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微专题12-4　简单机械实验
知识· 解读
一、实验探究：杠杆的平衡条件
1、实验步骤
(1)调平：在挂钩码前，调节杠杆两端的平衡螺母，使杠杆在水平位置平衡。
(2)力和力臂的测量。
①杠杆受到的作用力等于所挂钩码的重力。
②力臂：从杠杆上读出支点到所挂钩码位置的距离就是力臂的长度。
(3)分析实验数据：计算力和相应力臂的乘积，比较其大小关系，得出实验结论。
2、要点探究
(1)为什么要调节杠杆在水平位置平衡？
为了便于直接从杠杆上测出力臂的大小，同时可以使杠杆的重心落在支点处，避免杠杆的重力对平衡产生影响。
(2)实验前，如何调节平衡螺母使其在水平方向平衡？
按“左偏(低)右调，右偏(低)左调”的原则。
(3)实验时为什么要做多次实验、收集多组数据？
只根据一组实验数据分析得出的结论具有偶然性，为了得到普遍性结论，使结论更具有说服力，应测量多组数据进行分析总结。
3、失分盲点
(1)该杠杆的动力和阻力是可以任意规定的，力的大小等于钩码的重力。
(2)平衡螺母只能在悬挂钩码前调节杠杆平衡时使用，在悬挂钩码后不可移动平衡螺母。
二、测量滑轮组的机械效率
1、实验原理：。
2、测量方法：用弹簧测力计测出钩码重G、拉力F，用刻度尺测出钩码上升的高度h、绳端移动的距离s。
3、实验关键
(1)记位置：实验前，记下钩码和拉力的起始位置。
(2)测物理量：缓慢匀速拉动弹簧测力计，使钩码升高一定的距离，读出拉力F、测出钩码上升高度h和拉力移动距离s，填入记录表格。
(3)计算数据：W有=Gh，W总=Fs。
4、要点探究
(1)实验中，为什么要匀速缓慢拉动弹簧测力计？
使弹簧测力计示数稳定，便于读出拉力大小。
(2)在提升物体的过程中，能否待弹簧测力计静止时再读出拉力的大小？为什么？
不能。静止和匀速拉动时，其绳子与滑轮间的摩擦力不一样，所以弹簧测力计的示数不一样，所以不能在弹簧测力计静止时读数，必须在匀速拉动的过程中读出弹簧测力计的示数。
(3)滑轮组的机械效率与钩码重有什么关系？
同一个滑轮组，所提升的钩码越重，其机械效率越高。
(4)除物重外，滑轮组的机械效率还与哪些因素有关？
滑轮组的机械效率还与动滑轮的重、绳重、摩擦等因素有关。
典例· 解读
类型一：探究杠杆的平衡条件
例1、在探究杠杆平衡条件的实验中：
(1)如图甲所示，要使杠杆在水平位置平衡，可将杠杆左端的平衡螺母向_____调节。
(2)如图乙所示，调节平衡后，左侧挂上钩码，在右侧用弹簧测力计(图中未画出)拉杠杆，使其在水平位置平衡，为便于测量力臂，应使弹簧测力计拉力的方向__________。
(3)操作过程中，当弹簧测力计的示数达到量程仍不能使杠杆水平平衡，你认为接下来合理的操作是_____
________________________________________。(写出一条即可)
(4)甲同学测出一组数据后就得出了“动力×动力臂=阻力×阻力臂”的结论，乙同学认为他的做法不合理，理由是______________________________________。
类型二：测量滑轮组的机械效率
例2、在“探究滑轮组的机械效率”时，小明利用两组滑轮组进行了5次测量，用一个动滑轮和一个定滑轮测定前4组数据，用二个动滑轮和二个定滑轮测得第5组数据，测得数据如表：






1 0.5 1 0.1 0.7 0.3 47.6
2 0.5 1 0.2 0.7 0.6 47.6
3 0.5 2 0.1 1.1 0.3 60.6
4 0.5 4 0.1 2 0.3 ①
5 1 4 0.1 ② 0.5
(1)请根据前四组数据，在图甲中画出实验中滑轮组的绕绳方法。
(2)实验中应沿竖直方向_____拉动弹簧测力计。
(3)表格中编号①处数据应为_____；根据图乙中弹簧测力计可知编号②数据应为_____N。
(4)由表中第1、2组数据可知，同一滑轮组的机械效率与_______无关。
