初中物理尖子生自主招生培優(yōu)講義版塊12 簡單機械 專題12-4　簡單機械實驗 （學生版）

頁專題12-4簡單機械實驗知識·解讀一、實驗探究：杠桿的平衡條件1、實驗步驟(1)調平：在掛鉤碼前，調節(jié)杠桿兩端的平衡螺母，使杠桿在水平位置平衡。(2)力和力臂的測量。①杠桿受到的作用力等于所掛鉤碼的重力。②力臂：從杠桿上讀出支點到所掛鉤碼位置的距離就是力臂的長度。(3)分析實驗數據：計算力和相應力臂的乘積，比較其大小關系，得出實驗結論。2、要點探究(1)為什么要調節(jié)杠桿在水平位置平衡？為了便于直接從杠桿上測出力臂的大小，同時可以使杠桿的重心落在支點處，避免杠桿的重力對平衡產生影響。(2)實驗前，如何調節(jié)平衡螺母使其在水平方向平衡？按“左偏(低)右調，右偏(低)左調”的原則。(3)實驗時為什么要做多次實驗、收集多組數據？只根據一組實驗數據分析得出的結論具有偶然性，為了得到普遍性結論，使結論更具有說服力，應測量多組數據進行分析總結。3、失分盲點(1)該杠桿的動力和阻力是可以任意規(guī)定的，力的大小等于鉤碼的重力。(2)平衡螺母只能在懸掛鉤碼前調節(jié)杠桿平衡時使用，在懸掛鉤碼后不可移動平衡螺母。二、測量滑輪組的機械效率1、實驗原理：η＝W有2、測量方法：用彈簧測力計測出鉤碼重G、拉力F，用刻度尺測出鉤碼上升的高度h、繩端移動的距離s。3、實驗關鍵(1)記位置：實驗前，記下鉤碼和拉力的起始位置。(2)測物理量：緩慢勻速拉動彈簧測力計，使鉤碼升高一定的距離，讀出拉力F、測出鉤碼上升高度h和拉力移動距離s，填入記錄表格。(3)計算數據：W有=Gh，W總=Fs。4、要點探究(1)實驗中，為什么要勻速緩慢拉動彈簧測力計？使彈簧測力計示數穩(wěn)定，便于讀出拉力大小。(2)在提升物體的過程中，能否待彈簧測力計靜止時再讀出拉力的大小？為什么？不能。靜止和勻速拉動時，其繩子與滑輪間的摩擦力不一樣，所以彈簧測力計的示數不一樣，所以不能在彈簧測力計靜止時讀數，必須在勻速拉動的過程中讀出彈簧測力計的示數。(3)滑輪組的機械效率與鉤碼重有什么關系？同一個滑輪組，所提升的鉤碼越重，其機械效率越高。(4)除物重外，滑輪組的機械效率還與哪些因素有關？滑輪組的機械效率還與動滑輪的重、繩重、摩擦等因素有關。典例·解讀類型一：探究杠桿的平衡條件例1、在探究杠桿平衡條件的實驗中：(1)如圖甲所示，要使杠桿在水平位置平衡，可將杠桿左端的平衡螺母向_____調節(jié)。(2)如圖乙所示，調節(jié)平衡后，左側掛上鉤碼，在右側用彈簧測力計(圖中未畫出)拉杠桿，使其在水平位置平衡，為便于測量力臂，應使彈簧測力計拉力的方向__________。(3)操作過程中，當彈簧測力計的示數達到量程仍不能使杠桿水平平衡，你認為接下來合理的操作是_____________________________________________。(寫出一條即可)(4)甲同學測出一組數據后就得出了“動力×動力臂=阻力×阻力臂”的結論，乙同學認為他的做法不合理，理由是______________________________________。【答案】【答案】(1)左；(2)豎直向下；(3)測力計拉力的位置向右移，換用量程較大的測力計，減少左側鉤碼的數量、左側鉤碼的位置向右移，不使用測力計在右端直接掛鉤碼等，答出其中一點即可；(4)一組實驗數據太少，具有偶然性，不便找出普遍規(guī)律．【解析】本題考查探究杠桿平衡條件的實驗。(1)由圖可知，杠桿向右下傾斜，要使杠桿在水平位置平衡，應將左端的平衡螺母向左調節(jié)。(2)為便于測量力臂，應使彈簧測力計拉力的方向豎直向下，則拉力的力臂等于支點到拉力作用點的距離。(3)當彈簧測力計的示數達到量程仍不能使杠桿水平平衡時，合理的操作有多種，如測力計拉力的位置向右移，換用量程較大的測力計，減少左側鉤碼的數量、左側鉤碼的位置向右移，不使用測力計在右端直接掛鉤碼等均可達到目的。