初中物理簡(jiǎn)單機(jī)械的機(jī)械效率探究題賞析

摘 要： 探究簡(jiǎn)單機(jī)械的機(jī)械效率是各地中考的熱點(diǎn)，掌握斜面、滑輪組、杠桿的機(jī)械效率和什么因素有關(guān)和什么因素?zé)o關(guān)，是做對(duì)此類題目的關(guān)鍵。此文就三道典型的中考題的賞析，以期對(duì)同學(xué)們解決此類問(wèn)題有所幫助。

關(guān)鍵詞： 初中物理教學(xué) 中考探究題 簡(jiǎn)單機(jī)械 機(jī)械效率

在初中物理教學(xué)中，簡(jiǎn)單機(jī)械是力學(xué)的一個(gè)重點(diǎn)知識(shí)，除了研究它是否省力以外，還可研究不同的力所做的功，即簡(jiǎn)單機(jī)械的機(jī)械效率。無(wú)論什么版本的物理教材都把測(cè)簡(jiǎn)單機(jī)械的機(jī)械效率作為學(xué)生必做的實(shí)驗(yàn)，有關(guān)簡(jiǎn)單機(jī)械機(jī)械效率的探究題也經(jīng)常出現(xiàn)在各地中考的物理試卷中，由于此類題目綜合性較強(qiáng)，學(xué)生如果知識(shí)掌握不清，往往易造成丟分，現(xiàn)選精彩的三道題目，供大家欣賞評(píng)價(jià)，希望對(duì)同學(xué)們解決此類問(wèn)題有所幫助。

1.探究斜面的機(jī)械效率

例1：下圖是某小組同學(xué)測(cè)量斜面機(jī)械效率的實(shí)驗(yàn)裝置。實(shí)驗(yàn)時(shí)，用木塊將帶有刻度的平木板墊起，構(gòu)成一個(gè)斜面。

（1）用彈簧測(cè)力計(jì)拉著小車(chē)從底端位置A沿斜面勻速運(yùn)動(dòng)到位置B。彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)為1.1N，此時(shí)斜面的機(jī)械效率為？搖 ？搖。

（2）若將木塊向右移，使木塊左端與長(zhǎng)木板90cm處對(duì)齊，重復(fù)（1）中的實(shí)驗(yàn)，彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)為0.8N，此時(shí)斜面的機(jī)械效率為？搖 ？搖。比較（1）、（2）可知，斜面的機(jī)械效率與斜面的？搖 ？搖有關(guān)。

（3）若將小車(chē)四輪朝上倒置，重復(fù)（2）中的實(shí)驗(yàn)，則彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)變？搖 ？搖，機(jī)械效率變？搖 ？搖。比較（2）、（3）可知，斜面的機(jī)械效率與接觸面的？搖 ？搖有關(guān)。

分析：考查知識(shí)：物體在斜面上勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)受4個(gè)力，如下圖，期中克服重力做的功是有用功W■=Gh；拉力做的功是總功W■=FS；克服摩擦力做的功是額外功W■=fs；支持力N不做功。由W■=W■+W■有FS=Gh+fs；把重力分解，再利用數(shù)學(xué)公式，可推導(dǎo)出斜面效率：

η=■=■=■=■

可見(jiàn)：斜面的機(jī)械效率只和斜面的粗糙程度μ、傾斜程度α有關(guān)；斜面越粗糙，需克服摩擦力做的額外功越多，機(jī)械效率越?。恍泵嬖蕉盖?，ctanα越小，機(jī)械效率越大。和物重G、物體在斜面上運(yùn)動(dòng)的距離s無(wú)關(guān)。

既然斜面的效率和物體在斜面上運(yùn)動(dòng)的距離無(wú)關(guān)，那么在第一問(wèn)中物體從A運(yùn)動(dòng)到B和運(yùn)動(dòng)60cm的效率相同，可見(jiàn)無(wú)必要對(duì)AB的長(zhǎng)度讀數(shù)。

解：（1）可認(rèn)為s=60cm；h=30cm；G=2N；F=1.1N

η=■=■=90.9%

（2）同理，s=90cm；h=30cm；G=2N；F=0.8N；可解得η=83.3%

第2空填：傾斜程度。

（3）大；??；粗糙程度。

2.探究滑輪組的機(jī)械效率

例2：下表是小明測(cè)滑輪組機(jī)械效率時(shí)收集的有關(guān)數(shù)據(jù)。

（1）請(qǐng)?jiān)趫D中畫(huà)出實(shí)驗(yàn)中滑輪組的繞繩方法。

（2）第3次實(shí)驗(yàn)時(shí)滑輪組的機(jī)械效率為？搖 ？搖。

（3）用同一滑輪組提升不同重物至同一高度，提升的物重增加時(shí)，除克服動(dòng)滑輪重和繩重所做的額外功外，其他額外功將？搖 ？搖（選填“變大”、“變小”或“不變”）。進(jìn)一步分析可知，在動(dòng)滑輪和繩重一定的情況下，該滑輪組的機(jī)械效率與？搖 ？搖和？搖 ？搖有關(guān)。

