专题17　简单机械实验探究（原卷版）

第3章能量的转化与守恒

专题17简单机械实验探究

类型一探究简单机械相关的使用规律..........................................................................................................1

【训练1探究杠杆平衡条件】..................................................................................................................1

【训练2探究滑轮(滑轮组)的省力规律】...............................................................................................4

类型二机械效率的测量..................................................................................................................................6

【训练1测量滑轮组的机械效率】..........................................................................................................6

【训练2测量斜面的机械效率】..............................................................................................................8

【训练3测量杠杆的机械效率】..............................................................................................................9

【方法归纳】

1.探究简单机械相关的使用规律

（1）在探究杠杆平衡条件的实验中，应使杠杆在水平位置平衡，这样做的好处是：一、方便直接从杠

杆上读出力臂；二、可以避免杠杆重量对实验的影响。

（2）在探究滑轮的省力规律的实验中，为避免滑轮重量对实验的影响，应使用轻质滑轮进行实验，或

测出滑轮和物体的总重量，再与拉力进行比较，从而得出结论。

（3）为了得到普遍性的规律，应进行多次实验。

2.机械效率的测量

（1）测量滑轮组、斜面和杠杆的机械效率的原理是η＝W有/W总＝Gh/(Fs)。实验过程中应注意的

问题有：①让物体在拉力的作用下做匀速直线运动；②进行多次测量，利用不完全归纳法概括总结规律。

（2）影响滑轮组机械效率的因素：物体的重量、动滑轮的重量、动滑轮与绳子间的摩擦力。

（3）影响斜面机械效率的因素：物体的重量、斜面的倾斜程度、斜面的光滑程度。

（4）影响杠杆机械效率的因素：物体的重量、杠杆的重量、杠杆的灵活程度。

【常考题型】

类型一探究简单机械相关的使用规律

【训练1探究杠杆平衡条件】

1.如图所示，某同学用完全相同的钩码验证杠杆的平衡条件。杠杆调节平衡后，在杠杆上A点处挂4个

钩码，为使杠杆重新平衡，应在B点处挂________个钩码；如果A、B两处再各加挂一个钩码，杠杆的

________(填“左”或“右”)端会下沉。

2.如图所示，用一轻直杆把飞机机翼模型固定在轻质杠杆上，直杆始终与杠杆垂直，用弹簧测力计竖直

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向下拉，使杠杆始终在水平位置平衡。弹簧测力计示数如图中的放大图。那么机翼模型所受的重力为

________N。当对模型水平向右吹风时，弹簧测力计的示数将________(填“变大”“不变”或“变小”)。

3．用如图所示的装置做“探究杠杆的平衡条件”实验。

(1)实验开始时，杠杆的位置如图甲所示，为使杠杆在水平位置平衡，应将杠杆的平衡螺母向________(填

“左”或“右”)移动。

(2)如图乙所示，在刻度线“2”处挂2个钩码，在刻度线“4”处用调好的弹簧测力计竖直向下拉杠杆，杠

杆在水平位置平衡时，弹簧测力计的示数为F1。将弹簧力计斜向左拉，杠杆在水平位置平衡时，其示数

F2________F1；再将弹簧测力计斜向右拉，杠杆在水平位置平衡时，其示数F3______F1。(均填“>”“＝”或

“<”)

(3)得到实验结论后，利用图乙所示的装置，只借助杠杆上的刻度线，右侧只使用弹簧测力计，左侧只

悬挂重物，若弹簧测力计的量程是0～2.5N，当杠杆在水平位置平衡时，通过计算可知，悬挂的重物最

重可达______N。

4.以下是小桂“探究杠杆的平衡条件”的实验。

(1)实验前，杠杆静止时如图所示，接下来小桂应将平衡螺母向________端调节，使杠杆处于水平平衡

状态。

(2)调节好后，小桂在杠杆两边挂上不同数量的钩码，并不断调节悬挂位置直至杠杆在________位置平

衡，将实验数据记录在下表后，分析得出杠杆的平衡条件：____________________________

________________。

动力F1/N动力臂L1/m阻力F2/N阻力臂L2/m

25110

(3)小桂仅凭一组实验数据就得出结论的做法是否科学？答：________。

5.小勇在探究“杠杆的平衡条件”实验中，所用的实验器材有杠杆、支架、细线、质量相同的钩码若干。

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(1)实验装置如图甲所示静止在桌面上，此时杠杆_______

