简单机械实验探究-2023-2024学年人教版八年级物理下册同步训练（学生版）

专题训练（十六）简单机械实验探究

学习目标

1.通过实验探究，使学生深入理解杠杆、滑轮、斜面等的基本原理和运作方式。

2.培养学生观察实验现象的能力，学会准确记录实验数据，并能够从数据中提取有效信息。

3.通过对实验数据的分析，学会解释机械运作背后的物理原理，并能够将这些原理应用于实际生活中。

4.在实验过程中，培养学生独立思考和解决问题的能力，学会面对实验中的困难和挑战，寻找解决方案。

5.掌握简单机械实验的基本操作技能，如搭建实验装置、调整实验参数、使用测量工具等。

6.在实验过程中，强调实验安全的重要性，培养学生的安全意识，确保实验过程的安全可靠。

7.通过实验探究，培养学生的科学态度，包括实事求是、严谨认真、追求真理等品质。

8.在实验过程中，鼓励学生之间的合作与交流，培养团队合作精神和良好的沟通能力。

专题解读

一、探究杠杆的平衡条件

1、实验目的

（1）掌握杠杆平衡的条件。

（2）理解力矩的概念及其在杠杆平衡中的应用。

（3）培养实验观察、数据分析和解决问题的能力。

2、实验器材

杠杆（长度适中，带刻度）、支架、细线、不同质量的钩码、平衡螺母、刻度尺等。

3、实验步骤

（1）搭建实验装置：将杠杆固定在支架上，确保杠杆能够自由旋转且处于水平位置。调节平衡螺母，使杠杆

在不挂钩码时保持水平平衡。

（2）挂置钩码：在杠杆的左右两侧选择合适的位置挂上不同数量的钩码。初始时，可以尝试在两侧挂上相同

数量的钩码，观察杠杆是否平衡。

（3）调节平衡：若杠杆不平衡，通过移动钩码的位置或增减钩码的数量，使杠杆重新达到水平平衡。记录此

时钩码的位置和数量。

（4）测量数据：使用刻度尺测量动力臂和阻力臂的长度，并记录钩码的质量。动力臂是支点到动力作用点的

距离，阻力臂是支点到阻力作用点的距离。

(5)改变条件：改变钩码的数量、位置或改变杠杆的支点位置，重复上述步骤，进行多次实验，以获取更全

面的数据。

4、数据分析

根据实验数据，计算每次实验中的动力、动力臂、阻力和阻力臂。验证杠杆平衡的条件：动力X动力臂=阻力

X阻力臂。通过比较实验数据，可以得出结论，当满足上述条件时，杠杆处于平衡状态。

5、实验结论

通过杠杆平衡实验探究，我们可以得出杠杆平衡的基本条件是：动力义动力臂=阻力X阻力臂。这一原理在实

际生活中有着广泛的应用，如天平、秤等称重工具的设计就是基于这一原理。

6、注意事项

(1)在实验过程中，要确保杠杆能够自由旋转且处于水平位置，以便准确测量力臂。

(2)调节平衡螺母时，要小心轻放，避免损坏杠杆或支架。

(3)在挂置钩码和移动钩码位置时，要注意安全，避免钩码掉落伤人。

(4)实验中要保持认真细致的态度，准确记录实验数据，以便进行后续的数据分析和结论得出。

二、测量滑轮组的机械效率

1.实验目的

(1)理解机械效率的概念及其在滑轮组中的应用。

(2)掌握测量滑轮组机械效率的方法和步骤。

(3)培养实验操作和数据处理的能力。

2.实验器材

滑轮组(包括定滑轮和动滑轮)、细绳、重物(如钩码)、弹簧测力计、刻度尺、支架等。

