第09講 專題 簡單機(jī)械與功實驗（原卷版）

第09講專題簡單機(jī)械與功實驗探究杠桿平衡條件實驗探究滑輪組機(jī)械效率實驗探究斜面機(jī)械效率實驗要點一、探究杠桿平衡條件實驗杠桿的平衡條件：杠桿靜止或勻速轉(zhuǎn)動。杠桿的平衡條件(或杠桿原理)動力×動力臂＝阻力×阻力臂，寫成公式F1l1=F2l2杠桿平衡條件的探究讓支點處于杠桿中央的目的：減小杠桿自重對實驗造成的影響。杠桿平衡螺母的調(diào)節(jié)：左高左調(diào)、右高右調(diào)。實驗時應(yīng)調(diào)節(jié)鉤碼的懸掛位置使杠桿在水平位置靜止，目的是便于測量力臂。本實驗多次測量的目的是避免實驗的偶然性，得出普遍規(guī)律。用彈簧測力計代替杠桿一側(cè)所掛鉤碼，當(dāng)測力計由豎直方向拉變成傾斜拉，要使杠桿仍保持平衡，測力計的示數(shù)會變大，是因為拉力的力臂變小。實驗數(shù)據(jù)分析。實驗結(jié)論：動力×動力臂＝阻力×阻力臂(F1L1＝F2L2)解決杠桿平衡條件的探究問題基本要領(lǐng)是：知道杠桿平衡是指杠桿靜止或勻速轉(zhuǎn)動。實驗前應(yīng)調(diào)節(jié)杠桿兩端的螺母，使杠桿在水平位置平衡。這樣做的目的是方便從杠桿上量出力臂。實驗結(jié)論：杠桿的平衡條件是動力乘以動力臂等于阻力乘以阻力臂，寫成公式為F1l1＝F2l2。還可以利用動力乘以動力臂是否等于阻力乘以阻力臂來判斷杠桿平衡與否。要點二、探究滑輪組的機(jī)械效率實驗實驗原理：η=W有/W總應(yīng)測物理量：鉤碼重力G、鉤碼提升的高度h、拉力F、繩的自由端移動的距離S器材：除鉤碼、鐵架臺、滑輪、細(xì)線外還需刻度尺、彈簧測力計。注意：必須勻速拉動彈簧測力計使鉤碼升高，目的是保證測力計示數(shù)大小不變。如果不忽略動滑輪的重量則：。動力移動的距離S和重物移動的距離h的關(guān)系是：使用滑輪組時，滑輪組用n段繩子吊著物體，提起物體所用的力移動的距離就是物體移動距離的n倍，即S=nh。繩子端的速度與物體上升的速度關(guān)系：。結(jié)論：影響滑輪組機(jī)械效率高低的主要因素有：動滑輪越重，個數(shù)越多則額外功相對就多。提升重物越重，做的有用功相對就多。摩擦，若各種摩擦越大做的額外功就多。要點三、斜面機(jī)械效率斜面是一種可以省力的簡單機(jī)械，但卻費(fèi)距離。當(dāng)斜面高度h一定時，斜面L越長，越省力(即F越小)；當(dāng)斜面長L相同時，斜面高h(yuǎn)越小，越省力(即F越小)；當(dāng)斜面L越長，斜面高h(yuǎn)越小時，越省力(即F越小)。斜面的機(jī)械效率：(h為斜面高，S為斜面長，G為物重，F(xiàn)為沿斜面對物體的拉力)知識點一：杠桿平衡條件實驗【探究重點】實驗?zāi)康模焊軛U平衡條件實驗驗證。實驗器材：鐵架臺、帶刻度的杠桿、鉤碼。實驗原理：動力×動力臂=阻力×阻力臂?。實驗步驟：組裝、調(diào)節(jié)杠桿，使橫梁平衡(調(diào)節(jié)杠桿兩端的平衡螺母)。用細(xì)線在左右兩端懸掛數(shù)量不同的鉤碼，左為動力，右為阻力。固定動力臂和動力不變，選取適當(dāng)?shù)淖枇?鉤碼個數(shù))，移動阻力位置，直至杠桿平衡。分別記錄動力、動力臂和阻力、阻力臂，并計入表格。重復(fù)上述步驟兩次(要求每次必須改變動力和動力臂)，并計入表格。分別計算每次試驗的動力×動力臂和阻力×阻力臂，填入表格。實驗表格次數(shù)動力動力臂動力×動力臂阻力阻力臂阻力×阻力臂123【例題精講】（2022·安徽?。┯脠D中所示的裝置探究杠桿的平衡條件，通過正確的實驗操作，得到下表中的數(shù)據(jù)。