專題17　簡單機(jī)械實(shí)驗(yàn)探究（原卷版）

第3章能量的轉(zhuǎn)化與守恒

專題17簡單機(jī)械實(shí)驗(yàn)探究

類型一探究簡單機(jī)械相關(guān)的使用規(guī)律..........................................................................................................1

【訓(xùn)練1探究杠桿平衡條件】..................................................................................................................1

【訓(xùn)練2探究滑輪(滑輪組)的省力規(guī)律】...............................................................................................4

類型二機(jī)械效率的測量..................................................................................................................................6

【訓(xùn)練1測量滑輪組的機(jī)械效率】..........................................................................................................6

【訓(xùn)練2測量斜面的機(jī)械效率】..............................................................................................................8

【訓(xùn)練3測量杠桿的機(jī)械效率】..............................................................................................................9

【方法歸納】

1.探究簡單機(jī)械相關(guān)的使用規(guī)律

（1）在探究杠桿平衡條件的實(shí)驗(yàn)中，應(yīng)使杠桿在水平位置平衡，這樣做的好處是：一、方便直接從杠

桿上讀出力臂；二、可以避免杠桿重量對實(shí)驗(yàn)的影響。

（2）在探究滑輪的省力規(guī)律的實(shí)驗(yàn)中，為避免滑輪重量對實(shí)驗(yàn)的影響，應(yīng)使用輕質(zhì)滑輪進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，或

測出滑輪和物體的總重量，再與拉力進(jìn)行比較，從而得出結(jié)論。

（3）為了得到普遍性的規(guī)律，應(yīng)進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)。

2.機(jī)械效率的測量

（1）測量滑輪組、斜面和杠桿的機(jī)械效率的原理是η＝W有/W總＝Gh/(Fs)。實(shí)驗(yàn)過程中應(yīng)注意的

問題有：①讓物體在拉力的作用下做勻速直線運(yùn)動；②進(jìn)行多次測量，利用不完全歸納法概括總結(jié)規(guī)律。

（2）影響滑輪組機(jī)械效率的因素：物體的重量、動滑輪的重量、動滑輪與繩子間的摩擦力。

（3）影響斜面機(jī)械效率的因素：物體的重量、斜面的傾斜程度、斜面的光滑程度。

（4）影響杠桿機(jī)械效率的因素：物體的重量、杠桿的重量、杠桿的靈活程度。

【常考題型】

類型一探究簡單機(jī)械相關(guān)的使用規(guī)律

【訓(xùn)練1探究杠桿平衡條件】

1.如圖所示，某同學(xué)用完全相同的鉤碼驗(yàn)證杠桿的平衡條件。杠桿調(diào)節(jié)平衡后，在杠桿上A點(diǎn)處掛4個

鉤碼，為使杠桿重新平衡，應(yīng)在B點(diǎn)處掛________個鉤碼；如果A、B兩處再各加掛一個鉤碼，杠桿的

________(填“左”或“右”)端會下沉。

2.如圖所示，用一輕直桿把飛機(jī)機(jī)翼模型固定在輕質(zhì)杠桿上，直桿始終與杠桿垂直，用彈簧測力計豎直

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向下拉，使杠桿始終在水平位置平衡。彈簧測力計示數(shù)如圖中的放大圖。那么機(jī)翼模型所受的重力為

________N。當(dāng)對模型水平向右吹風(fēng)時，彈簧測力計的示數(shù)將________(填“變大”“不變”或“變小”)。

3．用如圖所示的裝置做“探究杠桿的平衡條件”實(shí)驗(yàn)。

(1)實(shí)驗(yàn)開始時，杠桿的位置如圖甲所示，為使杠桿在水平位置平衡，應(yīng)將杠桿的平衡螺母向________(填

“左”或“右”)移動。

(2)如圖乙所示，在刻度線“2”處掛2個鉤碼，在刻度線“4”處用調(diào)好的彈簧測力計豎直向下拉杠桿，杠

桿在水平位置平衡時，彈簧測力計的示數(shù)為F1。將彈簧力計斜向左拉，杠桿在水平位置平衡時，其示數(shù)

F2________F1；再將彈簧測力計斜向右拉，杠桿在水平位置平衡時，其示數(shù)F3______F1。(均填“>”“＝”或

“<”)