(5)由表中第3、4组数据可知，同一滑轮组的机械效率与摩擦和___________有关。
(6)有的同学认为：“机械越省力，它的机械效率越高”。你认为这句话是______(选填“正确”或“错误”)的。你是用小明收集的数据中________两组数据对比分析来判断的。
培优· 训练
1、如图所示漫画描绘的是猴子和兔子分萝卜的情景，究竟谁分得的萝卜重，德州市育红中学的三位同学提出了自己的猜想：甲认为：猴子胜利了；乙认为：兔子胜利了；丙认为：猴子和兔子谁也没有沾光。到底谁的猜想正确呢？
(1)为此，同学们设计了如图甲所示的实验，根据该实验现象，可以判断猜想正确的同学是____(选填“甲”“乙”或“丙”)。
(2)根据图甲的实验，同学们还得出结论：只要满足“动力×动力作用点到支点的距离=阻力×阻力作用点到支点的距离”，杠杆就能平衡。
a.你认为这个结论是________的。(选填“正确”或“错误”)
b.如何用图乙的装置来验证你的观点？
答：____________________________________________________________。
2、研究杠杆平衡条件的实验：
(1)杠杆的位置如图a所示，此时应调节杠杆两端的螺母使其向________(选填“左”或“右”)移动，使杠杆在水平位置平衡，实验时，施加的动力和阻力的方向都是竖直方向，这样做的好处是____________________________________。
(2)某同学通过多次实验操作及数据分析，得出杠杆平衡的条件是：动力×动力作用点到支点的距离=阻力×阻力作用点到支点的距离，你认为他的结论_________ (选填“可靠”或“不可靠”)，理由是____________________________________。
(3)利用如图c所示装置进行实验，每个钩码重0.5 N，杠杆平衡时弹簧测力计的读数应为_________N。如果保持弹簧测力计拉力作用点的位置不变，把弹簧测力计沿虚线方向拉，为了保证杠杆在水平位置平衡，其示数将_________(选填“变大”“不变”或“变小”)。
3、小明和小强在测“滑轮组机械效率”的实验中组装好如图所示实验装置，他们分别记下了钩码和弹簧测力计的位置．
(1)实验时，小明____竖直向上拉动弹簧测力计，使钩码升高，弹簧测力计读数为0.5 N；同时小强也用刻度尺测出钩码被提升的高度为10 cm，以上测量结果准确无误，其他被测物理量和计算数据记录如表：
钩码重G/N 弹簧测力计提升的高度s/m 有用功W有/J 总功W总/J 机械
效率η



1 0.2 0.1 0.1 100%
(2)小明和小强通过计算得出该滑轮组机械效率为100%，它们意识到出现了错误，请你帮他俩找出错误的原因：_________________________________________________________．
(3)该滑轮组的机械效率实际为________(精确到0.1%)．
(4)在实验中，若将钩码的重增加到6 N，则该滑轮组的机械效率将________(选填“变大”、“变小”或“不变”)．
4、小乐为了探究影响斜面机械效率的因素，准备了三个质量不同的木块、三条长度相同但粗糙程度不同的长木板、刻度尺等器材。
实验一：探究斜面机械效率与物重的关系
(1)实验还需补充的器材有___________。
(2)小乐利用三个质量不同的木块和同一块长木板，设计图示的实验装置并正确完成了实验，相关实验数据和计算结果如表所示：
测量次数 斜面粗糙程度 物重G(N) 斜面高度h(m) 沿斜面的拉力F(N) 斜面长L(s) 有用功W有用(J) 总功W总(J) 机械效率η
1 较粗糙 1.5 0.1 0.6 0.4 0.15 0.24 62.5%
2 较粗糙 3 0.1 1.2 0.4 0.3 0.48 62.5%
3 较粗糙 6 0.1 2.4 0.4 0.6 0.96 62.5%
