初中物理簡單機械的機械效率探究題賞析

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

關(guān)鍵詞： 初中物理教學(xué) 中考探究題 簡單機械 機械效率

在初中物理教學(xué)中，簡單機械是力學(xué)的一個重點知識，除了研究它是否省力以外，還可研究不同的力所做的功，即簡單機械的機械效率。無論什么版本的物理教材都把測簡單機械的機械效率作為學(xué)生必做的實驗，有關(guān)簡單機械機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，學(xué)生如果知識掌握不清，往往易造成丟分，現(xiàn)選精彩的三道題目，供大家欣賞評價，希望對同學(xué)們解決此類問題有所幫助。

1.探究斜面的機械效率

例1：下圖是某小組同學(xué)測量斜面機械效率的實驗裝置。實驗時，用木塊將帶有刻度的平木板墊起，構(gòu)成一個斜面。

（1）用彈簧測力計拉著小車從底端位置A沿斜面勻速運動到位置B。彈簧測力計的示數(shù)為1.1N，此時斜面的機械效率為？搖 ？搖。

（2）若將木塊向右移，使木塊左端與長木板90cm處對齊，重復(fù)（1）中的實驗，彈簧測力計的示數(shù)為0.8N，此時斜面的機械效率為？搖 ？搖。比較（1）、（2）可知，斜面的機械效率與斜面的？搖 ？搖有關(guān)。

（3）若將小車四輪朝上倒置，重復(fù)（2）中的實驗，則彈簧測力計示數(shù)變？搖 ？搖，機械效率變？搖 ？搖。比較（2）、（3）可知，斜面的機械效率與接觸面的？搖 ？搖有關(guān)。

分析：考查知識：物體在斜面上勻速運動時受4個力，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：斜面的機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，機械效率越小；斜面越陡峭，ctanα越小，機械效率越大。和物重G、物體在斜面上運動的距離s無關(guān)。

既然斜面的效率和物體在斜面上運動的距離無關(guān)，那么在第一問中物體從A運動到B和運動60cm的效率相同，可見無必要對AB的長度讀數(shù)。

解：（1）可認為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；小；粗糙程度。

2.探究滑輪組的機械效率

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

（1）請在圖中畫出實驗中滑輪組的繞繩方法。

（2）第3次實驗時滑輪組的機械效率為？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，除克服動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”）。進一步分析可知，在動滑輪和繩重一定的情況下，該滑輪組的機械效率與？搖 ？搖和？搖 ？搖有關(guān)。

（4）第一次實驗中，鉤碼上升0.1m所用的時間為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)。故此問分別填：變大；物重；摩擦力大小。

（4）拉力F=0.7N，繩端移動s=0.3m，時間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關(guān)。故：

p=■=■=■=0.14w

小結(jié)：滑輪組的機械效率和物重、動滑輪重、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、提升的速度無關(guān)。

3.探究杠桿的機械效率

例3：用如圖3所示的實驗裝置測量杠桿的機械效率。實驗時，豎直向上勻速拉動彈簧測力計，使掛在較長杠桿下面的鉤碼緩緩上升。

（1）實驗中，將杠桿拉至圖中虛線位置，測力計的示數(shù)F為？搖 ？搖N，鉤碼總重G為1.0N，鉤碼上升高度h為0.1m，測力計移動距離s為0.3m，則杠桿的機械效率為？搖 ？搖%。請寫出使用該杠桿做額外功的一個原因：？搖 ？搖。

（2）為了進一步研究杠桿的機械效率與哪些因素有關(guān)，一位同學(xué)用該實驗裝置，先后將鉤碼掛在A、B兩點，測量并計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；

請簡要說明兩條理由：①？搖 ？搖；②？搖 ？搖。

分析：（1）由圖3可知，此時彈簧測力計的示數(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，因此杠桿的機械效率為η■=■=66.7%。在使用杠桿提升物體時，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)動的過程中，也要克服摩擦而做功，這些都屬于不需要而在使用杠桿時不得不做的額外功。

（2）根據(jù)表格可知，在實驗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兩個位置，即沒有控制鉤碼在同一位置進行實驗，而且在實驗中只做二次實驗加以對比，實驗的結(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)于換了一個杠桿，當(dāng)然機械效率會變化。此題若摩擦力做功不計，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。機械效率會變高。

可見：機械效率的探究題實際上還是以探究的形式考查相關(guān)的物理知識，只有系統(tǒng)地掌握簡單機械在工作時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：

[1]周國霞.中學(xué)生數(shù)理化（初中版.中考版）.探究機械效率典型題解析，2011，11.

[2]李盛.略談斜面的機械效率.中學(xué)物理，2011，16.