（4）第一次實(shí)驗(yàn)中，鉤碼上升0.1m所用的時(shí)間為1.5s，則繩端拉力的功率為？搖 ？搖W。

分析：（1）由s=3h的關(guān)系知，3段繩子承擔(dān)重物，繞繩方法略。

（2）η=■=■=66.7%。

（3）此問(wèn)必須明確“其他額外功”指的是什么？指克服摩擦力做功。而摩擦力和壓力大小、接觸面的粗糙程度有關(guān)。故此問(wèn)分別填：變大；物重；摩擦力大小。

（4）拉力F=0.7N，繩端移動(dòng)s=0.3m，時(shí)間t=1.5s，而鉤碼上升0.1m的條件是迷惑你的，和拉力做功的功率無(wú)關(guān)。故：

p=■=■=■=0.14w

小結(jié)：滑輪組的機(jī)械效率和物重、動(dòng)滑輪重、繩重及輪軸間的摩擦力大小有關(guān)。克服物重所做的是有用功，克服動(dòng)滑輪重、繩重及輪軸間的摩擦力所做的是額外功；和繩子的繞法、物體被提升的高度、提升的速度無(wú)關(guān)。

3.探究杠桿的機(jī)械效率

例3：用如圖3所示的實(shí)驗(yàn)裝置測(cè)量杠桿的機(jī)械效率。實(shí)驗(yàn)時(shí)，豎直向上勻速拉動(dòng)彈簧測(cè)力計(jì)，使掛在較長(zhǎng)杠桿下面的鉤碼緩緩上升。

（1）實(shí)驗(yàn)中，將杠桿拉至圖中虛線位置，測(cè)力計(jì)的示數(shù)F為？搖 ？搖N，鉤碼總重G為1.0N，鉤碼上升高度h為0.1m，測(cè)力計(jì)移動(dòng)距離s為0.3m，則杠桿的機(jī)械效率為？搖 ？搖%。請(qǐng)寫(xiě)出使用該杠桿做額外功的一個(gè)原因：？搖 ？搖。

（2）為了進(jìn)一步研究杠桿的機(jī)械效率與哪些因素有關(guān)，一位同學(xué)用該實(shí)驗(yàn)裝置，先后將鉤碼掛在A、B兩點(diǎn)，測(cè)量并計(jì)算得到下表所示的兩組數(shù)據(jù)：

根據(jù)表中數(shù)據(jù)，能否得出“杠桿的機(jī)械效率與所掛鉤碼的重有關(guān)，鉤碼越重其效率越高”的結(jié)論？答：？搖 ？搖；

請(qǐng)簡(jiǎn)要說(shuō)明兩條理由：①？搖 ？搖；②？搖 ？搖。

分析：（1）由圖3可知，此時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)為F=0.5N，則做的有用功為W■=Gh=1N×0.1m=0.1J，總功為W■=Fs=0.5N×0.3m=0.15J，因此杠桿的機(jī)械效率為η■=■=66.7%。在使用杠桿提升物體時(shí)，杠桿也被提升，因此克服杠桿的自身的重也要做功，以及在杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中，也要克服摩擦而做功，這些都屬于不需要而在使用杠桿時(shí)不得不做的額外功。

（2）根據(jù)表格可知，在實(shí)驗(yàn)中雖然改變了所掛的鉤碼的重，但又將鉤碼分別掛在了A、B兩個(gè)位置，即沒(méi)有控制鉤碼在同一位置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，而且在實(shí)驗(yàn)中只做二次實(shí)驗(yàn)加以對(duì)比，實(shí)驗(yàn)的結(jié)論具有偶然性，還不能總結(jié)出普遍規(guī)律。因此是不能得出“杠桿的機(jī)械效率與所掛鉤碼的重有關(guān)，鉤碼越重效率越高”這一結(jié)論。

注意：鉤碼懸掛點(diǎn)的位置變化了，阻力臂的大小就發(fā)生了變化，就相當(dāng)于換了一個(gè)杠桿，當(dāng)然機(jī)械效率會(huì)變化。此題若摩擦力做功不計(jì)，鉤碼重不變，僅將位置從A移到B，假設(shè)把桿杠提升物體的初末位置相同，即杠桿重心上升高度相同，則W■不變，但由圖3可知，鉤碼上升的高度增加了，即W■增大。機(jī)械效率會(huì)變高。

可見(jiàn)：機(jī)械效率的探究題實(shí)際上還是以探究的形式考查相關(guān)的物理知識(shí)，只有系統(tǒng)地掌握簡(jiǎn)單機(jī)械在工作時(shí)影響效率變化的原因，才能讓自己在解題中立于不敗之地。

參考文獻(xiàn)：

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