《2025年5年中考3年模拟九年级物理全一册苏科版》

13.[2022江苏南通中考] 用图甲滑轮组做“探究动滑轮的重对滑轮组机械效率的影响”实验。实验中把不同的磁铁吸附在动滑轮边框上以改变滑轮的重,每次实验都匀速拉动绳端使物体上升10 cm。不计绳重,实验数据如表。

|次数|$G_{物}/N$|$G_{动}/N$|F/N|η|
|1|6.0|0.3|2.2|90.9%|
|2|6.0|1.0|||
|3|6.0|1.9|2.9|69.0%|
|4|6.0|3.2|3.4|58.8%|

(1)每次实验绳端移动距离为30cm。
(2)第2次实验中拉力F的示数如图乙,读数为2.5N,第2次实验滑轮组的机械效率为80%。分析数据可知:在物重不变的情况下,动滑轮越重滑轮组的机械效率越低。
(3)实验中若仅增大绳端移动的距离,则滑轮组的机械效率将不变。
(4)本实验中,在物重不变的情况下,动滑轮变重时,由摩擦引起的额外功占总额外功的比例变小(选填“变大”“变小”或“不变”)。

答案： 答案 （1）30 （2）2.5 80 低 （3）不变 （4）变小 解析 （1）从图甲可知$n=3$,每次实验绳端移动距离$s=nh=3×10cm=30cm$;（2）由图乙可知,弹簧测力计的分度值为 0.1 N,读数为 2.5 N,第 2 次实验滑轮组的机械效率$\eta=\frac{W_{有用}}{W_{总}}=\frac{G_{物}h}{Fs}=\frac{G_{物}h}{F×nh}=\frac{G_{物}}{nF}=\frac{6.0N}{3×2.5N}=80\%$;分析数据可知:在物重不变的情况下,从实验 1 至实验 4,动滑轮的重力逐渐变大,滑轮组的机械效率逐渐变低,故动滑轮越重滑轮组的机械效率越低;（3）实验中若仅增大绳端移动的距离,根据$\eta=\frac{G_{物}}{nF}$可知滑轮组的机械效率将不变;（4）四次实验中,物体上升的高度$h=10cm=0.1m$,有用功$W_{有用}=G_{物}h=6.0N×0.1m=0.6J$,第 1 次实验中,克服动滑轮的重力所做的额外功$W_{动1}=G_{动1}h=0.3N×0.1m=0.03J$,总功$W_{总1}=F_{1}s=2.2N×0.3m=0.66J$,摩擦引起的额外功$W_{摩1}=W_{总1}-W_{有用}-W_{动1}=0.66J-0.6J-0.03J=0.03J$,摩擦引起的额外功占总额外功的比例$\frac{W_{摩1}}{W_{动1}+W_{摩1}}=\frac{0.03J}{0.03J+0.03J}=50\%\cdots\cdots$第 4 次实验中,克服动滑轮的重力所做的额外功$W_{动4}=G_{动4}h=3.2N×0.1m=0.32J$,总功$W_{总4}=F_{4}s=3.4N×0.3m=1.02J$,摩擦引起的额外功$W_{摩4}=W_{总4}-W_{有用}-W_{动4}=1.02J-0.6J-0.32J=0.1J$,摩擦引起的额外功占总额外功的比例$\frac{W_{摩4}}{W_{动4}+W_{摩4}}=\frac{0.1J}{0.32J+0.1J}\approx24\%$;本实验中,在物重不变的情况下,动滑轮变重时,由摩擦引起的额外功占总额外功的比例变小。

14.[2024江苏苏州中考] 某起重机的滑轮组结构示意如图所示,其最大载重为5 t。起重机将3600 kg的钢板匀速提升到10 m高的桥墩上,滑轮组的机械效率为80%。不计钢丝绳的重力和摩擦,g取$10N/kg$。求:
(1)克服钢板重力做的功$W_{有用}$;
(2)钢丝绳的拉力F;
(3)滑轮组满载时的机械效率(保留一位小数)。

答案： 解析 （1）钢板重力为$G_{钢板}=m_{钢板}g=3600kg×10N/kg=3.6×10^{4}N$;提升钢板做的有用功为$W_{有用}=G_{钢板}h=3.6×10^{4}N×10m=3.6×10^{5}J$。 （2）滑轮组共有 4 段钢丝绳拉着动滑轮,故拉力移动距离为钢板提升高度的 4 倍,即$s=40m$;拉力做的功$W_{总}=\frac{W_{有用}}{\eta}=\frac{3.6×10^{5}J}{80\%}=4.5×10^{5}J$;拉力大小$F=\frac{W_{总}}{s}=\frac{4.5×10^{5}J}{40m}=1.125×10^{4}N$。 （3）$W_{额外}=W_{总}-W_{有用}=4.5×10^{5}J-3.6×10^{5}J=9×10^{4}J$;动滑轮总重$G_{动}=\frac{W_{额外}}{h}=\frac{9×10^{4}J}{10m}=9000N$;当载重最大时,质量为 5 t=5000 kg,$G_{最大}=m_{最大}g=5000kg×10N/kg=50000N$;此时的机械效率$\eta=\frac{W_{有用}'}{W_{总}'}=\frac{G_{最大}·h}{(G_{最大}+G_{动})·h}=\frac{G_{最大}}{G_{最大}+G_{动}}=\frac{50000N}{50000N+9000N}\approx84.7\%$。

15.小明发现公共场所为残障人士设计的无障碍通道是斜面,且不同的斜面通道的倾斜程度有所不同,这引发了小明对斜面的兴趣。他想了解斜面的机械效率是否与倾斜程度有关,便与实验小组的小伙伴们用如图所示装置进行实验探究。

(1)测量斜面的机械效率,需要的测量工具是弹簧测力计、刻度尺。
(2)请设计出实验数据记录表。
|实验序号|斜面的倾斜程度|物体重力G/N|拉力F/N|物体上升高度h/m|物体移动距离s/m|$W_{有}$/J|$W_{总}$/J|机械效率η|
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|1| | | | | | | | |
|2| | | | | | | | |
|3| | | | | | | | |
(3)准备动手实验时,有小伙伴提出,斜面的机械效率还可能跟斜面的粗糙程度有关。则他们要探究斜面的机械效率是否与倾斜程度有关时,应当保持斜面的粗糙程度不变,这里采用的科学研究方法是控制变量法。

答案： 答案 （1）弹簧测力计 刻度尺 （2）如表所示
|实验序号|斜面的倾斜程度|物体重力G/N|拉力F/N|物体上升高度h/m|物体移动距离s/m|$W_{有}$/J|$W_{总}$/J|机械效率η|
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|1| | | | | | | | |
|2| | | | | | | | |
|3| | | | | | | | |
（3）斜面的粗糙程度 控制变量法 解析 （1）由$\eta=\frac{W_{有}}{W_{总}}=\frac{Gh}{Fs}$可知,斜面机械效率的测量涉及力和移动的距离,所以需要弹簧测力计和刻度尺;（2）探究斜面的机械效率与倾斜程度是否有关,需要记录斜面的倾斜程度和与机械效率相关的物理量,如答案表格;（3）探究斜面的机械效率是否与倾斜程度有关,应保持其他物理量不变,包括斜面的粗糙程度不变,改变斜面的倾斜程度分析机械效率的变化,这种方法叫作控制变量法。