實驗次數(shù)動力F1/N動力臂l1/m阻力F2/N阻力臂l2/m13.00.202.00.3022.00.151.531.50.201.00.30…………（1）第2次實驗數(shù)據(jù)中阻力臂應(yīng)為___________；（2）第3次實驗后，用帶桿的滑輪水平向左緩慢推動右邊掛鉤碼的懸線（保持上端懸點不動），如圖乙所示，不計摩擦，杠桿___________（選填“能”或“不能”）在水平位置保持平衡，原因是：___________?！眷柟逃?xùn)練】（2022·湖南長沙）為了探究杠桿的平衡條件，小慶將安裝好的器材放到水平桌面上，調(diào)節(jié)平衡螺母，使杠桿在水平位置平衡。（1）某次實驗時，小慶在已調(diào)好的杠桿兩側(cè)掛上鉤碼后，出現(xiàn)如圖所示的情形。為了使杠桿在水平位置平衡，下列操作正確的是___________；A.將左側(cè)鉤碼向左移動B.將右側(cè)鉤碼向右移動C.將平衡螺母向左調(diào)節(jié)（2）正確完成實驗后，獲得的三組數(shù)據(jù)如下表所示。次數(shù)動力動力臂阻力阻力臂11.010.00.520.021.020.02.010.032.015.01.520.0分析數(shù)據(jù)可得杠桿的平衡條件：___________。知識點二：探究滑輪組的機(jī)械效率實驗【探究重點】原理：η=W有/W總應(yīng)測物理量：鉤碼重力G、鉤碼提升的高度h、拉力F、繩的自由端移動的距離S器材：除鉤碼、鐵架臺、滑輪、細(xì)線外還需刻度尺、彈簧測力計。注意：必須勻速拉動彈簧測力計使鉤碼升高，目的是保證測力計示數(shù)大小不變。結(jié)論：影響滑輪組機(jī)械效率高低的主要因素有：動滑輪越重，個數(shù)越多則額外功相對就多。提升重物越重，做的有用功相對就多。摩擦，若各種摩擦越大做的額外功就多?！纠}精講】（2022·江蘇省錫山高級中學(xué)實驗學(xué)校一模）小聰在測量滑輪組機(jī)械效率的實驗中，所用裝置如圖所示，實驗中每個鉤碼重2N，測得的數(shù)據(jù)如表：次數(shù)鉤碼總重G/N鉤碼上升的高度h/m測力計示數(shù)F/N測力計移動距離s/m機(jī)械效率η/%140.11.80.374.1260.12.40.3340.11.40.557.1440.21.41.057.1（1）在實驗中，測繩端拉力大小時，應(yīng)使彈簧測力計豎直向上________狀態(tài)進(jìn)行讀數(shù)（選填“緩慢拉動”或“靜止”）。（2）分析表中數(shù)據(jù)可知：第3次和第________次實驗是按丙圖裝置測機(jī)械效率的，分析以上兩組實驗數(shù)據(jù)可知，滑輪組的機(jī)械效率與物體被提升的高度________。（3）請你幫助小聰計算出第2次滑輪組的機(jī)械效率為________%（保留1位小數(shù)），在第2次實驗中，拉力F所做的額外功為________J。（4）根據(jù)實驗數(shù)據(jù)推測，使用圖丙滑輪組將重6N的物體勻速提升0.1m，此時滑輪組的機(jī)械效率可能為________（只填序號）。A．52.2%B．57.1%C．64.3%D．83.3%【鞏固訓(xùn)練】(2020·湘潭)測量如圖所示滑輪組的機(jī)械效率，部分實驗數(shù)據(jù)如下表。實驗次數(shù)鉤碼重力G/N鉤碼上升高度h/cm拉力F/N繩端移動距離s/cm機(jī)械效率η11.051555.6%21.550.81532.051.01566.7%42.0101.03066.7%(1)實驗過程中，應(yīng)緩慢拉動彈簧測力計，使鉤碼豎直向上做運(yùn)動。