通过分析数据，可得到的结论是______________________________。
实验二：探究斜面机械效率与斜面粗糙程度的关系
请利用上述实验器材，简要写出探究的方案：_______________________________________________________
____________________________________________________________________________________________。
5、在“探究影响滑轮组机械效率的因素”实验中，某实验小组用如图所示的同一滑轮组提升不同钩码，分别做了甲、乙、丙3组实验，数据记录如表：
次数 钩码重(N) 动滑轮重(N) 钩码上升的距离(cm) 弹簧测力计的示数(N) 弹簧测力计上升的距离(cm) 机械效率
1 2 0.8 5 1 15 66.7%
2 4 0.8 5 1.7 15
3 6 0.8 5
15
(1)在实验操作中应该使钩码_______(选填“快速”或“缓慢”)匀速上升。
(2)进行第3次测量时滑轮组的机械效率约_______。
(3)实验时将绳子自由端匀速拉动时弹簧测力计的读数记为F，钩码重记为G，动滑轮重记为G′，绳自由端移动距离记为s，钩码提升高度记为h，则下列关于滑轮组机械效率的计算关系中正确的是______。
A．η＝　 B．η＝　 C．η＝　 D．η＝1－
6、在日常生活和工农业生产中，提高机械效率有着重要的意义．提高机械效率，要从研究影响机械效率的因素出发，寻求办法．

甲　　 乙 　丙
(1)为了探究影响机械效率的因素，小明选取了大小相同的滑轮，利用图甲和图乙装置进行实验，并把数据整理记录在表中．
①比较1和2两次实验发现：在所用滑轮组一定时，提升的钩码________，机械效率越高．
②比较3和4两次实验发现：滑轮组的机械效率还与__________________有关．③比较_______两次实验发现：在所用滑轮组一定时，机械效率与提升钩码的高度无关．
④第5次实验室利用了图_____的装置完成的，判断依据是________________．
⑤利用图甲的装置，把重4 N的物体用2.5 N的拉力迅速拉起，滑轮组的机械效率为________．可见如果没有刻度尺，只有测力计，也可以测量出滑轮组的机械效率．
(2)小明利用图丙装置实验发现：斜面的机械效率与斜面的倾斜程度和摩擦有关，与物重无关．保持斜面倾斜程度不变，可以采用_________________的方法减小摩擦，从而提高斜面的机械效率．
(3)实验表明：额外功越小，总功越接近有用功：进一步推理得出：假设没有额外功，总功等于有用功；可见使用任何机械都________．下列物理规律的得出运用了这种研究方法的是_______．
A. 焦耳定律 B. 牛顿第一定律 C. 阿基米德原理 D. 欧姆定律
微专题12-4　简单机械实验
例1、【答案】(1)左；(2)竖直向下；(3)测力计拉力的位置向右移，换用量程较大的测力计，减少左侧钩码的数量、左侧钩码的位置向右移，不使用测力计在右端直接挂钩码等，答出其中一点即可；(4)一组实验数据太少，具有偶然性，不便找出普遍规律．
【解析】本题考查探究杠杆平衡条件的实验。(1)由图可知，杠杆向右下倾斜，要使杠杆在水平位置平衡，应将左端的平衡螺母向左调节。(2)为便于测量力臂，应使弹簧测力计拉力的方向竖直向下，则拉力的力臂等于支点到拉力作用点的距离。(3)当弹簧测力计的示数达到量程仍不能使杠杆水平平衡时，合理的操作有多种，如测力计拉力的位置向右移，换用量程较大的测力计，减少左侧钩码的数量、左侧钩码的位置向右移，不使用测力计在右端直接挂钩码等均可达到目的。(4)一组实验数据太少，具有偶然性，不便找出普遍规律，应多次测量，得出多组数据，以得到具有普遍意义的结论。
例2、【答案】(1) (2)匀速;(3)66.7　1.6;(4)物体上升的高度;(5)物重;(6)错误　4、5.
