江苏苏州工业园区第十中学 陈 刚
简单机械是日常生活、生产中，经常使用的工具，而探究简单机械效率的实验题也是历年各地中考试卷中不可或缺的内容。在初中物理中经常涉及到的简单机械主要有滑轮组、杠杆和斜面，下面笔者就近二年出现的之相关的实验探究题与大家共同分享。
1．探究滑轮组的机械效率
例1（2010·安顺）在“探究影响滑轮组机械效率的因素”实验中，某同学用如图1所示的同一滑轮组分别做了三次实验，实验数据记录如下：
实验
次数
钩码重/N
钩码上升的距离/cm
弹簧测力计的读数/N
弹簧测力计上升的距离/cm
机械
效率
1
2
8
0．8
24
83．3%
2
4
5
1．5
15
①
3
6
10
②
③
90．9%
（1）写出表中标有编号①、②和③的空格处的数据？
（2）在实验操作中应该怎样拉动弹簧测力计？
（3）分析实验数据，同一滑轮组的机械效率主要与什么因素有关？为什么？
（4）不同滑轮组的机械效率又与其它哪些因素有关呢？（列举一例）
分析：（1）由第二次实验数据可知，钩码重G２＝4Ｎ钩码上升的距离为h２＝5cm=0．05m，因此做的有用功为W有2＝Ｇ２h２＝4Ｎ×0．05m=0．2J；弹簧测力计的示数，即拉力的大小为Ｆ２＝1．5Ｎ，拉力移动的距离为Ｓ２＝15cm0．15m。因此做的总功为Ｗ总2＝F２S２＝1．5N×0．15m＝0．225J，因此在第二次的实验中滑轮组的机械效率为η＝
％=
％=88．9％。由图可知，在第三次实验中弹簧测力计的示数为Ｆ３＝2．2Ｎ，由于动滑轮有三股绳子承担，因此拉力移动的距离（S３），应该是钩码上升的高度（h3＝10cm）的三倍,即Ｓ３＝nh3＝3×10cm＝30cm。
（2）为了测出滑轮组在拉动物体时的机械效率，因此在实验中应匀速向上拉动弹簧测力计。
（3）由表格中三次实验数据可知，同一滑轮组，当物重由2N增加为4N、6N后，滑轮组的机械效率由83．3％增加到88．9％、90．9％，说明同一滑轮组的机械效率主要跟物重有关，物重增加，机械效率变大。
（4）影响滑轮组的机械效率除了物重之外，还跟影响额外功的动滑轮的重、绳重以及轮与轴间的摩擦有关。
2．探究斜面的机械效率
例2（2010·三明）斜面是一种简单机械，生活中人们常常利用它来省力。小明想探究“斜面的机械效率与斜面的倾斜程度的关系”。于是他找来木块A．长木扳B．三个高度不同的长方体C和一把弹簧测力计进行实验，实验装置如图2所示。
（1）除上述器材外，小明要完成实验还需要的一种器材是 ；
（2）在实验过程中，应沿斜面向上拉动木块，使木块做 运动；
（3）实验记录数据如下表，则第3次实验时斜面的机械效率为 ；
（4）分析比较下表中的实验数据，可得到的结论是：斜面越陡 。
实验次数
斜面倾斜程度
木块重G/N
斜面高度h/m
沿斜面拉力F/N
木块沿斜面移动的距离s/m
斜面的机械效率η
1
较缓
5
0．2
3．3
0．5
60．6%
2
较陡
5
0．25
3．8
0．5
65．8%
3
最陡
5
0．3
4．2
0．5
分析：（１）在探究斜面机械效率的实验中，需要分别测出拉力、重力、物体移动的距离和上升的高度，因此除了需要图2中的测量力的工具（弹簧测力计），还需测量长度的工具──刻度尺。（2）为了能够准确地测出拉动物体的力，应使木块在斜面上做匀速直线移运动。（3）根据第三次实验数据可知，有用功为W有3=G3h3=5Ｎ×0．3m=1．5J，总功为W总3= F3S3=4．2Ｎ×0．5m=2．1J，则机械效率为η＝
％=
％=71．4％。（４）分析表中的数据可知，随着斜面的倾斜程度越大，斜面的机械效率由60．6％增加到65．8％、71．4％，，即斜面的倾斜程度越大，斜面的机械效率越高
3．探究杠杆的机械效率
例3（2009·江苏）用如图3所示的实验装置测量杠杆的机械效率。实验时，竖直向上匀速拉动弹簧测力计，使挂在较长杠杆下面的钩码缓缓上升。
（1）实验中，将杠杆拉至图中虚线位置，测力计的示数F为 N，钩码总重G为1．0N，钩码上升高度h为0．1m，测力计移动距离s为0．3m，则杠杆的机械效率为 %。请写出使用该杠杆做额外功的一个原因： 。
（2）为了进一步研究杠杆的机械效率与哪些因素有关，一位同学用该实验装置，先后将钩码挂在A、B两点，测量并计算得到下表所示的两组数据：
次数
钩码悬挂点
钩码总重G/N
钩码移动距离h/m
拉力F/N
测力计移动距离s/m
机械效率η/%
1
A点
1．5
0．10
0．7
0．30
71．4
2
B点
2．0
0．15
1．2
0．30
83．3
根据表中数据，能否得出“杠杆的机械效率与所挂钩码的重有关，钩码越重其效率越高”的结论？答： ；
请简要说明两条理由：① ；② ．
分析：（1）由图3可知，此时弹簧测力计的示数为F=0．5N，则做的有用功为W有=Gh=1N×0．1m=0．1J，总功为W总=0．5N×0．3m=0．15J，因此杠杆的机械效率为η＝
％=
％=66．7％。在使用杠杆提升物体时，杠杆也被提升，因此克服杠杆的自身的重也要做功，以及在杠杆转功的过程中，也要克服摩擦而做功，这些都属于不需要而在使用杠杆时不得不做的额外功。
（2）根据表格可知，在实验中虽然改变了所挂的钩码的重，但又将钩码分别挂在了A、B两个位置，即没有控制钩码在同一位置进行实验，而且在实验中只做二次实验加以对比，实验的结论具有偶然性，还不能总结出普遍的规律。因此是不能得出“杠杆的机械效率与所挂钩码的重有关，钩码越重效率越高”这一结论。
2011-06-27 人教网
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