(填“是”或“不是”)处于平衡状态，为了调节杠杆在水平位置平衡，他应将两侧的平衡螺母向________边

调。

(2)小勇在水平平衡的杠杆两边挂上钩码后如图乙所示，他应该在下列方法中选择________使杠杆重新

在水平位置平衡。

A．向左调节平衡螺母B．将左侧钩码向左移动C．增加右侧钩码个数

(3)进行正确操作后测出力和力臂记录在如下表格中。

实验次数动力F1/N动力臂L1/cm阻力F2/N阻力臂L2/cm

13443

24554

35665

小勇根据表中记录的多次实验数据分析得出如下结论：动力＋动力臂＝阻力＋阻力臂。小华说他得出

的结论是错误的，小华判断的依据是____________________________。

6.某实验小组在“研究杠杆平衡条件”的实验中：

(1)实验时应先调节杠杆在________位置平衡，若出现如图甲所示情况，应将杠杆的平衡螺母向

________(填“左”或“右”)调节。

(2)杠杆平衡后，他们在图乙所示的A位置挂上3个钩码，为了使杠杆在水平位置平衡，这时应在B位

置挂上_______个相同的钩码。

次数F1/Nl1/mF2/Nl2/m

12.00.05△0.10

23.00.102.00.15

32.00.303.0☆

(3)上表是该小组在实验中记录杠杆平衡的部分数据，空格处所缺的数据：△＝______，☆＝______。

7.小红和小华在做“探究杠杆平衡条件”实验中：

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(1)实验前，把杠杆中心支在支架上，杠杆静止在图甲所示位置，小红将右端的平衡螺母向右调，小华

认为也可以将左端的平衡螺母向________(填“左”或“右”)调，使杠杆在水平位置平衡。

(2)实验中，他多次在杠杆两端加挂钩码，并调节钩码位置，使杠杆保持水平平衡，记录多组数据，这

样做的目的是______________________。

(3)如图乙所示，始终保持杠杆在水平位置平衡，小红将弹簧测力计从①位置移动到②位置时，测力计

的示数将________(填“变大”“变小”或“不变”)。

【训练2探究滑轮(滑轮组)的省力规律】

8．做物理实验要遵循实事求是的原则。小雯同学在“研究定滑轮和动滑轮特点”的实验中，完成了如图

所示的实验，并记录了如下数据：

实验次数物重G/N使用定滑轮时测力计的示数F1/N使用动滑轮时测力计的示数F2/N

11.000.600.65

21.501.100.90

32.001.601.15

通过分析数据，她觉得与书中的结论偏差较大。你一定也做过这样的实验，回想你的实验经历，回答

下列问题：

(1)该实验中，使用定滑轮时“省了力”的原因是：________________________________。使用动滑轮没

有“省一半力”的原因是：______________________________________________________________。

(2)请你对小雯的实验方法提出合理的改进意见：

①乙实验中，___________________________________________________。

②丙实验中，____________________________________________________。

9．某小组为了探究“使用动滑轮的省费力情况”，选择器材如下：动滑轮(重1.0N)、钩码若干(每个钩码

重0.5N)、弹簧测力计、细绳等。实验过程中，小明多次改变动滑轮所挂钩码的个数，分别记下每次所挂钩

码的重力及对应的弹簧测力计示数，并将所测得的数据填写在表格中：

实验次数12345678

动滑轮重G0/N1.01.01.01.01.01.01.01.0

所挂钩码的重力G/N0.51.01.52.02.53.03.54.0

弹簧测力计示数F/N0.81.01.31.51.82.02.32.5

(1)分析实验数据，在忽略摩擦、绳重及实验误差的条件下，可以得出弹簧测力计的示数F与钩码的重

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力G以及动滑轮的重力G0的关系式为________________________________________________________

