初中物理尖子生自主招生培優(yōu)講義版塊12 簡(jiǎn)單機(jī)械 專題12-4　簡(jiǎn)單機(jī)械實(shí)驗(yàn) （學(xué)生版）

頁(yè)專題12-4簡(jiǎn)單機(jī)械實(shí)驗(yàn)知識(shí)·解讀一、實(shí)驗(yàn)探究：杠桿的平衡條件1、實(shí)驗(yàn)步驟(1)調(diào)平：在掛鉤碼前，調(diào)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(cè)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(diǎn)到所掛鉤碼位置的距離就是力臂的長(zhǎng)度。(3)分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：計(jì)算力和相應(yīng)力臂的乘積，比較其大小關(guān)系，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。2、要點(diǎn)探究(1)為什么要調(diào)節(jié)杠桿在水平位置平衡？為了便于直接從杠桿上測(cè)出力臂的大小，同時(shí)可以使杠桿的重心落在支點(diǎn)處，避免杠桿的重力對(duì)平衡產(chǎn)生影響。(2)實(shí)驗(yàn)前，如何調(diào)節(jié)平衡螺母使其在水平方向平衡？按“左偏(低)右調(diào)，右偏(低)左調(diào)”的原則。(3)實(shí)驗(yàn)時(shí)為什么要做多次實(shí)驗(yàn)、收集多組數(shù)據(jù)？只根據(jù)一組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析得出的結(jié)論具有偶然性，為了得到普遍性結(jié)論，使結(jié)論更具有說(shuō)服力，應(yīng)測(cè)量多組數(shù)據(jù)進(jìn)行分析總結(jié)。3、失分盲點(diǎn)(1)該杠桿的動(dòng)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(diào)節(jié)杠桿平衡時(shí)使用，在懸掛鉤碼后不可移動(dòng)平衡螺母。二、測(cè)量滑輪組的機(jī)械效率1、實(shí)驗(yàn)原理：η＝W有2、測(cè)量方法：用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)出鉤碼重G、拉力F，用刻度尺測(cè)出鉤碼上升的高度h、繩端移動(dòng)的距離s。3、實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵(1)記位置：實(shí)驗(yàn)前，記下鉤碼和拉力的起始位置。(2)測(cè)物理量：緩慢勻速拉動(dòng)彈簧測(cè)力計(jì)，使鉤碼升高一定的距離，讀出拉力F、測(cè)出鉤碼上升高度h和拉力移動(dòng)距離s，填入記錄表格。(3)計(jì)算數(shù)據(jù)：W有=Gh，W總=Fs。4、要點(diǎn)探究(1)實(shí)驗(yàn)中，為什么要?jiǎng)蛩倬徛瓌?dòng)彈簧測(cè)力計(jì)？使彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)穩(wěn)定，便于讀出拉力大小。(2)在提升物體的過(guò)程中，能否待彈簧測(cè)力計(jì)靜止時(shí)再讀出拉力的大?。繛槭裁?？不能。靜止和勻速拉動(dòng)時(shí)，其繩子與滑輪間的摩擦力不一樣，所以彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)不一樣，所以不能在彈簧測(cè)力計(jì)靜止時(shí)讀數(shù)，必須在勻速拉動(dòng)的過(guò)程中讀出彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)。(3)滑輪組的機(jī)械效率與鉤碼重有什么關(guān)系？同一個(gè)滑輪組，所提升的鉤碼越重，其機(jī)械效率越高。(4)除物重外，滑輪組的機(jī)械效率還與哪些因素有關(guān)？滑輪組的機(jī)械效率還與動(dòng)滑輪的重、繩重、摩擦等因素有關(guān)。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(shí)驗(yàn)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(diào)節(jié)。(2)如圖乙所示，調(diào)節(jié)平衡后，左側(cè)掛上鉤碼，在右側(cè)用彈簧測(cè)力計(jì)(圖中未畫出)拉杠桿，使其在水平位置平衡，為便于測(cè)量力臂，應(yīng)使彈簧測(cè)力計(jì)拉力的方向__________。