北师大版物理初三上学期期中试题与参考答案(2024年)
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2024年北师大版物理初三上学期期中模拟试题(答案
在后面)
一、单项选择题(本大题有10小题,每小题3分,共30分)
1、下列关于光现象的说法中,正确的是:
A、光在同种均匀介质中沿直线传播
B、所有颜色的光在水中的折射率相同
C、光的反射现象中,反射角大于入射角
D、光的折射现象中,光从空气斜射入水中时,折射角小于入射角
2、下列关于力的说法中,正确的是:
A、力是物体间的相互作用,作用力和反作用力总是大小相等、方向相反
B、一个物体受到的力越大,它的运动状态改变就越快
C、力的单位是牛顿,1牛顿等于1千克物体受到1米每秒平方的加速度
D、力的作用效果只有改变物体的运动状态
3、一个物体从静止开始做匀加速直线运动,第2秒末的速度为v,则从静止开始经过4秒末的速度为:
A. 2v
B. 3v
C. 4v
D. 5v
4、一个质量为m的物体在水平面上受到一个水平推力F,摩擦力为f,物体开始运动。
若推力F大于摩擦力f,则物体:
A. 将保持静止
B. 将做匀速直线运动
C. 将做匀加速直线运动
D. 将做匀速曲线运动
5、在研究“动能大小的影响因素”的实验中,以下哪种做法是错误的?
A、保持质量不变,改变速度观察动能的变化
B、保持速度不变,改变质量观察动能的变化
C、同时改变质量和速度,观察动能的变化
D、在相同速度下,比较不同质量物体的动能
6、一个物体从静止开始沿水平面加速运动,以下说法正确的是:
A、物体的动能随时间均匀增加
B、物体的速度随时间均匀增加
C、物体的加速度随时间均匀增加
D、物体的位移随时间均匀增加
7、在下列哪种情况下,物体处于平衡状态?
A. 物体受到的合力为0,且物体处于静止状态
B. 物体受到的合力不为0,但物体处于匀速直线运动状态
C. 物体受到的合力为0,但物体处于加速运动状态
D. 物体受到的合力不为0,且物体处于匀速直线运动状态
8、一个物体从静止开始沿着光滑斜面下滑,以下哪个说法是正确的?
A. 物体的加速度方向与斜面方向相同
B. 物体的加速度方向与重力方向相同
C. 物体的加速度方向与斜面和重力方向都相同
D. 物体的加速度方向与斜面和重力方向都不同
9、下列关于速度的描述,正确的是:
A、速度是表示物体运动快慢的物理量,其大小等于路程与时间的比值。
B、速度的大小只与路程有关,与时间无关。
C、速度的方向与物体运动的方向相同。
D、速度是矢量,只有大小没有方向。
10、一个物体从静止开始做匀加速直线运动,下列说法正确的是:
A、物体的加速度不变,速度逐渐增大。
B、物体的速度不变,加速度逐渐减小。
C、物体的加速度逐渐增大,速度逐渐减小。
D、物体的速度逐渐减小,加速度逐渐增大。
二、多项选择题(本大题有2小题,每小题3分,共6分)
1、以下关于力的说法正确的是:
A、力是物体对物体的作用,力的作用是相互的。
B、力的单位是牛顿,简称N。
C、物体受到的力越大,物体的运动状态改变得越快。
D、一个物体受到几个力的作用,可以将其分解为两个力的合力,这两个力的合力与原来的几个力等效。
2、以下关于能量转化的说法正确的是:
A、摩擦力做功会使物体的内能增加。
B、热机的做功过程中,内能转化为机械能。
C、发电机的工作原理是将机械能转化为电能。
D、电流做功的过程是将电能转化为其他形式的能量。
三、填空题(本大题有5小题,每小题4分,共20分)
1、在物理学中,功率的单位是瓦特(W),1瓦特等于1焦耳/秒(J/s)。