________________。

(2)在分析数据时，小聪建议利用图象来处理数据，并在图中利用描点法画出了G0、G、F与实验次数

的图象，请你根据图象总结出小明探究的结论。

10.在探究动滑轮使用特点的实验中，各小组按照图(a)中所示的实验器材进行实验，每个小组的实验器

材都相同(摩擦力可忽略不计)。

甲小组按照实验要求在滑轮上挂上钩码，竖直向上拉弹簧测力计，每次都匀速提起钩码，如图(a)所示。

乙、丙两个小组的同学实验时，没有注意按照要求规范操作，他们斜向上拉弹簧测力计，匀速提起钩码，

实验情况分别如图(b)、(c)所示。各小组的实验数据记录在表格中。

表一(甲小组)表二(乙小组)表三(丙小组)

实验序号物体的重测力计的实验序号物体的重测力计的实验序号物体的重测力计的

力/N示数/N力/N示力/N示

数/N数/N

11.00.641.00.771.00.8

22.01.152.01.382.01.6

33.01.663.01.893.02.3

(1)由所学知识我们知道：若不计绳重和摩擦，使用动滑轮可以省一半的力，根据以上小组的实验，请

求出他们所用动滑轮的重力为________N。

(2)分析比较实验序号1、4、7(或2、5、8或3、6、9)的实验数据和相关条件，得出的初步结论是

_____________

________________________。

(3)如果家里安装日光灯，你认为更合理的为图________(填“甲”或“乙”)。

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类型二机械效率的测量

【训练1测量滑轮组的机械效率】

1．小李和同学们进行测量滑轮组机械效率的实验：

(1)他们按照如图所示的顺序进行实验，其中甲、乙实验用的是同一滑轮组。在实验过程中，应________

拉动弹簧测力计。

(2)他们记录的数据如下表所示，丙实验中滑轮组的机械效率为________。

钩码总重钩码上升高弹簧测力计绳子自由端移动

实验次序机械效率η

G/N度h/m的示数F/N距离s/m

甲1.00.10.50.367%

乙2.50.11.00.383%

丙1.00.10.50.4

(3)对比分析实验甲、乙可得出：同一滑轮组，提升的钩码________，机械效率越高。

(第1题图)(第2题图)

2．小明同学做“测量滑轮组机械效率”的实验。如图所示，用相同的滑轮组缓慢提升不同数量的钩码，

记录数据如下表所示。

实验次数钩码的重力G/N钩码提升高度h/m拉力F/N绳端移动的距离s/m机械效率η

120.10.90.374%

240.11.60.383%

360.1①0.3②

(1)观察图中测力计的示数，表格中编号①的数值是________，②的数值是________。

(2)小明通过分析表格中的数据，得到了提高滑轮组机械效率的方法，汽车作为一种“机械”，提高效率

对节能减排有重要意义，请你指出以下三种提高效率的方法中，方法________是与本实验同理的。

方法一：鼓励人们“拼车”出行，使汽车尽量装满人员

方法二：汽车制造厂用新材料减轻汽车重量

方法三：经常给汽车做保养，保持良好的润滑

(3)小明发现绳端移动的距离与钩码提升高度有固定的倍数关系，于是他认为钩码数量一定时，无论将

钩码提升多高都不影响该滑轮组的机械效率；小芳则认为钩码提升的高度不同，有用功就不同，机械效率

就变化了。你认为________的看法是正确的。

3．在“测量滑轮组的机械效率”实验中，小丽用如图所示的同一滑轮组提升不同钩码的方法，分别做了

甲、乙、丙3次实验，实验数据记录如下：

实验次钩码所受的提升高拉力绳端移动的

机械效率η

序重力G/N度h/mF/N距离s/m

甲20.051.00.1566.7%

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乙40.051.70.1578.4%

丙60.05①0.15②

(1)实验中要竖直向上______拉动弹簧测力计，使钩码升高。

(2)表格中编号①处数据应为________，编号②处数据应为________。

(3)分析以上实验数据可以得出如下结论：同一滑轮组的机械效率主要与____________________有关。

(4)若将此滑轮组换一种绕绳方法，不计摩擦及绳重，提升相同的钩码时，滑轮组的机械效率________(填

“变大”“变小”或“不变”)。

(第3题图)(第4题图)

