3)用此裝置勻速提升34N重物時的機械效率（重物放在空吊籃內(nèi)）
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