(3)操作過(guò)程中，當(dāng)彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)達(dá)到量程仍不能使杠桿水平平衡，你認(rèn)為接下來(lái)合理的操作是_____________________________________________。(寫出一條即可)(4)甲同學(xué)測(cè)出一組數(shù)據(jù)后就得出了“動(dòng)力×動(dòng)力臂=阻力×阻力臂”的結(jié)論，乙同學(xué)認(rèn)為他的做法不合理，理由是______________________________________?！敬鸢浮俊敬鸢浮?1)左；(2)豎直向下；(3)測(cè)力計(jì)拉力的位置向右移，換用量程較大的測(cè)力計(jì)，減少左側(cè)鉤碼的數(shù)量、左側(cè)鉤碼的位置向右移，不使用測(cè)力計(jì)在右端直接掛鉤碼等，答出其中一點(diǎn)即可；(4)一組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)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(shí)驗(yàn)。(1)由圖可知，杠桿向右下傾斜，要使杠桿在水平位置平衡，應(yīng)將左端的平衡螺母向左調(diào)節(jié)。(2)為便于測(cè)量力臂，應(yīng)使彈簧測(cè)力計(jì)拉力的方向豎直向下，則拉力的力臂等于支點(diǎn)到拉力作用點(diǎn)的距離。(3)當(dāng)彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)達(dá)到量程仍不能使杠桿水平平衡時(shí)，合理的操作有多種，如測(cè)力計(jì)拉力的位置向右移，換用量程較大的測(cè)力計(jì)，減少左側(cè)鉤碼的數(shù)量、左側(cè)鉤碼的位置向右移，不使用測(cè)力計(jì)在右端直接掛鉤碼等均可達(dá)到目的。(4)一組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)太少，具有偶然性，不便找出普遍規(guī)律，應(yīng)多次測(cè)量，得出多組數(shù)據(jù)，以得到具有普遍意義的結(jié)論。類型二：測(cè)量滑輪組的機(jī)械效率例2、在“探究滑輪組的機(jī)械效率”時(shí)，小明利用兩組滑輪組進(jìn)行了5次測(cè)量，用一個(gè)動(dòng)滑輪和一個(gè)定滑輪測(cè)定前4組數(shù)據(jù)，用二個(gè)動(dòng)滑輪和二個(gè)定滑輪測(cè)得第5組數(shù)據(jù)，測(cè)得數(shù)據(jù)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(qǐng)根據(jù)前四組數(shù)據(jù)，在圖甲中畫出實(shí)驗(yàn)中滑輪組的繞繩方法。(2)實(shí)驗(yàn)中應(yīng)沿豎直方向_____拉動(dòng)彈簧測(cè)力計(jì)。(3)表格中編號(hào)①處數(shù)據(jù)應(yīng)為_____；根據(jù)圖乙中彈簧測(cè)力計(jì)可知編號(hào)②數(shù)據(jù)應(yīng)為_____N。(4)由表中第1、2組數(shù)據(jù)可知，同一滑輪組的機(jī)械效率與_______無(wú)關(guān)。(5)由表中第3、4組數(shù)據(jù)可知，同一滑輪組的機(jī)械效率與摩擦和___________有關(guān)。(6)有的同學(xué)認(rèn)為：“機(jī)械越省力，它的機(jī)械效率越高”。你認(rèn)為這句話是______(選填“正確”或“錯(cuò)誤”)的。你是用小明收集的數(shù)據(jù)中________兩組數(shù)據(jù)對(duì)比分析來(lái)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(cuò)誤4、5.【解析】本題是考查滑輪組機(jī)械效率的探究實(shí)驗(yàn)。(1)前四組數(shù)據(jù)中，動(dòng)力作用點(diǎn)移動(dòng)的距離s是鉤碼上升高度h的3倍，所以物重應(yīng)該由3股繩子承擔(dān)。應(yīng)該從動(dòng)滑輪的小鉤上開始繞線。(2)實(shí)驗(yàn)中應(yīng)沿豎直方向勻速拉動(dòng)彈簧測(cè)力計(jì)，讓鉤碼勻速上升。(3)根據(jù)表中的數(shù)據(jù)可以計(jì)算此時(shí)滑輪組的機(jī)械效率：η=GhFs×100%=4N×0.1m2N×0.3m×100%=66.7%。從彈簧測(cè)力計(jì)上可以讀出拉力F為1.6N。