第1次實驗時，彈簧測力計示數(shù)如圖所示，為N。(2)第2次實驗時所做的有用功為J，滑輪組的機(jī)械效率是。(3)分析1、2、3次實驗的數(shù)據(jù)可知，使用同一滑輪組提升重物時，重物重力越(選填“大”或“小”)，滑輪組的機(jī)械效率越高；分析3、4次實驗的數(shù)據(jù)可知，滑輪組的機(jī)械效率與鉤碼上升的高度(選填“有關(guān)“或“無關(guān)”)(4)結(jié)合生產(chǎn)生活實際，用滑輪組提升重物時，下列選項中也可提高機(jī)械效率的是。A．增大繩重B．減輕動滑輪重C．加快物體提升的速度知識點三：斜面實驗專題【探究重點】斜面是一種可以省力的簡單機(jī)械，但卻費(fèi)距離。當(dāng)斜面高度h一定時，斜面L越長，越省力(即F越小)；當(dāng)斜面長L相同時，斜面高h(yuǎn)越小，越省力(即F越小)；當(dāng)斜面L越長，斜面高h(yuǎn)越小時，越省力(即F越【例題精講】（2022·江蘇鎮(zhèn)江·三模）斜面是一種簡單機(jī)械，在生活和生產(chǎn)中使用斜面的好處是可以省力，如：______。那么斜面的省力情況與哪些因素有關(guān)呢？（使用斜面的省力情況可以通過比較沿斜面拉力F與物體重力G的比值大小來判定，比值越小，越省力）小明做了如下猜想：猜想1：與斜面的表面材料有關(guān)；猜想2：與斜面的傾斜程度有關(guān)；猜想3：與物體受到的重力大小有關(guān)。小明為驗證上述猜想，利用如圖所示的裝置進(jìn)行了實驗。實驗中所用的物塊材料及其表面粗糙程度相同，在沿斜面拉力的作用下，在斜面上做勻速直線運(yùn)動。實驗中相關(guān)的記錄如表。實驗序號123456斜面傾角θθθθθ1（θ1＞θ）θ2（θ2＞θ1）斜面的表面材料木板毛巾木板木板木板木板物塊重G/N2.02.04.06.02.02.0沿斜面拉力F/N1.351.522.704.051.521.70回答下列問題：(1)通過對比實驗______中的數(shù)據(jù)可知，使用斜面省力的情況與斜面的表面材料有關(guān)；(2)通過對比實驗1、5、6中的數(shù)據(jù)，得出的結(jié)論是：在其他條件相同時，______；(3)為驗證猜想3，小明做了實驗______（填寫實驗序號），分析實驗數(shù)據(jù)后，小明認(rèn)為這幾次實驗省力情況相同，依據(jù)是______。【拓展】完成實驗后，小明沿斜面用1.8N的拉力，將重為4.5N的物體從斜面底端勻速拉到了頂端。已知斜面長1.2m、高0.3m，則斜面的機(jī)械效率是______%。（把重物直接提升0.3m所做的功作為有用功）【鞏固訓(xùn)練】（2021·四川廣元·中考真題）小敏在利用斜面搬運(yùn)物體A的過程中，提出了一個問題：“斜面的機(jī)械效率與斜面的傾斜程度有沒有關(guān)系？”針對這個問題，他通過在斜面上勻速直線拉動物體進(jìn)行了實驗探究（如圖所示），測得的實驗數(shù)據(jù)如表所示：實驗序號斜面的傾斜程度物體重力G/N物體上升高度h/m沿斜面拉力F/N物體移動距離s/m有用功W有/J總功W總/J機(jī)械效率η/%①較緩5.00.101.60.500.500.8062.5②較陡5.00.152.20.500.751.1068.2③最陡5.00.253.10.501.251.55（1）根據(jù)表中的數(shù)據(jù)可求出第③次實驗中斜面的機(jī)械效率是___________%；（2）通過對上述實驗數(shù)據(jù)的分析可知，斜面的省力情況與斜面傾斜程度的關(guān)系是：斜面越陡，越___________；（3）通過對上述實驗數(shù)據(jù)的分析，對斜面機(jī)械效率的問題可獲得的初步結(jié)論是：在其他條件不變的情況下，斜面越陡，機(jī)械效率___________。