功和機(jī)械能實(shí)驗(yàn)探究題攻略

管　余

功、功率和機(jī)械能是物理學(xué)中的重要概念，也是初中物理學(xué)習(xí)的重要內(nèi)容.在歷年的中考中，這部分是必考的內(nèi)容之一，特別是科學(xué)探究越來越受到重視.為了更好地幫助同學(xué)們解答這部分的科學(xué)探究類問題，現(xiàn)結(jié)合2008年中考試題分類例析.

一、探究斜面的機(jī)械效率

例1 （天津市）某物理學(xué)習(xí)小組，針對同學(xué)中存在的有關(guān)斜面問題的一些疑惑，進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)探究和理論探究活動(dòng)．

［實(shí)驗(yàn)探究］

將長度為1 m的長木板的一端墊高，構(gòu)成長度一定、高度可調(diào)的斜面（如圖1所示）．用沿斜面向上的拉力F使重為10 N的滑塊沿斜面勻速向上運(yùn)動(dòng)，完成斜面機(jī)械效率測量．下表呈現(xiàn)的是部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù).

（1） 疑惑一：“斜面的機(jī)械效率越高越省力嗎？”

請根據(jù)表中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，寫出正確的結(jié)論：_____.

（2） 疑惑二：“斜面傾斜程度越大拉力越大，滑塊受到的摩擦力也一定越大嗎？”

請進(jìn)一步分析表中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，寫出正確的結(jié)論：_____.

簡述理由：_____.

［理論探究］

（3） 疑惑三：“滑塊受到的摩擦力是一個(gè)‘不可直接測量量，能通過‘可測量量求出摩擦力嗎？”

請根據(jù)已有的知識(shí)推導(dǎo)：對于傾斜程度不同的斜面，在拉力F作用下（拉力方向沿斜面向上）使重為G的滑塊沿斜面勻速移動(dòng)時(shí)，滑塊受到的摩擦力f的數(shù)學(xué)表達(dá)式（斜面的長l和斜面的高h(yuǎn)均為“可測量”量）.

分析： 本題著重考查同學(xué)們根據(jù)數(shù)據(jù)分析論證、得出結(jié)論的能力，以及分析理解圖表的能力.

（1） 通過讀圖可知，機(jī)械效率越高的斜面，不一定省力（機(jī)械效率越高的斜面，越費(fèi)力）.

（2） 斜面傾斜程度越大拉力越大，但摩擦力不一定越大（摩擦力越小）.理由：因?yàn)橛蓪?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，斜面傾斜程度變大，斜面的機(jī)械效率也隨之變大，額外功的比例變小，所以摩擦力不一定變大（斜面傾斜程度變大，滑塊對斜面的壓力變小，因此滑塊受到的摩擦力變?。?

（3） 當(dāng)滑塊沿斜面勻速向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，由功的關(guān)系得F l = Gh+f l.則有

f = F- .

當(dāng)滑塊沿斜面勻速向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，由功的關(guān)系得Gh=F l+f l.則有

f = -F.

其他解法，推導(dǎo)正確即可.

點(diǎn)評(píng)： 解答這類題目的關(guān)鍵是，首先弄清表格中每行每列數(shù)據(jù)的物理意義，然后根據(jù)題目的要求從表格中準(zhǔn)確讀取有用信息，再把已掌握的對解決問題有用的知識(shí)結(jié)合起來，進(jìn)行綜合分析.

二、探究功率的大小

例2 （桂林市）如圖2所示，要粗測小明同學(xué)做引體向上時(shí)的功率，下面所列的物理量中，不需要測量的是（）.

A． 他的質(zhì)量

B． 單杠的高度

C． 每次身體上升的高度

D． 做引體向上的時(shí)間

分析： 如何測定小明做引體向上時(shí)做功的功率？這需要根據(jù)P = = 判斷.由公式可知需測量的物理量，從而選擇所需要的器材.所以題中所列的物理量中，不需要測量的是B.

點(diǎn)評(píng)： 對實(shí)驗(yàn)器材的選擇，需要先根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理P = 進(jìn)行推導(dǎo)，再由所需測量的物理量選擇實(shí)驗(yàn)器材.

三、探究影響機(jī)械能的因素

例3 （威海市）小明為探究動(dòng)能的大小與哪些因素有關(guān)，他設(shè)計(jì)了如圖3甲、乙所示的實(shí)驗(yàn).

（1） 讓質(zhì)量相同的兩個(gè)小球沿同一光滑斜面分別從A處和B處開始向下運(yùn)動(dòng)，然后與放在水平面上的紙盒相碰，紙盒在水平面上移動(dòng)一段距離后靜止，如圖3甲所示.

（2） 讓不同質(zhì)量的兩個(gè)小球沿同一光滑斜面分別從B處開始向下運(yùn)動(dòng)，然后與放在水平面上的小木塊相碰，小木塊在水平面上移動(dòng)一段距離后靜止，如圖3乙所示.

上述甲、乙兩組實(shí)驗(yàn)中：

（1） 要探究動(dòng)能與物體運(yùn)動(dòng)速度的關(guān)系應(yīng)選用_____圖，選擇的理由是：_____.

（2） 乙圖中讓不同質(zhì)量的兩個(gè)小球從同一高度滾下的目的是：_____.

（3） 由甲、乙兩組實(shí)驗(yàn)可以得出的結(jié)論是：_____.

分析： 如何確定物體能量的大小呢？在本實(shí)驗(yàn)中，是通過比較小球能夠?qū)ν庾龉Φ亩嗌賮眢w現(xiàn)的.因?yàn)閯?dòng)能的大小不僅與質(zhì)量有關(guān)，還與速度有關(guān)，為了研究動(dòng)能的大小與質(zhì)量的關(guān)系，需要控制速度相同.讓小球從相同的高度滾下，能實(shí)現(xiàn)小球到達(dá)斜面底端時(shí)速度相同.小球到達(dá)水平面時(shí)，小球推動(dòng)小木塊做功，把小木塊推得越遠(yuǎn)，做的功越多，說明小球的動(dòng)能就越大.本題答案為：（1） 甲 首先控制了兩個(gè)小球的質(zhì)量相同；另外，小球下落時(shí)的高度不同，到達(dá)斜面底端的速度不同 （2） 使小球到達(dá)斜面底端與小木塊相碰時(shí)的速度相同 （3） 質(zhì)量相同的物體，運(yùn)動(dòng)速度越大，它的動(dòng)能越大；運(yùn)動(dòng)速度相同的物體，質(zhì)量越大，它的動(dòng)能也越大

點(diǎn)評(píng)： 判斷能的多少用所做的功的多少來比較；研究影響動(dòng)能大小的因素的過程中采用控制變量的研究方法；研究動(dòng)能與質(zhì)量的關(guān)系時(shí)，必須控制速度相同；而研究動(dòng)能與速度的關(guān)系時(shí)，必須控制質(zhì)量相同.

責(zé)任編輯/姜明長

注：“本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請以PDF格式閱讀原文”。