机械效率实验(斜面)

一、创设情景，导入新课师：工人往高处搬重物时，一般会用什么方法？生：用木板搭成一个斜面，把重的东西推上去或拉上去。

师：为什么这么做呢？生：因为斜面可以省力。

师：斜面这种省力的机械，在生活中有许多运用，同学们都见过哪些斜面？生：盘山公路就是一个大斜面。

（大屏幕）师：还有吗？生：我们骑自行车上坡时，走S形路线会更容易一些。

也是利用了斜面可以省力。

师：这盘山公路像不像S形？师：桥梁的引桥也是一个斜面，而且桥面越高，引桥也越长。

（大屏幕）师：既然使用斜面可以省力，那能不能省功呢？生：不能。

因为使用任何机械都不能省功。

师：说得很好。

实际上使用任何机械都会不可避免的做一些额外功，这样使得有用功总是小于总功，有用功占总功的百分比就是机械效率，我们用它来描述利用机械做功的效率，那么斜面的机械效率到底与哪些因素有关呢？它的省力情况与它的机械效率有什么关系吗？二、合作交流，解读探究1．提出问题：师：这节课我们就一起来探究斜面的机械效率。

师：我们利用斜面做功时，目的是把物体抬到一定高度处。

我们不把它竖起提升，而是沿着斜面把它拉上去，这是为了省力。

演示：请看这里，沿斜面拉物体时，什么是有用功？什么是总功？如何计算斜面的机械效率？生：克服物体重力所做的功是有用功，拉力所做的功是总功。

师：我们需要哪些测量仪器？需要测量哪些物理量呢？生：需要弹簧测力计和刻度尺。

要测出物体重力，斜面高度，拉力，斜面长度。

师：你们准备怎样测量拉力的大小？生：用弹簧测力计钩住物体，沿斜面匀速向上拉，读出测力计的示数即为拉力的大小。

师：知道了如何测量斜面的机械效率了，同学们猜想一下，斜面的机械效率可能与哪些因素有关呢？2．进行猜想：生：斜面的机械效率可能与斜面的高度、斜面长度、倾斜程度、斜面坡度、斜面粗糙程度、所拉物体重力有关。

（大屏幕）师：能说说你们的猜想依据吗？生：我觉得可能与斜面的粗糙程度有关，斜面越粗糙，克服摩擦力所做的额外功就越多，机械效率越低。

斜面的机械效率
斜面机械效率公式为:η=W
有/W
总
=Gh/Fs。

斜面机械效率的推导
（G为物体重量，h为斜面竖直高度，F为拉力大小，s为斜面长度.）
推导公式：η=sinθ/μcosθ+sinθ
（θ为斜面倾角，μ为滑动摩擦系数）
推导过程：如图，将物体重力垂直分解为垂直于斜面的力F⊥和平行于斜面的力F∥，则:
η=W有/W总=Gh/Fs=Gh/（f+F')s=Gh/（μF⊥+F∥）s=Gsinθ*s/(μGcosθ+Gsinθ）＊s=sinθ/μcosθ+sinθ
机械效率的意义
（1)机械效率是反映机械性能的优劣的重要标志之一.总功等于有用功与额外功之和，因而有用功只占总功的一部分。

显然，有用功所占比例越大，机械对总功的利用率就越高，机械的性能就越好。

物理中，用机械效率来表示机械对总功的利用率。

(2）在计算机械效率时，注意物理量名称所标示的意义.总功:即动力对机械所做的功，称之为动力功,也叫输入功。

理想机械：W
总=W
有用
,W
输入
=W
输出，
W
动
=W
阻。

结论：在其他条件一定时,斜面表面越粗糙，机械效率越低
4、研究斜面的机械效率与物体的重量的关系。

＊此处为51％是因拉力四舍五入所致。

结论:机械效率与物体重量无关。

学科：物理学段：学生姓名教师联系电话：教学内容滑轮和斜面的机械效率实验探究专题教学目标1、探究“滑轮、斜面的机械效率”实验2、机械效率的分析3、额外功的来源及重点分析教学重、难点1、实验过程中的细节步骤关注2、实验数据的处理3、有用功、额外功、总功之间的关联复习导入：观察下图的图片，体会利用机械做功时额外功的来源．想一想减少额外的方法．【探究影响滑轮组机械效率的因素】〖原理〗〖方案〗需要测量的物理量有：、、、。

〖器材〗铁架台、滑轮组、钩码、、。

〖注意〗实验时应、拉动弹簧测力计。

〖讨论〗测量时，若突然用力拉动，则测得的机械效率将；若在弹簧测力计静止时读数，则测得的机械效率将；若弹簧测力计没有竖直向上拉，则测得的机械效率将。

〖分析〗（1）同一动滑轮，提升重物至同样高度，物重增加，做的有用功 ，额外功 ，总功 ，机械效率 ；（2）提升同一重物至同样高度，动滑轮越重，或使用的动滑轮越多，做的有用功，额外功 ，总功 ，机械效率 。

〖总结〗〖质疑〗如果没有刻度尺，如何测出滑轮组的机械效率？拓展：滑轮组的机械效率（不计摩擦）物轮轮物物轮物物额外有用有用总有用G G G G G hG h G h G W W W W W +=+=+=+==11η因此滑轮组的机械效率与物重与轮重有关：（1）滑轮越重，滑轮组的机械效率越低，可以理解为滑轮越重，做的额外功越多； （2）物体越重，滑轮组的机械效率越高，可以理解为做的有用功多，机械效率越高例1：小明在测量滑轮组机械效率的实验中，所用装置如图所示，实验中每个钩码重2N ，测得的数据如下表：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η140.11.80.32 6 0.1 2.4 0.3 83% 34 0.1 1.4 0.5 57% 440.21.41.057%（1）在实验中，测绳端拉力F 时，应尽量竖直向上＿＿＿＿拉动弹簧测力计且在拉动过程中读数。

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。

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F ‎1 ④ 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F ‎2 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。

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。

测量斜面的机械效率
实验目的：测斜面的机械效率。

实验器材：弹簧测力计1个、刻度尺1把（米尺）、细线、木板1块、斜面（带刻度的长木板）1块、带钩的方木块块。

实验原理：利用斜面测定有用功和总功，根据:η=W有/W总=Gh/Fs测定它的机械效率。

设计实验：
（1）测量斜面的机械效率，需要测量哪些物理量：。

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，改变木块的位置，逐渐增加斜面的高度，再做2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
分析与论证：
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”）。

交流与讨论：
1．实验中还有哪些不足？是否存在以下问题：测量拉力的时候，不能保证匀速拉动物体
．．．．．．．．，而且弹簧测力计不是固定的，而是运动的，不便于读数，拉力的测量误差比较大。

斜面长度和斜面高度的测量也存在一些误差。

所以我们在测量的时候，都要非常的细心，这样才能提高实验的成功率。

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。