3.实验步骤

(1)搭建实验装置：将滑轮组固定在支架上，用细绳将重物与滑轮组连接起来，确保滑轮组能够正常工作。

(2)测量重物质量：使用天平或电子秤测量重物的质量，并记录下来。

(3)测量拉力：使用弹簧测力计沿竖直方向匀速拉动细绳，使重物上升一定的高度。在拉动过程中，注意保

持测力计示数稳定，并记录下测力计的示数。

(4)测量高度：使用刻度尺测量重物上升的高度和细绳自由端移动的距离，并记录下来。

(5)计算有用功和总功：根据公式上有=Gh和忆总=Fs,分别计算有用功和总功。其中，G为重物的重力，h

为重物上升的高度；F为拉力，s为细绳自由端移动的距离。

(6)计算机械效率：根据公式n=(W_有/W_总)X100%,计算滑轮组的机械效率。

4.注意事项

(1)在实验过程中，要保持滑轮组处于稳定状态，避免晃动或倾斜。

(2)在测量拉力时，要确保测力计与细绳保持竖直方向，并避免测力计与滑轮组之间的摩擦。

(3)在测量高度时，要注意刻度尺的精度和读数方法，确保测量结果的准确性。

(4)在计算过程中，要注意单位的统一和计算的准确性。

5.实验结论

通过测量滑轮组的机械效率实验，我们可以得出滑轮组的机械效率与滑轮组的结构、摩擦等因素有关。在实际

应用中，我们可以通过优化滑轮组的结构、减小摩擦等方式来提高滑轮组的机械效率。

三、测量斜面的机械效率

1.实验目的

(1)掌握测量斜面机械效率的方法和步骤。

(2)理解斜面机械效率与斜面光滑程度、倾斜程度等因素的关系。

(3)培养实验操作和数据处理的能力。

2.实验器材

斜面、小车、弹簧测力计、米尺、铁架台等。

3.实验步骤

(1)搭建实验装置：将斜面固定在铁架台上，确保斜面稳固且能够调节角度。将小车放在斜面的底端。

(2)测量并记录数据：使用弹簧测力计沿斜面缓慢拉动小车至顶端，注意保持小车做匀速直线运动。同时，

用米尺测量斜面的长度和小车上升的高度。记录下拉力的大小、斜面的长度和高度。

(3)改变斜面条件：通过改变斜面的光滑程度(如增加或减少摩擦)或倾斜角度，重复上述实验步骤，获取

多组数据。

(4)计算机械效率：根据斜面机械效率的公式n=Gh/Fs,其中G为小车的重力，h为小车上升的高度，F为拉

力大小，s为斜面长度，计算每次实验的机械效率。

4.注意事项

(1)在实验过程中，要确保小车沿斜面做匀速直线运动，以便准确测量拉力。

(2)在测量斜面的长度和高度时，要注意刻度尺的精度和读数方法，确保测量结果的准确性。

(3)在计算机械效率时，要注意单位的统一和计算的准确性。

5.实验结论

通过测量斜面的机械效率实验，可以得出以下结论：

斜面的机械效率与斜面的光滑程度和倾斜角度有关。一般来说，斜面越光滑、倾斜角度越小，机械效率越高。

在实际生活中，可以通过优化斜面的设计，如减小摩擦、调整倾斜角度等方式来提高斜面的机械效率。

专题训练

考向一：探究杠杆的平衡条件

1.（2023•山东荷泽•中考真题）用相同规格的钩码做“探究杠杆的平衡条件”实验，完成下列问题。

（1）实验前杠杆状态如图甲所示，应当向调节平衡螺母使杠杆呈水平状态;

