《2025年综合应用创新题典中点八年级物理下册教科版》

4. 如图所示为“探究使用机械是否省功”的实验。实验中竖直向上将钩码提升相同的高度，分别读出弹簧测力计示数，记录实验甲中钩码移动的距离(h)和实验乙中绳子自由端移动的距离(s)。
　　　　　　
(1)此实验中，一般要求拉动弹簧测力计________移动。
(2)请补充表格中的数据：
|实验次序|弹簧测力计示数/N|移动距离/m|拉力做的功/J|
|----|----|----|----|
|甲|F₁=3|h = 0.2|W₁=F₁h = ①______|
|乙|F₂=1.6|s = ②______|W₂=F₂s = 0.64|

(3)由实验数据可初步得出结论：使用机械________(选填“能”或“不能”)省功。为了让实验结论更具普遍性，除了改变钩码的________重复进行实验外，还可以换用一个________________，再重复实验获取数据，最后分析实验数据得出较可靠的结论。
(4)(质疑创新)分析上表中数据，根据W₁与W₂的实际关系，可以判断使用机械多做了功，其原因是________________________。

答案：
(1)缓慢匀速　
(2)①0.6　②0.4　
(3)不能;总重力;不同质量的动滑轮　
(4)克服摩擦力、绳子重力和动滑轮的重力也要做功

5. [2024·南京期末]秋收时节，小龙用自制的简易滑轮组(如图所示)将54 kg的稻谷提升至距地面6 m高的楼顶晾晒，用时40 s，此时滑轮组的机械效率为75％。已知绳子能够承受的最大拉力为500 N，每个滑轮的重力为40 N，g取10 N/kg。求：
(1)他做的有用功。
(2)他对绳子的拉力及其做功的功率。
(3)若提升过程中克服绳重和摩擦对应的额外功始终占总功的8％，小龙利用该滑轮组提升稻谷的最大机械效率。(百分号前保留一位小数)
　　　　　　　　　　　　　　　

答案： 【解】
(1)稻谷受到的重力$G_{稻谷}=m_{稻谷}g = 54\ kg×10\ N/kg = 540\ N$，他做的有用功$W_{有用1}=G_{稻谷}h = 540\ N×6\ m = 3240\ J$。
(2)由题图知$n = 3$，由$\eta=\frac{W_{有用}}{W_{总}}×100\%=\frac{Gh}{Fs}×100\%=\frac{Gh}{Fnh}×100\%=\frac{G}{nF}×100\%$可知，拉力$F_{1}=\frac{G_{稻谷}}{n\eta}=\frac{540\ N}{3×75\%}=240\ N$；拉力做的总功$W_{总1}=F_{1}s = F_{1}·nh = 240\ N×3×6\ m = 4320\ J$，功率$P=\frac{W_{总1}}{t}=\frac{4320\ J}{40\ s}=108\ W$。
(3)当以绳子能够承受的最大拉力提升稻谷时，滑轮组的机械效率最大，拉力做的总功$W_{总2}=F_{2}s = nF_{2}h = 3×500\ N×6\ m = 9000\ J$，克服动滑轮重力做的额外功$W_{额外1}=G_{动}h = 40\ N×6\ m = 240\ J$，克服绳重和摩擦做的额外功$W_{额外2}=W_{总2}×8\% = 9000\ J×8\% = 720\ J$，有用功$W_{有用}'=W_{总2}-W_{额外1}-W_{额外2}=9000\ J - 240\ J - 720\ J = 8040\ J$，滑轮组的最大机械效率$\eta_{最大}=\frac{W_{有用}'}{W_{总2}}×100\%=\frac{8040\ J}{9000\ J}×100\%\approx89.3\%$。