(3)得到實(shí)驗(yàn)結(jié)論后，利用圖乙所示的裝置，只借助杠桿上的刻度線，右側(cè)只使用彈簧測力計，左側(cè)只

懸掛重物，若彈簧測力計的量程是0～2.5N，當(dāng)杠桿在水平位置平衡時，通過計算可知，懸掛的重物最

重可達(dá)______N。

4.以下是小桂“探究杠桿的平衡條件”的實(shí)驗(yàn)。

(1)實(shí)驗(yàn)前，杠桿靜止時如圖所示，接下來小桂應(yīng)將平衡螺母向________端調(diào)節(jié)，使杠桿處于水平平衡

狀態(tài)。

(2)調(diào)節(jié)好后，小桂在杠桿兩邊掛上不同數(shù)量的鉤碼，并不斷調(diào)節(jié)懸掛位置直至杠桿在________位置平

衡，將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄在下表后，分析得出杠桿的平衡條件：____________________________

________________。

動力F1/N動力臂L1/m阻力F2/N阻力臂L2/m

25110

(3)小桂僅憑一組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)就得出結(jié)論的做法是否科學(xué)？答：________。

5.小勇在探究“杠桿的平衡條件”實(shí)驗(yàn)中，所用的實(shí)驗(yàn)器材有杠桿、支架、細(xì)線、質(zhì)量相同的鉤碼若干。

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(1)實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示靜止在桌面上，此時杠桿_______

(填“是”或“不是”)處于平衡狀態(tài)，為了調(diào)節(jié)杠桿在水平位置平衡，他應(yīng)將兩側(cè)的平衡螺母向________邊

調(diào)。

(2)小勇在水平平衡的杠桿兩邊掛上鉤碼后如圖乙所示，他應(yīng)該在下列方法中選擇________使杠桿重新

在水平位置平衡。

A．向左調(diào)節(jié)平衡螺母B．將左側(cè)鉤碼向左移動C．增加右側(cè)鉤碼個數(shù)

(3)進(jìn)行正確操作后測出力和力臂記錄在如下表格中。

實(shí)驗(yàn)次數(shù)動力F1/N動力臂L1/cm阻力F2/N阻力臂L2/cm

13443

24554

35665

小勇根據(jù)表中記錄的多次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析得出如下結(jié)論：動力＋動力臂＝阻力＋阻力臂。小華說他得出

的結(jié)論是錯誤的，小華判斷的依據(jù)是____________________________。

6.某實(shí)驗(yàn)小組在“研究杠桿平衡條件”的實(shí)驗(yàn)中：

(1)實(shí)驗(yàn)時應(yīng)先調(diào)節(jié)杠桿在________位置平衡，若出現(xiàn)如圖甲所示情況，應(yīng)將杠桿的平衡螺母向

________(填“左”或“右”)調(diào)節(jié)。

(2)杠桿平衡后，他們在圖乙所示的A位置掛上3個鉤碼，為了使杠桿在水平位置平衡，這時應(yīng)在B位

置掛上_______個相同的鉤碼。

次數(shù)F1/Nl1/mF2/Nl2/m

12.00.05△0.10

23.00.102.00.15

32.00.303.0☆

(3)上表是該小組在實(shí)驗(yàn)中記錄杠桿平衡的部分?jǐn)?shù)據(jù)，空格處所缺的數(shù)據(jù)：△＝______，☆＝______。

7.小紅和小華在做“探究杠桿平衡條件”實(shí)驗(yàn)中：

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(1)實(shí)驗(yàn)前，把杠桿中心支在支架上，杠桿靜止在圖甲所示位置，小紅將右端的平衡螺母向右調(diào)，小華

認(rèn)為也可以將左端的平衡螺母向________(填“左”或“右”)調(diào)，使杠桿在水平位置平衡。

(2)實(shí)驗(yàn)中，他多次在杠桿兩端加掛鉤碼，并調(diào)節(jié)鉤碼位置，使杠桿保持水平平衡，記錄多組數(shù)據(jù)，這

樣做的目的是______________________。

(3)如圖乙所示，始終保持杠桿在水平位置平衡，小紅將彈簧測力計從①位置移動到②位置時，測力計

的示數(shù)將________(填“變大”“變小”或“不變”)。

【訓(xùn)練2探究滑輪(滑輪組)的省力規(guī)律】

8．做物理實(shí)驗(yàn)要遵循實(shí)事求是的原則。小雯同學(xué)在“研究定滑輪和動滑輪特點(diǎn)”的實(shí)驗(yàn)中，完成了如圖