(4)一組實驗數據太少，具有偶然性，不便找出普遍規(guī)律，應多次測量，得出多組數據，以得到具有普遍意義的結論。類型二：測量滑輪組的機械效率例2、在“探究滑輪組的機械效率”時，小明利用兩組滑輪組進行了5次測量，用一個動滑輪和一個定滑輪測定前4組數據，用二個動滑輪和二個定滑輪測得第5組數據，測得數據如表：10.510.10.70.347.620.510.20.70.647.630.520.11.10.360.640.540.120.3①5140.1②0.5(1)請根據前四組數據，在圖甲中畫出實驗中滑輪組的繞繩方法。(2)實驗中應沿豎直方向_____拉動彈簧測力計。(3)表格中編號①處數據應為_____；根據圖乙中彈簧測力計可知編號②數據應為_____N。(4)由表中第1、2組數據可知，同一滑輪組的機械效率與_______無關。(5)由表中第3、4組數據可知，同一滑輪組的機械效率與摩擦和___________有關。(6)有的同學認為：“機械越省力，它的機械效率越高”。你認為這句話是______(選填“正確”或“錯誤”)的。你是用小明收集的數據中________兩組數據對比分析來判斷的?！敬鸢浮俊敬鸢浮?1)(2)勻速;(3)66.71.6;(4)物體上升的高度;(5)物重;(6)錯誤4、5.【解析】本題是考查滑輪組機械效率的探究實驗。(1)前四組數據中，動力作用點移動的距離s是鉤碼上升高度h的3倍，所以物重應該由3股繩子承擔。應該從動滑輪的小鉤上開始繞線。(2)實驗中應沿豎直方向勻速拉動彈簧測力計，讓鉤碼勻速上升。(3)根據表中的數據可以計算此時滑輪組的機械效率：η=GhFs×100%=4N×0.1m2N×0.3m×100%=66.7%。從彈簧測力計上可以讀出拉力F為1.6N。(4)第1、2次實驗中，鉤碼上升的高度不同，但是滑輪組的機械效率相等，說明滑輪組的機械效率與物體上升的高度無關。(5)第3、4次實驗中，鉤碼的重力不同，滑輪組的機械效率不同，說明滑輪組的機械效率與物重有關。(6)第5次實驗中，滑輪組乙的機械效率是η=GhFs×100%=4N×0.1m1.6N×0.5m×100%=50%。比較第4、5兩次實驗數據可知：當物重相等時，乙滑輪組更省力，但乙滑輪組的機械效率反而低，由此證明培優(yōu)·訓練1、如圖所示漫畫描繪的是猴子和兔子分蘿卜的情景，究竟誰分得的蘿卜重，德州市育紅中學的三位同學提出了自己的猜想：甲認為：猴子勝利了；乙認為：兔子勝利了；丙認為：猴子和兔子誰也沒有沾光。到底誰的猜想正確呢？(1)為此，同學們設計了如圖甲所示的實驗，根據該實驗現象，可以判斷猜想正確的同學是____(選填“甲”“乙”或“丙”)。(2)根據圖甲的實驗，同學們還得出結論：只要滿足“動力×動力作用點到支點的距離=阻力×阻力作用點到支點的距離”，杠桿就能平衡。a.你認為這個結論是________的。(選填“正確”或“錯誤”)b.如何用圖乙的裝置來驗證你的觀點？答：____________________________________________________________。2、研究杠桿平衡條件的實驗：(1)杠桿的位置如圖a所示，此時應調節(jié)杠桿兩端的螺母使其向________(選填“左”或“右”)移動，使杠桿在水平位置平衡，實驗時，施加的動力和阻力的方向都是豎直方向，這樣做的好處是____________________________________。(2)某同學通過多次實驗操作及數據分析，得出杠桿平衡的條件是：動力×動力作用點到支點的距離=阻力×阻力作用點到支點的距離，你認為他的結論_________(選填“可靠”或“不可靠”)，理由是____________________________________。(3)利用如圖c所示裝置進行實驗，每個鉤碼重0.5N，杠桿平衡時彈簧測力計的讀數應為_________N。如果保持彈簧測力計拉力作用點的位置不變，把彈簧測力計沿虛線方向拉，為了保證杠桿在水平位置平衡，其示數將_________(選填“變大”“不變”或“變小”)。