（2）如图乙所示，在杠杆支点的左侧/点悬挂若干钩码，在支点的右侧悬挂1个钩码，发现无论怎样调节右边钩

码的位置，都不能使杠杆呈水平。为使杠杆水平，可以通过（只填一种可行的操作即可）来实现；

（3）调整后继续实验，从支点处缓慢向右移动钩码，直到杠杆再次呈水平，同时记录左、右两侧悬挂的钩码

和的大小。

（4）杆秤是利用杠杆平衡原理制成的测量物体质量的工具。如图丙所示某杆秤的0刻度距离提纽1cm,秤钩到提

纽的水平距离为5cm,秤坨的质量为0.5kg。则提纽右侧距离提纽5cm处的刻度值应为kg。

2.（2023•辽宁阜新•中考真题）小新利用如图所示实验装置进行"探究杠杆的平衡条件”实验。

（1）如图甲所示已静止的杠杆，将平衡螺母向调节，使其在水平位置平衡；

（2）多次改变钩码的个数和位置，并使杠杆在水平位置平衡（如图乙所示），得到如下实验数据。分析数据可总

结出杠杆的平衡条件是，

次数动力动力臂阻力臂121cm

F7/N///cm阻力B/N

11.0100.520

21.5101.015

32.0151.520

（3）实验中多次改变力和力臂的大小，目的是

（4）如图丙所示的剪刀属于杠杆，工人师傅用该剪刀修剪树枝时，应把树枝放在剪刀的________位置,

树枝最容易被剪断（选填或"C"）o

3.（23-24九年级上•江苏徐州•阶段练习）小飞用图甲装置来探究杠杆的平衡条件，弹簧测力计的量程为0~5N,杠

杆上每一格长10cm.

实验次序阻力FJN阻力臂Hem动力臂///cm动力Fi/N

143330

2418302.4

347.5301.0

（1）为便于测量力臂，弹簧测力计应沿竖直方向拉杠杆，并使之在_____位置平衡.其好处是。

（2）保持乙和力不变而改变以所获得的实验数据如表所示，第1次实验中弹簧测力计示数的放大图如图乙所示,

贝N,此时杠杆的类型与（筷子/老虎钳）相同。

（3）若实验中弹簧测力计没有竖直拉动，而是有点斜着拉的，则其示数会（选填偏大/偏小/不变/）-

（4）第3次实验中，左侧最多可以悬挂_____N的钩码，弹簧测力计仍可以保持平衡。

4.（22-23八年级下•河南南阳•阶段练习）如图，在"探究杠杆的平衡条件"实验中，每个钩码重均为0.5N,杠杆刻

度均匀。

（1）挂钩码前杠杆在如图甲所示的位置静止，若使杠杆在水平位置平衡，则应将平衡螺母向—移动，此时调节

杠杆在水平位置平衡的目的是

（2）某次实验中杠杆在水平位置平衡，如图乙所示，若两边钩码下方同时再加挂一个钩码，杠杆将—（选填字

母）；

A.仍在水平位置平衡B.右端下降C.左端下降

（3）如图丙所示，将弹簧测力计由1位置移动到2位置，杠杆始终在水平位置保持平衡，则在此过程中，弹簧测

力计的示数（选填"变大"、"变小"、"不变"），原因是；

（4）实验中需多次改变力和力臂，目的是：o

5.（23-24九年级上•江苏无锡•期中）小明在探究"杠杆的平衡条件”的实验中，采用了如图甲所示的实验装置（实

验中所用钩码均相同，杠杆质量均匀，相邻刻度线之间的距离相等）。

（1）实验前将杠杆放置在水平桌面上，杠杆静止时如图甲所示，接下来应将杠杆的平衡螺母向—（选填"左"或

"右"）调节，使杠杆处于水平静止状态；这样做的目的是

（2）图乙中杠杆恰好处于水平位置平衡，小明尝试在/点下方再加挂2个相同的钩码，为使杠杆保持水平平衡,

他可以将挂在B点的钩码向右移动—格;

（3）小刚同学用如图丙所示的装置进行探究，发现当杠杆水平平衡时，与小明同学得出的杠杆平衡条件不相符,

其可能的原因是—；

（4）某同学设计了如图丁所示的实验情景：测力计水平拉动，杠杆水平平衡。该同学的设想—（选填"符合"或"不

符合"）实际；

（5）实验中，改变力和力臂的大小多次实验得到多组数据的目的是

考向二：测量滑轮组的机械效率

6.（2023,湖南怀化•中考真题）提高机械效率能够充分发挥机械设备的作用，一组同学在“测量滑轮组的机械效率"