所示的實(shí)驗(yàn)，并記錄了如下數(shù)據(jù)：

實(shí)驗(yàn)次數(shù)物重G/N使用定滑輪時測力計的示數(shù)F1/N使用動滑輪時測力計的示數(shù)F2/N

11.000.600.65

21.501.100.90

32.001.601.15

通過分析數(shù)據(jù)，她覺得與書中的結(jié)論偏差較大。你一定也做過這樣的實(shí)驗(yàn)，回想你的實(shí)驗(yàn)經(jīng)歷，回答

下列問題：

(1)該實(shí)驗(yàn)中，使用定滑輪時“省了力”的原因是：________________________________。使用動滑輪沒

有“省一半力”的原因是：______________________________________________________________。

(2)請你對小雯的實(shí)驗(yàn)方法提出合理的改進(jìn)意見：

①乙實(shí)驗(yàn)中，___________________________________________________。

②丙實(shí)驗(yàn)中，____________________________________________________。

9．某小組為了探究“使用動滑輪的省費(fèi)力情況”，選擇器材如下：動滑輪(重1.0N)、鉤碼若干(每個鉤碼

重0.5N)、彈簧測力計、細(xì)繩等。實(shí)驗(yàn)過程中，小明多次改變動滑輪所掛鉤碼的個數(shù)，分別記下每次所掛鉤

碼的重力及對應(yīng)的彈簧測力計示數(shù)，并將所測得的數(shù)據(jù)填寫在表格中：

實(shí)驗(yàn)次數(shù)12345678

動滑輪重G0/N1.01.01.01.01.01.01.01.0

所掛鉤碼的重力G/N0.51.01.52.02.53.03.54.0

彈簧測力計示數(shù)F/N0.81.01.31.51.82.02.32.5

(1)分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，在忽略摩擦、繩重及實(shí)驗(yàn)誤差的條件下，可以得出彈簧測力計的示數(shù)F與鉤碼的重

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力G以及動滑輪的重力G0的關(guān)系式為________________________________________________________

________________。

(2)在分析數(shù)據(jù)時，小聰建議利用圖象來處理數(shù)據(jù)，并在圖中利用描點(diǎn)法畫出了G0、G、F與實(shí)驗(yàn)次數(shù)

的圖象，請你根據(jù)圖象總結(jié)出小明探究的結(jié)論。

10.在探究動滑輪使用特點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)中，各小組按照圖(a)中所示的實(shí)驗(yàn)器材進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，每個小組的實(shí)驗(yàn)器

材都相同(摩擦力可忽略不計)。

甲小組按照實(shí)驗(yàn)要求在滑輪上掛上鉤碼，豎直向上拉彈簧測力計，每次都勻速提起鉤碼，如圖(a)所示。

乙、丙兩個小組的同學(xué)實(shí)驗(yàn)時，沒有注意按照要求規(guī)范操作，他們斜向上拉彈簧測力計，勻速提起鉤碼，

實(shí)驗(yàn)情況分別如圖(b)、(c)所示。各小組的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄在表格中。

表一(甲小組)表二(乙小組)表三(丙小組)

實(shí)驗(yàn)序號物體的重測力計的實(shí)驗(yàn)序號物體的重測力計的實(shí)驗(yàn)序號物體的重測力計的

力/N示數(shù)/N力/N示力/N示

數(shù)/N數(shù)/N

11.00.641.00.771.00.8

22.01.152.01.382.01.6

33.01.663.01.893.02.3

(1)由所學(xué)知識我們知道：若不計繩重和摩擦，使用動滑輪可以省一半的力，根據(jù)以上小組的實(shí)驗(yàn)，請

求出他們所用動滑輪的重力為________N。

(2)分析比較實(shí)驗(yàn)序號1、4、7(或2、5、8或3、6、9)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和相關(guān)條件，得出的初步結(jié)論是

_____________

________________________。

(3)如果家里安裝日光燈，你認(rèn)為更合理的為圖________(填“甲”或“乙”)。

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類型二機(jī)械效率的測量

【訓(xùn)練1測量滑輪組的機(jī)械效率】

1．小李和同學(xué)們進(jìn)行測量滑輪組機(jī)械效率的實(shí)驗(yàn)：

(1)他們按照如圖所示的順序進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，其中甲、乙實(shí)驗(yàn)用的是同一滑輪組。在實(shí)驗(yàn)過程中，應(yīng)________