(4)第1、2次實(shí)驗(yàn)中，鉤碼上升的高度不同，但是滑輪組的機(jī)械效率相等，說(shuō)明滑輪組的機(jī)械效率與物體上升的高度無(wú)關(guān)。(5)第3、4次實(shí)驗(yàn)中，鉤碼的重力不同，滑輪組的機(jī)械效率不同，說(shuō)明滑輪組的機(jī)械效率與物重有關(guān)。(6)第5次實(shí)驗(yàn)中，滑輪組乙的機(jī)械效率是η=GhFs×100%=4N×0.1m1.6N×0.5m×100%=50%。比較第4、5兩次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知：當(dāng)物重相等時(shí)，乙滑輪組更省力，但乙滑輪組的機(jī)械效率反而低，由此證明培優(yōu)·訓(xùn)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(shuí)分得的蘿卜重，德州市育紅中學(xué)的三位同學(xué)提出了自己的猜想：甲認(rèn)為：猴子勝利了；乙認(rèn)為：兔子勝利了；丙認(rèn)為：猴子和兔子誰(shuí)也沒(méi)有沾光。到底誰(shuí)的猜想正確呢？(1)為此，同學(xué)們?cè)O(shè)計(jì)了如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)，根據(jù)該實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，可以判斷猜想正確的同學(xué)是____(選填“甲”“乙”或“丙”)。(2)根據(jù)圖甲的實(shí)驗(yàn)，同學(xué)們還得出結(jié)論：只要滿足“動(dòng)力×動(dòng)力作用點(diǎn)到支點(diǎn)的距離=阻力×阻力作用點(diǎn)到支點(diǎn)的距離”，杠桿就能平衡。a.你認(rèn)為這個(gè)結(jié)論是________的。(選填“正確”或“錯(cuò)誤”)b.如何用圖乙的裝置來(lái)驗(yàn)證你的觀點(diǎn)？答：____________________________________________________________。2、研究杠桿平衡條件的實(shí)驗(yàn)：(1)杠桿的位置如圖a所示，此時(shí)應(yīng)調(diào)節(jié)杠桿兩端的螺母使其向________(選填“左”或“右”)移動(dòng)，使杠桿在水平位置平衡，實(shí)驗(yàn)時(shí)，施加的動(dòng)力和阻力的方向都是豎直方向，這樣做的好處是____________________________________。(2)某同學(xué)通過(guò)多次實(shí)驗(yàn)操作及數(shù)據(jù)分析，得出杠桿平衡的條件是：動(dòng)力×動(dòng)力作用點(diǎn)到支點(diǎn)的距離=阻力×阻力作用點(diǎn)到支點(diǎn)的距離，你認(rèn)為他的結(jié)論_________(選填“可靠”或“不可靠”)，理由是____________________________________。(3)利用如圖c所示裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，每個(gè)鉤碼重0.5N，杠桿平衡時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)應(yīng)為_________N。如果保持彈簧測(cè)力計(jì)拉力作用點(diǎn)的位置不變，把彈簧測(cè)力計(jì)沿虛線方向拉，為了保證杠桿在水平位置平衡，其示數(shù)將_________(選填“變大”“不變”或“變小”)。3、小明和小強(qiáng)在測(cè)“滑輪組機(jī)械效率”的實(shí)驗(yàn)中組裝好如圖所示實(shí)驗(yàn)裝置，他們分別記下了鉤碼和彈簧測(cè)力計(jì)的位置．(1)實(shí)驗(yàn)時(shí)，小明____豎直向上拉動(dòng)彈簧測(cè)力計(jì)，使鉤碼升高，彈簧測(cè)力計(jì)讀數(shù)為0.5N；同時(shí)小強(qiáng)也用刻度尺測(cè)出鉤碼被提升的高度為10cm，以上測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確無(wú)誤，其他被測(cè)物理量和計(jì)算數(shù)據(jù)記錄如表：鉤碼重G/N彈簧測(cè)力計(jì)提升的高度s/m有用功W有/J總功W總/J機(jī)械效率η10.20.10.1100%(2)小明和小強(qiáng)通過(guò)計(jì)算得出該滑輪組機(jī)械效率為100%，它們意識(shí)到出現(xiàn)了錯(cuò)誤，請(qǐng)你幫他倆找出錯(cuò)誤的原因：_________________________________________________________．