如果一个机器在5秒内做了25焦耳的功,那么这个机器的功率是____ 瓦特。
2、在匀速直线运动中,物体的速度是一个恒定的值。
如果一辆汽车以60千米/小时的速度行驶,那么它在1小时内行驶的距离是 ____ 千米。
3、一个物体在水平面上做匀速直线运动,已知其运动速度为6 m/s,经过5秒后,物体的位移是 ______m。
4、在“探究影响动能大小的因素”的实验中,通过比较不同质量的小球在同一速度下落地时的高度,可以得出结论:动能与质量成正比。
若实验中两个小球的质量分别为(m1=0.2 kg)和(m2=0.3 kg),且它们在相同高度下释放,落地后动能之比
(E k1:E k2)为 ______ 。
5、一个物体在水平面上做匀速直线运动,受到的合力为0N,则该物体的质量为____kg,速度为 ____m/s。
四、计算题(本大题有2小题,每小题7分,共14分)
第一题
一物体从静止开始在水平面上做匀加速直线运动,已知加速度为2 m/s²,物体在3秒内通过的路程为18米。
求:
(1)物体的初速度;
(2)物体在第5秒末的速度。
第二题
一物体从静止开始沿水平面做匀加速直线运动,初速度为0,加速度为2 m/s²。
当物体运动了5秒后,它所受到的摩擦力突然消失,此时物体的速度为10 m/s。
假设摩擦力消失后,物体继续做匀速直线运动。
(1)求物体在摩擦力消失前所受到的摩擦力大小。
(2)求物体在摩擦力消失后继续运动了多长时间后停下。
五、综合题(本大题有3小题,每小题10分,共30分)
第一题
题目:
小明同学在物理实验室进行探究“摩擦力的大小与哪些因素有关”的实验。
他分别测量了以下几种情况下的摩擦力:
物体A与物体B的材料接触面粗糙程度物体A的重力摩擦力大小铜与木较光滑2N1N
铜与木较粗糙2N 1.5N
物体A与物体B的材料接触面粗糙程度物体A的重力摩擦力大小铜与铜较光滑3N2N
铜与铜较粗糙3N 2.5N
铝与铝较光滑4N3N
铝与铝较粗糙4N 3.5N 请回答以下问题:
(1)根据实验数据,分析摩擦力大小与哪些因素有关。
(2)若要进一步研究摩擦力大小与接触面粗糙程度的关系,应如何改变实验条件?
(3)小明同学在实验过程中发现,当接触面粗糙程度相同时,摩擦力大小与物体A的重力成正比。
请根据此发现,推测摩擦力大小可能与哪些因素有关。
第二题
(1)小明在物理学实验中,使用了一个弹簧测力计来测量物体的重力。
他首先将弹簧测力计的挂钩固定在实验桌上,然后悬挂一个已知质量的物体。
他观察到弹簧测力计的示数为2N,弹簧的伸长量为5cm。
已知弹簧的劲度系数为20N/m,求物体的质量。
(2)小红在物理课上学习了能量守恒定律。
她想知道,当她从一楼跳到二楼时,她失去的重力势能有多少转化为其他形式的能量。
已知小红的质量为50kg,一层楼的高度为3m,不考虑空气阻力。
(3)小刚在进行抛物线运动实验时,记录了以下数据:
时间(s)位置(m)
00
12
28
时间(s)位置(m)
318
432
请根据上述数据,计算小刚在抛物线运动过程中的加速度。
第三题
题目:
小明在进行物理实验时,使用了一个滑轮组来提升重物。
已知滑轮组的动滑轮重为5N,定滑轮重不计,滑轮与轴之间的摩擦可以忽略不计。
小明通过实验测得,当用10N 的力拉绳时,重物被提升的速度为0.5m/s,绳的拉力移动的速度为1m/s。
请回答以下问题:
(1)根据实验数据,求出滑轮组的机械效率。
(2)如果重物的质量为10kg,求出小明实际做功的多少。
2024年北师大版物理初三上学期期中模拟试题与参考
答案
一、单项选择题(本大题有10小题,每小题3分,共30分)
1、下列关于光现象的说法中,正确的是:
A、光在同种均匀介质中沿直线传播
B、所有颜色的光在水中的折射率相同
C、光的反射现象中,反射角大于入射角
D、光的折射现象中,光从空气斜射入水中时,折射角小于入射角
答案:A
解析:光在同种均匀介质中确实沿直线传播,这是光的基本性质之一。
选项B错误,不同颜色的光在水中的折射率不同。
选项C错误,根据光的反射定律,反射角等于入射角。
选项D错误,当光从空气斜射入水中时,由于水的折射率大于空气,折射角会小于入射角。
2、下列关于力的说法中,正确的是:
A、力是物体间的相互作用,作用力和反作用力总是大小相等、方向相反
B、一个物体受到的力越大,它的运动状态改变就越快
C、力的单位是牛顿,1牛顿等于1千克物体受到1米每秒平方的加速度
D、力的作用效果只有改变物体的运动状态
答案:A
解析:选项A正确,根据牛顿第三定律,作用力和反作用力总是大小相等、方向相反。
选项B错误,物体的加速度与所受的力成正比,但还与物体的质量有关。
选项C 正确,牛顿是力的单位,定义为使1千克物体产生1米每秒平方加速度的力。
选项D 错误,力的作用效果不仅包括改变物体的运动状态,还包括改变物体的形状。
3、一个物体从静止开始做匀加速直线运动,第2秒末的速度为v,则从静止开始经过4秒末的速度为:
A. 2v
B. 3v
C. 4v
D. 5v
答案:B
解析:在匀加速直线运动中,速度与时间成正比。
因此,物体在第2秒末的速度v,意味着每增加1秒时间,速度增加的量是相同的。
所以,从静止开始经过4秒末的速度将是第2秒末速度的2倍,即2v。
4、一个质量为m的物体在水平面上受到一个水平推力F,摩擦力为f,物体开始运动。
若推力F大于摩擦力f,则物体:
A. 将保持静止
B. 将做匀速直线运动
C. 将做匀加速直线运动
D. 将做匀速曲线运动
答案:C
解析:当推力F大于摩擦力f时,净力F - f是作用在物体上的合外力,且合外力不为零。
根据牛顿第二定律,物体将在这个合外力的作用下产生加速度,因此物体将做匀加速直线运动。
5、在研究“动能大小的影响因素”的实验中,以下哪种做法是错误的?
A、保持质量不变,改变速度观察动能的变化
B、保持速度不变,改变质量观察动能的变化
C、同时改变质量和速度,观察动能的变化
D、在相同速度下,比较不同质量物体的动能
答案:C
解析:在研究动能大小的影响因素时,为了探究某一因素对动能的影响,应该采用控制变量法,即保持其他条件不变,只改变一个变量。
选项C中同时改变质量和速度,
无法确定是哪一个因素导致了动能的变化,因此是错误的实验做法。
6、一个物体从静止开始沿水平面加速运动,以下说法正确的是:
A、物体的动能随时间均匀增加
B、物体的速度随时间均匀增加
C、物体的加速度随时间均匀增加
D、物体的位移随时间均匀增加
答案:B
解析:根据运动学公式,物体从静止开始沿水平面加速运动时,其速度v随时间t 的增加是均匀的,即v=at(a为加速度,t为时间)。
因此,选项B正确。
动能K与速度的平方成正比,所以动能随时间不是均匀增加的;加速度是恒定的,不会随时间增加;位移随时间的增加是二次函数关系,不是均匀增加的。
7、在下列哪种情况下,物体处于平衡状态?
A. 物体受到的合力为0,且物体处于静止状态
B. 物体受到的合力不为0,但物体处于匀速直线运动状态
C. 物体受到的合力为0,但物体处于加速运动状态
D. 物体受到的合力不为0,且物体处于匀速直线运动状态
答案:A
解析:根据牛顿第一定律,物体如果受到的合力为0,则物体要么处于静止状态,要么保持匀速直线运动状态,即处于平衡状态。
所以正确答案是A。
8、一个物体从静止开始沿着光滑斜面下滑,以下哪个说法是正确的?
