九年级物理力学三简单机械功和能实验专题人教版知识精讲.docx
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九年级物理力学三简单机械功和能实验专题人教版知识精讲
九年级物理力学三简单机械、功和能实验专题人教版
【本讲教育信息】
一.教学内容：
力学三简单机械、功和能
实验专题
【典型例题】
（一）基础实验
[例1]在“研究杠杆平衡条件”的实验中：
（1）把杠杆挂在支架上，实验前没有挂钩码时，发现杠杆右端下倾，可将右端螺母向
边旋转，使杠杆在水平位置平衡（填“左”或“右”）。
（2）实验中共有6个钩码，杠杆上每格距离相等，调节好杠杆后，在杠杆左边离支点2格的A处挂了3个钩码，如图1所示，为使杠杆在水平位置平衡，请你在杠杆右边挂上钩码（用一种方法）。
你的方法是。
图1
（3）实验中改变支点两侧的钩码位置和个数，用同样的方法一般要做三次，得到三组数据并进行分析，这样做的目的是。
考查目的及解题思路：
该题考查了如何调节杠杆使其平衡；杠杆平衡条件的应用以及用实验验证规律的方法。
首先如果杠杆右端下倾，说明右端的力×力臂>左端的力×力臂应将右端的螺母向左边旋转；然后根据杠杆平衡条件
可得：
杠杆的左边=2×3=6，所以右边也应
＝6因此，应为右边2格处挂3个钩码或3格处挂2个钩码；最后，实验中改变支点两侧的钩码位置和个数，用同样的方法多做几次，是为了找到杠杆平衡的规律。
答案：
左；2格处挂3个钩码或3格处挂2个钩码；寻找杠杆平衡的普遍规律。
[例2]在测定滑轮组机械效率的实验中：
（1）需要的器材除弹簧秤、刻度尺、滑轮组外，还有、、。
（2）根据表中测得的数据将表填完整。
（3）根据表中记录的情况分析本实验用了个定滑轮，个动滑轮。
（4）画出滑轮组的装配图。
（5）两次的机械效率是否相同？
原因是什么？
考查目的及解题思路：
该题考查了测定滑轮组机械效率实验的器材；滑轮组的设计、安装、绕绳以及实验原理。
题目中给出了测定滑轮组机械效率的主要器材弹簧秤、刻度尺和滑轮组，不要忘了辅助的器材，即安装滑轮组的铁架台和细绳以及钩码；然后根据功的计算公式
，
×100%，可填表格；根据弹簧秤上升的高度是钩码上升高度的3倍可知是三段绳子拉着动滑轮，又因“弹簧上升”由此可判断出该实验用了1个定滑轮、1个动滑轮；从表中可以看出造成机械效率变化的原因是钩码重力变了。
答案：
（1）钩码；铁架台；细绳
（2）1，1.5，66.7%；4，5.4，74.1%
（3）1；1
（4）如图2
图2
（5）不同；因为提起的重物的重力不同
（二）探究性实验
[例1]如图3所示，在“研究杠杆平衡条件”的实验中：
（1）某同学所列实验步骤是（）
A.求出每次实验中的动力×动力臂和阻力×阻力臂的数值，根据计算结果算出杠杆平衡条件。
B.改变力和力臂的数值，再做几次，将数据填在表格内。
C.记下动力、动力臂、阻力、阻力臂的数值。
D.把钩码挂在杠杆的支点两边，改变钩码的位置，使杠杆在水平位置平衡。
图3
该同学漏掉的重要一步是。
若该步骤的序号为“E”，则正确合理的步骤顺序依次是（填序号）。
在研究过程中，每次杠杆平衡都要求在水平位置，这主要是为了。
（2）上图所示的三幅图是该同学的实验情况，请根据图填写表格，并通过数据分析得出实验结论。
（杠杆上每小格表示
，每个钩码重1N）
（3）实验结论：
。
（文字表述）
数学表达式：
。
考查目的及解题思路：
该题所考查的知识点较多，它考查了杠杆的安装、调节；研究杠杆平衡条件的一般步骤，以及培养学生归纳、总结的能力，实验前仪器应安装、调节好后再使用，很显然该实验所漏掉的步骤是：
调节杠杆两端的平衡螺母，使杠杆在水平位置平衡；然后排列合理的实验步骤的顺序应为：
E、D、C、B、A；又因为杠杆在水平位置平衡时力臂正好是支点到钩码的距离，便于读数，所以要求每次杠杆平衡时都在水平位置；实验得到的结论是：
动力×动力臂=阻力×阻力臂，数学表达式为：
。
答案：
漏掉的步骤是：
调节杠杆两端的平衡螺母，使杠杆在水平位置平衡；步骤顺序应为E、D、C、B、A；使杠杆在水平位置平衡的原因是便于读出力臂的长度（水平时力臂正好是支点到钩码的距离）；实验得到的结论是：
