【实验】探究斜面的机械效率

在九年级物理课本第15章《功和机械能》的第二节里有这样一个探究实验：探究斜面的机械效率。

其中有这样一个结论：影响斜面机械效率的因素有：1、斜面的倾斜程度，斜面越倾斜，拉力越大，机械效率越高；2、斜面的粗糙程度，斜面越粗糙，拉力越大，机械效率越低。

整个结论的得出，是通过实验，控制其中一个变量，改变另一个变量，比较实验数据得出的。

那么它的理论推理是怎样的呢？
斜面高为H，长为S，物体重为G，斜面与水平面的夹角为θ,拉力大小为F，斜面的摩擦系数为μ。

求该斜面的机械效率为多少？
首先要将重力G进行力的分解，根据“平行四边形法则”可将重力G分解为沿斜面向下的力F2和对斜面的压力F1。

F1=GCosθ F2=GSinθ
其中分力F1与斜面对物体的支持力构成一对平衡力。

沿斜面向下的分力F2、斜面和物体间的摩擦力与拉力F构成平衡力。

拉力F=F2+f=GSinθ+GCosθμ
那么斜面的机械效率为：
η=W有/W总=GH/FS=GH/(F2+f)
=GSSinθ/(GSinθ+Gcosθμ)S
分式上下约掉G和S,可得：
η=Sinθ/Sinθ+cosθμ
分式上下都除Sinθ可得：
η=1/1+cotθμ
余切函数Cotθ是单调递减函数，θ越大，其值越小，分数越小，效率越高。

斜面越粗糙，其摩擦系数越大，分数越大，效率越低。

实验名称：探究斜面的机械效率提出问题：斜面也是一种机械，那么使用斜面能否省功，若不能省功斜面的机械效率与哪些因素有关？它的省力情况与机械效率又有什么关系呢？我们该如何测量并探究斜面的机械效率呢？猜想与假设：1．使用斜面不能省功。

2．斜面的机械效率跟它的倾斜程度有关。

斜面倾斜程度越大，机械效率越高。

3．斜面的机械效率与斜面粗糙程度有关，斜面越粗糙，机械效率越高。

设计实验：要证明同学们的猜想是否正确，最好的办法就是做实验，但是在做实验之前，我们必须先设计好实验方案。

讨论完成以下问题：（1）当一个物理量与几个因素有关时，我们用控制变量方法来进行实验。

（2）探究斜面的机械效率，需要测量哪些物理量：物重G、拉力F、重物上升的距离h、弹簧测力计移动的距离S。

（3）我们需要哪些测量仪器：弹簧测力计刻度尺。

（4）斜面的机械效率表式：。

（5）你准备怎样测量拉力大小沿斜面匀速向上拉动物体时的拉力。

实验器材：一块长木板、小车、弹簧测力计、刻度尺、几块不相等的木块、毛巾、玻璃、细绳。

实验过程：1．用弹簧测力计测得小车的重力G。

2．用长木板和木块装置成如图所示的斜面，把小车通过细绳与弹簧测力计连接，沿斜面拉动弹簧测力计，把小车匀速拉上斜面。

3．分别从弹簧测力计上读出拉力F，并用刻度尺测出小车移动的距离S和升高的高度h。

4．保持斜面的长度不变，换用不同高度的木块，逐渐增加斜面的高度，做3次实验。

分别将实验数据记录在表格中。

5．保持斜面的高度不变，换用不同的材料铺在木板上，改变斜面的粗糙程度，做3次实验。

分别将实验数据记录在表格中。

设计实验表格表格一表格二3．进行实验：下面就开始实验吧。

同学们边做实验边记录数据。

分析与论证：对实验数据的结果进行分析：1．实验表明，使用斜面______省功（选填“能”或“不能”）。

2．在使用光滑程度一样的斜面，斜面越陡，越________（选填“省力”或“费力”），斜面的机械效率越______（选填“高”或“低”）。

斜面机械效率公式为：η=W有/W总=Gh/Fs。

探究斜面机械效率的实验猜想：斜面的倾斜程度越大，机械效率越高实验器材：斜面、木块、弹簧测力计、刻度尺（实验过程中，保持木块所受重力G不变，斜面长S不变，改变的是斜面的高度h和拉力F）实验步骤：(将所测数据填入表格一中)① 用弹簧测力计测出木块的重力G② 用刻度尺量出斜面的长度S和高度h1③ 用弹簧测力计拉木块做匀速直线运动，读出拉力F1④ 改变斜面的倾斜程度，量出斜面的高度h2⑤ 用弹簧测力计拉木块做匀速直线运动，读出拉力F2计算公式：W有1=Gh1 W有2=Gh2W总1=F1S W总2=F2S表格一：斜面的倾斜程度物体重量G/N斜面高度h/m沿斜面拉力F/N斜面长度s/m有用功W有/J总功W总/J机械效率较缓较陡附：试验参考数据（九（3）班哈瑞同学测得的数据）斜面的倾斜程度物体重量G/N斜面高度h/m沿斜面拉力F/N斜面长度s/m有用功W有/J总功W总/J机械效率较缓 1.5 0.09 0.5 0.7 0.135 0.35 38.5% 较陡 1.5 0.17 0.7 0.7 0.255 0.49 52% 结论：在其他条件一定时，斜面的倾斜程度越大，机械效率越高2、研究斜面的机械效率与物体斜面之间接触面大小的关系。