拉動彈簧測力計。

(2)他們記錄的數(shù)據(jù)如下表所示，丙實(shí)驗(yàn)中滑輪組的機(jī)械效率為________。

鉤碼總重鉤碼上升高彈簧測力計繩子自由端移動

實(shí)驗(yàn)次序機(jī)械效率η

G/N度h/m的示數(shù)F/N距離s/m

甲1.00.10.50.367%

乙2.50.11.00.383%

丙1.00.10.50.4

(3)對比分析實(shí)驗(yàn)甲、乙可得出：同一滑輪組，提升的鉤碼________，機(jī)械效率越高。

(第1題圖)(第2題圖)

2．小明同學(xué)做“測量滑輪組機(jī)械效率”的實(shí)驗(yàn)。如圖所示，用相同的滑輪組緩慢提升不同數(shù)量的鉤碼，

記錄數(shù)據(jù)如下表所示。

實(shí)驗(yàn)次數(shù)鉤碼的重力G/N鉤碼提升高度h/m拉力F/N繩端移動的距離s/m機(jī)械效率η

120.10.90.374%

240.11.60.383%

360.1①0.3②

(1)觀察圖中測力計的示數(shù)，表格中編號①的數(shù)值是________，②的數(shù)值是________。

(2)小明通過分析表格中的數(shù)據(jù)，得到了提高滑輪組機(jī)械效率的方法，汽車作為一種“機(jī)械”，提高效率

對節(jié)能減排有重要意義，請你指出以下三種提高效率的方法中，方法________是與本實(shí)驗(yàn)同理的。

方法一：鼓勵人們“拼車”出行，使汽車盡量裝滿人員

方法二：汽車制造廠用新材料減輕汽車重量

方法三：經(jīng)常給汽車做保養(yǎng)，保持良好的潤滑

(3)小明發(fā)現(xiàn)繩端移動的距離與鉤碼提升高度有固定的倍數(shù)關(guān)系，于是他認(rèn)為鉤碼數(shù)量一定時，無論將

鉤碼提升多高都不影響該滑輪組的機(jī)械效率；小芳則認(rèn)為鉤碼提升的高度不同，有用功就不同，機(jī)械效率

就變化了。你認(rèn)為________的看法是正確的。

3．在“測量滑輪組的機(jī)械效率”實(shí)驗(yàn)中，小麗用如圖所示的同一滑輪組提升不同鉤碼的方法，分別做了

甲、乙、丙3次實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄如下：

實(shí)驗(yàn)次鉤碼所受的提升高拉力繩端移動的

機(jī)械效率η

序重力G/N度h/mF/N距離s/m

甲20.051.00.1566.7%

第6頁共10頁.

乙40.051.70.1578.4%

丙60.05①0.15②

(1)實(shí)驗(yàn)中要豎直向上______拉動彈簧測力計，使鉤碼升高。

(2)表格中編號①處數(shù)據(jù)應(yīng)為________，編號②處數(shù)據(jù)應(yīng)為________。

(3)分析以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以得出如下結(jié)論：同一滑輪組的機(jī)械效率主要與____________________有關(guān)。

(4)若將此滑輪組換一種繞繩方法，不計摩擦及繩重，提升相同的鉤碼時，滑輪組的機(jī)械效率________(填

“變大”“變小”或“不變”)。

(第3題圖)(第4題圖)

4．小明在“測量滑輪組的機(jī)械效率”的實(shí)驗(yàn)中，利用如圖所示的滑輪組進(jìn)行了4次測量，測得數(shù)據(jù)如下

表所示。

實(shí)驗(yàn)鉤碼所受的鉤碼上升的拉力繩端移動的機(jī)械

次數(shù)重力G/N高度h/mF/N距離s/m效率η

11.00.10.80.431.25%

21.00.20.80.831.25%

32.00.11.20.441.67%

43.00.11.5

(1)根據(jù)表中的數(shù)據(jù)計算得出第4次實(shí)驗(yàn)時繩端移動的距離s＝________m，機(jī)械效率η＝________。

(2)通過比較1、3和4三次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出：同一滑輪組，物重越大，滑輪組的機(jī)械效率________。

(3)在忽略摩擦力和繩重的前提下，通過第1次數(shù)據(jù)可算出動滑輪的重力為________N。

(4)以下選項(xiàng)中不影響滑輪組機(jī)械效率的是_______。

A．動滑輪的重力

B．繩子與滑輪之間的摩擦

C．物體上升的高度

5．提高機(jī)械效率，能夠更充分地發(fā)揮機(jī)械設(shè)備的作用?！皽y量機(jī)械效率”實(shí)驗(yàn)裝置如圖。(每個動滑輪重

相同，忽略摩擦及繩重)