A. 物体的加速度方向与斜面方向相同
B. 物体的加速度方向与重力方向相同
C. 物体的加速度方向与斜面和重力方向都相同
D. 物体的加速度方向与斜面和重力方向都不同
答案:A
解析:物体沿光滑斜面下滑时,受到的力有重力、斜面的支持力和摩擦力(此处假设斜面光滑,摩擦力为0)。
重力沿斜面方向分解为两个分力:一个垂直于斜面向下,另一个沿斜面向下。
沿斜面向下的分力是使物体加速下滑的力,因此加速度方向与斜面方向相同。
所以正确答案是A。
9、下列关于速度的描述,正确的是:
A、速度是表示物体运动快慢的物理量,其大小等于路程与时间的比值。
B、速度的大小只与路程有关,与时间无关。
C、速度的方向与物体运动的方向相同。
D、速度是矢量,只有大小没有方向。
答案:C
解析:速度是描述物体运动快慢的物理量,其大小等于路程与时间的比值,因此选项A正确。
速度的方向与物体运动的方向相同,所以选项C正确。
速度是矢量,既有大小也有方向,因此选项D错误。
选项B错误,因为速度的大小既与路程有关,也与时间有关。
所以正确答案是C。
10、一个物体从静止开始做匀加速直线运动,下列说法正确的是:
A、物体的加速度不变,速度逐渐增大。
B、物体的速度不变,加速度逐渐减小。
C、物体的加速度逐渐增大,速度逐渐减小。
D、物体的速度逐渐减小,加速度逐渐增大。
答案:A
解析:匀加速直线运动是指物体加速度恒定,速度随时间均匀增加的运动。
因此,在匀加速直线运动中,物体的加速度不变,速度逐渐增大,选项A正确。
选项B错误,因为匀加速运动中速度是增加的,而不是不变的。
选项C和D都错误,因为匀加速运动中加速度是恒定的,不会逐渐增大或减小。
所以正确答案是A。
二、多项选择题(本大题有2小题,每小题3分,共6分)
1、以下关于力的说法正确的是:
A、力是物体对物体的作用,力的作用是相互的。
B、力的单位是牛顿,简称N。
C、物体受到的力越大,物体的运动状态改变得越快。
D、一个物体受到几个力的作用,可以将其分解为两个力的合力,这两个力的合力与原来的几个力等效。
答案:ABD
解析:
A、力是物体对物体的作用,且力的作用是相互的,这是牛顿第三定律的内容,因此A正确。
B、力的单位是牛顿,简称N,这是国际单位制中力的单位,因此B正确。
C、物体受到的力越大,加速度越大,而不是运动状态改变得越快。
运动状态的改变还取决于物体的质量,因此C错误。
D、力的合成原理表明,一个物体受到几个力的作用,可以将其分解为两个力的合力,这两个力的合力与原来的几个力等效,因此D正确。
2、以下关于能量转化的说法正确的是:
A、摩擦力做功会使物体的内能增加。
B、热机的做功过程中,内能转化为机械能。
C、发电机的工作原理是将机械能转化为电能。
D、电流做功的过程是将电能转化为其他形式的能量。
答案:ABCD
解析:
A、摩擦力做功会使物体的机械能转化为内能,即内能增加,因此A正确。
B、热机通过燃烧燃料产生热能,然后将热能转化为机械能,因此B正确。
C、发电机通过电磁感应现象将机械能转化为电能,因此C正确。
D、电流做功的过程,例如电灯发光发热,是将电能转化为光能和热能,因此D正确。