猜想：斜面的机械效率与物体斜面之间接触面大小无关实验器材：斜面、木块、弹簧测力计、刻度尺（实验过程中，保持木块的重量G不变，斜面长S不变，斜面的高度h不变，改变的是物体斜面接触面积，和拉力F）（建议有困难的学生选此实验）实验步骤：(将所测数据填入表格二中)① 用弹簧测力计测出木块的重力G② 用刻度尺量出斜面的长度S和高度h③ 把木块平放，用弹簧测力计拉木块做匀速直线运动，读出拉力F1④ 把木块侧放，用弹簧测力计拉木块做匀速直线运动，读出拉力F2计算公式：W有=Gh W总1=F1S W总2=F2S表格二：接触面大小物体重量G/N斜面高度h/m沿斜面拉力F/N斜面长度s/m有用功W有/J总功W总/J机械效率较小较大附：试验参考数据（仅供参考，不得死记硬背，要实事求是）接触面大小物体重量G/N斜面高度h/m沿斜面拉力F/N斜面长度s/m有用功W有/J总功W总/J机械效率较小 1.5 0.17 0.7 0.7 0.255 0.49 52%较大 1.5 0.17 0.7 0.7 0.255 0.49 52%结论：斜面的机械效率与物体斜面之间接触面大小无关3、研究斜面的机械效率与它的粗糙程度的关系。

九年级物理复习知识点专题提升训练机械效率测量实验1、用图示装置探究“斜面的机械效率”，实验记录如下表：（1）沿斜面拉动物体时，应使其做__________运动．（2）根据图中弹簧测力计的示数，可知第2次实验的机械效率为__________．由实验可得初步结论：斜面倾斜程度相同时，__________越小，机械效率越大．（3）第1次实验中，有用功为__________J，木块所受摩擦力为__________N．2、小明在“测滑轮组机械效率”的实验中，用如下左图所示的滑轮组进行了三次实验，实验数据如下表：(1)分析表中数据，回答以下问题：①表中有一个数据的记录是错误的，错误的数据是_______．②第3次实验中滑轮组的机械效率是_______．③滑轮组的机械效率与_______无关．(2)小红在小明实验的基础上多使用一个滑轮也做了实验，如右图所示．①小红多使用一个滑轮，目的是为了改变_____________________．②当这两位同学使用各自的滑轮组提升相同的重物时，若忽略绳重及摩擦，它们的机械效率_______（选填“相同”或“不相同”），理由是：______________．3、小亮看到工人利用斜面把货物推到小车上,联想到物理课上学到的知识,提出了以下两个问题:①斜面越缓越省力,是不是机械效率也越高呢?②对于同一个滑轮组,提升的物体越重,机械效率越高;对于同一个斜面,是不是所推的物体越重,机械效率越高呢?为了解决以上问题,小亮与几名同学一起用如图所示的装置进行了多次实验探究,记录的部分实验数据如下表:实验次数斜面倾角物重G/N斜面高度h/m沿斜面拉力F/N斜面长s/m有用功W有用/J总功W总/J机械效率η①45° 1 0.7 0.9 1 0.7 0.9 77.8%②30° 1 0.5 0.7 1 0.5 0.7 71.4%③30° 2 0.5 1.4 1 1 1.4 71.4%(1)在实验操作过程中,应沿斜面向上拉动物块;实验时要使木板和木块构成的斜面的倾角变大,应该把木板下面的木块向(选填“左”或“右”)移动.(2)通过对比实验①②的数据,得出的结论是:斜面越缓越省力,机械效率越.(3)通过对比实验(选填实验次数)的数据,得出的结论是:对于同一斜面,机械效率与所拉物体的重力.4、在“探究动滑轮的机械效率”时，某小组利用自重不同的两个动滑轮进行了如图所示的三次测量，数据记录如下：（1）完成表格中第3次数据（a）（b）（c）处的计算，填在下面的横线上：（a）____________ ；（b）___________ ；（c）___________ ．（2）通过比较_________ 两次实验数据（选填实验序号），可知动滑轮的机械效率与动滑轮的自重_________ （选填“有关”或“无关”）．（3）小明认为“同一个机械，它的机械效率是一个定值”，通过比较_______ 两次实验数据（选填实验序号），可知他的观点是______________ 的（选填“正确”或“错误”）．5、（1）图中测力计示数为N。