实验中，实验测得的数据如表所示。

次数物体的重力G/N提升的高度/z/m拉力尸/N绳端移动的距离s/m机械效率〃

120.110.366.7%

230.11.40.371.4%

340.11.80.3

440.21.80.674.1%

（1）实验中应尽量竖直向上_____（选填"匀速"或"加速"）拉动弹簧测力计；

（2）计算出第3组实验的有用功J,机械效率是（结果精确到0.1%）；

（3）分析比较第1、2、3次实验数据可以判定，使用同一个滑轮组提升物体时，被提升的物体越重，滑轮组的机

械效率（选填"越高"或"越低"或"不变"）；分析比较第3、4次实验数据可得，机械效率与物体上升的高度—

（选填"有关"或"无关"）。

7.（23-24九年级上•江苏徐州•阶段练习）如图是智慧小组"测滑轮组的机械效率"的实验装置，测得的实验数据如

表。

实验次数物重G/N物体上升高度h/m拉力F/N绳端移动距离s/m机械效率n

110.10.60.355.6%

220.11.00.366.7%

340.11.80.3

（1）实验过程中，应竖直向上_______拉动弹簧测力计；

（2）第三次实验中滑轮组的机械效率是；

（3）分析表中实验数据可知，同一滑轮组，物重_______,滑轮组的机械效率越高；

（4）若在第三次实验中，物体上升的速度为0.1m/s,则拉力尸的功率为W；

（5）创新小组也利用重为IN、2N、4N的物体进行了三次实验，每次测得的机械效率均大于。智慧小组的测量值,

则创新小组测量值偏大的原因可能是（填字母）;

A.测拉力时，弹簧测力计未调零，指针指在零刻度线下方

B.弹簧测力计每次拉动物体时均加速上升

C.所使用的动滑轮的重力小于智慧小组

（6）若动滑轮的自重为0.5N,则第一次实验中，克服绳重以及摩擦做的功为J;

（7）若动滑轮的自重为0.5N,则额外功中克服重及摩擦做的功的占比将（不变、变小）；

（8）若想提高滑轮组的机械效率，除了（3）（5）中的方法请你给两个小组提出一个建议。

8.(23-24九年级上•江苏徐州•阶段练习)某小组在〃测滑轮组机械效率的实验〃中得到的数据如表所示，实验装置

如图所示.

实验次序钩码重/N钩码上升的高度/m绳端的拉力/N绳端移动的距离/m机械效率

140.12.70.274%

240.11.80.374%

380.13.10.386%

480.12.5

\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\

甲乙丙丁

(1)实验中应沿方向缓慢匀速拉动弹簧测力计；

(2)小组同学发现实验过程中边拉动边读数，弹簧测力计示数不稳定，应该静止时读数，你认为他的想法

(正确/不正确)，因为他没有考虑到对滑轮组机械效率的影响；

(3)用图丁装置进行实验，得出表中第4次实验数据，则表中的机械效率为；

(4)通过比较(填序号)两次实验数据得出结论：使用同一滑轮组提升同一重物时，滑轮组的机械效率与绳

子绕法无关；

(5)比较3和4两次实验数据可知滑轮组的机械效率主要与有关。

9.(22-23九年级下•安徽马鞍山•开学考试)小景同学在〃测滑轮组机械效率的实验〃中得到的数据如表所示，实验

装置如图所示。

实验钩码重钩码上升的绳端的拉力绳端移动的距

机械效率

次数（N）高度（m）（N）离（m）

140.12.70.274%

240.11.80.374%

380.13.10.386%

480.12.50.480%

（1）小景同学发现实验过程中边拉动边读数，弹簧测力计示数不稳应该静止读数，你认为他的想法（选

填"正确"或"不正确"），因为她没有考虑到对滑轮组机械效率的影响；

（2）通过比较两次实验数据得出结论：使用同一滑轮组提升同一重物时，滑轮组的机械效率与绳子股数

无关；（填实验次数的序号）

（3）通过比较3、4两次实验数据可得出结论：.