三、填空题(本大题有5小题,每小题4分,共20分)
1、在物理学中,功率的单位是瓦特(W),1瓦特等于1焦耳/秒(J/s)。
如果一个机器在5秒内做了25焦耳的功,那么这个机器的功率是____ 瓦特。
答案:5瓦特
解析:功率(P)的计算公式是功(W)除以时间(t),即P = W/t。
根据题目,W = 25焦耳,t = 5秒,所以P = 25J / 5s = 5W。
2、在匀速直线运动中,物体的速度是一个恒定的值。
如果一辆汽车以60千米/小时的速度行驶,那么它在1小时内行驶的距离是 ____ 千米。
答案:60千米
解析:在匀速直线运动中,速度(v)等于位移(s)除以时间(t),即v = s/t。
题目中给出了速度v = 60千米/小时,时间t = 1小时,所以位移s = v * t = 60千米/小时 * 1小时 = 60千米。
3、一个物体在水平面上做匀速直线运动,已知其运动速度为6 m/s,经过5秒后,物体的位移是 ______m。
答案:30
解析:根据匀速直线运动的位移公式(s=vt),其中(s)表示位移,(v)表示速度,(t)表示时间。
将已知数值代入公式得(s=6 m/s×5 s=30 m)。
4、在“探究影响动能大小的因素”的实验中,通过比较不同质量的小球在同一速度下落地时的高度,可以得出结论:动能与质量成正比。
若实验中两个小球的质量分别为(m1=0.2 kg)和(m2=0.3 kg),且它们在相同高度下释放,落地后动能之比
(E k1:E k2)为 ______ 。
答案:2:3
mv2),其中(E k)是动能,(m)是质量,(v)是速度。
解析:动能的计算公式为(E k=1
2
由于两个小球在相同高度下释放,速度(v)相同,因此动能之比等于质量之比,即
(E k1:E k2=m1:m2=0.2 kg:0.3 kg=2:3)。
5、一个物体在水平面上做匀速直线运动,受到的合力为0N,则该物体的质量为
____kg,速度为 ____m/s。
答案:任意正值,任意正值
解析:根据牛顿第一定律,当物体受到的合力为0N时,物体将保持静止状态或匀速直线运动状态。
因此,该物体的质量可以是任意正值,速度也可以是任意正值,只要保持不变即可。
在本题中,没有给出具体的数值,所以答案可以是任意正值。
四、计算题(本大题有2小题,每小题7分,共14分)
第一题
一物体从静止开始在水平面上做匀加速直线运动,已知加速度为2 m/s²,物体在3秒内通过的路程为18米。
求:
(1)物体的初速度;
(2)物体在第5秒末的速度。
答案:
(1)初速度(v0=0)m/s
(2)第5秒末的速度(v5=10)m/s
解析:
(1)根据匀加速直线运动的位移公式:
[s=v0t+1
2
at2]
代入已知数据(s=18)米,(a=2)m/s²,(t=3)秒,得到:
[18=0⋅3+1
2⋅2⋅32][18=0+1
2
⋅2⋅9][18=9]
因此,初速度(v0=0)m/s。
(2)根据匀加速直线运动的速度公式:
[v=v0+at]
代入已知数据(v0=0)m/s,(a=2)m/s²,(t=5)秒,得到:
[v5=0+2⋅5][v5=0+10][v5=10]m/s