(3)該滑輪組的機(jī)械效率實(shí)際為________(精確到0.1%)．(4)在實(shí)驗(yàn)中，若將鉤碼的重增加到6N，則該滑輪組的機(jī)械效率將________(選填“變大”、“變小”或“不變”)．4、小樂(lè)為了探究影響斜面機(jī)械效率的因素，準(zhǔn)備了三個(gè)質(zhì)量不同的木塊、三條長(zhǎng)度相同但粗糙程度不同的長(zhǎng)木板、刻度尺等器材。實(shí)驗(yàn)一：探究斜面機(jī)械效率與物重的關(guān)系(1)實(shí)驗(yàn)還需補(bǔ)充的器材有___________。(2)小樂(lè)利用三個(gè)質(zhì)量不同的木塊和同一塊長(zhǎng)木板，設(shè)計(jì)圖示的實(shí)驗(yàn)裝置并正確完成了實(shí)驗(yàn)，相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和計(jì)算結(jié)果如表所示：測(cè)量次數(shù)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(zhǎng)L(s)有用功W有用(J)總功W總(J)機(jī)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(guò)分析數(shù)據(jù)，可得到的結(jié)論是______________________________。實(shí)驗(yàn)二：探究斜面機(jī)械效率與斜面粗糙程度的關(guān)系請(qǐng)利用上述實(shí)驗(yàn)器材，簡(jiǎn)要寫出探究的方案：___________________________________________________________________________________________________________________________________________________。5、在“探究影響滑輪組機(jī)械效率的因素”實(shí)驗(yàn)中，某實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)，數(shù)據(jù)記錄如表：次數(shù)鉤碼重(N)動(dòng)滑輪重(N)鉤碼上升的距離(cm)彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)(N)彈簧測(cè)力計(jì)上升的距離(cm)機(jī)械效率120.8511566.7%240.851.715360.8515(1)在實(shí)驗(yàn)操作中應(yīng)該使鉤碼_______(選填“快速”或“緩慢”)勻速上升。(2)進(jìn)行第3次測(cè)量時(shí)滑輪組的機(jī)械效率約_______。(3)實(shí)驗(yàn)時(shí)將繩子自由端勻速拉動(dòng)時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)記為F，鉤碼重記為G，動(dòng)滑輪重記為G′，繩自由端移動(dòng)距離記為s，鉤碼提升高度記為h，則下列關(guān)于滑輪組機(jī)械效率的計(jì)算關(guān)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(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，提高機(jī)械效率有著重要的意義．提高機(jī)械效率，要從研究影響機(jī)械效率的因素出發(fā)，尋求辦法．甲乙丙(1)為了探究影響機(jī)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(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并把數(shù)據(jù)整理記錄在表中．①比較1和2兩次實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：在所用滑輪組一定時(shí)，提升的鉤碼________，機(jī)械效率越高．②比較3和4兩次實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：滑輪組的機(jī)械效率還與__________________有關(guān)．③比較_______兩次實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：在所用滑輪組一定時(shí)，機(jī)械效率與提升鉤碼的高度無(wú)關(guān)．④第5次實(shí)驗(yàn)室利用了圖_____的裝置完成的，判斷依據(jù)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(jī)械效率為________．可見如