（2021·海南·中考真題）如圖所示，根據(jù)杠桿的平衡條件測量某種液體的密度，所用器材：輕質(zhì)杠桿（自身重力忽略不計）、容積為100mL的空桶、重為0.5N的物體M、刻度尺、細(xì)線。（1）如圖甲所示，為了使杠桿在水平位置平衡，應(yīng)將杠桿右端的平衡螺母向__________調(diào)節(jié)；調(diào)節(jié)杠桿在水平位置平衡的目的是__________。（2）把空桶懸掛在A點，物體M懸掛在B點時，杠桿再次在水平位置平衡，測得OA的長度為10cm，OB的長度為20cm，則空桶重為__________N。（3）若此時，往A點的空桶內(nèi)注滿某種液體，調(diào)節(jié)物體M到C點時，杠桿在水平位置重新平衡，測得OC的長度為42cm，則桶內(nèi)液體的密度為__________kg/m3。(2020達(dá)州)同學(xué)們在探究影響浮力大小的因素時，發(fā)現(xiàn)手中的彈簧測力計損壞了，聰明的小強(qiáng)同學(xué)利用刻度均勻的杠桿和鉤碼(每只重0.5N)替代彈簧測力計順利地完成了該實驗。以下是小強(qiáng)同學(xué)的實驗操作，請你幫他完善該實驗探究。(1)將杠桿安裝在支架上，靜止時如圖1所示，應(yīng)將平衡螺母向______(選填“右”或“左”)調(diào)節(jié)，使杠桿在水平位置平衡；(2)如圖2甲所示，將重2N的物體G掛在A點，兩只鉤碼掛在B點時，杠桿在水平位置平衡；(3)將物體G部分浸入水中(如圖2乙所示)，兩只鉤碼移到C點時，杠桿在水平位置平衡；(4)將物體G浸沒于水中(如圖2丙所示)，兩只鉤碼移到D點時，杠桿在水平位置平衡；(5)將物體G浸沒于鹽水中(如圖2丁所示)，兩只鉤碼移到E點時，杠桿在水平位置平衡。分析與論證：分析比較(2)、(3)、(4)可得：物體G所受浮力大小與______有關(guān)；分析比較(2)、(4)、(5)可得：物體G所受浮力大小與有______關(guān)；由題中信息計算物體G的體積V=______m3，鹽水的密度______kg/m3。(，g=10N/kg)(2020湘潭)測量如圖所示滑輪組的機(jī)械效率，部分實驗數(shù)據(jù)如下表。實驗次數(shù)鉤碼重力鉤碼上升高度拉力繩端移動距離機(jī)械效率11.051521.550.81532.051.01542.0101.030(1)實驗過程中，應(yīng)緩慢拉動彈簧測力計，使鉤碼豎直向上做__運(yùn)動。第1次實驗時，彈簧測力計示數(shù)如圖所示，為__N。(2)第2次實驗時所做的有用功為__J，滑輪組的機(jī)械效率是__。(3)分析1、2、3次實驗的數(shù)據(jù)可知，使用同一滑輪組提升重物時，重物重力越__(選填“大”或“小”，滑輪組的機(jī)械效率越高；分析3、4次實驗的數(shù)據(jù)可知，滑輪組的機(jī)械效率與鉤碼上升的高度__(選填“有關(guān)”或“無關(guān)”。(4)結(jié)合生產(chǎn)生活實際，用滑輪組提升重物時，下列選項中也可提高機(jī)械效率的是__。A．增大繩重B．減輕動滑輪重C．加快物體提升的速度(2020河北)斜面是一種簡單機(jī)械，在生活和生產(chǎn)中使用斜面的好處是可以省力，如：______。那么斜面的省力情況與哪些因素有關(guān)呢？