【考情分析】关于“实验：探究斜面的机械效率”这一节主要设计实验探究斜面的机械效率。

属于实验设计问题，是近年来中考的热点。

【知识点睛】探究斜面的机械效率斜面的机械效率与物体和斜面之间的摩擦有关，与斜面的倾斜程度有关，在进行实验探究时，要注意利用控制变量的方法。

注意实验的目的、实验的原理、实验的器材、实验数据的分析等。

【例题精讲】例1小明在探究“斜面的机械效率”的实验中，用长度S=0.50m的木板搭成一个斜面，用弹簧测力计将重力G=5.0N的物块从斜面底端匀速拉至斜面顶端．（1）小明在实验中，调整斜面的高度为h=0.22m，将物块从斜面底端匀速拉至顶端的过程中，弹簧测力计的示数F=4.0N，则有用功为_________J，机械效率为__________．（2）小明利用上述器材进一步研究发现，木板搭成倾角不同的斜面时，将物块从斜面底端匀速拉至斜面顶端的过程中，额外功W额外与斜面的水平长度L（木板在水平面上的正投影长度）有如下关系：通过数据分析，小明得出初步结论：W额外与L成______________比，小明查阅资料后证实此结论是正确的．根据此结论，当斜面的水平长度L=0.40m时，斜面的机械效率为_________；当木板平放在水平桌面上，水平匀速拉动木板上的物块时，弹簧测力计的示数为___________N．【试题解析】本题考查了求斜面效率、实验数据分析、求拉力问题。

（1）有用功W 有用=Gh=5N ×0.22=1.1J ，总功W 总=Fs=4N ×0.5m=2J ， 斜面的效率 1.1J =552JW %W η==有用总当木板平放在水平桌面上，斜面的水平长度L=S=0.50m ，设此时的额外功为W ， 045050090.m .m .J W=，1J W = 因为W fs =，物体做匀速运动，由平衡条件得：弹簧测力计的拉力F=f=2N答案:（1）1.1 55%（2）正 65.2% 2【总结】由功的计算公式求出有用功与总功，然后由效率公式求出斜面的效率例2 如图所示是某一学习小组探究“斜面的机械效率”实验装置及实验数据记录表：。

测量斜面的机械效率实验原理实验目的：
通过实验测量斜面的机械效率，了解斜面在力学上的应用和性能。

实验原理：
斜面是物理学中常见的简单机械装置，利用斜面可以减小所需
的力以提升物体或者改变物体的速度。

机械效率是指机械装置在能
量转换过程中的有效性，通常用来衡量机械装置的性能。

斜面的机
械效率可以通过实验来测量。

测量斜面的机械效率的实验装置通常包括一个斜面、一个物块、一个滑轮和一根绳子。

首先，将斜面倾斜放置，然后将物块连接到
绳子的一端，另一端通过滑轮固定在斜面上。

施加一个力使得物块
上升或下降，通过测量所施加的力和物块的位移，可以计算出斜面
的机械效率。

实验步骤：
1. 将斜面倾斜放置，并固定好。

2. 将物块连接到绳子的一端，另一端通过滑轮固定在斜面上。

3. 施加一个力使得物块上升或下降，记录下所施加的力和物块的位移。

4. 根据测得的数据，计算斜面的机械效率。

实验注意事项：
1. 确保实验装置的稳定性，避免发生意外。

2. 测量时要注意准确记录所施加的力和物块的位移，以保证实验数据的准确性。

3. 在实验过程中要小心操作，避免发生意外伤害。

通过这个实验，我们可以深入了解斜面的机械效率，并且通过实验数据的分析，可以进一步探讨斜面在力学上的应用和性能。

这对于物理学和工程学的学习都具有重要意义。

探究斜面的机械效率
【实验目的】探究当时，斜面的机械效率与的关系。

【实验原理】
请思考:1.怎样计算总功：
2.怎样计算有用功：
3.实验中需要测量哪几个物理量：
【实验装置】
【设计并进行实验】
一、实验过程：
①测量，记录数据；
②把小木块用弹簧测力计沿斜面向上拉；分别记录拉力、木块沿斜面移动的距离、木块上升的高度；
③改变斜面的，重复步骤②的操作，再测两次斜面的机械效率。

二、记录数据：
斜面倾斜程度木块重力
G/N
斜面高度
h/m
沿斜面拉
力F/N
沿斜面移动
距离s/m
有用功
W有/J
总功
W总/J
机械效
率
较缓 5
较陡 5
最陡 5
三、注意事项：
①要拉动物体。