动力×动力臂=阻力×阻力臂，数学表达式为：
。
[例2]在做“测滑轮组机械效率”的实验中，小明和他的同学测得图4中甲、乙两个滑轮组的机械效率不同。
图4
（1）实验后小明想：
对于同一个滑轮组，它的机械效率是否不变呢？
经过思考后他以为：
即使像图甲那样已绕好的滑轮组，还应该与有关，并且实验验证了自己的猜想是正确的。
小明的实验方法是。
（2）小明将自己所做的上述实验告诉他的同学，大家探究的欲望更加强烈了，大家认为：
用滑轮组提升重物时，提升动滑轮所做的功对人们是没用的，所以，也应该是影响滑轮组机械效率高低的主要因素。
小明说：
“其实大家已测得的甲、乙两个滑轮组的机械效率不同，就证明了这一点。
”杨老师提醒同学说：
“大家应该注意到，在探究影响滑轮组机械效率高低的因素时，我们没有考虑摩擦这一因素。
”
考查目的及其解题思路：
该题主要考查影响滑轮组机械效率的因素，同一滑轮组的效率不是固定不变的，机械效率是指一次做功过程中有用功与总功的比值。
对同一滑轮组，克服动滑轮重和摩擦做的额外功几乎不变，而当匀速提升的物重变化时，则有用功和总功的比值将发生变化，提升的物体越重，机械效率越高，而对于提升同一重物时，动滑轮越重，需要做的额外功越多，机械效率就越低。
答案：
（1）提升物重的多少；在图4甲中所示的滑轮组下挂不同数量的钩码，分别测出滑轮组的机械效率并进行比较。
（2）动滑轮的个数（或动滑轮的总重）
[例3]如图5所示，在“研究物体的动能与哪些因素有关”的实验中，将A、B、C三个小球和先后从同一装置的
、
、
高处滚下（
），推动纸盒运动一段距离后静止。
（1）要研究动能与质量的关系，我们应选择两图来进行比较。
（2）从图中可以看出，A、B、C三个小球刚到达水平面时，球的动能最大。
图5
考查目的及解题思路：
该题考查了在研究影响动能大小的因素的过程中应采用“控制变量法”。
因为动能大小不仅与质量有关，还与速度有关。
为了研究动能与质量的关系，需要控制速度相等，让小球从相同高度滚下才能实验小球到水平面上时速度相同，所以应选（
）和（
）图；在研究物体能量大小时，常通过比较能够对外做功的多少来体现，小球到达水平面上时，小球推动纸盒做功，把纸盒推得越远，说明做的功越多，动能越大，所以应选（
）。
答案：
（
）和（
）图；（
）
（三）设计性实验
[例1]请你帮助小明同学用两个滑轮设计一个滑轮组，使其能用20牛的动力拉动一只水平地面上的工件匀速向左前进，已知工件受地面的摩擦力为30牛，滑轮组的机械效率为75%。
考查目的及解题思路：
该题考查了利用已知滑轮组的机械效率，设计滑轮组的装配图，此题的目的是设计一个由两个滑轮组成的符合题目要求的滑轮组装配图，在解该题时，只要我们求得有几段绳子拉着动滑轮此图即可画出，由题目可知该题涉及的是横置滑轮组的问题，根据横置滑轮组机械效率的公式：
，可得
，说明有两段绳子拉着动滑轮，再根据“奇动偶定”的原则确定滑轮组绕线的起点为定滑轮，即可得到答案。
答案：
见图6
图6
（四）开放性实验
[例1]在做“研究杠杆平衡条件”的实验时，挂钩码前，使杠杆在水平位置平衡，实验时只有10个相同的钩码，杠杆每格等距，当在A点挂上4个钩码时（如图7所示），要使杠杆在水平位置平衡，请你设计两种方案并分别在图中标出钩码的个数和位置。
图7
考查目的及解题思路：
该题为开放性实验，属结论开放，主要是考查杠杆的平衡条件，该题主要是考查学生对杠杆平衡条件的灵活运用，根据杠杆平衡条件：
可得：
杠杆的左边
，所以右边也应
因此，应为右边4格处挂3个钩码或3格处挂4个钩码或右边2格处挂6个钩码或6格处挂2个钩码。
答案：
右边4格处挂3个钩码或3格处挂4个钩码或右边2格处挂6个钩码或6格处挂2个钩码。
【模拟试题】
（一）基础实验
1.如图1所示的均匀杠杆，刻度线之间的距离都是相等的，使杠杆在水平位置平衡后，在杠杆的P刻线处挂2个钩码，为了使杠杆在水平位置重新平衡，应该在A刻线处挂
个钩码。
（每个钩码的质量都相等）
图1
2.研究杠杆平衡条件的实验装置如图2所示，在未挂钩码时，螺母A、B的作用是