因此,物体在第5秒末的速度为10 m/s。
第二题
一物体从静止开始沿水平面做匀加速直线运动,初速度为0,加速度为2 m/s²。
当
物体运动了5秒后,它所受到的摩擦力突然消失,此时物体的速度为10 m/s。
假设摩擦力消失后,物体继续做匀速直线运动。
(1)求物体在摩擦力消失前所受到的摩擦力大小。
(2)求物体在摩擦力消失后继续运动了多长时间后停下。
答案:
(1)摩擦力大小为:(F
摩
=m⋅a)
(2)物体停下所需时间:(t
停
)
解析:
(1)首先,我们求物体在摩擦力消失前所受到的摩擦力大小。
物体在摩擦力消失前的速度可以通过以下公式计算:
[v=u+at]
其中,(v)是最终速度,(u)是初速度(在本题中为0),(a)是加速度,(t)是时间。
代入已知数值:
[v=0+2⋅5=10 m/s]
接下来,使用动能定理或功的定义来求摩擦力大小。
动能定理表明,物体所受的净功等于其动能的变化。
在没有外力做功的情况下(忽略空气阻力),物体的动能变化等于摩擦力所做的功。
摩擦力所做的功:
[W
摩=F
摩
⋅d]
其中,(d)是物体在摩擦力作用下移动的距离。
由于物体是匀加速运动,我们可以使用以下公式来求距离:
[d=1
2
at2]
代入已知数值:
[d=1
2
⋅2⋅52=25 m]
由于物体最终速度为10 m/s,我们可以使用以下公式来求动能变化:
[ΔK=1
2
mv2−
1
2
mu2]
由于初速度为0,动能变化等于最终动能:
[ΔK=1
2
m⋅102=50m]
因此,摩擦力所做的功等于动能变化:
[W
摩
=ΔK=50m]将功的公式代入,我们得到:
[F
摩⋅d=50m][F
摩
⋅25=50m][F
摩
=50m
25
=2m]
由于题目中没有给出物体的质量,我们无法直接计算摩擦力的大小,但我们可以得出结论:摩擦力大小为2m。
(2)接下来,我们求物体在摩擦力消失后继续运动了多长时间后停下。
由于摩擦力消失后物体做匀速直线运动,其加速度为0。
因此,物体停下所需时间可以通过以下公式计算:
[t
停=
v a
]
但由于摩擦力消失后加速度为0,我们需要重新考虑。
由于物体继续做匀速直线运动,其速度不变,因此物体将永远保持10 m/s的速度,除非有外力使其停下。
由于题目没有给出使物体停下的外力,我们可以假设物体将永远运动下去。
所以,物体在摩擦力消失后不会停下,(t
停
)无限大。
如果题目要求给出一个具体
的数值,则需要额外的信息,例如阻力或其他外力的大小。
五、综合题(本大题有3小题,每小题10分,共30分)
第一题
题目:
小明同学在物理实验室进行探究“摩擦力的大小与哪些因素有关”的实验。
他分别测量了以下几种情况下的摩擦力:
物体A与物体B的材料接触面粗糙程度物体A的重力摩擦力大小铜与木较光滑2N1N
铜与木较粗糙2N 1.5N
铜与铜较光滑3N2N
铜与铜较粗糙3N 2.5N
铝与铝较光滑4N3N
铝与铝较粗糙4N 3.5N 请回答以下问题:
(1)根据实验数据,分析摩擦力大小与哪些因素有关。
(2)若要进一步研究摩擦力大小与接触面粗糙程度的关系,应如何改变实验条件?
