第09讲 专题 简单机械与功实验（原卷版）

第09讲专题简单机械与功实验探究杠杆平衡条件实验探究滑轮组机械效率实验探究斜面机械效率实验要点一、探究杠杆平衡条件实验杠杆的平衡条件：杠杆静止或匀速转动。杠杆的平衡条件(或杠杆原理)动力×动力臂＝阻力×阻力臂，写成公式F1l1=F2l2杠杆平衡条件的探究让支点处于杠杆中央的目的：减小杠杆自重对实验造成的影响。杠杆平衡螺母的调节：左高左调、右高右调。实验时应调节钩码的悬挂位置使杠杆在水平位置静止，目的是便于测量力臂。本实验多次测量的目的是避免实验的偶然性，得出普遍规律。用弹簧测力计代替杠杆一侧所挂钩码，当测力计由竖直方向拉变成倾斜拉，要使杠杆仍保持平衡，测力计的示数会变大，是因为拉力的力臂变小。实验数据分析。实验结论：动力×动力臂＝阻力×阻力臂(F1L1＝F2L2)解决杠杆平衡条件的探究问题基本要领是：知道杠杆平衡是指杠杆静止或匀速转动。实验前应调节杠杆两端的螺母，使杠杆在水平位置平衡。这样做的目的是方便从杠杆上量出力臂。实验结论：杠杆的平衡条件是动力乘以动力臂等于阻力乘以阻力臂，写成公式为F1l1＝F2l2。还可以利用动力乘以动力臂是否等于阻力乘以阻力臂来判断杠杆平衡与否。要点二、探究滑轮组的机械效率实验实验原理：η=W有/W总应测物理量：钩码重力G、钩码提升的高度h、拉力F、绳的自由端移动的距离S器材：除钩码、铁架台、滑轮、细线外还需刻度尺、弹簧测力计。注意：必须匀速拉动弹簧测力计使钩码升高，目的是保证测力计示数大小不变。如果不忽略动滑轮的重量则：。动力移动的距离S和重物移动的距离h的关系是：使用滑轮组时，滑轮组用n段绳子吊着物体，提起物体所用的力移动的距离就是物体移动距离的n倍，即S=nh。绳子端的速度与物体上升的速度关系：。结论：影响滑轮组机械效率高低的主要因素有：动滑轮越重，个数越多则额外功相对就多。提升重物越重，做的有用功相对就多。摩擦，若各种摩擦越大做的额外功就多。要点三、斜面机械效率斜面是一种可以省力的简单机械，但却费距离。当斜面高度h一定时，斜面L越长，越省力(即F越小)；当斜面长L相同时，斜面高h越小，越省力(即F越小)；当斜面L越长，斜面高h越小时，越省力(即F越小)。斜面的机械效率：(h为斜面高，S为斜面长，G为物重，F为沿斜面对物体的拉力)知识点一：杠杆平衡条件实验【探究重点】实验目的：杠杆平衡条件实验验证。实验器材：铁架台、带刻度的杠杆、钩码。实验原理：动力×动力臂=阻力×阻力臂 。实验步骤：组装、调节杠杆，使横梁平衡(调节杠杆两端的平衡螺母)。用细线在左右两端悬挂数量不同的钩码，左为动力，右为阻力。固定动力臂和动力不变，选取适当的阻力(钩码个数)，移动阻力位置，直至杠杆平衡。分别记录动力、动力臂和阻力、阻力臂，并计入表格。重复上述步骤两次(要求每次必须改变动力和动力臂)，并计入表格。分别计算每次试验的动力×动力臂和阻力×阻力臂，填入表格。实验表格次数动力动力臂动力×动力臂阻力阻力臂阻力×阻力臂123【例题精讲】（2022·安徽省）用图中所示的装置探究杠杆的平衡条件，通过正确的实验操作，得到下表中的数据。实验次数动力F1/N动力臂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次实验数据中阻力臂应为___________；（2）第3次实验后，用带杆的滑轮水平向左缓慢推动右边挂钩码的悬线（保持上端悬点不动），如图乙所示，不计摩擦，杠杆___________（选填“能”或“不能”）在水平位置保持平衡，原因是：___________。【巩固训练】（2022·湖南长沙）为了探究杠杆的平衡条件，小庆将安装好的器材放到水平桌面上，调节平衡螺母，使杠杆在水平位置平衡。（1）某次实验时，小庆在已调好的杠杆两侧挂上钩码后，出现如图所示的情形。为了使杠杆在水平位置平衡，下列操作正确的是___________；A.