甲乙丙丁

10.（22-23九年级下•河北衡水•阶段练习）城市建筑工地上的塔吊，是用电动机来带动滑轮组提升重物的设备。如

何提高滑轮组机械效率，节约电能呢？为此同学们用相同的滑轮成不同的滑轮组进行了"影响滑轮组机械效率因素"

的实验探究，如图所示。实验数据记录如下表所示。

实验次数钩码重力G/N钩码上升高度h/m绳端拉力F/N绳端移动距离s/m机械效率〃

140.12.70.274%

240.11.80.374%

380.13.20.383%

480.12.70.4

（1）实验中应沿竖直方向拉动弹簧测力计;

（2）第4次实验的机械效率为,并在图丁中画出相应的滑轮组绕线方法―；

（3）通过比较两次实验数据可得出：同一滑轮组提升的物体越重，滑轮组机械效率越高；

（4）利用图甲的滑轮组提升相同的物体时，仅增大提升物体的高度，滑轮组的机械效率（选填"变大""变小"

或"不变"）；

（5）若实验中绳子自由端所能承受的最大拉力是5N,忽略绳重和摩擦，甲、乙两个滑轮组中，甲的最大机械效率

（选填"大于""小于"或"等于"）乙的最大机械效率。

甲乙内1

11.（23-24九年级上•陕西西安•阶段练习）小明在测量滑轮组机械效率的实验中，所用装置如图所示，实验中的每

一个钩码重2N,测得的数据如下表所示：

abc

物理量实验次数钩码总重G/N钩码上升的高度h/m测力计示数F/N测力计移动距离s/m机械效率〃

140.11.80.374%

260.12.40.383%

340.11.40.557%

440.21.11.057%

（1）实验中测绳端拉力厂时，应沿竖直方向尽量________拉动弹簧测力计；

（2）实验中读取弹簧测力计的示数时应在_________（静止/拉动过程）中读数；

（3）分析表中数据可知：第3次实验是用图做的；［选填（a）/（b）/（c）］

（4）分析第1、2次实验数据可知：使用同一滑轮组，可以提高滑轮组的机械效率；由第1、3次实验数

据可知：降低滑轮组的机械效率的因素是;

