管 余
功、功率和機械能是物理學(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)行了實驗探究和理論探究活動.
[實驗探究]
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動,完成斜面機械效率測量.下表呈現(xiàn)的是部分實驗數(shù)據(jù).
(1) 疑惑一:“斜面的機械效率越高越省力嗎?”
請根據(jù)表中的實驗數(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)一步分析表中實驗數(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‘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時,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,機械效率越高的斜面,不一定省力(機械效率越高的斜面,越費力).
(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:因為由實驗數(shù)據(jù)可知,斜面傾斜程度變大,斜面的機械效率也隨之變大,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動時,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動時,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.
點評: 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. 做引體向上的時間
分析: 如何測定小明做引體向上時做功的功率?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.
點評: 對實驗器材的選擇,需要先根據(jù)實驗原理P = 進(jìn)行推導(dǎo),再由所需測量的物理量選擇實驗器材.
三、探究影響機械能的因素
例3 (威海市)小明為探究動能的大小與哪些因素有關(guān),他設(shè)計了如圖3甲、乙所示的實驗.
(1) 讓質(zhì)量相同的兩個小球沿同一光滑斜面分別從A處和B處開始向下運動,然后與放在水平面上的紙盒相碰,紙盒在水平面上移動一段距離后靜止,如圖3甲所示.
(2) 讓不同質(zhì)量的兩個小球沿同一光滑斜面分別從B處開始向下運動,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一段距離后靜止,如圖3乙所示.
上述甲、乙兩組實驗中:
(1) 要探究動能與物體運動速度的關(guān)系應(yīng)選用_____圖,選擇的理由是:_____.
(2) 乙圖中讓不同質(zhì)量的兩個小球從同一高度滾下的目的是:_____.
(3) 由甲、乙兩組實驗可以得出的結(jié)論是:_____.
分析: 如何確定物體能量的大小呢?在本實驗中,是通過比較小球能夠?qū)ν庾龉Φ亩嗌賮眢w現(xiàn)的.因為動能的大小不僅與質(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,能實現(xiàn)小球到達(dá)斜面底端時速度相同.小球到達(dá)水平面時,小球推動小木塊做功,把小木塊推得越遠(yuǎn),做的功越多,說明小球的動能就越大.本題答案為:(1) 甲 首先控制了兩個小球的質(zhì)量相同;另外,小球下落時的高度不同,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的速度相同 (3) 質(zhì)量相同的物體,運動速度越大,它的動能越大;運動速度相同的物體,質(zhì)量越大,它的動能也越大
點評: 判斷能的多少用所做的功的多少來比較;研究影響動能大小的因素的過程中采用控制變量的研究方法;研究動能與質(zhì)量的關(guān)系時,必須控制速度相同;而研究動能與速度的關(guān)系時,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”。