4．小明在“测量滑轮组的机械效率”的实验中，利用如图所示的滑轮组进行了4次测量，测得数据如下

表所示。

实验钩码所受的钩码上升的拉力绳端移动的机械

次数重力G/N高度h/mF/N距离s/m效率η

11.00.10.80.431.25%

21.00.20.80.831.25%

32.00.11.20.441.67%

43.00.11.5

(1)根据表中的数据计算得出第4次实验时绳端移动的距离s＝________m，机械效率η＝________。

(2)通过比较1、3和4三次实验数据得出：同一滑轮组，物重越大，滑轮组的机械效率________。

(3)在忽略摩擦力和绳重的前提下，通过第1次数据可算出动滑轮的重力为________N。

(4)以下选项中不影响滑轮组机械效率的是_______。

A．动滑轮的重力

B．绳子与滑轮之间的摩擦

C．物体上升的高度

5．提高机械效率，能够更充分地发挥机械设备的作用。“测量机械效率”实验装置如图。(每个动滑轮重

相同，忽略摩擦及绳重)

(1)实验中应______________拉动弹簧测力计。

(2)实验过程中收集到甲、乙、丙三组实验数据如下表。

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计算出甲组实验的：有用功_______J，机械效率_______。

(3)比较甲、乙两组的机械效率，它们的关系是η甲________η乙。若提升相同物重到相同高度，与甲装

置相比，乙装置的优势是________。比较乙、丙滑轮组，它们机械效率的关系是η乙________η丙，影响它们

机械效率高低的因素是__________________。

【训练2测量斜面的机械效率】

6.如图所示，在斜面上将一个重4.5N的物体匀速拉到高处，沿斜面向上的拉力为1.8N，斜面长s＝1.2

m、高h＝0.3m。把重物直接提升h所做的功作为有用功，则()

A．有用功为1.35J，机械效率为75%

B．有用功为2.16J，机械效率为62.5%

C．有用功为1.35J，机械效率为62.5%

D．有用功为1.35J，机械效率为100%

7．某实验小组的同学们在探究“斜面的机械效率”实验时，用弹簧测力计沿斜面匀速向上拉动物块(如图

所示)，得到下表中的实验数据。

实验次斜面的倾斜物块重度斜面高拉力斜面长度机械效率

数程度力G/Nh/mF/Ns/mη

1较缓50.22.4141.7%

2较陡50.53.2178.1%

3最陡50.74.3181.4%

(1)分析表中的数据可得出：斜面越缓越________(填“省”或“费”)力。

(2)该小组又进行了第4次实验，他们在斜面上铺上棉布，使斜面变粗糙，保持斜面高度和长度分别是

0.5m和1m，用弹簧测力计拉动同一物块沿斜面向上做匀速直线运动，读出此时弹簧测力计的示数为4.5

N，则这种情况下斜面的机械效率为________%。

(3)综合分析4次实验数据可知：斜面的机械效率与__________________和__________________有关。

(4)当用弹簧测力计沿斜面匀速向上拉动物块时，物块所受的拉力________(填“大于”“小于”或“等于”)物

块所受的摩擦力。

第8页共10页.

8．小明利用斜面搬运物体的过程中，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，他通过在斜面上拉动物体进行了探究(如图所示)，测得的实验数据如表中所示：

物体上沿斜面物体移

实验次斜面倾斜物重有用功总功机械效

升高度拉力动距离

数程度G/NW有/JW总/J率η

h/mF/Ns/m

1较缓5.00.101.60.500.500.8063%

2较陡5.00.152.20.500.751.1068%

3最陡5.00.253.10.501.55

(1)沿斜面拉动物体时，应使其做________运动。

(2)根据表中的数据可求出第3次实验中拉力所做的有用功为________J，机械效率是________。

(3)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：斜面越缓，越

________。

(4)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，

________________________________________________________________________。

9．为了探究斜面的机械效率与斜面倾斜程度之间的关系，探究小组的同学利用木板、刻度尺、弹簧测

力计、木块等器材设计了如图所示的实验装置。实验测得的数据如下表：

实验斜面倾木块重斜面高沿斜面斜面长机械

次数斜程度力G/N度h/m拉力F/N度s/m效率

1较缓30.21.6137.5%

2较陡30.31.81

3最陡30.42.0160%

请你根据表中的数据解答下列问题：

(1)实验中要求用沿斜面向上的力拉着木块在斜面上做____________运动，该过程中木块的机械能

________(填“变大”“不变”或“变小”)。

(2)第2次实验中，斜面的机械效率为________，斜面对木块的摩擦力为________N。

(3)斜面的机械效率与斜面的倾斜程度之间的关系是_________________