将左侧钩码向左移动B.将右侧钩码向右移动C.将平衡螺母向左调节（2）正确完成实验后，获得的三组数据如下表所示。次数动力动力臂阻力阻力臂11.010.00.520.021.020.02.010.032.015.01.520.0分析数据可得杠杆的平衡条件：___________。知识点二：探究滑轮组的机械效率实验【探究重点】原理：η=W有/W总应测物理量：钩码重力G、钩码提升的高度h、拉力F、绳的自由端移动的距离S器材：除钩码、铁架台、滑轮、细线外还需刻度尺、弹簧测力计。注意：必须匀速拉动弹簧测力计使钩码升高，目的是保证测力计示数大小不变。结论：影响滑轮组机械效率高低的主要因素有：动滑轮越重，个数越多则额外功相对就多。提升重物越重，做的有用功相对就多。摩擦，若各种摩擦越大做的额外功就多。【例题精讲】（2022·江苏省锡山高级中学实验学校一模）小聪在测量滑轮组机械效率的实验中，所用装置如图所示，实验中每个钩码重2N，测得的数据如表：次数钩码总重G/N钩码上升的高度h/m测力计示数F/N测力计移动距离s/m机械效率η/%140.11.80.374.1260.12.40.3340.11.40.557.1440.21.41.057.1（1）在实验中，测绳端拉力大小时，应使弹簧测力计竖直向上________状态进行读数（选填“缓慢拉动”或“静止”）。（2）分析表中数据可知：第3次和第________次实验是按丙图装置测机械效率的，分析以上两组实验数据可知，滑轮组的机械效率与物体被提升的高度________。（3）请你帮助小聪计算出第2次滑轮组的机械效率为________%（保留1位小数），在第2次实验中，拉力F所做的额外功为________J。（4）根据实验数据推测，使用图丙滑轮组将重6N的物体匀速提升0.1m，此时滑轮组的机械效率可能为________（只填序号）。A．52.2%B．57.1%C．64.3%D．83.3%【巩固训练】(2020·湘潭)测量如图所示滑轮组的机械效率，部分实验数据如下表。实验次数钩码重力G/N钩码上升高度h/cm拉力F/N绳端移动距离s/cm机械效率η11.051555.6%21.550.81532.051.01566.7%42.0101.03066.7%(1)实验过程中，应缓慢拉动弹簧测力计，使钩码竖直向上做运动。第1次实验时，弹簧测力计示数如图所示，为N。(2)第2次实验时所做的有用功为J，滑轮组的机械效率是。(3)分析1、2、3次实验的数据可知，使用同一滑轮组提升重物时，重物重力越(选填“大”或“小”)，滑轮组的机械效率越高；分析3、4次实验的数据可知，滑轮组的机械效率与钩码上升的高度(选填“有关“或“无关”)(4)结合生产生活实际，用滑轮组提升重物时，下列选项中也可提高机械效率的是。A．增大绳重B．减轻动滑轮重C．加快物体提升的速度知识点三：斜面实验专题【探究重点】斜面是一种可以省力的简单机械，但却费距离。当斜面高度h一定时，斜面L越长，越省力(即F越小)；当斜面长L相同时，斜面高h越小，越省力(即F越小)；当斜面L越长，斜面高h越小时，越省力(即F越【例题精讲】（2022·江苏镇江·三模）斜面是一种简单机械，在生活和生产中使用斜面的好处是可以省力，如：______。那么斜面的省力情况与哪些因素有关呢？（使用斜面的省力情况可以通过比较沿斜面拉力F与物体重力G的比值大小来判定，比值越小，越省力）小明做了如下猜想：猜想1：与斜面的表面材料有关；猜想2：与斜面的倾斜程度有关；猜想3：与物体受到的重力大小有关。小明为验证上述猜想，利用如图所示的装置进行了实验。实验中所用的物块材料及其表面粗糙程度相同，在沿斜面拉力的作用下，在斜面上做匀速直线运动。实验中相关的记录如表。