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        功和機(jī)械能實(shí)驗(yàn)探究題攻略

        2008-12-24 10:27:02
        關(guān)鍵詞:機(jī)械效率木塊斜面

        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(lái)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(wèn)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(duì)同學(xué)中存在的有關(guān)斜面問(wèn)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(zhǎng)度為1 m的長(zhǎng)木板的一端墊高,構(gòu)成長(zhǎng)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(cè)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(qǐng)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(qǐng)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(jiǎn)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(cè)量量,能通過(guò)‘可測(cè)量量求出摩擦力嗎?”

        請(qǐng)根據(jù)已有的知識(shí)推導(dǎo):對(duì)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(zhǎng)l和斜面的高h(yuǎn)均為“可測(cè)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(guò)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?。?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(duì)斜面的壓力變小,因此滑塊受到的摩擦力變小).

        (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(duì)解決問(wèn)題有用的知識(shí)結(jié)合起來(lái),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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)量的是B.

        點(diǎn)評(píng): 對(duì)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(cè)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(kāi)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(kāi)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(guò)比較小球能夠?qū)ν庾龉Φ亩嗌賮?lái)體現(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(shuō)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(lái)比較;研究影響動(dòng)能大小的因素的過(guò)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(zhǎng)

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

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