初中物理简单机械的机械效率探究题赏析

摘 要： 探究简单机械的机械效率是各地中考的热点，掌握斜面、滑轮组、杠杆的机械效率和什么因素有关和什么因素无关，是做对此类题目的关键。此文就三道典型的中考题的赏析，以期对同学们解决此类问题有所帮助。

关键词： 初中物理教学 中考探究题 简单机械 机械效率

在初中物理教学中，简单机械是力学的一个重点知识，除了研究它是否省力以外，还可研究不同的力所做的功，即简单机械的机械效率。无论什么版本的物理教材都把测简单机械的机械效率作为学生必做的实验，有关简单机械机械效率的探究题也经常出现在各地中考的物理试卷中，由于此类题目综合性较强，学生如果知识掌握不清，往往易造成丢分，现选精彩的三道题目，供大家欣赏评价，希望对同学们解决此类问题有所帮助。

1.探究斜面的机械效率

例1：下图是某小组同学测量斜面机械效率的实验装置。实验时，用木块将带有刻度的平木板垫起，构成一个斜面。

（1）用弹簧测力计拉着小车从底端位置A沿斜面匀速运动到位置B。弹簧测力计的示数为1.1N，此时斜面的机械效率为？摇 ？摇。

（2）若将木块向右移，使木块左端与长木板90cm处对齐，重复（1）中的实验，弹簧测力计的示数为0.8N，此时斜面的机械效率为？摇 ？摇。比较（1）、（2）可知，斜面的机械效率与斜面的？摇 ？摇有关。

（3）若将小车四轮朝上倒置，重复（2）中的实验，则弹簧测力计示数变？摇 ？摇，机械效率变？摇 ？摇。比较（2）、（3）可知，斜面的机械效率与接触面的？摇 ？摇有关。

分析：考查知识：物体在斜面上匀速运动时受4个力，如下图，期中克服重力做的功是有用功W■=Gh；拉力做的功是总功W■=FS；克服摩擦力做的功是额外功W■=fs；支持力N不做功。由W■=W■+W■有FS=Gh+fs；把重力分解，再利用数学公式，可推导出斜面效率：

η=■=■=■=■

可见：斜面的机械效率只和斜面的粗糙程度μ、倾斜程度α有关；斜面越粗糙，需克服摩擦力做的额外功越多，机械效率越小；斜面越陡峭，ctanα越小，机械效率越大。和物重G、物体在斜面上运动的距离s无关。

既然斜面的效率和物体在斜面上运动的距离无关，那么在第一问中物体从A运动到B和运动60cm的效率相同，可见无必要对AB的长度读数。

解：（1）可认为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：倾斜程度。

（3）大；小；粗糙程度。

2.探究滑轮组的机械效率

例2：下表是小明测滑轮组机械效率时收集的有关数据。

（1）请在图中画出实验中滑轮组的绕绳方法。

（2）第3次实验时滑轮组的机械效率为？摇 ？摇。

（3）用同一滑轮组提升不同重物至同一高度，提升的物重增加时，除克服动滑轮重和绳重所做的额外功外，其他额外功将？摇 ？摇（选填“变大”、“变小”或“不变”）。进一步分析可知，在动滑轮和绳重一定的情况下，该滑轮组的机械效率与？摇 ？摇和？摇 ？摇有关。

（4）第一次实验中，钩码上升0.1m所用的时间为1.5s，则绳端拉力的功率为？摇 ？摇W。

分析：（1）由s=3h的关系知，3段绳子承担重物，绕绳方法略。

（2）η=■=■=66.7%。

（3）此问必须明确“其他额外功”指的是什么？指克服摩擦力做功。而摩擦力和压力大小、接触面的粗糙程度有关。故此问分别填：变大；物重；摩擦力大小。

（4）拉力F=0.7N，绳端移动s=0.3m，时间t=1.5s，而钩码上升0.1m的条件是迷惑你的，和拉力做功的功率无关。故：

p=■=■=■=0.14w

小结：滑轮组的机械效率和物重、动滑轮重、绳重及轮轴间的摩擦力大小有关。克服物重所做的是有用功，克服动滑轮重、绳重及轮轴间的摩擦力所做的是额外功；和绳子的绕法、物体被提升的高度、提升的速度无关。

3.探究杠杆的机械效率

例3：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？摇 ？摇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？摇 ？摇%。请写出使用该杠杆做额外功的一个原因：？摇 ？摇。

（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：

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：？摇 ？摇；

请简要说明两条理由：①？摇 ？摇；②？摇 ？摇。

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■=Gh=1N×0.1m=0.1J，总功为W■=Fs=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，以及在杠杆转动的过程中，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。

注意：钩码悬挂点的位置变化了，阻力臂的大小就发生了变化，就相当于换了一个杠杆，当然机械效率会变化。此题若摩擦力做功不计，钩码重不变，仅将位置从A移到B，假设把杆杠提升物体的初末位置相同，即杠杆重心上升高度相同，则W■不变，但由图3可知，钩码上升的高度增加了，即W■增大。机械效率会变高。

可见：机械效率的探究题实际上还是以探究的形式考查相关的物理知识，只有系统地掌握简单机械在工作时影响效率变化的原因，才能让自己在解题中立于不败之地。

参考文献：

[1]周国霞.中学生数理化（初中版.中考版）.探究机械效率典型题解析，2011，11.

[2]李盛.略谈斜面的机械效率.中学物理，2011，16.