实验序号123456斜面倾角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块重G/N2.02.04.06.02.02.0沿斜面拉力F/N1.351.522.704.051.521.70回答下列问题：(1)通过对比实验______中的数据可知，使用斜面省力的情况与斜面的表面材料有关；(2)通过对比实验1、5、6中的数据，得出的结论是：在其他条件相同时，______；(3)为验证猜想3，小明做了实验______（填写实验序号），分析实验数据后，小明认为这几次实验省力情况相同，依据是______。【拓展】完成实验后，小明沿斜面用1.8N的拉力，将重为4.5N的物体从斜面底端匀速拉到了顶端。已知斜面长1.2m、高0.3m，则斜面的机械效率是______%。（把重物直接提升0.3m所做的功作为有用功）【巩固训练】（2021·四川广元·中考真题）小敏在利用斜面搬运物体A的过程中，提出了一个问题：“斜面的机械效率与斜面的倾斜程度有没有关系？”针对这个问题，他通过在斜面上匀速直线拉动物体进行了实验探究（如图所示），测得的实验数据如表所示：实验序号斜面的倾斜程度物体重力G/N物体上升高度h/m沿斜面拉力F/N物体移动距离s/m有用功W有/J总功W总/J机械效率η/%①较缓5.00.101.60.500.500.8062.5②较陡5.00.152.20.500.751.1068.2③最陡5.00.253.10.501.251.55（1）根据表中的数据可求出第③次实验中斜面的机械效率是___________%；（2）通过对上述实验数据的分析可知，斜面的省力情况与斜面倾斜程度的关系是：斜面越陡，越___________；（3）通过对上述实验数据的分析，对斜面机械效率的问题可获得的初步结论是：在其他条件不变的情况下，斜面越陡，机械效率___________。（2021·海南·中考真题）如图所示，根据杠杆的平衡条件测量某种液体的密度，所用器材：轻质杠杆（自身重力忽略不计）、容积为100mL的空桶、重为0.5N的物体M、刻度尺、细线。（1）如图甲所示，为了使杠杆在水平位置平衡，应将杠杆右端的平衡螺母向__________调节；调节杠杆在水平位置平衡的目的是__________。（2）把空桶悬挂在A点，物体M悬挂在B点时，杠杆再次在水平位置平衡，测得OA的长度为10cm，OB的长度为20cm，则空桶重为__________N。（3）若此时，往A点的空桶内注满某种液体，调节物体M到C点时，杠杆在水平位置重新平衡，测得OC的长度为42cm，则桶内液体的密度为__________kg/m3。(2020达州)同学们在探究影响浮力大小的因素时，发现手中的弹簧测力计损坏了，聪明的小强同学利用刻度均匀的杠杆和钩码(每只重0.5N)替代弹簧测力计顺利地完成了该实验。以下是小强同学的实验操作，请你帮他完善该实验探究。(1)将杠杆安装在支架上，静止时如图1所示，应将平衡螺母向______(选填“右”或“左”)调节，使杠杆在水平位置平衡；(2)如图2甲所示，将重2N的物体G挂在A点，两只钩码挂在B点时，杠杆在水平位置平衡；(3)将物体G部分浸入水中(如图2乙所示)，两只钩码移到C点时，杠杆在水平位置平衡；(4)将物体G浸没于水中(如图2丙所示)，两只钩码移到D点时，杠杆在水平位置平衡；(5)将物体G浸没于盐水中(如图2丁所示)，两只钩码移到E点时，杠杆在水平位置平衡。分析与论证：分析比较(2)、(3)、(4)可得：物体G所受浮力大小与______有关；分析比较(2)、(4)、(5)可得：物体G所受浮力大小与有______关；由题中信息计算物体G的体积V=______m3，盐水的密度______kg/m3。(，g=10N/kg)(2020湘潭)测量如图所示滑轮组的机械效率，部分实验数据如下表。实验次数钩码重力钩码上升高度拉力绳端移动距离机械效率11.051521.550.81532.051.01542.0101.030(1)实验过程中，应缓慢拉动弹簧测力计，使钩码竖直向上做__运动。