（5）分析第次实验数据可知，滑轮组的机械效率与物体被提升的高度关。

12.（23-24九年级上•江苏南京•阶段练习）在"探究动滑轮工作时的特点”活动中，小明用如图所示的滑轮组提升钩

码，改变钩码的数量，在正确操作的情况下，测得的实验数据如下。

实验序号钩码重G/N钩码上升高度h/cm拉力//N绳端移动的距离s/cm

11.0101.130

22.0101.730

33.0102.330

（1）实验时，用手竖直向上拉动弹簧测力计，读出弹簧测力计的示数；

（2）分析表中数据发现，实验中所用动滑轮的重力一定小于N；

（3）第①次实验中，动滑轮的机械效率为（保留一位小数）；

（4）从实验数据可得出实验结论：同一滑轮组，,机械效率越高。

（5）以下情形导致测得的机械效率偏大的是0

A.加速拉动弹簧测力计

B.弹簧测力计读数错误，致使结果偏大

C.钩码有磨损，导致实际质量比标注质量小

D.弹簧测力计的指针在零刻线以下，未调零测量拉力

（6）小明进一步研究，计算出每一组总功与有用功和克服动滑轮重力的功的差值△乃沙作-少希-少给，根据表格

中的数据，发现重物的重力越大，差值△少（选填"越大""越小"或"不变"），请你利用所学知识对此作出

解释：o

考向三：测量斜面的机械效率

13.（23-24九年级上•江西南昌・期中）【探究名称】探究斜面机械效率与什么因素有关

【问题】某同学发现公共场所为残障人士设计的无障碍通道是斜面，学习了机械效率知识后，他想了解斜面的机械

效率跟什么因素有关呢？他猜想：

A.斜面的机械效率可能跟斜面的倾斜程度有关；

B.斜面的机械效率可能跟斜面的粗糙程度有关；

C.斜面的机械效率可能跟物重有关。

【证据】

为了证实这些猜想是否正确，于是，该同学与小组其他成员一起用斜面、木块、钩码、刻度尺、弹簧测力计等器材

设计方案，并利用如图装置按如下步骤进行了实验。

①利用弹簧测力计测量出木块的重力G,记录在表格中；

②用弹簧测力计拉着木块，从斜面的底端匀速运动到顶端，记录弹簧测力计的示数尸；

③利用刻度尺测量出木块上升的高度〃和沿斜面移动的距离s,记录在表格中；

④保持木块重力和斜面的粗糙程度不变，通过移动木板下的木块位置来改变斜面的倾斜程度，重复上述步骤，并记

录数据在表格中；

⑤保持斜面倾斜角、粗糙程度不变，通过在木块上增加钩码的方法来改变物重，重复①〜③步骤，并记录数据在

表格中；

⑥保持物重、斜面倾斜角不变，在斜面上铺一条毛巾，重复①〜③步骤，并记录数据在表格中。

记录相关数据，如下表：

实验斜面物重拉力上升的高沿斜面移动有用功总功机械效率

次数材料G/NF/N度力/m的距离s/m%f/J%./J〃/%

1木板21.40.410.81.457

2木板21.60.611.21.675

3木板43.20.612.43.2

4毛巾43.40.612.43.471

【解释】

（1）第三次实验的斜面机械效率为;

（2）分析实验1、2数据可得知：物体的重力和斜面的粗糙程度均相同时，斜面的倾斜程度越大，机械效率越:

（3）对比实验2和3数据可得知：斜面的粗糙程度和倾斜程度相同时，斜面的机械效率跟物重____;

（4）分析实验3和4数据可得知：斜面倾斜程度和物重相同，斜面越粗糙，机械效率越o

【交流】

（1）该实验中用弹簧测力计拉着木块沿斜面向上匀速运动时，木块受到的拉力摩擦力（选填"等于"或"不等

于"）；

（2）分析上表中的数据，还可以得出结论：使用斜面可以省;

（3）该实验的不足之处是：。

14.（22-23九年级上•江苏连云港•期末）下表是小宇同学利用光滑斜面探究活动时记录的实验数据，实验装置如图

所示。

测量次数F/Ns/mG/NH/mFs/\G/z/J

132200.366

24.523003—9

362400.31212

（注：厂是拉力的大小，s是小车通过的距离，G是小车所受的重力，//是上升的高度）

（1）将表格中的数据填写完整：:

（2）测量厂时要求小车做运动；

（3）小宇通过探究得到的实验结论是：使用光滑斜面时拉力所做的功（">"、"="或"<"）斜面克服小车重

力做的功；也就是说使用斜面________（"省"或"不省"）功。

15.（23-24九年级上•广东惠州•阶段练习）如图，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，收集了下表的实验数据。

（1）第1次实验中，木块所受摩擦力为N；（计算结果保留1位小数）

（2）分析表中的数据可得出：在其他条件一定时，斜面越缓，越（选填"省"或"费"）力；斜面越陡，机械效

率越（选填"高"或"低"）；

实验次数斜面的倾斜程度物块重力G/N斜面高度h/m拉力F/N斜面长度s/m机械效率q

1较缓50.22.4141.7%

2较陡50.53.2178.1%

3最陡50.74.3181.4%

（3）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，保持斜面高和长分别是0.5m