(使用斜面的省力情況可以通過比較沿斜面拉力F與物體重力G的比值大小來判定，比值越小，越省力)小明做了如下猜想：猜想1：與斜面的表面材料有關(guān)；猜想2：與斜面的傾斜程度有關(guān)；猜想3：與物體受到的重力大小有關(guān)。小明為驗證上述猜想，利用如圖所示的裝置進(jìn)行了實驗。實驗中所用的物塊材料及其表面粗糙程度相同，在沿斜面拉力的作用下，在斜面上做勻速直線運(yùn)動。實驗中相關(guān)的記錄如表。實驗序號123456斜面傾角θθθθθ1(θ1＞θ)θ2(θ2＞θ1)斜面的表面材料木板毛巾木板木板木板木板物塊重G/N2.02.04.06.02.02.0沿斜面拉力F/N1.351.522.704.051.521.70回答下列問題：(1)通過對比實驗______中的數(shù)據(jù)可知，使用斜面省力的情況與斜面的表面材料有關(guān)；(2)通過對比實驗1、5、6中的數(shù)據(jù)，得出的結(jié)論是：在其他條件相同時，______；(3)為驗證猜想3，小明做了實驗______(填寫實驗序號)，分析實驗數(shù)據(jù)后，小明認(rèn)為這幾次實驗省力情況相同，依據(jù)是______。(拓展)完成實驗后，小明沿斜面用1.8N的拉力，將重為4.5N的物體從斜面底端勻速拉到了頂端。已知斜面長1.2m、高0.3m，則斜面的機(jī)械效率是______%。(把重物直接提升0.3m所做的功作為有用功)（2022·四川南充）某同學(xué)在“探究杠桿平衡條件”的實驗中：（1）實驗前，發(fā)現(xiàn)杠桿如圖甲所示，則應(yīng)將杠桿左端平衡螺母向___________（選填“左”或“右”）端適當(dāng)調(diào)節(jié)，使杠水平平衡；（2）該同學(xué)通過如圖乙所示實驗得到相關(guān)數(shù)據(jù)如下表，由表中數(shù)據(jù)推測出杠桿的平衡條件是：___________（用F1、F2、l1、l2表示）；序號動力F1/N動力臂l1/cm阻力F2/N阻力臂l2/cm11.015.01.510.021.020.01.020.033.010.02015.0……（3）若將乙圖右側(cè)鉤碼換成彈簧測力計，如圖丙所示，保持杠桿水平平衡，彈簧測力計拉力方向由豎直方向a變?yōu)榉较騜后，彈簧測力計的示數(shù)將___________（選填“增大”、“減小”或“不變”）；（4）該同學(xué)在科技創(chuàng)新實驗中將此裝置改裝成了一個杠桿液體密度計，該裝置可測量小桶內(nèi)液體密度，如圖丁所示，將容積為20mL的小桶掛在M點，調(diào)節(jié)平衡螺母使杠桿水平平衡，已知OM=OA=5cm，則杠桿密度計的“0刻度”線應(yīng)在___________（選填“O”或“A”）點，將待測液體倒?jié)M小桶，在杠桿右端掛上重物并調(diào)節(jié)至N點位置時，杠桿剛好水平平衡，重物質(zhì)量10g，ON=15cm，N點位置應(yīng)標(biāo)注的密度刻度值是___________g/cm3，改裝后杠桿右端的密度刻度線___________（選填“是”或“不是”）均勻分布的（g=10N/kg）。（2021·河南南陽·八年級期末）在“測量滑輪組的機(jī)械效率”的實驗中，某組同學(xué)用滑輪安裝了如圖甲、乙所示的滑輪組，實驗測得的數(shù)據(jù)如下表所示。實驗次數(shù)鉤碼的重力鉤碼被提升的高度拉力繩端移動的距離機(jī)械效率121233442（1）第3次實驗數(shù)據(jù)是用圖______（選填“甲”“乙”），所示的滑輪組測得的，其機(jī)械效率是______（）結(jié)果精確到0.1%）。（