3、小明和小強在測“滑輪組機械效率”的實驗中組裝好如圖所示實驗裝置，他們分別記下了鉤碼和彈簧測力計的位置．(1)實驗時，小明____豎直向上拉動彈簧測力計，使鉤碼升高，彈簧測力計讀數為0.5N；同時小強也用刻度尺測出鉤碼被提升的高度為10cm，以上測量結果準確無誤，其他被測物理量和計算數據記錄如表：鉤碼重G/N彈簧測力計提升的高度s/m有用功W有/J總功W總/J機械效率η10.20.10.1100%(2)小明和小強通過計算得出該滑輪組機械效率為100%，它們意識到出現了錯誤，請你幫他倆找出錯誤的原因：_________________________________________________________．(3)該滑輪組的機械效率實際為________(精確到0.1%)．(4)在實驗中，若將鉤碼的重增加到6N，則該滑輪組的機械效率將________(選填“變大”、“變小”或“不變”)．4、小樂為了探究影響斜面機械效率的因素，準備了三個質量不同的木塊、三條長度相同但粗糙程度不同的長木板、刻度尺等器材。實驗一：探究斜面機械效率與物重的關系(1)實驗還需補充的器材有___________。(2)小樂利用三個質量不同的木塊和同一塊長木板，設計圖示的實驗裝置并正確完成了實驗，相關實驗數據和計算結果如表所示：測量次數斜面粗糙程度物重G(N)斜面高度h(m)沿斜面的拉力F(N)斜面長L(s)有用功W有用(J)總功W總(J)機械效率η1較粗糙1.50.10.60.40.150.2462.5%2較粗糙30.11.20.40.30.4862.5%3較粗糙60.12.40.40.60.9662.5%通過分析數據，可得到的結論是______________________________。實驗二：探究斜面機械效率與斜面粗糙程度的關系請利用上述實驗器材，簡要寫出探究的方案：___________________________________________________________________________________________________________________________________________________。5、在“探究影響滑輪組機械效率的因素”實驗中，某實驗小組用如圖所示的同一滑輪組提升不同鉤碼，分別做了甲、乙、丙3組實驗，數據記錄如表：次數鉤碼重(N)動滑輪重(N)鉤碼上升的距離(cm)彈簧測力計的示數(N)彈簧測力計上升的距離(cm)機械效率120.8511566.7%240.851.715360.8515(1)在實驗操作中應該使鉤碼_______(選填“快速”或“緩慢”)勻速上升。(2)進行第3次測量時滑輪組的機械效率約_______。(3)實驗時將繩子自由端勻速拉動時彈簧測力計的讀數記為F，鉤碼重記為G，動滑輪重記為G′，繩自由端移動距離記為s，鉤碼提升高度記為h，則下列關于滑輪組機械效率的計算關系中正確的是______。A．η＝eq\f(Gh,Fs)B．η＝eq\f(G,F)C．η＝eq\f(G,G＋G′)D．η＝1－eq\f(Gh,Fs)6、在日常生活和工農業(yè)生產中，提高機械效率有著重要的意義．提高機械效率，要從研究影響機械效率的因素出發(fā)，尋求辦法．甲乙丙(1)為了探究影響機械效率的因素，小明選取了大小相同的滑輪，利用圖甲和圖乙裝置進行實驗，并把數據整理記錄在表中．①比較1和2兩次實驗發(fā)現：在所用滑輪組一定時，提升的鉤碼________，機械效率越高．②比較3和4兩次實驗發(fā)現：滑輪組的機械效率還與__________________有關．③比較_______兩次實驗發(fā)現：在所用滑輪組一定時，機械效率與提升鉤碼的高度無關．④第5次實驗室利用了圖_____的裝置完成的，判斷依據是________________．⑤利用圖甲的裝置，把重4N的物體用2.5N的拉力迅速拉起，滑輪組的機械效率為________．可見如