【解析】 本题是考查滑轮组机械效率的探究实验。(1)前四组数据中，动力作用点移动的距离s是钩码上升高度h的3倍，所以物重应该由3股绳子承担。应该从动滑轮的小钩上开始绕线。(2)实验中应沿竖直方向匀速拉动弹簧测力计，让钩码匀速上升。(3)根据表中的数据可以计算此时滑轮组的机械效率：η=×100%=×100%=66.7%。从弹簧测力计上可以读出拉力F为1.6N。(4)第1、2次实验中，钩码上升的高度不同，但是滑轮组的机械效率相等，说明滑轮组的机械效率与物体上升的高度无关。(5)第3、4次实验中，钩码的重力不同，滑轮组的机械效率不同，说明滑轮组的机械效率与物重有关。(6)第5次实验中，滑轮组乙的机械效率是η=×100%=×100%=50%。比较第4、5两次实验数据可知：当物重相等时，乙滑轮组更省力，但乙滑轮组的机械效率反而低，由此证明“机械越省力，它的机械效率越高”这句话是错误的。
培优· 训练
1、(1)甲　(2)a.错误　b.用弹簧测力计斜向下拉，比较“动力×动力作用点到支点的距离和阻力×阻力作用点到支点的距离”的大小
【解析】本题考查探究杠杆的平衡条件实验。(1)三幅图中左边钩码个数和力臂都不变，但右边随着钩码个数的减少，力臂在变大。可得重力越大，其力臂越小。即甲同学猜想正确；
(2)实验时应将弹簧测力计钩在杠杆右侧的不同位置沿倾斜方向拉，使杠杆在水平位置平衡，会发现：“阻力×阻力作用点到支点的距离≠动力×动力作用点到支点的距离”，可判断得出的结论错误。
2、(1)右　便于测量力臂
(2)不可靠　杠杆在水平位置平衡，并且动力和阻力垂直作用在杠杆上，此时动力臂和阻力臂都在杠杆上，“动力×支点到动力作用点的距离=阻力×支点到阻力作用点的距离”成立；当动力和阻力不垂直作用在杠杆上时，动力臂和阻力臂小于支点和作用点之间的距离，“动力×支点到动力作用点的距离=阻力×支点到阻力作用点的距离”不成立。
(3)2.25　变大
【解析】本题考查杠杆平衡条件的探究实验。(1)杠杆左端下沉，为了使它在水平位置平衡，应将杠杆两端的平衡螺母向右调节；实验前先要调节杠杆在水平位置平衡，这是为了使杠杆所受的重力通过支点，从而可以不考虑杠杆的重力对其转动的影响；调节好以后，仍要使杠杆在水平位置平衡，是为了便于测量力臂的长度；(2)杠杆在水平位置平衡，并且动力和阻力垂直作用在杠杆上，此时动力臂和阻力臂都在杠杆上，“动力×支点到动力作用点的距离=阻力×支点到阻力作用点的距离”成立；当动力和阻力不垂直作用在杠杆上时，动力臂和阻力臂小于支点和作用点之间的距离，“动力×支点到动力作用点的距离=阻力×支点到阻力作用点的距离”不成立；(3)设一格的长度为L，杠杆在水平位置平衡，则力F1的方向应竖直向上，由F1L1=F2L2得，F1×4L=0.5N×3×6L，解得F1=2.25N；从c图中可以看出，弹簧测力计的作用力最长的力臂为4L，即杠杆的长度，当力的方向发生改变时，力臂将减小，因此作用力将变大。
3、 (1)匀速　(2)由图示知滑轮组承重绳子的股数n＝3，所以弹簧测力计提升的高度应该为s＝nh＝ 3×0.1 m＝0.3 m，表中数据错误 (3)66.7% (4)变大
【解析】(1)小明在进行实验时，应竖直向上匀速拉动弹簧测力计，此时绳子的拉力等于弹簧测力计示数．(2)由图所示滑轮组可知，滑轮组承重绳子的股数n＝3；已知钩码上升高度h＝0.1 m，则弹簧测力计提升的高度应为s＝nh＝3×0.1 m＝0.3 m，对比表中实验数据弹簧测力计移动距离为0.2 m，可知弹簧测力计提升的高度计算错误，从而导致了滑轮组机械效率计算错误．
(3)滑轮组的机械效率：η＝×100%＝×100%＝×100%≈66.7%.(4)提升的钩码重增加到6 N，有用功增加，有用功在总功中的比重增大，则该滑轮组的机械效率将变大．
4、（1）弹簧测力计（2）斜面机械效率与物重无关（3）将木块放在斜面上，用弹簧测力计拉动木块使其迅速运动，读出测力计示数F以及此时的斜面高和长度。然后在斜面上分别铺上玻璃、毛巾，用同一块木板重复以上实验(合理即可)。
5、（1）缓慢（2）83.3%（3）A
6、（1）重力越大 动滑轮的重力 2、3 乙 绳子的有效段数为1 80% （2）减小接触面粗糙程度（3）不省功 B

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