(1)實(shí)驗(yàn)中應(yīng)______________拉動彈簧測力計。

(2)實(shí)驗(yàn)過程中收集到甲、乙、丙三組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表。

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計算出甲組實(shí)驗(yàn)的：有用功_______J，機(jī)械效率_______。

(3)比較甲、乙兩組的機(jī)械效率，它們的關(guān)系是η甲________η乙。若提升相同物重到相同高度，與甲裝

置相比，乙裝置的優(yōu)勢是________。比較乙、丙滑輪組，它們機(jī)械效率的關(guān)系是η乙________η丙，影響它們

機(jī)械效率高低的因素是__________________。

【訓(xùn)練2測量斜面的機(jī)械效率】

6.如圖所示，在斜面上將一個重4.5N的物體勻速拉到高處，沿斜面向上的拉力為1.8N，斜面長s＝1.2

m、高h(yuǎn)＝0.3m。把重物直接提升h所做的功作為有用功，則()

A．有用功為1.35J，機(jī)械效率為75%

B．有用功為2.16J，機(jī)械效率為62.5%

C．有用功為1.35J，機(jī)械效率為62.5%

D．有用功為1.35J，機(jī)械效率為100%

7．某實(shí)驗(yàn)小組的同學(xué)們在探究“斜面的機(jī)械效率”實(shí)驗(yàn)時，用彈簧測力計沿斜面勻速向上拉動物塊(如圖

所示)，得到下表中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

實(shí)驗(yàn)次斜面的傾斜物塊重度斜面高拉力斜面長度機(jī)械效率

數(shù)程度力G/Nh/mF/Ns/mη

1較緩50.22.4141.7%

2較陡50.53.2178.1%

3最陡50.74.3181.4%

(1)分析表中的數(shù)據(jù)可得出：斜面越緩越________(填“省”或“費(fèi)”)力。

(2)該小組又進(jìn)行了第4次實(shí)驗(yàn)，他們在斜面上鋪上棉布，使斜面變粗糙，保持斜面高度和長度分別是

0.5m和1m，用彈簧測力計拉動同一物塊沿斜面向上做勻速直線運(yùn)動，讀出此時彈簧測力計的示數(shù)為4.5

N，則這種情況下斜面的機(jī)械效率為________%。

(3)綜合分析4次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知：斜面的機(jī)械效率與__________________和__________________有關(guān)。

(4)當(dāng)用彈簧測力計沿斜面勻速向上拉動物塊時，物塊所受的拉力________(填“大于”“小于”或“等于”)物

塊所受的摩擦力。

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8．小明利用斜面搬運(yùn)物體的過程中，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，他通過在斜面上拉動物體進(jìn)行了探究(如圖所示)，測得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表中所示：

物體上沿斜面物體移

實(shí)驗(yàn)次斜面傾斜物重有用功總功機(jī)械效

升高度拉力動距離

數(shù)程度G/NW有/JW總/J率η

h/mF/Ns/m

1較緩5.00.101.60.500.500.8063%

2較陡5.00.152.20.500.751.1068%

3最陡5.00.253.10.501.55

(1)沿斜面拉動物體時，應(yīng)使其做________運(yùn)動。

(2)根據(jù)表中的數(shù)據(jù)可求出第3次實(shí)驗(yàn)中拉力所做的有用功為________J，機(jī)械效率是________。

(3)通過對上述實(shí)驗(yàn)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：斜面越緩，越

________。

(4)通過對上述實(shí)驗(yàn)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，

________________________________________________________________________。

9．為了探究斜面的機(jī)械效率與斜面傾斜程度之間的關(guān)系，探究小組的同學(xué)利用木板、刻度尺、彈簧測

力計、木塊等器材設(shè)計了如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置。實(shí)驗(yàn)測得的數(shù)據(jù)如下表：

實(shí)驗(yàn)斜面傾木塊重斜面高沿斜面斜面長機(jī)械

次數(shù)斜程度力G/N度h/m拉力F/N度s/m效率

1較緩30.21.6137.5%

2較陡30.31.81

3最陡30.42.0160%

請你根據(jù)表中的數(shù)據(jù)解答下列問題：

(1)實(shí)驗(yàn)中要求用沿斜面向上的力拉著木塊在斜面上做____________運(yùn)動，該過程中木塊的機(jī)械能

________(填“變大”“不變”或“變小”)。

(2)第2次實(shí)驗(yàn)中，斜面的機(jī)械效率為________，斜面對木塊的摩擦力為________N。

(3)斜面的機(jī)械效率與斜面的傾斜程度之間的關(guān)系是_________________