第1次实验时，弹簧测力计示数如图所示，为__N。(2)第2次实验时所做的有用功为__J，滑轮组的机械效率是__。(3)分析1、2、3次实验的数据可知，使用同一滑轮组提升重物时，重物重力越__(选填“大”或“小”，滑轮组的机械效率越高；分析3、4次实验的数据可知，滑轮组的机械效率与钩码上升的高度__(选填“有关”或“无关”。(4)结合生产生活实际，用滑轮组提升重物时，下列选项中也可提高机械效率的是__。A．增大绳重B．减轻动滑轮重C．加快物体提升的速度(2020河北)斜面是一种简单机械，在生活和生产中使用斜面的好处是可以省力，如：______。那么斜面的省力情况与哪些因素有关呢？(使用斜面的省力情况可以通过比较沿斜面拉力F与物体重力G的比值大小来判定，比值越小，越省力)小明做了如下猜想：猜想1：与斜面的表面材料有关；猜想2：与斜面的倾斜程度有关；猜想3：与物体受到的重力大小有关。小明为验证上述猜想，利用如图所示的装置进行了实验。实验中所用的物块材料及其表面粗糙程度相同，在沿斜面拉力的作用下，在斜面上做匀速直线运动。实验中相关的记录如表。实验序号123456斜面倾角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块重G/N2.02.04.06.02.02.0沿斜面拉力F/N1.351.522.704.051.521.70回答下列问题：(1)通过对比实验______中的数据可知，使用斜面省力的情况与斜面的表面材料有关；(2)通过对比实验1、5、6中的数据，得出的结论是：在其他条件相同时，______；(3)为验证猜想3，小明做了实验______(填写实验序号)，分析实验数据后，小明认为这几次实验省力情况相同，依据是______。(拓展)完成实验后，小明沿斜面用1.8N的拉力，将重为4.5N的物体从斜面底端匀速拉到了顶端。已知斜面长1.2m、高0.3m，则斜面的机械效率是______%。(把重物直接提升0.3m所做的功作为有用功)（2022·四川南充）某同学在“探究杠杆平衡条件”的实验中：（1）实验前，发现杠杆如图甲所示，则应将杠杆左端平衡螺母向___________（选填“左”或“右”）端适当调节，使杠水平平衡；（2）该同学通过如图乙所示实验得到相关数据如下表，由表中数据推测出杠杆的平衡条件是：___________（用F1、F2、l1、l2表示）；序号动力F1/N动力臂l1/cm阻力F2/N阻力臂l2/cm11.015.01.510.021.020.01.020.033.010.02015.0……（3）若将乙图右侧钩码换成弹簧测力计，如图丙所示，保持杠杆水平平衡，弹簧测力计拉力方向由竖直方向a变为方向b后，弹簧测力计的示数将___________（选填“增大”、“减小”或“不变”）；（4）该同学在科技创新实验中将此装置改装成了一个杠杆液体密度计，该装置可测量小桶内液体密度，如图丁所示，将容积为20mL的小桶挂在M点，调节平衡螺母使杠杆水平平衡，已知OM=OA=5cm，则杠杆密度计的“0刻度”线应在___________（选填“O”或“A”）点，将待测液体倒满小桶，在杠杆右端挂上重物并调节至N点位置时，杠杆刚好水平平衡，重物质量10g，ON=15cm，N点位置应标注的密度刻度值是___________g/cm3，改装后杠杆右端的密度刻度线___________（选填“是”或“不是”）均匀分布的（g=10N/kg）。（2021·河南南阳·八年级期末）在“测量滑轮组的机械效率”的实验中，某组同学用滑轮安装了如图甲、乙所示的滑轮组，实验测得的数据如下表所示。实验次数钩码的重力钩码被提升的高度拉力绳端移动的距离机械效率121233442（1）第3次实验数据是用图______（选填“甲”“乙”），所示的滑轮组测得的，其机械效率是______（）结果精确到0.1%）。（