②拉力要与斜面。

③及时记录数据。

【结论】当相同时，斜面越平缓越力，机械效率越。

【补充】当相同时，斜面越光滑越力，机械效率越。

实验专练（斜面机械效率）物理精选练习1．物理学习兴趣小组的同学们利用如下图所示的装置探究了斜面的机械效率跟什么因素有关。

下表是他们在同一斜面上沿斜面拉动木块匀速向上运动时得到的数据和根据数据计算出的机械效率，请你利用这些数据计算和回答下列问题。

所用的时间为5s，求木块移动的速度及拉力对木块做功的功率；（2）计算第3次实验斜面的机械效率；（3）比较实验结果可以得出：在接触面粗糙程度和木块沿斜面移动的距离相同的情况下，影响斜面机械效率的因素是＿＿＿＿。

2．探究“斜面的机械效率”的实验装置如图所示，某实验小组提出了“斜面的机械效率与斜面的倾斜程度有关”的猜想：下表是该小组根据此猜想进行实验所记录的数据：（1）请将表格中空格处的数据填写完整；（2）由以上表格小明得出“斜面越陡机械效率越高”的结论，要得到此结论需要控制不变的因素有：①＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿ ②＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿ ③＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿（3）分析表格中的实验数据还可推知：高度相同的斜面，越长越＿＿＿＿（填“省力”或“费力”）；斜面在我们生活中的应用有＿＿＿＿＿＿＿＿（只写出一条即可）。

3．如图所示是某一学习小组探究“斜面的机械效率”实验装置及实验数据记录表：（1）沿斜面拉动木块时，为使测力计的示数稳定，应尽量使木块做＿＿＿＿＿运动．（2）比较表中“物块重”和“＿＿＿＿＿＿＿＿”两栏对应的数据，可知斜面是一种＿＿＿＿＿＿（选填“省力”或“费力”）的简单机械．（3）本实验研究了＿＿＿＿＿＿对斜面机械效率的影响，其影响规律是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿．4．在“探究斜面的机械效率”实验中，小明猜想斜面的机械效率可能跟斜面的粗糙程度有关，小聪猜想可能跟斜面的倾斜程度有关。

如图所示是他们设计的实验装置，下表是其中一位同学在其它条件一定时的实验数据。

斜面的 倾斜程度 物块重/N 斜面 高/m 沿斜面 拉力/N 斜面长/m 机械 效率较缓 10 0.1 5.0 1 20% 较陡 10 0.3 6.7 1 45% 最陡 10 0.5 8.4 1 60% sh的猜想，结论是：在其它条件一定时，斜面＿＿＿＿，机械效率越高。

探究滑轮组（斜面）机械效率中考题欣赏：(2011年29题)好动脑的同学们在甲装置木板右端又垫了一个木块，来探究斜面的机械效率。

实验前他们分析：“由于斜面不是光滑的，沿斜面向上拉物体，必定要克服摩擦做额外功，斜面的机械效率一定受摩擦力的影响”。

于是他们做了如图丁所示的实验，实验时，用弹簧测力计拉着物体沿斜面做运动。

实验表格如下：根据所给数据算出第 2 次实验中所做额外功为 J ，斜面的机械效率为。

根据表中的数据可以得出：斜面粗糙程度一定时，斜面越倾斜该物体所受的摩擦力越，机械效率越。

变式训练：1.在湛江港码头，小华看到工人利用斜面把货物推到车上，联想到上物理课时老师讲过的知识，小华想探究斜面的机械效率可能与哪些因素有关？小华提出了以下的猜想：A．斜面的机械效率可能与物体的重力有关．B．斜面的机械效率可能与斜面的倾斜程度有关．小华同学为了证实自己的猜想是否正确，于是他用同一块木板组成如图12所示的装置进行了实验探究，记录的实验数据如下表：实验次数斜面倾角θ物块重量G/N斜面高度h/m沿斜面拉力F/N斜面长S/m有用功W有/J总功W总/J斜面的机械效率①300 5.0 0.6 4.2 1.2 3.0 5.0②300 3.0 0.6 2.5 1.2 1.8 60%③450 3.0 0.8 2.8 1.2 2.4 3.4 71%（1）在实验操作过程中，应沿斜面向上________拉动木块；实验时要使木板的倾斜角变大，应该把木板下面的木块向_________移动（填“左”或“右”）．（2）根据表格中数据，第①次实验斜面的机械效率为_______%，第②次实验中总功为______J．（3）通过对比实验①、②数据，可验证小华的猜想_________（填写字母）；通过对比实验②、③数据，可以得出的探究结论是：在其它条件相同时，_____________________．（4）此实验主要用到的研究方法是__________．（5）除了小华的猜想以外，请你猜想斜面的机械效率还可能与______（写出一个）有关．2.如图所示，在“测滑轮组机械效率”实验中，物体重为5.4N。