，挂上钩码后，发现杠杆不平衡，则应。
图2
3.测滑轮组的机械效率，先用调节好的天平测动滑轮的质量，当右盘中砝码及游码位置如图3（a）所示时，天平重新平衡，然后照图3（b）那样安装好滑轮组，记下钩码及弹簧秤的位置，拉动弹簧秤使重为G的钩码升高，读出弹簧秤的示数F，用刻度尺分别测出钩码提升的高度
和弹簧秤移动的距离S，记录数据。
（1）动滑轮的质量
克，
表示功。
（2）使钩码升高的过程中应向上拉动弹簧秤；不考虑绳子的伸长，S=h。
（3）用式子
计算机械效率的条件是，它比用
计算出的结果（填“偏大”、“相同”或“偏小”）。
（4）保持此装置不变，将提升的钩码增加为2G，滑轮组的机械效率将_________。
（填“增大”、“不变”或“减小”）
图3
4.在测滑轮组的机械效率的实验中，用同一滑轮组进行两次实验，得到下表数据：
（1）所用滑轮组中动滑轮、定滑轮的最少个数分别为。
（2）两次实验的机械效率分别为、。
（3）两次实验所测机械效率同（填“不”或“相”），其原因是。
5.某同学做了“测定滑轮组机械效率”的实验写出了以下实验报告示，请仔细阅读这份实验报告，并回答问题。
实验报告：
（1）实验目的：
测定滑轮组的机械效率
（2）实验步骤：
A.装配一定一动的滑轮组，由三段细绳承担着动滑轮
B.记下钩码和拴弹簧秤的线端起始位置，然后匀速向上拉弹簧秤，读出拉力大小，测出钩码和拴弹簧秤的线移过的距离
C.将有关数据填下表并完成计算
（3）实验记录
（4）实验结论
回答问题：
①你认为这份实验报告是否完整，若不完整，应该添上的项目和内容是：
A.
B.
②从实验结论看，明显不妥之处是，因为，其正确结论是
。
（二）探究性实验
1.某同学做“研究杠杆的平衡条件”实验时：
（1）实验前发现杠杆左端低右端高，这时调节杠杆两端的螺母，使其向移动。
（2）实验中我们是根据测得的数据通过，才归纳出杠杆的平衡条件。
（3）他得到的两组数据如下表中所示，这两组数据中肯定序号为的一组有错误。
如果他操作没有错误，砝码重量及力臂也没有错，产生此组数据错误的原因是。
2.在探究滑轮组机械效率与物重关系的实验中，用同一滑轮组装置做了三次试验，测量的有关数据如下表所示。
（1）根据表中的数据，计算出第一次实验中的机械效率。
（g取10牛/千克）
（2）如图4所示是某公司的一幅广告宣传画，一个巨大的滑轮组提起一个小皮箱，宣传文字写着“事无大小，必尽全力”。
请你分析上述实验数据，得出机械效率与物重的定性关系，并利用这个关系对这幅宣传画发表自己的评论。
图4
3.如图5是研究小球动能与小球的质量和速度有关系的实验装置示意图。
表中记录了用甲、乙两球分别进行实验的数据，由表中数据可知：
甲球的动能（选填“大于”、“小于”或“等于”）乙球的动能；在质量和速度两个物理量中，对动能影响较大的是
。
图5
4.在观察如图6小球摆动时动能和势能转化的实验中，小涛发现小球每摆一个来回的时间似乎都相同，于是他产生了猜想，小球来回摆动一次所用的时间
。
图6
（1）可能跟小球的质量m有关；
（2）可能跟绳子的长度L有关；
（3）可能跟小球移开的距离s有关，为验证自己的猜想，他在竖起的木板上画出方格，用瓶子代替小球，并在瓶内装大米来改变质量，则：
①除图7所示的器材外还需要，。
图7
②在测出不同条件下，瓶子来回摆动一次所用的时间t后，得到表中的数据，则：
为了研究t与L关系，应选择序号为的数据进行分析；
③通过分析表中的数据可以得出初步的结论：
t与无关。
（均填字母）
④实验中发现，瓶子摆动一次所用的时间很难测准，请你帮他想个更准确的测量方法
。
序号
瓶质量
移开距离
格
悬线长度
格
来回时间
1
20
3
12
2.1
2
40
3
12
2.1
3
60
3
12
2.1
4
60
2
12
2.1
5
60
1
12
2.1
6
60
3
9
1.9
7
60
3
6
1.5
5.图8是探究动能大小与哪些因素有关的实验
图8
（1）实验中你通过观察知道动能的大小。
（2）实验中采用方法，使得铜球与钢球滚到水平面的速度相同。
（3）图甲和丙探究的问题是。
（三）设计性实验题