(3)小明同学在实验过程中发现,当接触面粗糙程度相同时,摩擦力大小与物体A的重力成正比。
请根据此发现,推测摩擦力大小可能与哪些因素有关。
答案:
(1)摩擦力大小与接触面粗糙程度和物体A的重力有关。
在接触面粗糙程度相同时,摩擦力大小与物体A的重力成正比。
(2)要进一步研究摩擦力大小与接触面粗糙程度的关系,应保持物体A的重力不变,改变接触面的粗糙程度,观察摩擦力大小的变化。
(3)根据小明同学的发现,推测摩擦力大小可能与接触面的粗糙程度、物体A的重力、接触面积等因素有关。
第二题
(1)小明在物理学实验中,使用了一个弹簧测力计来测量物体的重力。
他首先将弹簧测力计的挂钩固定在实验桌上,然后悬挂一个已知质量的物体。
他观察到弹簧测力计的示数为2N,弹簧的伸长量为5cm。
已知弹簧的劲度系数为20N/m,求物体的质量。
(2)小红在物理课上学习了能量守恒定律。
她想知道,当她从一楼跳到二楼时,她失去的重力势能有多少转化为其他形式的能量。
已知小红的质量为50kg,一层楼的高度为3m,不考虑空气阻力。
(3)小刚在进行抛物线运动实验时,记录了以下数据:
时间(s)位置(m)
00
12
28
318
432
请根据上述数据,计算小刚在抛物线运动过程中的加速度。
答案:
(1)物体的质量m = G/g = 2N/9.8m/s² ≈ 0.204kg
解析:根据胡克定律,F = kx,其中F是弹簧的弹力,k是弹簧的劲度系数,x是弹簧的伸长量。
由于物体处于静止状态,弹簧的弹力等于物体的重力G,所以G = kx。
将已知数据代入计算得到物体的质量。
(2)小红失去的重力势能转化为其他形式的能量为:
E_p = mgh = 50kg * 9.8m/s² * 3m = 1470J
解析:根据重力势能公式E_p = mgh,其中m是物体的质量,g是重力加速度,h 是物体下落的高度。
小红从一楼跳到二楼,高度差为3m,因此可以计算她失去的重力势能。
(3)小刚的加速度a = Δv/Δt = (v_4 - v_0) / (t_4 - t_0)
解析:根据匀变速直线运动的位移公式s = v_0t + (1/2)at²,其中s是位移,v_0是初速度,a是加速度,t是时间。
由于小刚在竖直方向上的初速度v_0为0,可以简化公式为s = (1/2)at²。
将上述数据代入计算得到加速度。
根据表格数据,可以计算出小刚在每秒末的速度v:
v_1 = 2m/s,v_2 = 8m/s - 2m/s = 6m/s,v_3 = 18m/s - 8m/s = 10m/s,v_4 = 32m/s - 18m/s = 14m/s
现在我们可以计算加速度:
a = (v_4 - v_0) / (t_4 - t_0) = (14m/s - 0m/s) / (4s - 0s) = 14m/s / 4s =
3.5m/s²
所以,小刚在抛物线运动过程中的加速度为3.5m/s²。
第三题
题目:
小明在进行物理实验时,使用了一个滑轮组来提升重物。
已知滑轮组的动滑轮重为5N,定滑轮重不计,滑轮与轴之间的摩擦可以忽略不计。
小明通过实验测得,当用10N 的力拉绳时,重物被提升的速度为0.5m/s,绳的拉力移动的速度为1m/s。
请回答以下
问题:
(1)根据实验数据,求出滑轮组的机械效率。
(2)如果重物的质量为10kg,求出小明实际做功的多少。
答案:
(1)机械效率η = 有用功 / 总功
有用功是提升重物所做的功,即 W有用 = mgh,其中 m 是重物的质量,g 是重力加速度,h 是重物提升的高度。
由于绳的拉力移动的速度是重物提升速度的两倍,所以绳移动的距离是重物提升高度的两倍。
因此,h = s/2,其中 s 是绳移动的距离。
总功是拉力所做的功,即 W总 = Fs,其中 F 是拉力,s 是绳移动的距离。
由题意,拉力 F = 10N,绳移动的速度 v绳 = 1m/s,重物提升的速度 v物 = 0.5m/s,所以 s = 2h = 2v物 * t,其中 t 是时间。
将以上关系代入,得到:
W有用 = mgh = mg * (s/2) = mg * (2v物 * t / 2) = mgv物t W总 = Fs = 10N * s = 10N * 2v物 * t
由于 W有用 = W总 * η,可以解出η:
η = W有用 / W总 = (mgv物t) / (10N * 2v物 * t) = (mg / 20N)
已知 g = 9.8m/s²,m = 10kg,代入上式得:
η = (10kg * 9.8m/s²) / 20N = 4.9 / 2 = 0.245 = 24.5%
(2)小明实际做功的多少可以通过机械效率来计算:
W实际 = W有用/ η = (mgh) / η = (mg * (s/2)) / η
由于 W有用 = mgv物t,我们可以将 s/2 替换为 v物t,得到:。