1.在研究杠杆平衡条件的实验中，张华同学发现杠杆不处于水平平衡位置如图9所示。
图9
（1）张华应将螺母向（）调节（选“左”或“右”），使杠杆在水平位置平衡；
（2）请你帮张华设计画出一个记录实验数据的表格，便于张华研究杠杆平衡条件。
2.一根长1米左右、粗细均匀的细木棒，一个已知质量为m的钩码，一把刻度尺，还有一些细绳和一支铅笔，只用这些器材如何测出这根细棒的质量？
写出实验步骤及导出计算木棒质量的公式？
3.小红学过“机械效率”后，产生了一个疑问：
“机械的机械效率越高是否越省力？
”针对这个问题，小红借了一个弹簧测力计，利用家中的“案板”和茶杯作了以下实验：
A.把杯子放在塑料袋中，在杯子中加入适量的水，用弹簧测力计测得杯子和水的重力为G。
B.用“案板”做斜面，如图10所示，把一只水杯通过细绳与弹簧测力计相连接，拉动弹簧测力计，把盛水的杯子匀速拉上斜面。
图10
C.分别测出拉力F，杯子移动的距离s和升高的高度h。
D.改变斜面的高度，做4次实验，记录实验数据如下表：
（1）计算并将数据填入表中4个空格。
（2）小红的疑问是否得到解决？
分析实验数据，能得出什么结论？
（3）完成上面实验后，小红又产生一个猜想：
“如果减小斜面的摩擦，是否可以提高斜面的机械效率。
”
①请你先用所学知识，说明小红的猜想是否正确（简述理由）
②请你设计一个实验，进一步证明你对小红猜想的判断。
（可以简要说明在前面实验的基础上要做哪些新的实验操作）。
（四）开放性实验
1.在自然界中，能量转化是非常普遍的，各种形式的能量都可以在一定条件下互相转化。
请你在下表的空格中填上至少3个能量转化的实例（每个空格限填1例）
（1）所填实例应系本空格左方对应的能量形式转化为上方对应的能量形式（见表中示例）
（2）所填实例应是两种不同形式的能量之间的直接转化而非间接转化。
（例如，日光灯是电能直接转化为光能，而白炽灯是电能经由内能间接转化为光能）
【试题答案】
（一）基础实验
1.5个
2.（调节螺母）使杠杆在水平位置平衡；移动钩码的位置（或改变钩码的个数）使杠杆在水平位置平衡
3.
（1）19.8；总
（2）匀速；3（3）不计摩擦及绳重；偏大（4）增大
4.
（1）1个；1个
（2）66.7%；71.4%
（3）不；第二次实验提升重物的重力较大，使有用功在总功中所占比例较大，所以第二次效率高
5.
（1）A.用弹簧秤测出钩码的重力；B.画好装配图
（2）机械效率>1了；在进行机械效率的计算时，他误用总功除以有用功了；
（二）探究性实验
1.
（1）右
（2）求出每次实验中动力×动力臂和阻力×阻力臂的值，并进行比较
（3）2；动力和阻力记颠倒了
2.
（1）55.6%
（2）关系：
用同一滑轮组提升物体时，物重越大效率越高；评论：
宣传中画中滑轮提升物体，物重很小机械效率很低。
3.小于；速度
4.①秒表；天平②3、6、7③m、s④测出
次摆动的时间
，则一次摆动的时间为
5.
（1）物体运动的距离
（2）控制起点高度相同的
（3）动能的大小与物体运动速度大小的关系
（三）设计性实验
1.
（1）右
（2）
2.实验步骤：
（1）用刻度尺找出木棒重心，用铅笔作出标记；
（2）用细线系住木棒一处做支点；
（3）用细线系住钩码套在木棒上；
（4）调节钩码或支点的位置使木棒平衡；
（5）用刻度尺分别量出支点到木棒重心及支点到系钩码细线的距离L1和L2
计算：
设木棒质量为M，则
，即
，得出
3.
（1）0.5，0.8，0.63，0.74
（2）解决了小红的疑问，通过上述实验得出结论：
使用斜面机械效率越高不是越省力，可见“机械效率越高越省力”是错误的，注：
只要答出结论要点“不是越省力”即可。
（3）①正确的，理由是：
有用功一定，减小摩擦力就减少额外功，即减少了总功，提高了机械效率。
②在小红设计的实验方案基础上A.保持斜面倾角不变，在斜面（案板）表面铺不同材料（如纸、玻璃、毛巾等）改变摩擦；B.将水杯沿斜面提升一定高度或沿斜面移动一定距离分别求出各次的机械效率。
（四）开放性实验
1.
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